§ 25. Технология изготовления стержневых обмоток крупных генераторов
Рассмотрим технологию изготовления стержней статоров крупных генераторов с непосредственным охлаждением (полые проводники). Перед изготовлением стержня полые проводники испытывают на проходимость канала и механическую прочность, при первом испытании подают воду от гидравлического насоса в один конец бухты и наблюдают за ее вытеканием из другого конца, а для второго один конец проводника закрывают, давление воды поднимают до 7 МПа и выдерживают в течение 1 мин.
Отметим основные операции изготовления стержня. Как правило, стержень состоит из двух полустержней, набираемых из сплошных и полых элементарных проводников. ЭП транспонируют так, чтобы разместить их в пазовой части в одинаковых условиях относительно поперечного магнитного потока в пазу. Для получения целого стержня два полустержня складывают вместе и рихтуют по длине, устанавливают прокладки между полустержнями под транспозиционные переходы. Для придания пазовой части стержня монолитности ее прессуют, предварительно промазав эпоксидно-фенольным лаком (ЛЭФ-ЗУС) и наложив антиадгезионное покрытие из фторопластовой пленки.
Опрессование производят в течение одного часа при постепенной подаче давления до 20 МПа и температуре
- 130° С. Затем стержень выравнивают эпоксидной шпатлевкой и производят повторное прессование. После этого напряжением 220 В проверяют изоляцию каждого ЭП относительно всех остальных.
Для придания лобовым частям нужной формы и монолитности их также промазывают и прессуют с последующей запечкой на специальных шаблонах в течение 1 ... 1,5 ч при
- . 160°С. Затем, не снимая с шаблона, концы стержней обрезают по размеру, зачищают, надевают и припаивают на них наконечники. После этого проводят гидравлические испытания, проверяют проходимость полых проводников (по расходу воды при определенном напоре) и отсутствие протечек (по сохранению давления в течение суток после отключения от напорной магистрали).
Наложение корпусной изоляции.
Как было отмечено в § 21, для крупных генераторов используют только непрерывную конструкцию, изоляционные материалы рассмотрены в § 19 (табл. 9).
До 60-х годов основным материалом являлась микалента на битумном лаке; стержни, изолированные ею, пропитывались и опрессовывались (компаундировались) термопластичным битумным компаундом. С конца 60-х годов развитие высоковольтной изоляции идет по пути применения термореактивных связующих и материалов, содержащих взамен слюды слюдобумаги. Преимущества ТРИ по отношению к МКИ были отмечены в § 17, 19.
В нашей стране широко используются три системы ТРИ высоковольтных машин, отличающиеся видом связующего и способом введения его в изоляцию; имеется два способа введения связующего в изоляцию: на стадии материала (технология «предварительно пропитанных лент») и на стадии намотанной изоляции, т. е. в конструкции (вакуум-нагнетательная технология). По первой технологии изготавливается изоляция слюдотерм на эпоксидно-фенольном лаке, ВЭС — на эпоксидно-стирольном компаунде и монотерм — на эпоксидноволачном связующем (современный вид изоляции, близкий по технологическому процессу к слюдотерму). По второй технологии с вакуум-нагнетательной пропиткой эпоксидным компаундом изготавливается изоляция монолит.
Рассмотрим технологию изготовления изоляции слюдотерм. Материал для изолирования (стеклослюдинитовая лента ЛТСС-3) содержит 45...30% связующего (лак ЛЭФ-3) с 1...3% Растворителя, содержание растворимой части связующего (экстрагируемых) более 97%. Изолировка производится машинным способом на изолировочных станках типа ЛШ (изолировка стержней гидрогенераторов) и ЛУС (изолировка стержней турбогенераторов). Стержень при изолировании подвешивается на раскрывающихся при прохождении намоточной головки стержнедержателях, а концы лобовых частей опираются на стойки. Основной элемент станка— намоточная изолировочная головка — располагается на каретке, которая передвигается по копиру, имеющему форму изолируемого стержня. Копир можно настроить на изолирование стержней различной длины, устанавливая сменные вставки.
Рис. 31
Схема изолировочной головки показана на рис. 31, ее разрезная шестерня 1 несет на себе два роликодержателя 2 и два нагревательных ролика 3.
Роликодержатели 2 предназначены для слюдинитовых лент.
Станок работает следующим образом. Стеклослюдинитовая лента с двух роликов пропускается через нагревательные ролики и закрепляется на стержне. Стеклослюдинитовая лента, проходя через ролик 3, нагревается (температура поверхности ролика около 80° С), связующее размягчается, лента становится эластичнее, благодаря чему обеспечивается плотное наложение на стержень. Вращающаяся намоточная головка с помощью каретки двигается по шаблону вдоль стержня, а лента сматывается с роликов, вращающихся вокруг стержня, ложится на него с заданным нахлестом (обычно он равен 1/2). Для получения определенного нахлеста необходимо, чтобы были согласованы скорость вращения головки и ширина изоляционной ленты. Намоточная головка проходит по прямолинейной и лобовой частям стержня 4. Поворот стержня около наконечника изолируется вручную разогретой в термостате лентой. Корпусная изоляция на станке накладывается с учетом последующего при термопрессовании обжатия изоляции на 30... 35%. После намотки нужного числа слоев изоляционной ленты накладывается слой стеклоленты толщиной 0,2 мм, служащий для механической защиты, а затем антиадгезионный слой фторпластовой пленки. Последний облегчает отделение отвержденного стержня от рабочих поверхностей пресс-формы.
Опрессование изоляции проводится механическим способом, а последующее отверждение — либо в той же пресс- форме, либо при гидростатическом давлении.
Механическое опрессование и выпечка (термоотверждение) производятся в специальных пресс-формах, которые изготовлены с большой точностью и механизированы. Рабочие диаграммы этой операции даны на рис. 32 для слюдотерма (кривая 1, ось времени (/)) и монотерма (кривая 2, ось времени (2)). Режим опрессования установлен в соответствии с кинетическими параметрами отверждения, рассматриваемыми в § 24. Необходимо отметить, что при механическом опрессовании не удается полностью реализовать возможности
слюдосодержащей ТРИ. Неравномерное распределение давления в изделиях сложной формы приводит к перепрессовке одних мест и недопрессовке других.
При гидростатической выпечке обжатие и нагрев изоляции производят с помощью жидкой среды: разогретого битума, перегретой воды и т. п. Для получения чертежных размеров изоляции на стержнях проводится их предварительная опрессовка в прессе при нагреве в течение 20... 30 мин. После подпрессовки на стержень накладываются антиадгези- онные пленки, а затем стальные планки, на которые наносят защитный слой антиадгезионной фторопластовой пленки. Гидростатическую прессовку и отверждение ТРИ проводят в автоклавах. На рис. 33 представлены рабочие диаграммы этого процесса. После выпечки остывшие стержни вынимают из пресс-форм, снимают защитные ленты, измеряют толщину стержня, калибруют, снимая слой не более 1 мм, если необходимо. Последней операцией при изготовлении стержня является наложение полупроводящих покрытий в пазовой и лобовой частях. Эти покрытия накладывают вручную и сушат при комнатной температуре не менее суток.
Изготовление стержней ротора асинхронных двигателей
Стержни укладываются в полузакрытые пазы сердечника ротора с торца, поэтому лобовая часть формируется (изгибается) заранее только с одной стороны. Вторая сторона выгибается после укладки в сердечник.
Конструктивное исполнение изоляции «твердая гильза» (см. табл. 9), технология будут рассмотрены на примере якорной обмотки.
Обоснование режимов сушки, пропитки и термоопрессования (отверждения)
Для получения высококачественной ТРИ (монолитной» отвержденной) необходимо обеспечить условия для своевременного начала образования в связующем пространственной структуры (начала отверждения), согласованного с моментом подачи давления и температурным режимом. Для этого необходимо знание кинетики отверждения термореактивного связующего изоляции — температуры начала интенсивного отверждения и относительной скорости отверждения. Определить эти параметры можно с помощью измерения температурно-временной зависимости полной проводимости изоляции Y на низкой частоте (около 100 Гц), весьма чувствительной к процессу отверждения, сопровождающемуся изменением подвижности и числа функциональных групп. Меньшей погрешностью измерения обладает относительная характеристика, позволяющая сравнивать проводимость изоляции в данный момент с проводимостью в окончательно отвержденном состоянии. Исследования частотно-временных зависимостей полной проводимости показали, что при / > 20 кГц величина практически не зависит от момента измерения и оказывается близкой к Y изоляции полностью отвержденного состояния. Измерение Y при повышенной частоте (100 кГц) позволяет даже в начале реакции отверждения определить значение этого показателя для отвержденного образца при низкой частоте (100 кГц). Поэтому для изучения процесса отверждения используется коэффициент
(22)
На рис. 34 представлена зависимость k от времени нагрева при линейном подъеме температуры до 160° С. Видно, что системы отличны по процессу отверждения.
Рис. 34
Температура максимума k соответствует началу процесса отверждения Гно, для слюдотерма она составляет 140° С, для монотерма 115° С. Изучение процесса отверждения при различных уровнях температуры (140, 160, 180° С) показывает, что отверждение монотерма протекает интенсивнее (постоянная времени реакции в 4—5 раз меньше, чем у слюдотерма). Данные о кинетике отверждения ТР связующего позволяют прогнозировать режим сушки, пропитки и термоопрессования изоляции. Так, при выборе режима сушки изоляции, выполненной из пропитанных лент (слюдотерм, ВЭС и др.)» необходимо помнить, что температура сушки должна быть ниже Гно, а достижению этой температуры должно предшествовать установление давления опрессования (рис. 32, 33).
При изготовлении изоляции вакуум-нагнетательным способом из сухих непропитанных лент (монолит) ответственными операциями являются подача в автоклав пропиточного компаунда и пропитка в режиме «вакуум — давление». Эти операции осуществляются при температуре ниже Tно. Запечка (отверждение) производится после выемки стержней из автоклава в специальных термостатах при температуре, превышающей Tно.
