汽輪發(fā)電機定子沖片涂漆設(shè)備的研發(fā)與制造

洪煥濤,張福東,郭勝強,李 良

(山東濟南發(fā)電設(shè)備廠,山東 濟南 250100)

1 前言

汽輪發(fā)電機定子鐵心是發(fā)電機的重要部件之一。它是由扇形定子沖片(見圖 1)疊壓而成的。為了減小定子鐵心中的渦流損耗,要求定子沖片有較高的絕緣電阻、足夠的機械強度、附著力強、不吸潮、耐熱性較高。絕緣層應薄而均勻,有一定的彈性。因此,定子沖片在疊壓前必須經(jīng)涂漆絕緣處理。涂漆處理是定子沖片制造的關(guān)鍵工序,由涂漆和烘干兩部分組成,而且在專用涂漆設(shè)備(涂漆機)上進行。

圖1 I汽輪發(fā)電機定子沖片示意圖

傳統(tǒng)的涂漆機主要存在如下缺陷:(1)溫度控制不能自動調(diào)整,涂漆溫度完全憑經(jīng)驗;(2)傳動速度憑手工控制,傳送速度和溫度區(qū)域不匹配;(3)鏈條穿軸覆網(wǎng)結(jié)構(gòu)為傳動鏈條中無銷軸,支撐軸直接穿在鏈條中。因為穿上的支撐軸承擔鏈條銷軸的任務(wù),在運行過程中承受鏈條的拉力。穿入鏈條部分受到剪切力,容易出現(xiàn)支撐軸磨斷脫落,造成對加熱元件破壞。而且更換支撐軸麻煩,需要停產(chǎn);(4)鋼絲編制的鏈網(wǎng)運行阻力大,有竄動的現(xiàn)象存在;(5)鏈網(wǎng)粗糙,接觸面過大,沖片接觸處數(shù)多,鋼絲高溫下氧化損壞。

據(jù)不完全了解,國內(nèi)同行業(yè)相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀大體情況如下:

(1)從定子沖片漆的種類來看,國內(nèi)其他企業(yè)大多采用油基絕緣漆,表面光滑,熱性能差,涂漆烘烤對環(huán)境污染大。

(2)從加熱方式來看,國內(nèi)其他企業(yè)大多采用煤氣加熱或者電阻絲加熱,不但環(huán)評難通過,而且熱效率低,溫度不均,耗能高。

(3)從傳送沖片的方式來看,多數(shù)廠家采用雙鏈條拖動方式,鏈條中間插入(或連接)用來支撐沖片的支撐軸,沖片落在其上面。鏈條的結(jié)構(gòu)有兩種:實心穿軸和滾子鏈帶附件。

(4)從支撐沖片的方式來看,對于實心穿軸來講,有的采用穿軸覆網(wǎng)結(jié)構(gòu),有的在相鄰兩軸螺旋狀纏繞鐵絲代替覆蓋鐵絲網(wǎng)。對于帶附件的鏈條來講,有的采用螺栓固定雙鏈條之間的支撐軸,然后在相鄰兩軸套上鐵絲網(wǎng)扣,還有的采用彈簧鋼絲頂尖或者沖壓件頂尖方式。總之為的是減少與定子沖片的接觸面積,達到減少粘漆和劃傷漆膜的目的。

2 設(shè)計思路與方案

涂漆設(shè)備通常由涂漆機構(gòu)、傳送系統(tǒng)、烘干爐、控制系統(tǒng)、通風排煙裝置、冷卻系統(tǒng)等組成?，F(xiàn)在廣泛采用電熱式三段涂漆機,如圖 2所示。

圖2 三段式涂漆機示意圖

由于定子沖片對漆膜的厚度、絕緣電阻、烘干溫度和烘干時間均有嚴格要求,這就對涂漆設(shè)備提出了非常高的技術(shù)要求,必須對其涂漆機構(gòu)、傳送系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、烘干爐體和排煙冷卻系統(tǒng)進行合理的設(shè)計,使其相互之間配合協(xié)調(diào),以保證絕緣漆烘干溫度、烘干時間以及沖片的傳送速度等關(guān)鍵參數(shù)的合理配置,從而保證定子沖片的涂漆質(zhì)量。從設(shè)計的角度出發(fā),主要考慮如下幾個方面:

(1)涂漆機構(gòu)

保證涂在沖片表面的漆膜厚度符合工藝要求而且均勻,這是前提。我們設(shè)計了新的四輥涂漆技術(shù),扇形片表面涂層均勻一致,生產(chǎn)效率更高。

(2)傳送系統(tǒng)

傳送帶的速度與涂漆輥的圓周速度相同,使沖片與傳送帶不發(fā)生相對位移,以免劃傷沖片漆膜。

(3)烘干爐

采用三段不同溫區(qū)烘干分別控制,有利于實現(xiàn)絕緣漆的最優(yōu)性能,得到機械性能高、薄而均勻的漆膜。

(4)控制系統(tǒng)

爐溫的高低與硅鋼片漆的牌號、烘烤時間和漆膜厚度等有關(guān),所以控制系統(tǒng)不但要能控制溫度,而且能通過調(diào)節(jié)傳送帶的速度來控制烘烤時間,這在實踐中非常重要和實用。

圖3是發(fā)電機定子沖片烤漆爐設(shè)計立體圖。

3 技術(shù)特點與關(guān)鍵技術(shù)

針對存在的問題,新的涂漆設(shè)備從保證涂漆質(zhì)量、降低能耗、方便操作、利于維修的角度出發(fā),較好地解決原有設(shè)備暴露出來的問題,使涂漆機的技術(shù)含量和沖片涂漆質(zhì)量提升到一個新的水平。我們查閱了有關(guān)涂漆方面的資料,結(jié)合國外的先進經(jīng)驗,在此基礎(chǔ)上進行了開發(fā)研制。因經(jīng)驗不足,以及配套外協(xié)件質(zhì)量問題等原因,開始也出現(xiàn)了一些波折,沖片涂漆質(zhì)量不盡如意。經(jīng)過反復調(diào)試、試驗,攻克了一個又一個技術(shù)難題,終于摸清水溶性無機硅鋼片漆的性能,掌握了其涂漆技術(shù),使水溶性無機硅鋼片漆涂漆機取得成功。

以下是我們的幾個關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點。

(1)控制系統(tǒng)

圖3 定子沖片烤漆爐設(shè)計立體圖

該設(shè)備的控制系統(tǒng)由涂漆和沖片傳送系統(tǒng)速度控制及烘干爐溫度控制兩部分組成?？刂葡到y(tǒng)不但要能控制溫度,而且能控制傳送帶的速度。通過調(diào)節(jié)傳送帶的速度來控制烘烤時間,使絕緣漆的性能達到最佳。該技術(shù)在實踐中得到驗證,各工作部分協(xié)調(diào)良好,控制精度高。

(2)四輥涂漆機構(gòu)

我們針對現(xiàn)有二輥涂漆設(shè)備存在的不足,設(shè)計了一種涂漆效率高、效果好、工藝穩(wěn)定的發(fā)電機定子硅鋼片四輥涂漆機構(gòu)。該設(shè)備能夠在發(fā)電機定子硅鋼片的上下兩面同時形成均勻的漆膜,涂漆效率高、效果好,工藝穩(wěn)定。

(3)空心銷軸傳動鏈

空心銷軸傳動鏈的設(shè)計既要考慮國標尺寸,與鏈輪匹配,便于生產(chǎn),又要結(jié)合我們的實際情況?？紤]到我們這套系統(tǒng)要在高溫下長期運行,對材料的熱強性有較高的要求。因此,我們選用了耐高溫、耐磨的金屬材料,并通過特殊處理達到我們的設(shè)計要求。

該沖片傳送系統(tǒng)使支撐軸安裝在空心銷軸中,不但便于維修、更換,更重要的是減輕了對支撐軸的磨損,提高了傳動鏈條的使用壽命。采用環(huán)形鋼箍代替鋼絲編網(wǎng),通過點接觸的鋼箍支撐定子沖片運動進行烘烤,減少了與沖片的接觸面和接觸點數(shù),提高了沖片的質(zhì)量;同時避免了鋼絲編制的鏈網(wǎng)在高溫下反復彎曲和氧化造成破損導致對加熱元件的損壞。

(4)遠紅外加熱

烘干爐采用遠紅外石英電加熱管加熱,并且下層遠紅外石英電加熱管的總功率大于上層加熱管的總功率,熱空氣傳導和對流速度快,加熱效率高,使產(chǎn)品固化、干燥快。并且設(shè)置三段不同溫區(qū)分別控制烘干,有利于實現(xiàn)絕緣漆的最優(yōu)性能,得到機械性能高、薄而均勻的漆膜。因此,該烘干爐具有升溫快、干燥快、效率高、能耗小、體積小、成本低的特點。

(5)光輪過渡裝置

針對原有技術(shù)的不足,我們設(shè)計開發(fā)了一種在定子沖片傳動過程中能夠消除鏈條長度誤差,避免漆膜劃傷的的光輪過渡裝置。

該裝置為懸臂結(jié)構(gòu),在沖片傳送裝置一側(cè)鏈條的支撐處設(shè)置一個,將兩側(cè)鏈條產(chǎn)生的長度誤差通過鏈條在光輪上的滑動給予補償,從而保證了兩側(cè)鏈條的同步性,消除了涂漆硅鋼片傳送裝置兩側(cè)鏈條變形的不一致,避免了涂漆硅鋼片從涂漆機構(gòu)出來后劃傷的現(xiàn)象。

4 結(jié)語

通過生產(chǎn)實踐證明,新制造的涂漆機涂烤出來的定子沖片漆膜均勻一致,漆膜厚度符合工藝要求;外觀表面沒有氣泡、發(fā)花等現(xiàn)象,白點很少,外觀質(zhì)量可以與進口沖片相媲美;絕緣電阻測試符合工藝要求,設(shè)備控制可靠,操作方便,維修更換少,達到了預期效果,得到了廣泛的好評。對電機行業(yè)由低污染的水基漆替代高污染的油基漆具有極大的推廣價值。