（材料学专业论文）大型汽轮发电机定子线圈用真空压力浸渍树脂的应用及性能分析.pdf

上海交通大学工程硕士掌位论文 大型汽轮发电机定子线圈用真空压力浸渍 树脂的应用及性能分析 摘要 大型汽轮发电机的发展历史实质上是冷却技术和绝缘技术的发展 史。1 9 1 0 年瑞士哈佛莱公司首先制造出大型高压定子线圈绝缘，当时的 绝缘是由虫胶粘合白云母箔卷烘而成的间断式绝缘，1 9 1 9 年g e 公司用 沥青云母带替代了虫胶云母箔继而实现了连续绝缘，克服了间断绝缘在 接缝点存在的缺陷。1 9 4 0 年美国西屋公司用不饱和聚酯树脂作为浸渍树 脂，用聚苯乙烯代替沥青粘合片云母制成云母带，研制出热弹性绝缘 t h e r m a l a s t i c 绝缘，从而实现了以热固性合成树脂代替天然热塑性树脂 的重大转变。1 9 5 2 年美国g e 公司使用改性环氧树脂胶粘的粉云母带， 将真空干燥液压固化的云母连续绝缘用于汽轮发电机，并称之为 m i c a p a l 绝缘。1 9 5 7 年以后，瑞士b b c 公司研制出m i c a d u r 绝缘， 德国s i e m e n s 公司研制出m i c a l a s t i c 绝缘，法国a l s t h o m 公司 推出i s o t e n a x 绝缘。 近代大型高压定子线圈主绝缘系统归纳为两条技术路线，一条是以 美国西屋公司的t h e r m a l a s t i c 绝缘和瑞士a b b 公司的m i c a d u r 绝缘为代 表的环氧少胶粉云母带，真空压力浸渍( v a c u u mp r e s s u r ei m p r e g n a t i o n ) v p i 的连续式绝缘( 简称少胶带型) ，另一条是以美国通用电气( g e 公 司) 公司和法国a a 公司i s o t e n a x m n 绝缘为代表的环氧粉云母多胶带 型，连续式模压或液压绝缘。 t 上海交通大掌工程硕士掌位论文 真空压力浸渍( v p i ) 技术应用于汽轮发电机定子线圈制造，由于它 可以最低极限的降低定子线圈主绝缘内部的气隙率，从而可以减低线圈 的介质损耗，增加主绝缘的电气强度，提高主绝缘的导热性，减少环境，化 学等外因对主绝缘的损伤。而目前国内的大型汽轮发电机的制造尚停留 在多胶模压的制造阶段，原材料进口价格的昂贵是阻碍真空压力技术推 广的重要因素。上海汽轮发电机有限公司于2 0 0 1 年初已经取得了西门 子西屋公司的采用真空压力( v p i ) 技术制造单根线圈的认证，但是苦于 进口原材料价格过高，因此无法在国内推广这一先进技术。v p i 浸渍树脂 s d114 9 的试验室研究早在八十年代已经开始，九十年代完成了试验室的 试制。但对该树脂的应用性的全面评定工作尚未进行，因此阻碍了该树脂 的推广应用。 本课题的目的是通过进口少胶带和国产真空压力浸渍树脂s d l l 4 9 的配型，摸索s d l1 4 9 的v p i 浸渍工艺参数，对真空压力浸渍树脂s d l1 4 9 制得的线棒进行评定，得出s d l l 4 9 制得的少胶v p i 线棒的性能达到并高 于多胶模压线棒。 本课题通过对s d l1 4 9 树脂的基本特性的分析和与国外进口树脂的 对比研究得出：s d l l 4 9 的各项性能指标可以和同类的进口树脂相比，该 树脂具有粘度低，苯乙烯含量少，胶化时间范围窄，胶化温度适合于车间的 现场制造要求以及储存期长等特点。 本课题借鉴西门子西屋公司的定子线圈真空压力( v p i ) 处理的技 术参数，选定了合适的绝缘结构，确定了合理的包带工艺参数和适合 s d l l 4 9 的浸渍工艺参数，通过对真空压力浸渍线棒的机械性能，电气性 i i 上海交通大学工程硕士掌位论文 能和老化性能的综合评定，得出s d l l 4 9 浸渍树脂和进口少胶带p d s 4 3 8 5 5 a w 制得的线棒的性能达到和高于多胶模压线棒性能的结论。 本课题对国产s d l l 4 9 浸渍树脂的应用性能的研究，为国产浸渍树 脂s d l1 4 9 在国内汽轮发电机定子( v p i ) 线圈上的推广应用奠定了基 础；为国内大型汽轮发电机企业采用v p i 技术提供了借鉴的依据。本 课题完成了s d l l 4 9 的试验室评定和应用性能的全面评定；对s d l l 4 9 树脂的性能提出了改进方向，得出s d l l 4 9 应用的局限性以及和该树脂 与进口树脂p d s5 3 8 4 1 p u 的差距。 关键词：真空压力浸渍，浸渍树脂，少胶带，介质损耗，击穿强度 h i 上海交通大掌工程硕士掌位论文 t h ea n a l y s i so nt h ea p p l i c a t i 咖p r o p e r t y o fv a c 唧p r e s s u r ei 御r e g n a t i o nr e si nu s e do n t h ec o i lo ft h el a r g et u i 强i n eg e n e r a t o r a b s t r a c t t h ed e v e l o p m e n th i s t o r yo ft h e l a r g e t u r b i n e g e n e r a t o ra r e t h e d e v e l o p i n gh i s t o r yo ft h ei n s u l a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h ec o o l i n gt e c h n o l o g y w i t ht h e d e v e l o p m e n to ft h ei n s u l a t i o nt e c h n o l o g y , v a c u u mp r e s s u r e i m p r e g n a t i o nh a sb e e nu s e di nt h el a r g et u r b i n eg e n e r a t o rb ym a n yf o r e i g n c o m p a n i e s t h ec h a r a c t e r i s t i c o fv p it e c h n o l o g yi sl o wa i rg a p ，b e c a u s e o ft h i s ，v p it e c h n o l o g yc a ne n h a n c et h ed i e l e c t r i cp r o p e r t yo ft h em a i n i n s u l a t i o n ，c a ni m p r o v et h et h e r m a lc o n d u c t i v i t yo ft h ei n s u l a t i o n ，a sw e l la s c a n p r e v e n ts o l v e n ta n dw a t e rc o n t a m i n a t i o n v a c u u mp r e s s u r ei m p r e g n a t i o nr e s i ns d114 9h a sb e e nd e v e l o p e di n 19 8 0 s a si th a sn o tb e e nq u a l i f i e di na p p l i c a t i o np r o p e r t yi nl a r g et u r b i n e g e n e r a t o rd e s i g n ，i tc a nn o ts p r e a di nt h el a r g et u r b i n eg e n e r a t o ra r e a t h e p u r p o s eo ft h i sr e s e a r c ha r e ：1 ) f i n dt h es u i t a b l ev p ia p p l i c a t i o n p a r a m e t e rf o rs d 114 9 2 ) q u a l i f yt h et e s tb a ri n s u l a t i o ns y s t e m ( s d 114 9 a n dp d s4 38 5 5 a w ) 3 ) g e tt h er e s u l to fs d 114 9i n s u l a t i o ns y s t e mi s s u p e r i o rt ot r a d i t i o n a lr e s i nr i c hs y s t e m t h i sp a p e rf o c u so nt h ea p p l i c a t i o n p r o p e r t yo fv a c u u mp r e s s u r e i m p r e g n a t i o nr e s i ns d 114 9 b ym e a n so fc h o o s i n gt h es u i t a b l ei n s u l a t i o n 上海交通大掌工程硕士掌位论文 t h i c k n e s sa n dt h ed r yt a p ep d s4 3 8 5 5 a w , f i n dt h er e a s o n a b l ev a c u u m p r e s s u r ei m p r e g n a t i o np a r a m e t e r ( b r e a t hm e t h o d ) b a s e do nt h et e s tr e s u l t o ft h es d l1 4 9t e s tb a r ，t h ep a p e rg e tt h ec o n c l u s i o no fs d l1 4 9 谢mp d s 4 38 55 a wh a st h eg o o da p p l i c a t i o np r o p e r t yf o rt h ei n s u l a t i o ns t r u c t u r eo f 3 5 m ms i n g l ew a l li n s u l a t i o nw h i c hr a t e dv o l t a g ei s15 7 5 k v , a n dt h et e s t r e s u l t ss h o w ss d114 9i n s u l a t i o ns t r u c t u r ei sb e t t e rt h a nt h er e s i nr i c h s t r u c t u r ei ne l e c t r i c a l p r o p e r t y a n dm e c h a n i c a lp r o p e r t y f r o mt h e q u a l i f i c a t i o nt e s tr e s u l t ，w ef i n dt h a ts d 114 9s h o u l dd os o m ei m p r o v e m e n t t ou s e di nt h ea i rc o o l e dg e n e r a t o r ，a si tm e c h n c a n i c a lr e s u l tr e d u c e d s h a r p l y a tt h et e m p e r a t u r eo f13 0 ，w h i c hi st h eg e n e r a l o p e r a t i n g t e m p e r a t u r ef o ra i rc o o l e dg e n e r a t o r t h i sp a p e rs e t t l e dt h es p r e a d i n ga p p l i c a t i o no fv a c u u mp r e s s u r e i m p r e g n a t i o nr e s i ns d114 9 i to f f e r st h er e f e m c eo fv p it e c h n o l o g yu s e d i nt h e l a r g et u r b i n eg e n e r a t o r i n s u l a t i o nd e s i g n i tw i l lp u s ht h ev p i t e c h n o l o g yw i d e l yu s e di nt h el a r g eg e n e r a t o r s k e yw o r d s ：v a c u u mp r e s s u r ei m p r e g n a t i o n ，v a c u u mp r e s s u r e i m p r e g n a t i o nr e s i n ，d r yt a p e ，d i s s i p a t i o n ，b r e a k d o w ns t r e n g t h v 上海交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密囤，在量年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密口。 ( 请在以上方框内打“ ) 学位论文作者签名：袅哟 指导教师签名：幸7 复 翟期：卿年，月；爰e te t 期：扫摹3 年，月名? e l 己乏耕 上海交通大学 学位论文原刨性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下， 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外， 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。 对本文的研究做邀重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担尊 学位论文作者签名：莰旃 圈期：如；年月乡冒 第一章前言 1 1 真空压力浸渍工艺的特性： 真空压力浸渍工艺( v p i ) 在电气工业领域的应用已经历时许多年了。谗i 工艺最早是用于小型变压器领域。近几十年来，大量拥有v p i 设备的制造商将 这种工艺推广应用到了电动机行业。目前，大型发电机行业也有采用v p i 技术 来制造汽轮发电机的趋势。早在七十年代初期，西屋公司和b b c 公司已经成功 地运用v p i 技术来制造汽轮发电机的定子线圈。而目前国内大型发电机的制造 厂( 哈尔滨电机厂，东方电机厂和上海汽轮发电机有限公司) 的电机绝缘还是 采用多胶模压工艺，v p i 工艺的研究尚处于萌芽阶段，尚没有成型的v p i 工艺制 造的大型汽轮发电机产品。随着大型汽轮发电机单机容量的提高，对发电机定 予线圈的主绝缘的机械性能，电气性能和热性能有了更高的要求。而融前被人 们广泛认可的定子线圈的制造工艺主要有两种：多胶模( 液) 压工艺和少胶v p i 工艺。少胶v p i 工艺又分为单根线圈v p i 工艺和整浸v p i 工艺。当今世界上电 压等级在2 6 k v 以上的超大容量的发电机定子线圈的主绝缘的制造绝大多数用真 空压力浸渍( v p i ) 工艺，该工艺已经越来越多地得到了发电机制造业的认可。 真空压力浸渍( v p i ) 具有以下特性，这些特性是有效地预防导致电动机和 发电机故障的根本阂素。 1 ) 通过v p i 工艺可以消除绝缘体系内部的气隙，提高主绝的导热性：由于真 空压力浸渍工艺的采用，促使低糙度的树脂浸入到主绝缘体系内部的气隙孛， 从而消除了绝缘体系内的气隙，由于树脂的导热性要远大予空气气隙，这有 剩于将由于电流藤产生予导线表面的热量均匀地传导到主绝缘的表蕊，从焉 减少了主绝缘局部过热的机会，避免主绝缘凼于局部过热而导致的热老化。“ 2 ) 通过v p i 工艺可以减少主绝缘的早期电老化，提高了绝缘的耐久性；v p i 工艺的采用，傻绝缘内部的气隙降到了最低限( 扶理论上丽畜，可以降低到 零气隙) 在高压电气绝缘结构中，绝缘结构中的气隙会发生放电，这也就是 常见的电晕现象。电晕现象的产生加劂了绝缘材料的电老化过程，缩短了绝 缘的寿命。n 驵多胶v p i 煅烧云母非煅烧云母 霆1 - 1 ：t h ed i e l e c t r i e a ls t r e n g t ho fd i f f e r e n ti n s u l a t i o nt e c h n o l o g yw i t ht h es i g l e w a l l t h i c k n e s so fi m m ，b ys t e pt e s t 不同绝缘处理工艺的杰绝缘击穿强度对比，主绝缘单边厚度为1 o 衄，采用分步击穿法的击穿强度 3 ) 通过v p i 工艺可以减少由于震动而导致的机械损伤：电机在运行的过程中， 线圈会受到震动，滑动或弯曲等机械应力的作用，v p i 工艺的采用，使高黏结 强度的浸渍树脂填补了线圈内部的间隙，使线圈成为一个整体，避免线圈由 于机械废力的老化过程。n 4 ) 由子v p i 工艺的无气隙的优势，使得采用该工艺制造的主绝缘的耐侯性和 耐溶剂性有所提高。n 与多胶模( 液) 压工艺相比，采用真空压力浸渍工艺( v p i ) 制造的主绝缘性能的 优越性主要体现在电气强度提高( 图i - i ) 见和绝缘电热老化寿命的提高( 图i - 2 ) 挫 从图l l 中可以看出，无论云母带基材是煅烧云母或是非煅烧云母的云母带， 采用v p i 工艺制得的主绝缘的电气强度高于多胶模压主绝缘的电气强度。这主要是 由于采用v p i 工艺处理的主绝缘的内部是致密的整体，减少了气隙缺陷，扶面提离 了主绝缘的电气强度。 2 ：= 竺：= ：= ：= ：竺：= = ：竺：= = = = i z 8 12 。“。7 。5 。“1 1 “： 多i z 。奈舌4 + 4 ” p c b o io “】5 5 m i5 k v - t e t # 从图卜2 ”的电热老化寿命可以得出，由于v p i 工艺处理后的主绝缘无气隙 性，使得绝缘体系内的局部放电的减少和主绝缘的导热性的提高，从而提高了v p i 工艺处理的线圈的电热老化寿命。 此外，v p i 工艺处理的主绝缘线棒的常规，热态弯曲强度也比国内多胶模压线 棒的性能有所提高，这一点可以从机械部桂林电器科学研究所的我国多胶粉云母 带的性能和水平分析报告中得以证实o o 表卜lt h ec o m p a r i s o nb e t w e e nl o c a lc l a s sfr e s i nr i c hs y s t e ma n df o r e i g n i n s u l a t i o nr y s t e m 我国f 级多腔耪云母带与国外绝缘的性能对比 绝娄型 羹雷洲( v f i )瑁士b b oc v p l ) ( 多胜)( 多胜) 性托项目 机糠槽向弯曲强度m 矾常态 性雕 持老 5 48 ( 10 0 c ) 惜向常奇冲击埘 1 2 国内外对真空压力浸渍( v p i ) 在电机上的应用的研究 萱 大型汽轮发电机定子或啊用鼻空压力浸商 树脂的应用反性能分析 1 _ _ _ _ _ i i ii i _ _ _ 真空压力浸渍技术目前在国外的大中型发电机制造业中的应用已经相当成熟。 西门子西屋公司早在十九世纪四十年代研制出真空v p i 用的无溶剂聚酯漆，从而取 代了原沥青绝缘，随着浸渍树脂和少胶云母带的性能的不断提高，主绝缘的厚度逐 渐减薄。目前，西门子西屋公司的真空压力浸渍技术，不仅成熟地应用到了中小型 的发电机绝缘处理工艺中，而且还应用到1 2 5 m w 一9 0 0 m 1 | 的大型汽轮发电机绝缘结 构中。“瑞士的a b b 公司早于1 9 6 5 年研制出环氧酸酐不饱和聚酯树脂的浸渍树脂， 从而开始了v p i 工艺制造电机的进程。当今世界上成熟采用真空压力浸渍技术的大 型发电机制造公司还有e l i n 公司，西门子公司，三菱公司等。 国内真空压力浸渍( v p i ) 技术在电机上的应用相对比较缓慢，十九世纪七十 年代我国电机的制造业开始对真空压力浸渍工艺进行探索，8 0 年代初，上海电机 厂，东方电机厂和哈尔滨电机厂先后派人到美国西屋公司，西门子公司和原b b c 公 司学习v p i 技术和引进了v p i 设备，但由于浸渍树脂和少胶带需从国外进口，自行 制造缺乏原材料，因此均没有将v p i 技术推广应用到大型发电机的制造中去“。国 内真空压力浸渍技术最早是在小型电机制造业上应用，随后推广到了中型电机，而 将v p i 技术应用到大型发电机的制造中的企业几乎是寥寥无几。目前只有济南发电 设备厂利用v p i 技术制造了1 3 5 m w 的汽轮发电机，但所使用的原材料均是从国外进 口，这大大提高了发电机的制造成本。 随着国家实力的增强和人民生活水平的提高，我国对于电力这一主要能源的需 求会越来越大。自己生产和制造超大型汽轮发电机事在必行。汽轮发电机容量和电 压的提高对发电机的绝缘系统提出了更高的要求，尤其是绝缘的机械、电气和热性 能。而真空压力浸渍( v p i ) 工艺的特性正迎合了这一要求，多年来我公司电机一 直采用多胶模压工艺来制造汽轮发电机定子线棒，目前，国内大型汽轮发电机制造 业进行真空压力浸渍( 即v p i ) 处理的最大障碍是少胶带的国产化和树脂的国产化， v p i 浸渍树脂的国产化工作已经在八十年代有所起步，九十年代完成了配方的设计， 但是浸渍树脂的国产化工作只是停留在试验室阶段，浸渍树脂的应用工艺如何尚需 和少胶云母带配型后形成主绝缘结构用铝棒试验评定，这样才完成国产v p i 浸渍树 脂的完整评定。 1 3 真空压力浸渍( v p i ) 的工艺原理 4 大重之汽轮发电机定子线圈用真空压力浸渍材脂的应用a 性能分析 1 _ _ 皇一i r _ 真空压力浸渍设备主要由浸漆罐、储漆罐、真空泵组成。附加输漆的管道系统、 过滤器、加压装置、浸渍漆的冷却和保温装置。 真空压力浸渍( v p i ) 工艺的工作原理是：先利用热烘的方法将线圈主绝缘体系 内的小分子物质( 水和少胶带的溶剂) 去除，随后对线圈进行抽真空的处理以去除 气隙，当线圈处于负压的环境时开始加压将线圈浸渍数小时，使树脂充分浸透少胶 云母带主绝缘。 1 4 本论文的任务和研究的主要内容： i - 4 - j 任务 本课题的目的是采用国产树脂和进口少胶云母带进行配型，并与多胶模压线棒 的性能进行对比，使少胶v p i 线棒的性能达到并高于我公司多胶模压线棒的性能。 1 4 2 主要研究内容： 1 4 2 1 对国产v p i 树脂的应用工艺特性进行摸索，确定国产v p i 浸渍树脂s d l l 4 9 的应用工艺参数。 1 4 2 2 选定特定的绝缘结构，用进口少胶带与国产v p i 浸渍树脂配型后制得的少 胶v p i 线棒与多胶模压线棒的性能进行对比，评定国产v p i 树脂s d l l 4 9 应用到大 型汽轮发电机定子线棒的性能特点和该树脂的改进方向。 1 4 2 3 通过v p i 线棒的性能数据与多胶模压线棒的数据对比，探讨s d i1 4 9 应用到 大型汽轮发电机定子线棒的可能性以及s d l l 4 9 体系绝缘的改进方向。 5 大型汽轮，；电机定子或髓用：空墨力浸嘲h 寸脂的基u 啊a 性能分专斤 第二章真空压力浸渍树脂的应用试验的材 料，结构，设备的选用 2 1 绝缘结构的选定 对v p i 浸渍树脂进行完整的工艺性能的评定需选择合适的主绝缘结构，目前发 达国家在汽轮发电机定子线棒主绝缘上向薄形方向发展，比如西门子西屋公司的主 绝缘以沥青绝缘时代的绝缘厚度作为基础，以此厚度作为l e v e l l 0 0 的绝缘厚度， 随着主绝缘结构和材料的改进，西门子西屋公司现在的绝缘厚度已经为l e v e l5 0 。 鉴于汽发公司目前的基础状况，和实际生产能力，本文采用西门子西屋公司的l e v e l 6 0 的绝缘厚度即额定电压为1 5 7 5 k v 的绝缘厚度为3 5 m m ，这样的绝缘厚度具有竞 争力和很强的可行性和实用性。 2 2v pi 浸渍树脂应用性试验相关的材料的性能分析 2 2 1 少胶带的常规性能分析 国内的绝缘材料厂和科研单位，早在8 0 年代就开始了少胶带的国产化工作汽 发公司绝缘室先后对上海云母绝缘材料厂，嘉兴绝缘材料厂，桂林电器科学研究所 的少胶带进行功能评定，试验发现国产少胶带的性能都或多或少存在某些缺陷。桂 林所的少胶带比较柔软，胶粘剂含量偏高，但掉粉严重；上云的带子在绕包时会出 现粘连，并有掉粉现象；嘉绝的少胶带胶含量偏低，有严重的反粘，但掉粉情况有 所改观。鉴于国产的少胶带的开发使用尚处于萌芽状态，故本论文在少胶带的选择 上直接采用了进口少胶带，西屋材料代码为4 3 8 5 5 a w 。 表2 1 n i ep r o p e r t yd i f f e r e n c eb e t w e e np d s4 3 8 5 5 a wa n dl o c a ld r yt a p e 进口少胶带和国产少胶带的性能对比 性能 上云嘉兴 桂林 p d s4 3 8 5 5 峨 厚度m i l l 0 1 5 40 1 3 30 1 6 30 1 6 8 云母含量8 1 4 5 8 5 7 7 9 0 7 8 5 补强含量 9 21 0 99 41 5 5 胶含量9 3 5 3 4 1 1 66 挥发物含量 0 1 20 1 l0 30 3 击穿强度k v m m 1 3 21 6 41 5 32 9 7 6 大型汽轮篡：电机定子或圈用i l 空压力浸渍树脂的矗乙用及性能分析 从以上数据可以看出西屋公司所用的少胶带在厚度上稍厚于其他三种带子，云 母含量类似于桂林所的云母带，但电气性能要比国产少胶带好，这主要由于国产粉 纸在加工制造上与进口粉纸尚存在差距。从而使4 3 8 5 5 a w 带子的致密性要优异于国 产少胶带。从少胶带的组成结构上对比，将进口的4 3 8 5 5 a w 进行6 0 0 + - i 0 的马福 炉内煅烧后发现，进口少胶带所用的玻璃布是少捻的，少捻结构的玻璃布有利于云 母纸在少胶的情况下和玻璃布的“啮合 ，从而减少少胶带在使用过程中的飞粉现 象。 2 2 2 国产v p i 浸渍树脂s d l l 4 9 的性能分析 2 2 2 1s d l l 4 9 研制的技术路线： s d i1 4 9 配方借鉴了国外的v p i 浸渍树脂的配方，下表是国外浸渍树脂的主要成 分： 表2 2t h em a i nc o n t r i b u t i o n so ft h ef o r g e i ni m p r e g n a t i o nr e s i n 国外浸渍树脂的主要成分组成 公司名称牌号 主要成分性能用途 西屋 5 3 8 4 1 p u环氧，顺酐，甲基纳狄克酸树脂的储存期适 t h e 眦a s t i c酐，苯乙烯中，用于大型汽轮 发电机定子线棒 5 3 8 4 1 w t基本与p u 相同高压电动机整浸 5 3 8 4 i w s环氧，酸酐，聚酯，苯乙烯高压电动机整浸 b b ce p e1 9 环氧，酸酐，聚酯，苯乙烯树脂储存期短，用 m i c a d u r于高压电动机整浸 绝缘 f l u v e x6 3 0和汽轮发电机定子 线棒 西门子公司 e t8 8 4环氧和甲基六氢苯二甲酸树脂储存期长，用 m i c a l a s t i c 酐于高压电机整浸和 绝缘水发电机定子线棒 从表2 2 看出，e t 8 8 4 是环氧酸酐型，粘度较大，要求7 0 浸渍，而5 3 8 4 1 w s 树脂是用于电动机整浸，而从表中可以看出可供s d l l 4 8 树脂研制借鉴的有5 3 8 4 1 p u ， e p e l 9 和f l u v e x 6 3 0 树脂，而这几种浸渍树脂的组成全是环氧，酸酐，苯乙烯型的。 因此在s d l l 4 8 浸渍树脂的研制过程的基本配方的组成是环氧，酸酐固化剂和苯乙 烯。其中酸酐固化剂是从国外进口的甲基纳狄克酸酐。从表2 - 2 中得知，由于5 3 8 4 1 p u 树脂用于汽轮发电机定子线棒浸渍，而5 3 8 4 1 w t 浸渍树脂用于电动机整浸，因此这 两种树脂的粘度是有所不同的，p u 树脂的粘度低子w t 树脂。树脂粘度的高低主要 7 大型汽轮文电机定子线圈用l l 里i 压力浸渍材脂的屈乙胃及佳舵分砺。 1 一i i i _ _ _ _ _ 靠苯乙烯的含量调节，s d l l 4 8 树脂中苯乙烯含量应当和p u 树脂接近，但苯乙烯含 量过多会影响工作环境和主绝缘的介损性能，所以在s d l l 4 8 树脂配方的研制过程 中应当苯乙烯的含量应适当的选择。 s d l1 4 9 无溶剂浸渍树脂是在s d l1 4 8 无溶剂浸渍树脂的基础上改性而来的，它 们的研制基础是基于西屋公司，西门子公司和b b c 公司的浸渍树脂的配方，对其进 行改进提高后，研制成s d l l 4 8 ，而当时新研制的s d l l 4 8 中参加酯化反应的苄基二 甲胺作为触媒仍留在树脂体系中，使树脂粘度增长较快，因此新研制的s d l1 4 9 树 脂中，取消了苄基二甲胺的加入，改进了原s d l l 4 8 的阻聚剂，从而提高了s d l l 4 9 浸渍树脂的储存期。见表2 - - 3 表2 - 3t h eg e lt i m ec o m p a r i s i o nb e t w e e ns d l l 4 9a n ds d l l 4 8 s d l1 4 9 树脂和s d l1 4 8 的胶化性能比较 树脂名称s d l l 4 9s d l l 4 85 3 8 4 1 p u 树脂 胶化时间 1 4 - 2 01 5 - - 3 71 5 - 3 0 1 3 5 分 2 2 2 2 应用到真空压力浸渍( v p i ) 工艺的树脂要求是无溶剂浸渍树脂，作为 无溶剂浸渍树脂应当具有以下的特性： 2 2 2 2 1 粘度和温度的特性 无溶剂漆的粘度随着温度的上升而迅速下降。因此粘度大的无溶剂漆在浸渍或 滴浸的温度下，粘度变小，同样可以满足浸透和填充的要求。 2 2 2 2 2 胶化和温度的特性 胶化时间表示树脂体系的反应性，在很大程度上依赖于温度。s d l l 4 9 无溶剂浸 渍漆的胶化时间和温度特性如下图： 表2 - 4t h eg e lt i m ep r o p e r t yo fs d l l 4 9t e s t e d s d l1 4 9 的胶化特性 i 温 度 1 1 0 1 2 0 1 3 0 1 4 0 1 5 0 c i i 时间( 分) 1 2 1 43 6 3 51 5 1 68 9 15 8 5 i 大型汽轮鼍：电机定- 3 b 或圈用，l 空压力浸溃树脂的墨u 啊反性能分析 m i n l 4 0 1 2 0 箸1 0 0 卜 8 0 36 0 4 0 2 0 0 2345 t e m p e r a t u r e ( ) 图2 一l ：g e lt i m e m t e m p e r a t u r e 胶化时间与温度的曲线 从上述$ d 1 1 4 9 的特性曲线可知，该浸渍树脂在1 3 0 时的胶化时间为1 5 分钟， 根据这一胶化特性，如果采用热压工艺固化线圈，线圈模压固化的初期温度定在1 3 0 是适合车间现场工艺进行操作的。 2 2 2 2 3 胶化时的放热现象 无溶剂浸渍漆在胶化过程中，由于分子间的反应而产生放热现象。放热量的大 小与材料有关，也与固化体系有关。s d l l 4 9 浸渍漆是环氧为漆基，酸酐和苯乙烯等 多种成分组成。 2 2 2 2 4 无溶剂浸渍树脂的存储特性 表2 - 5t h ea d h e s i v ea n dg e lt i m ep r o p e r t yb e f o r ea n da f t e rv p i s d i1 4 9 的粘度和胶化特性 项目v p i 前v p i 后 粘度2 3 。初始2 73 0 ( m p a s )4 0 2 0 d 3 43 9 4 0 3 0 d3 64 2 室温6 个月3 7 室温1 0 个月5 6 胶化时间1 3 5 c初始 1 5 21 5 o ( r a i n ) 室温1 0 个月后8 9 比重( g c m 3 ) 2 3 1 0 6 9i 0 7 0 从表2 5 可以得出：s d l1 4 9v p i 浸渍树脂在浸渍前和浸渍后的粘度变化较小， 胶化时间几乎没有变化；s d i1 4 9v p i 浸渍树脂在常温下放置2 0 天后，树脂的粘度 有所上升，这主要是由于浸渍树脂内的苯乙烯自聚的结果，但直到6 个月后树脂的 粘度还维持在4 0m p a s 之内，树脂粘度的变化相对较缓慢，直到l o 个月后树脂 的粘度突增，此时需要适当的填加苯乙烯以确保适当的粘度。 9 2 2 2 2 5s d l l 4 9 以及国内外其它v p i 浸渍树脂的常规特性 表2 - 6t h ep r o p e r t yc o m p a r is i o nb e t w e e ns d i 1 4 9a n do t h e rr e s i n s d l l 4 9 树脂与其它浸渍树脂的特性比较 树脂名称s d l l 4 9s d l l 4 8e p e 一1 9f l u v x5 3 8 4 1 p u ( 艘)6 3 0 苯乙烯含量 3 3 4 0 4 8 - - 5 8 粘度2 5u # a s2 5 4 08 07 48 1 81 l 一1 5 胶化时间：分1 3 5 1 3 5 1 1 0 1 l o 1 3 5 1 4 - 1 9 1 5 1 - 3 7 3861 3 - 1 8 储存期：天 ) 4 5) 2 8) 8) 4) 5 马丁耐热：8 48 86 06 0 5 热天平指数 1 5 2 51 5 3 31 5 31 5 5 电性能 t g6 室温 0 1 3o 1 50 2 9o 2 80 1 4 t g6 1 5 5 1 51 31 74 64 3 g 室温 3 83 94 0 54 04 。o e 1 5 5 4 34 85 94 64 8 pv qc m 室温5 x 1 0 1 24 5 x 1 0 1 23 5 x 1 0 1 23 5 x 1 0 1 24 4 x 1 0 1 2 pr q c m l 5 5 4 x 1 0 1 11 2 x l o 儿1 4 x 1 0 1 0 3 o x l 0 93 。6 x 1 0 1 1 抗弯强度8 4 87 1 17 5 o1 1 9 o | 室温m p a 抗冲强度1 1 1l o 61 5 o1 6 9 i 室温k j m 2 综上所述，s d l l 4 9 浸渍树脂具有以下优点：1 ) 树脂的存储期较长2 ) 胶化时 较稳定，这对汽发定子线棒浸渍后的压制工艺很重要。3 ) 固化后树脂的高温介损低 4 ) 苯乙烯含量较少，有利于车间工人的安全操作等优点。 2 3 工艺方式的选择 由于使用西门子西屋公司使用的少胶带，以及s d l l 4 9 在粘度上又与西屋的 5 3 8 4 1 p u 相近，因此本课题采用西门子西屋经过多年的应用和实践已相当成熟的v p i 工艺即( v a c u u mp r e s s u r ei m p r e g n a t i o n ) 。我们根据西门子西屋的工艺路线和方 法，对其中的工艺参数进行适当的修订，摸索一套适合于我们所选结构的工艺参数。 这种工艺的采用可彻底去除绝缘层中的潮气和可挥发性物质，在压力下将树脂浸入 绝缘层内部，确保绝缘层内部无气隙存在，使定子线棒主绝缘具有十分优异的性能。 1 0 2 4 相关设备： 主绝缘绕包设备选用瑞士m i c a 撇t i o n 公司的自动包带机。浸溃设备选用我 公司自行设计的小v p i 系统( 包括浸漆罐、储漆罐、真空泵组成。附加输漆的管道 系统、过滤器、加压装置、浸渍漆的冷却和保温装置) 。主绝缘的固化设备选用电 流加热的v 形压铁的模压模具。 2 4 1 真空压力设备装置图 图2 - 2t h ee q u i p m e n to fv a c u u mp r e s s u r ei m p r e g n a t i o n 真空压力浸渍设备圈 2 4 。2 真空透力浸渍的工艺流程豳； 黧2 _ 3t h ec h a r to fv a c u u mp r e s s u r ei m p r e g n a t i o np r o c e s s 真空压力漫渍工艺流程图 大型汽轮裳电机定子线圈用i l 空压力浸嗣 _ 村脂的应用及性能分析 第三章s d l14 9 的应用工艺试验 3 1 少胶带的包带工艺性试验 3 1 1 进口少胶带包带工艺的确定 使用m i c a m a t i o n 全自动包带机半叠包进口的少胶带p d s4 3 8 5 5 a w ，参考西 门子西屋公司的包带原则，将包带的速度定位1 5 0 转分钟，包带张力为 6 3 7 叫8 6 牛顿。少胶带包在标准铝棒上，铝棒的规格为1 3 x 5 1 x 1 2 0 0 m m 。包 带后要求少胶云母带均匀地半叠包且无皱折出现。只有确保包扎铝棒时的少 胶带不出现皱折，才能确保包带后的铝棒在浸渍v p i 树脂模压后表现出良好的 电气性能。 3 1 2 包带时包扎角的计算 t ga = 2 5 4 * 0 5 ( 1 3 2 + 5 1 2 ) a = 5 5 7 。 2 5 。4 一带宽 0 5 半叠包 1 3 铝棒厚度 5 1 一铝棒高度 3 1 3 包带时注意事项： 包带时线棒尽量水平放置 线棒两端的固定保持和夹具间的牢固面接触 包带时的起始角尽量与包带角的理论值相一致。 本课题包带时采用的是单头包扎 3 2 试验样棒浸渍工艺模拟性试验 3 2 1 包带层数及包后线棒规格的理论值计算 标准铝棒的规格是1 3 x 5 1 x 1 2 0 0 m m ，按照西门子西屋公司的设计要求额定电 压为1 5 7 5 k v 的主绝缘的单边绝缘厚度3 5 m m 。 因此包带层数为 n = 1 2 半绝缘厚度( 双面) ( 2 木2 半带子厚度) = 1 2 * 3 。5 * 2 ( 2 * 2 * 0 。1 7 ) = 1 2 层 h 大= 1 2 7 + 5 1 0 5 = 5 8 9 m m ( 包好少胶带后的最大高度尺寸) h 最小= h 最大一0 3 = 5 8 6 m m ( 包好少胶带后的最小高度尺寸) 1 2 犬黜汽轮裳，电机定子线圈用l ；黛：压力浸谶 村脂台j 改用及性能分析 3 2 2 浸渍工艺的确定 由于本课题在原材料的选用上( 少胶带) 尽量保持了和诬屋公司一致；而 在树脂的选用上我们采用了s d i1 4 9 ，s d l1 4 9 的粘度稍稠子5 3 8 4 1 p u 树脂，我 们的浸渍工艺初步定于西门子西屋公司的浸渍工艺的基础上。 西门子西屋的浸渍工艺的方法如下： 预热：1 2 0 x 4 h 抽真空：3 3 p a 下保持2 5 小时 输滚：输漆时保持真空度不小于8 0 0 p a 加压：氮气加压到0 4 9 m p a 表压保持6 l 或4 5 h ( 视绝缘厚度的不同而异) 变通处理：若浸渍好的线棒不能立即取出，需放在罐内，则保持压力不 小于0 0 3 5 m p a 考虑到本课题所用的线棒是短线棒，而西屋此工艺适用予生产线棒，所以在预 热时间上我们将其修改为1 2 0 x 2 小时。 3 。2 。2 1 线棒的浸透性试验 树脂在浸渍线棒的过程中存在着两种渗透方式：一种是垂直于云母表面的微观 渗透，一种是沿包扎层之间的宏观渗透。 将两根试验线棒1 # ，2 # ( 绝缘厚度为3 5 毫米，1 3 x 5 1 x 1 2 0 0 0 ) 按上文设定的 包带工艺进行包带，面藤将两根线棒的两端用环氧封固，在浸渍时阀上我们将其延 长至8 小时，线棒浸渍后我们将其剖开，发现铝棒表面已经湿润，这说明8 小时的 浸渍时阆可以满足树舅旨在绝缘层闻的渗透。 考虑到今后生产制造过程中生产效率的提高，在保证渗透的情况下尽量减少浸 渍时闯，霞蜃将原来的浸溃8 小时改为浸渍4 。5 小时，进行两根线棒的浸渍。线捧 浸渍的其它参数完全按照西门子西屋公司的浸渍工艺进行浸渍，剖开浸渍好的线棒 后，发现铝棒表面也己均匀地湿润，这说赁西 - 】子西屋公司的浸渍工艺初步适用于 s d l1 4