汽轮发电机定子冲片涂漆设备的研发与制造

洪焕涛,张福东,郭胜强,李 良

(山东济南发电设备厂,山东 济南 250100)

1 前言

汽轮发电机定子铁心是发电机的重要部件之一。它是由扇形定子冲片(见图 1)叠压而成的。为了减小定子铁心中的涡流损耗,要求定子冲片有较高的绝缘电阻、足够的机械强度、附着力强、不吸潮、耐热性较高。绝缘层应薄而均匀,有一定的弹性。因此,定子冲片在叠压前必须经涂漆绝缘处理。涂漆处理是定子冲片制造的关键工序,由涂漆和烘干两部分组成,而且在专用涂漆设备(涂漆机)上进行。

图1 I汽轮发电机定子冲片示意图

传统的涂漆机主要存在如下缺陷:(1)温度控制不能自动调整,涂漆温度完全凭经验;(2)传动速度凭手工控制,传送速度和温度区域不匹配;(3)链条穿轴覆网结构为传动链条中无销轴,支撑轴直接穿在链条中。因为穿上的支撑轴承担链条销轴的任务,在运行过程中承受链条的拉力。穿入链条部分受到剪切力,容易出现支撑轴磨断脱落,造成对加热元件破坏。而且更换支撑轴麻烦,需要停产;(4)钢丝编制的链网运行阻力大,有窜动的现象存在;(5)链网粗糙,接触面过大,冲片接触处数多,钢丝高温下氧化损坏。

据不完全了解,国内同行业相关技术现状大体情况如下:

(1)从定子冲片漆的种类来看,国内其他企业大多采用油基绝缘漆,表面光滑,热性能差,涂漆烘烤对环境污染大。

(2)从加热方式来看,国内其他企业大多采用煤气加热或者电阻丝加热,不但环评难通过,而且热效率低,温度不均,耗能高。

(3)从传送冲片的方式来看,多数厂家采用双链条拖动方式,链条中间插入(或连接)用来支撑冲片的支撑轴,冲片落在其上面。链条的结构有两种:实心穿轴和滚子链带附件。

(4)从支撑冲片的方式来看,对于实心穿轴来讲,有的采用穿轴覆网结构,有的在相邻两轴螺旋状缠绕铁丝代替覆盖铁丝网。对于带附件的链条来讲,有的采用螺栓固定双链条之间的支撑轴,然后在相邻两轴套上铁丝网扣,还有的采用弹簧钢丝顶尖或者冲压件顶尖方式。总之为的是减少与定子冲片的接触面积,达到减少粘漆和划伤漆膜的目的。

2 设计思路与方案

涂漆设备通常由涂漆机构、传送系统、烘干炉、控制系统、通风排烟装置、冷却系统等组成。现在广泛采用电热式三段涂漆机,如图 2所示。

图2 三段式涂漆机示意图

由于定子冲片对漆膜的厚度、绝缘电阻、烘干温度和烘干时间均有严格要求,这就对涂漆设备提出了非常高的技术要求,必须对其涂漆机构、传送系统、控制系统、烘干炉体和排烟冷却系统进行合理的设计,使其相互之间配合协调,以保证绝缘漆烘干温度、烘干时间以及冲片的传送速度等关键参数的合理配置,从而保证定子冲片的涂漆质量。从设计的角度出发,主要考虑如下几个方面:

(1)涂漆机构

保证涂在冲片表面的漆膜厚度符合工艺要求而且均匀,这是前提。我们设计了新的四辊涂漆技术,扇形片表面涂层均匀一致,生产效率更高。

(2)传送系统

传送带的速度与涂漆辊的圆周速度相同,使冲片与传送带不发生相对位移,以免划伤冲片漆膜。

(3)烘干炉

采用三段不同温区烘干分别控制,有利于实现绝缘漆的最优性能,得到机械性能高、薄而均匀的漆膜。

(4)控制系统

炉温的高低与硅钢片漆的牌号、烘烤时间和漆膜厚度等有关,所以控制系统不但要能控制温度,而且能通过调节传送带的速度来控制烘烤时间,这在实践中非常重要和实用。

图3是发电机定子冲片烤漆炉设计立体图。

3 技术特点与关键技术

针对存在的问题,新的涂漆设备从保证涂漆质量、降低能耗、方便操作、利于维修的角度出发,较好地解决原有设备暴露出来的问题,使涂漆机的技术含量和冲片涂漆质量提升到一个新的水平。我们查阅了有关涂漆方面的资料,结合国外的先进经验,在此基础上进行了开发研制。因经验不足,以及配套外协件质量问题等原因,开始也出现了一些波折,冲片涂漆质量不尽如意。经过反复调试、试验,攻克了一个又一个技术难题,终于摸清水溶性无机硅钢片漆的性能,掌握了其涂漆技术,使水溶性无机硅钢片漆涂漆机取得成功。

以下是我们的几个关键技术和创新点。

(1)控制系统

图3 定子冲片烤漆炉设计立体图

该设备的控制系统由涂漆和冲片传送系统速度控制及烘干炉温度控制两部分组成。控制系统不但要能控制温度,而且能控制传送带的速度。通过调节传送带的速度来控制烘烤时间,使绝缘漆的性能达到最佳。该技术在实践中得到验证,各工作部分协调良好,控制精度高。

(2)四辊涂漆机构

我们针对现有二辊涂漆设备存在的不足,设计了一种涂漆效率高、效果好、工艺稳定的发电机定子硅钢片四辊涂漆机构。该设备能够在发电机定子硅钢片的上下两面同时形成均匀的漆膜,涂漆效率高、效果好,工艺稳定。

(3)空心销轴传动链

空心销轴传动链的设计既要考虑国标尺寸,与链轮匹配,便于生产,又要结合我们的实际情况。考虑到我们这套系统要在高温下长期运行,对材料的热强性有较高的要求。因此,我们选用了耐高温、耐磨的金属材料,并通过特殊处理达到我们的设计要求。

该冲片传送系统使支撑轴安装在空心销轴中,不但便于维修、更换,更重要的是减轻了对支撑轴的磨损,提高了传动链条的使用寿命。采用环形钢箍代替钢丝编网,通过点接触的钢箍支撑定子冲片运动进行烘烤,减少了与冲片的接触面和接触点数,提高了冲片的质量;同时避免了钢丝编制的链网在高温下反复弯曲和氧化造成破损导致对加热元件的损坏。

(4)远红外加热

烘干炉采用远红外石英电加热管加热,并且下层远红外石英电加热管的总功率大于上层加热管的总功率,热空气传导和对流速度快,加热效率高,使产品固化、干燥快。并且设置三段不同温区分别控制烘干,有利于实现绝缘漆的最优性能,得到机械性能高、薄而均匀的漆膜。因此,该烘干炉具有升温快、干燥快、效率高、能耗小、体积小、成本低的特点。

(5)光轮过渡装置

针对原有技术的不足,我们设计开发了一种在定子冲片传动过程中能够消除链条长度误差,避免漆膜划伤的的光轮过渡装置。

该装置为悬臂结构,在冲片传送装置一侧链条的支撑处设置一个,将两侧链条产生的长度误差通过链条在光轮上的滑动给予补偿,从而保证了两侧链条的同步性,消除了涂漆硅钢片传送装置两侧链条变形的不一致,避免了涂漆硅钢片从涂漆机构出来后划伤的现象。

4 结语

通过生产实践证明,新制造的涂漆机涂烤出来的定子冲片漆膜均匀一致,漆膜厚度符合工艺要求;外观表面没有气泡、发花等现象,白点很少,外观质量可以与进口冲片相媲美;绝缘电阻测试符合工艺要求,设备控制可靠,操作方便,维修更换少,达到了预期效果,得到了广泛的好评。对电机行业由低污染的水基漆替代高污染的油基漆具有极大的推广价值。