錢(qián)小軍

(杭州杭發(fā)發(fā)電設(shè)備有限公司，浙江 杭州 311251)

1 概 述

圈式線圈多膠模壓絕緣系統(tǒng)主要應(yīng)用于電動(dòng)機(jī)及較小容量的發(fā)電機(jī)，主要特點(diǎn)是設(shè)計(jì)制作工模具少，應(yīng)用設(shè)備集中，工作效率相對(duì)條形結(jié)構(gòu)要更高。以往，長(zhǎng)鐵芯中大容量貫流電機(jī)定子線圈一般采用條形模壓絕緣系統(tǒng)，制作周期長(zhǎng)、工序多、應(yīng)用模具多，制作成本高。隨著汽發(fā)條形定子線圈設(shè)計(jì)制造經(jīng)驗(yàn)的日益豐富，對(duì)各種原材料、模具、工藝及設(shè)備對(duì)線圈質(zhì)量影響的認(rèn)識(shí)也逐步加深。為解決大容量貫流電機(jī)定子線圈生產(chǎn)問(wèn)題，花較多時(shí)間和精力對(duì)大型貫流圈式定子線圈的設(shè)計(jì)制造進(jìn)行了試驗(yàn)摸索，對(duì)影響產(chǎn)品質(zhì)量的各種因素有了相應(yīng)對(duì)策，各工序上的制約點(diǎn)也逐步摸清。

2 試制過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題

在近1年的試制驗(yàn)證過(guò)程中，做了10多次樣品試制和試驗(yàn)，這里按試驗(yàn)流程來(lái)進(jìn)行問(wèn)題的匯總，這些問(wèn)題可能會(huì)在某次出現(xiàn)，但并不一定同時(shí)出現(xiàn)。主要問(wèn)題如下：

(1)梭形繞制時(shí)，由于股線漲力不均勻，產(chǎn)生了個(gè)別股線的截面過(guò)度縮小問(wèn)題，各班次股線漲力調(diào)整不一致，致使繞制成的線圈梭形形狀偏差較大。

(2)大型機(jī)組匝間絕緣需包云母帶并墊加強(qiáng)層多膠云母板，端部轉(zhuǎn)角處還要單獨(dú)加墊。當(dāng)工作環(huán)境溫度超過(guò)35 ℃，多膠云母板和云母帶變軟，邊包邊繞時(shí)粘在一起，繞制梭形轉(zhuǎn)角時(shí)外圈銅線無(wú)法伸長(zhǎng)，兩匝墊在一起，R處匝間絕緣遭到破壞。

(3)漲型時(shí)，由于貫流圈式線圈截面大、角度大、回彈量大，漲型參數(shù)難控制，漲型動(dòng)作時(shí)鼻部匝間易損壞。

(4)整形是手工作業(yè)，各班次的線圈形狀和尺寸不可能一致，再加上梭形形狀尺寸偏差，整形后的線圈形狀和尺寸偏差就更大了。

(5)主絕緣包扎時(shí)，由于線圈上下層接近于平行，上層包扎時(shí)設(shè)備移動(dòng)式支撐輪與線圈截面尖角來(lái)回摩擦，致使絕緣損壞，影響包扎質(zhì)量。

(6)絕緣防暈結(jié)構(gòu)由傳統(tǒng)的主絕緣模壓后再刷二次防暈結(jié)構(gòu)，改為高阻帶與主絕緣與槽部防暈起一次模壓成型的處理方式后，用老式模壓設(shè)備壓出的線圈有較深的皺溝。

(7)線圈熱壓時(shí)，直線部位用常規(guī)兩只壓腳再增加壓力的熱壓方式壓出的線圈截面尺寸不穩(wěn)定，時(shí)常有尺寸超差現(xiàn)象。

(8)熱壓后線圈出爐后冷縮變形不規(guī)律，出現(xiàn)線圈夾角變形超差現(xiàn)象。

3 解決方案

為適應(yīng)用戶對(duì)質(zhì)量要求的提高，從影響質(zhì)量的設(shè)計(jì)、原材料、設(shè)備、模具、制作工藝、環(huán)境等方面進(jìn)行分析研究。

3.1 優(yōu)化選擇線規(guī)及生產(chǎn)廠家

根據(jù)繞制的梭形線圈分析試驗(yàn)結(jié)果，針對(duì)梭形線圈繞制過(guò)程中出現(xiàn)的個(gè)別股線的截面過(guò)度縮小問(wèn)題和線圈形狀尺寸偏差問(wèn)題，重新分析比較試驗(yàn)了型號(hào)及生產(chǎn)廠家的因素后，還有一個(gè)原因，那就是線規(guī)的拉伸形變特性不一致。為此，多股線的貫流線圈優(yōu)化采用GLEB雙玻線。

3.2 放線架改造

原放線架的漲力是用彈簧加螺旋扣進(jìn)行調(diào)整，漲力的大小由作業(yè)者的手感判斷。因此在并繞股線數(shù)較多時(shí)，不同股線間的漲力差異可能會(huì)較大；此時(shí)，會(huì)出現(xiàn)個(gè)別股線截面縮小過(guò)度的問(wèn)題。更換線盤(pán)時(shí)，靠手感調(diào)節(jié)的漲力會(huì)有差異，造成各班次梭形形狀偏差大的現(xiàn)象。

新放線架采用磁粉漲力控制(見(jiàn)圖1)，對(duì)于同一機(jī)組能夠做到優(yōu)化配置漲力并穩(wěn)定下來(lái)，排除了作業(yè)者的人為因素。

圖1 磁粉恒漲力放線架示意

3.3 繞線工作室無(wú)塵恒溫控制

當(dāng)工作環(huán)境溫度超過(guò)35 ℃，云母帶及多膠云母板等匝間絕緣融化變軟，邊包邊繞時(shí)云母帶膠粘到輪子上，已包扎的絕緣很快粘在一起變成一個(gè)小整體。繞制梭形轉(zhuǎn)角時(shí)外圈銅線無(wú)法伸長(zhǎng)，梭形R成型時(shí)疊在一起，R處匝間絕緣遭到破壞。

搭建繞線工作室，裝上恒溫空調(diào)，保持繞線工作室溫度在15～25 ℃內(nèi)，匝間絕緣不會(huì)粘連，繞制梭形R時(shí)也能自然成型，不會(huì)疊在一起，匝間絕緣質(zhì)量得到保障。

3.4 漲型整形控制

由于貫流圈式線圈截面大、角度大、回彈量大，原先老式漲型機(jī)漲型工序中參數(shù)難控制，漲型動(dòng)作時(shí)鼻部匝間易損壞。漲型完成后工序是整形，整形是手工作業(yè)，各班次的線圈形狀和尺寸不可能一致，再加上梭形形狀尺寸偏差，整形后的線圈形狀和尺寸偏差就更大了。

按工藝需要設(shè)計(jì)制造新式漲型機(jī)，滿足漲型及端部整形兩個(gè)工序工作需要(見(jiàn)圖2)。根據(jù)線圈直線邊長(zhǎng)度、截面的多樣性，高剛度的線圈直線邊自動(dòng)抓取裝置，其線圈鼻端的夾緊部分可依據(jù)鼻部半徑進(jìn)行更換；其在漲型過(guò)程中穩(wěn)定、牢固夾緊直線邊。直線邊與端部轉(zhuǎn)角不鼓包，線圈之間沒(méi)有磨擦運(yùn)動(dòng)。漲型后的線圈沒(méi)有任何機(jī)械損傷，線圈表面絕緣及線圈匝間絕緣完好無(wú)損，保證線圈電氣性能的可靠。對(duì)線圈可自動(dòng)定距及對(duì)中，漲型原理、軌跡均繞圓心運(yùn)動(dòng)，確保兩端跨距一致，根據(jù)線圈的大小自動(dòng)成形。線圈斜邊頂弧度機(jī)構(gòu)采用拼接式，可拼出不同弧形，以保證不同規(guī)格線圈斜邊的漲型要求，采用伺服機(jī)構(gòu)控制頂弧座的軸向移動(dòng)，

圖2 漲型機(jī)示意

配置帶側(cè)肩的弧塊可有效消除兩極線圈端部?jī)?nèi)翻，4個(gè)頂弧機(jī)構(gòu)可單獨(dú)升降控制，強(qiáng)度高，操作簡(jiǎn)便。采用伺服機(jī)構(gòu)控制鼻部的位置，保證鼻部高度、長(zhǎng)度、偏角完全受控。采用開(kāi)啟式鼻夾機(jī)構(gòu)，鼻部轉(zhuǎn)角位置更短，放取線圈方便。鼻部在拉型過(guò)程中，由夾頭自動(dòng)轉(zhuǎn)角可調(diào)。漲型后線圈形狀一致，線圈成型尺寸精確，能將梭型線圈最終成型為成品線圈，不再需要用復(fù)型模來(lái)進(jìn)行復(fù)型。

3.5 主絕緣包扎

由于線圈上下層接近于平行，端部短，跨距小于200 mm。若應(yīng)用半自動(dòng)包帶機(jī)包扎主絕緣包扎時(shí)，直線轉(zhuǎn)彎電氣性能最薄弱處剛好需要接包，上層包扎時(shí)設(shè)備移動(dòng)式支撐輪與線圈截面尖角來(lái)回碰擦，這幾種因素均為損傷絕緣材料，影響對(duì)地絕緣包扎質(zhì)量。

根據(jù)貫流定子線圈的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，應(yīng)用機(jī)器人包帶機(jī)小包帶頭一次性全包直線和端部是最佳方案。

3.6 改造模壓設(shè)備

傳統(tǒng)模壓方式壓鐵無(wú)加熱件，熱壓座與壓鐵會(huì)有較大溫度差。傳統(tǒng)模壓的壓腳前后位置固定，很難調(diào)整壓腳中心線與壓鐵中心線一致。傳統(tǒng)模壓僅壓直線段，線圈直線段與端部彎曲部位的形狀難以保證，往往使該部位絕緣層成為電氣弱點(diǎn)。

首先對(duì)壓鐵進(jìn)行改進(jìn)，采用單面發(fā)熱紅外板結(jié)合低鐵導(dǎo)熱槽，節(jié)能、平面溫度均勻，在線圈兩寬面用加熱板同時(shí)加熱。其次是對(duì)上壓腳作結(jié)構(gòu)改進(jìn)，制成分體式結(jié)構(gòu)，外套筒與壓缸連接，內(nèi)桿裝在外套筒上，前后位置可根據(jù)中心需要無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)?？刂葡到y(tǒng)應(yīng)用PLC觸摸屏輸入并儲(chǔ)存工藝參數(shù)，內(nèi)設(shè)圈式及線棒膠化主絕緣模壓工藝參數(shù)，全自動(dòng)數(shù)控溫度及壓力。采用自動(dòng)預(yù)壓工藝，5～10 min后自動(dòng)加滿壓的使用工藝，采用OMRON觸摸屏及PLC自動(dòng)控制熱壓溫度。為了便于記錄、分析及改進(jìn)，本控制系統(tǒng)可以完整地記錄下模壓設(shè)備PLC自動(dòng)控制的全過(guò)程(見(jiàn)圖3)

圖3 模壓設(shè)備數(shù)控制界面

3.7 線圈定型

傳統(tǒng)工藝熱壓完成線圈出爐后放在平臺(tái)上自由冷卻，冷縮受周?chē)h(huán)境影響較大，變形不規(guī)律，出現(xiàn)線圈空間裝配形狀變形超差現(xiàn)象。

現(xiàn)設(shè)計(jì)制造模擬鐵芯嵌線狀定型模(見(jiàn)圖4)，圈式線圈冷縮受控，確保線圈空間裝配形狀滿足要求。

圖4 模擬鐵芯嵌線狀定型模

4 實(shí)例應(yīng)用及性能特點(diǎn)

4.1 實(shí)例應(yīng)用

到目前為止，按照新方案建造了多座電站的發(fā)電機(jī)圈式線圈，典型業(yè)績(jī)?nèi)缦滤?見(jiàn)表1)。

表1 典型業(yè)績(jī)

通過(guò)對(duì)按照新方案制造的多座電站項(xiàng)目的發(fā)電機(jī)大型貫流圈式定子線圈的檢查、跟蹤，不難發(fā)現(xiàn)前文所述的問(wèn)題都已經(jīng)得到圓滿解決。

4.2 性能特點(diǎn)

5 結(jié) 語(yǔ)

在投入了大量的人力、物力、財(cái)力后，大幅度提高了大型貫流圈式線圈的性能和整體質(zhì)量，圈式線圈的設(shè)計(jì)、制造也上了一個(gè)臺(tái)階。在大幅度減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度的同時(shí)，成品一等品率提高到99.5%以上，這一結(jié)論已被上述業(yè)績(jī)所驗(yàn)證。