水輪發(fā)電機(jī)條式線圈VPI模具設(shè)備的通用化應(yīng)用

彭善國，胡 云，施利明，鐘志誠

(杭州江河水電科技有限公司，浙江 杭州 310012)

0 引 言

目前，我國擁有全球最多的水電站，隨著水輪發(fā)電機(jī)使用時間逐漸延長，在運(yùn)行過程中會出現(xiàn)各種各樣的問題，威脅了機(jī)組的安全運(yùn)行。近年來，發(fā)電機(jī)線圈真空壓力浸漆(Vacuum Pressure Immerge，簡稱VPI)技術(shù)在國內(nèi)外被廣泛應(yīng)用。筆者所在公司VPI技術(shù)也是從無到有，通過某電廠的技改，在VPI技術(shù)的制造工藝、產(chǎn)品質(zhì)量控制、材料選取、人員培訓(xùn)等多方面進(jìn)行總結(jié)和完善，研制出通用化模具設(shè)備。經(jīng)使用后，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性，同時大大縮短了交貨期，取得了良好效果，為今后新建及老舊水輪發(fā)電機(jī)的增容技改提供了有利條件。

1 條式線圈VPI模具概述

1.1 產(chǎn)品參數(shù)及技術(shù)要求

某電廠水輪發(fā)電機(jī)定子鐵芯內(nèi)徑6 495 mm，槽數(shù)336槽，線圈槽部直線長度1 280 mm，上引線端188 mm,下引線端207 mm，槽部截面尺寸22.2×54.2 mm。線圈兩端采用銀銅焊連接方式，其節(jié)距、升高、截面等尺寸要求按《大型水輪發(fā)電機(jī) 產(chǎn)品質(zhì)量分等》(DS/ZJ 011—2002)的優(yōu)等品控制。

1.2 模具設(shè)計

公司根據(jù)電廠技術(shù)合同要求，結(jié)合今后發(fā)展需求，制定了線圈VPI生產(chǎn)工藝流程：平直下料→引線部位刮頭→壓換位彎→導(dǎo)線編織→墊換位絕緣→端部成型→包扎半導(dǎo)體填充膩子→半成品膠化→股間短路檢查→引出線端部焊接→鋸頭→端部整形→打磨倒角→清洗干燥→機(jī)包扎主絕緣層→手工包扎防暈層及脫模帶→裝VPI模具→預(yù)熱→真空壓力浸漬→加熱固化→拆除模具→引線余膠打磨→電氣性能試驗→端部刷涂保護(hù)油漆→吹塑袋包裝→成品入庫保管。

圖1為多根線圈模具圖(上層，見圖1)，依據(jù)工藝要求，在考慮充分利用現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，研制了VPI模具；為了保證交貨期，模具采用上、下層線圈分模制作。模具設(shè)計為3層(底層、中間層和上層)組合結(jié)構(gòu)，每層10根線圈；底部采用U型框架作為基礎(chǔ)，將線圈端部和槽部分別固定成整體。

圖1 多根線圈模具

線圈端部結(jié)構(gòu)采用槽形枕將線圈引線卡在開口槽內(nèi)，線圈模具端部直線和R處采用熱縮帶加適形鋼板的方式，將適形鋼板緊密貼在線圈表面。用熱縮帶將適形鋼板半疊包若干層，在熱縮帶寬面處用C型卡將其卡緊；端部與槽部絕緣采用薄銅片過渡銜接。

線圈槽部直線部分采用導(dǎo)板和上、下壓條組合形式，上、下壓條厚度方向尺寸為線圈寬度尺寸(含脫膜帶厚度)，導(dǎo)板高度方向尺寸為上、下壓條及線圈高度尺寸之和。通過對線圈高度和寬度方向的反復(fù)預(yù)壓，直到寬度方向?qū)О搴蜕稀⑾聣簵l無間隙，高度方向無錯位。水平方向預(yù)緊力來自中間漲鐵，將導(dǎo)板由中間向兩側(cè)擠壓，直至導(dǎo)板與壓條無間隙；垂直方向利用頂絲將上壓條向下壓緊。每層線圈裝模完成后，裝間隔板；全部完成后安裝楔鐵，拆除頂絲。這樣在進(jìn)行VPI和烘烤過程中避免了浸漬漆將螺桿絲扣粘牢造成拆除困難的情況，減輕了模具清理的工作量，提高了生產(chǎn)效率(見圖2)。

1-U型框架；2-導(dǎo)板；3-上下壓條；4-間隔板；5-楔鐵；6-漲鐵；7-頂絲；8-橫梁

1.3 模具及主要設(shè)備循環(huán)使用流程

上、下層線圈各設(shè)計制作1套，充分利用VPI設(shè)備、烘箱及場地，提高生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期，設(shè)備循環(huán)利用流程圖如下所示(見圖3)。

圖3 設(shè)備循環(huán)利用流程

1.4 模具特點

(1) 線圈外形尺寸按照《大型水輪發(fā)電機(jī) 產(chǎn)品質(zhì)量分等》及圖紙逐項測量，結(jié)果表明所有檢測項目均能達(dá)到優(yōu)等品標(biāo)準(zhǔn)。

(2) 通過合理安排生產(chǎn)工藝，可以有效實現(xiàn)模具、VPI設(shè)備、烘箱及場地的穿插使用。

(3) 模具的制作周期長、成本高，單模重量約8 t，對電氣工廠的起重設(shè)備、VPI設(shè)備和烘箱的臺車承載能力有較高的要求。

(4) 拆裝模工作量較大，不適合在封閉環(huán)境作業(yè)，尤其是拆模過程中余膠的清理；當(dāng)清理不凈時，下次裝模很容易有余膠顆粒落入模具，造成線圈表面凹坑，導(dǎo)致線圈的報廢，產(chǎn)生不必要的損失，對操作人員體力和精力有較高的要求。

(5) 對線圈進(jìn)行介質(zhì)損耗測定時，發(fā)現(xiàn)有同模線圈的常態(tài)介質(zhì)損耗正切值(tgδ%)及常態(tài)介質(zhì)損耗角正切增量(△tgδ%=tgδ0.6UN-tgδ0.2UN)有不同程度的差異。通過分析認(rèn)為產(chǎn)生差異的主要原因可能是由烘烤固化和VPI階段線圈擺放位置引起。每模裝有線圈30根，抽取兩個典型區(qū)域的線圈1號和13號進(jìn)行烘烤溫度監(jiān)測和VPI電容監(jiān)測(見圖4)。

1234511121314152122232425漲鐵67891016171819202618282930

烘烤溫度監(jiān)測：在1號和13號線圈模具的導(dǎo)板中埋入PT100測溫電阻，對烘烤固化過程的溫度實施在線監(jiān)測，并繪制實時曲線圖(見圖5)。發(fā)現(xiàn)13號線圈比1號線圈到達(dá)凝膠保溫溫度滯后了18 min，到達(dá)固化保溫溫度滯后了19 min；其固化保溫時間也相應(yīng)被縮短了，凝膠保溫和固化保溫溫度低約1～3 ℃。

圖5 溫度曲線

VPI電容監(jiān)測：采用日置OKI3511—50LCR數(shù)字電橋高速測量儀對13號線圈與1號線圈VPI過程電容變化實時監(jiān)測，并繪制電容曲線圖(見圖6)。在保濕真空階段兩者電容基本相同，當(dāng)解除真空進(jìn)行加壓時發(fā)現(xiàn)1號線圈的電容增幅明顯比13號線圈大；且當(dāng)二者穩(wěn)定后，1號線圈電容為113 606 pF，13號線圈電容為112 840 pF，兩者相差766 pF。

圖6 線圈VPI過程電容曲線

2 單根線圈VPI模具設(shè)備

圖7為單根線圈VPI模具設(shè)備(見圖7)，線圈模具采用2～4 mm(根據(jù)線圈槽部截面尺寸定)白口鐵皮，用數(shù)控拆彎機(jī)拆成L型，將兩片模具對稱合攏而成。為了實現(xiàn)通用化，研制開發(fā)了專用設(shè)備，水平方向放置若干個框架(根據(jù)線圈槽部長度尺寸定)，框架采用上、下分體結(jié)構(gòu)，方便打開。選取合適數(shù)量的框架，使其與線圈直線部分長度吻合，向上打開上框架，在下框架上放置1片L型模具；然后將線圈平放在模具上，將另一片模具合反扣合攏，保持模具與線棒兩端尺寸一致，合上框架，這樣模具擺放完成。

壓緊機(jī)構(gòu)分為水平和垂直兩個方向，采用全自動液壓驅(qū)動，其壓力大小可根據(jù)線圈槽部截面尺寸大小分別設(shè)定。將模具壓到所需尺寸后，采用氬弧焊將模具固定裝置焊接牢固，松動水平和垂直壓緊機(jī)構(gòu)，打開上框架，將線圈和模具抬出，這樣單根線圈裝模完成。

根據(jù)VPI設(shè)備槽罐和烘箱尺寸確定每次線圈數(shù)量，設(shè)計定型架，將裝模后的線圈固定在定型架并形成整體，其余工藝同多模。

1-平臺基礎(chǔ)；2-直線滑板；3-框架；4-固定裝置；5-水平壓緊機(jī)構(gòu)；6-垂直壓緊機(jī)構(gòu)

單根模具設(shè)備具有以下特點：

(1) 單根模具設(shè)備具有通用性，模具制作簡單，周期短，縮短了交貨期，可以分批進(jìn)行VPI和烘烤固化，減輕了本身重量。

(2) 裝模過程無需起吊設(shè)備，可在封閉無塵車間完成，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

(3) 在VPI浸漬和烘烤固化過程中，線圈擺放位置差異較小，減小了設(shè)備的影響，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。

(4) 拆裝模作業(yè)可由白班完成，減少了夜班工作量，降低了勞動強(qiáng)度，提高了裝模效率。

(5) 方便流水作業(yè)，利于車間生產(chǎn)管理。

3 結(jié) 語

筆者所在公司通過某電廠發(fā)電機(jī)技改，將線圈

VPI模具設(shè)備通用化改進(jìn)，節(jié)約了模具制作成本，提高了線圈質(zhì)量的一致性，縮短了線圈交貨周期。