CN102483992A - 用于制造电机物件的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于制造电机物件的设备。该方法包括：加热漆并使漆去气；将物件放置在真空中；以漆浸渍；以及通过循环的快速真空处理及将真空降至大气压力使所述装置干燥。在干燥物件期间，脉冲真空处理是在相应压力下将物件预加热至至少等于溶剂的饱和蒸气温度之后进行，每个循环的最后通过温度不大于120℃的热空气喷吹所述装置。装置的加热和浸渍在不大于50℃的温度和至少13kPa的压力下进行。用于实施所述方法的设备包括：用于制备漆、以漆浸渍装置、使所述装置干燥和进行聚合的被加热的真空设备，所述被加热的真空设备借助于快速响应阀通过回路系统与通风系统和大气相连接。空气加热单元以闭合回路通过导管与干燥装置、热回收热交换器和热冷凝热交换器相连，热冷凝热交换器也安装在泵之后，与通风系统相连。本发明提高产品质量并改进设备在生态和火灾以及爆炸危险方面的性能。

Description

用于制造电机物件的方法和设备
技术领域
本发明涉及电气工程，具体地，涉及制造电气装置，例如电力变压器的大尺寸线圈，其中该制造基于以聚合物混合物真空浸渍该大尺寸线圈和真空干燥。
背景技术
目前使用的是真空强迫浸渍漆(varnish)(俄罗斯联邦专利No.2192702(MPK N02K15/12))方法，其通过在定子框架的紧密封内腔中以漆浸渍加热的定子线圈实现。随后进行定子线圈的真空处理，随后将压力升高到0.3MPa。
该方法的缺点是其应用受到限制。该方法不能直接应用到变压器绕组的浸渍上，这是因为待浸渍的线圈元件位于电芯的外部。用于浸渍大尺寸线圈(直径达到且包括2m而高度达到且包括3m)的高压釜是昂贵的。在压力下操作的这种尺寸的高压釜应当在联邦委员会矿业和工业监督管理局进行注册，这增大了其操作成本。
俄罗斯联邦专利No.2199810(MPK RF N02K 5/12，F26B 9/06)提出了一种用于干燥电气装置包括大尺寸电气装置的设备，其中安装有加热器、风扇、用于空气再循环的管道、通风挡板以及自动控制装置。通过空气管道中的通风挡板的位置变化进行热空气再循环，该通风挡板控制通过抽气通风移除的含有溶剂蒸气的热空气的量。
该设备的缺点在于，借助于通过通风系统移除溶剂蒸气饱和的空气来提供干燥腔中所容许的溶剂蒸气的浓度，这导致了不可回收溶剂的损失以及设备的环境特征的劣化。
目前使用的是制造电气装置的方法(俄罗斯联邦专利No.2231196(MPK N02K15/12))，其中，在隔绝于空气的设备中在真空下进行加热、浸渍、去气(degas)、干燥和聚合过程，并且逐步使用快速响应阀、导管和接收器循环进行脉冲真空处理过程，在接收器中将设计压力预设定为确保压力水平在每个设备中在每次循环中低于溶剂蒸气在该温度下的平衡压力水平。
用于实施该方法的设备(俄罗斯联邦专利No.2231196(MPKN02K15/12))包括连接到接收器和真空泵上的、隔绝于空气的被加热的设备(用于上漆、以漆浸渍装置并使其干燥)。在设施的设备中，通过快速响应阀和导管进行循环脉冲真空处理过程。使用225℃到250℃的高温液体AMT-300加热干燥设备。
该方法和设备的缺点包括：由于在漆涂覆的干燥期间剩余漆的差的聚合而导致的差的漆涂覆所需的固封能力。漆聚合通过从环境扩散到漆内的氧气分子强化。氧气分子的浓度在真空中是小的，这导致漆的聚合的速度和程度的减小。当干燥时，由于来自温度为高于225℃的设备壁的热传递(在减小的压力并且通常通过热辐射)而导致对被浸渍的装置的加热不会确保装置例如多层变压器绕组(包括层之间的间距)的均匀预热。可能发生线圈的外层的高于120℃的过加热，这对于纤维素材料的绝缘部而言是不允许的，因为这导致绝缘部的加速热老化并且减小变压器的操作时间。
以上方法的最类似方法是在俄罗斯联邦专利No.2138899(MPKN02K15/12，N01F41/02)中阐述的方法。根据该方法，在浸渍之前，浸渍材料和装置(在其预热之后)分别以真空脉冲模式在0.1kPa至13.3kPa(0.7mm Hg至100mm Hg)的余压下去气。以漆浸渍装置在漆的加热期间进行，例如对于在电子工业中广泛使用的ML-91漆，加热达到至少70℃至75℃的温度，使用真空脉冲至0.1kPa到13.3kPa和真空泄放至大气压力的3到5个循环。
以ML-92漆浸渍的装置在大气压力下在达到110℃-130℃的温度下加热1.5小时到2小时，随后在0.1kPa到13.3kPa(0.75mm Hg到100mm Hg)的余压下脉冲真空处理3到5个循环并且暴露于真空5到10分钟。
该最类似方法的缺点在于，根据所提议的方法，在干燥的同时预热被浸渍的装置1.5小时到2.0小时之后，在漆表面上发生薄膜形成过程。在预热后的一系列快速脉冲真空处理导致溶剂蒸气气泡的形成(尤其是在厚的漆层中)，这些气泡中的一部分不能透过表面薄膜并且形成漆层的多孔结构，这减小其机械强度和固封能力并且导致浸渍质量减小。另外，ML-92漆的关键溶剂例如丁醇和二甲苯在所提议的漆制备和装置浸渍的条件下在70℃到75℃和0.75mm Hg至100mm Hg的压力下沸腾。在出现蒸发核时发生特别激烈的沸腾。这些核形成选出电力变压器的纤维素绝缘部的孔的剩余空气，并且绝缘表面是有微结构的(纸张、纸板)。在两相(液体和固体)界面上的溶剂的沸腾导致浸渍质量减小，这是由于在绝缘部的孔中的空气被溶剂蒸气所替代，并且溶剂的重量含量的减小增大了靠近绝缘部的表面的局部区域中的漆粘度。所有这些阻止漆透入绝缘部的孔内，由此减小浸渍的质量。
实现以上方法的最类似设备是根据俄罗斯联邦专利PM No.7558MPK N02K15/12所述的用于浸渍和干燥电气装置的设备。
该设备包括被加热的真空设备，用于浸渍材料的加热和去气(制备)、装置的浸渍、被浸渍的装置的干燥和聚合。这些设备通过真空导管、接收器和泵以及大气与快速响应阀相连。液滴分离器和冷凝热交换器安装在接收器之前。真空泵安装在接收器之后。
在相应的设备中使用接收器和快速响应阀以脉冲真空处理的方式进行：漆和用于浸渍的装置的制备，以及浸渍有漆的装置的干燥。接收器的体积应当超过每个设备的体积至少10倍。
该设备的缺点在于其容许从设备中带走漆，并且在穿过相应的快速响应电子阀之后，该漆蓄集在漆液滴分离器中。漆经常性地透入快速响应阀内(及漆随后的干燥)减小这些昂贵装置的操作寿命。由此，需要经常清洗电子阀，并且由此需要拆卸电子阀。
因为冷凝热交换器安装在接收器的上游并且溶剂蒸气与从设备中排出的空气混合的时间小于0.1s，所以设备的所提议的设计不能容许完全接收溶剂蒸气。快速真空处理应当确保在小于0.1s的时间内使设备中的压力小于100mm Hg，即，应当在不大于0.1s的时间内实现在设备和接收器中(由此，在冷凝热交换器中)的压力平衡。另外，溶剂蒸气的冷凝发生在真空下，这是由于在设备操作期间，在冷凝热交换器和接收器中的压力下降到0.7mm Hg到100mm Hg的范围内。由此，考虑到短的冷却时间以及由减小的压力导致的溶剂蒸气和空气混合物的热导率的显著减小，冷凝热交换器应当具有下述特征：大的热交换表面(其超过标准热交换器几百倍)以确保完全接受溶剂蒸气。
所有这些导致设备的不足的操作性能，并且使其难以满足环境需求。
发明内容
本发明的工程问题是形成条件以制造不具有最类似方法中所常见的缺陷的电气装置、以及用于便利于操作和满足工业卫生、环境保护和火灾及爆炸安全性的需求的设备。
所述目标通过以下技术实现：制造电气装置的方法包括加热漆并使漆去气、对装置进行真空处理、以漆浸渍装置并且以循环快速真空处理使装置干燥以及随后真空排空到大气压力，所述方法涉及，在装置的干燥期间的脉冲真空处理是在真空脉冲产生的压力下将所述装置预加热到不高于溶剂的饱和蒸气温度之后进行的，并且在每次循环的最后，以温度达到120℃的热空气喷吹所述装置，并且加热、漆去气和浸渍漆的过程在不大于50℃的温度和至少13kPa的压力下进行。
在移除浸渍后的装置之前，应当在真空下以大气空气喷吹所述装置以防止溶剂蒸气透入空气。
为了实现该方法，用于制造电气装置的设备包括：用于制备漆、以漆浸渍装置、干燥和聚合的被加热的真空设备，这些设备通过真空导管系统通过快速响应阀与接收器、泵、大气和冷凝热交换器相连；另外地装备有热回收热交换器和空气加热单元，它们通过具有关闭阀的导管通过闭合回路系统串联地连接到用于干燥漆和漆的聚合作用的设备上，所述热回收热交换器和具有第二冷凝热交换器的所述冷凝热交换器中的一个安装在所述真空泵之后。
所述设备能够另外装备有冷却设备，所述冷却设备用于在所述装置干燥和聚合之后冷却所述装置。
考虑到用于干燥和聚合所需的时间超过用于浸渍所需的时间，所述设备能够另外装备有待并联安装的一个或多个干燥和聚合设备。
所述方法的建议模式以及用于其实施所需的条件能够排除最类似方法中所常见的缺陷，并且由此通过增大漆薄膜的固封能力而提高装置的质量。在所述干燥设备中，漆聚合的热氧化过程通过以热空气(达到120℃)喷吹所述被浸渍的装置而强化，由此提供了来自漆表面的溶剂蒸气的连续喷吹并且供应具有氧气的新的一部分空气，其中氧气扩散到漆内。
在漆制备和浸渍设备中，温度预设定为排除漆溶剂在液相与固相的界面上的激烈沸腾，并且由此排除泡沫化的可能性：压力高于13.3kPa(100mm Hg)并且温度达到50℃。
通过在闭合回路中流动的热空气确保来满足环境保护和工业卫生的要求，并且为了确保溶剂蒸气的浓度下降以满足火灾和爆炸安全性的需求，将蒸气饱和的空气冷却到不高于10℃的温度。
由于使用冷凝热交换器，漆溶剂蒸气在空气中的浓度和在干燥和聚合设备中的浓度以及在整个热空气导管中的浓度不会超过火灾和爆炸安全性的允许阈值。在热回收热交换器中的热回收过程减小用于干燥的电力消耗。
附图说明
本发明以附图图示，其中附图示出了用于实施用于以漆浸渍电气装置的线圈并使其干燥和聚合的方法的设备的框图，
具体实施方式
设备包括如下密封装置：用于漆制备的装置(AVP)1、用于浸渍的装置(AI)2、用于漆干燥的装置(AVD)3以及用于线圈冷却的装置(ACW)4。所有设备均装备有外壳以通过热介质加热其壁部：对于AVP 1和AI 2，热介质的温度为50℃到80℃；对于AVD 3，热介质的温度为120℃；而对于ACW 4，水(用作冷却剂)的温度达到10℃。所有设备均装备有关闭机械阀和具有电机械驱动的真空阀，以及热电偶和压力传送器。
设备配备有热回收热交换器9和空气加热单元8。
AVP 1、AI 2和AVD 3通过具有电磁驱动的真空快速响应阀和真空导管连接到接收器5上。通过真空泵6对接收器进行抽吸，该真空泵具有进入冷凝热交换器7内的排放口，在该冷凝热交换器中，漆溶剂蒸气被最终接收。
温度为120℃的环流的热空气从空气加热单元8输送到AVD 3内。在AVD 3之后，空气进入热回收热交换器9的第一腔，随后进入冷凝热交换器10，并且随后通过用于预加热的热回收热交换器9的第二腔，并且随后到达空气加热单元8的输入部。
用于对设备和单元进行加热的蒸汽被供应给热介质加热单元11，其中使用蒸汽注射器获得预定温度的热介质(水、油、或蒸汽)。
为了加速装置的冷却，通过能够被预冷却的空气喷吹ACW 4。
使用冷却器获得冷却剂(水或防冻剂)。
泵12加强了通过AVP 1的壁对漆的加热，并且确保添加到AVP 1内的漆的新部分或溶剂的混合。
所提议的方法实施如下：使用运行的泵12借助于真空向AVP 1填充漆和溶剂(根据需要)并且操作加热以向设备的外壳供应热介质。在漆的真空泵吸和加热期间对漆去气。
将变压器绕组置于预加热到50℃温度的AI 2内。从工厂的干燥腔输送温度为45℃到55℃且绝缘湿度(insulation humidity)小于1.5％的线圈。线圈的重量达到2.5吨。
在AI 2被密封之后，通过将AI 2连接至接收器5(预抽真空至1mmHg)而快速形成真空以移除吸附的水。
将漆从AVP转移到AI内
AVP 1应连接到热空气管道上(用于真空泄放(vacuum relief))，应停止泵12并且打开连接AVP 1和AI 2的阀。漆由于压力差而转移到AI 2内。通过安装在AI 2中的视镜控制该过程。
以漆浸渍线圈
在将漆供应到AI 2内之后，关闭将AI 2连接到AVP 1和接收器5上的阀。在AI 2中，通过打开位于空气管道中的阀进行真空泄放，并且在大气压力下暴露10分钟。
在AI 2中，使用快速真空处理将压力减小到100mm Hg(通过压力传送器自动控制)，真空导管中的阀关闭并且暴露5分钟。通过打开位于供应AI 2的空气管道中的阀实现真空泄放，并且在大气压力下执行暴露10分钟。该操作进行两次。
所选取的真空水平(即至少100mm Hg(13.3kPa)的压力和不大于50℃的温度)用来进行以漆浸渍的工艺而没有在液相(漆)和固相(绝缘部)的界面上强烈地产生蒸气。这减小浸渍的时间并且使得不在AI 2中形成泡沫状物，并且由此消除了对于使用另外的装置(即液滴分离器)的需求，这降低了设备的价格。
在供应AI 2的空气管道中的阀以及将AI 2连接至AVP 1的阀被打开时，连接至AVP 1的真空导管中的阀打开，漆从AI 2中排出。通过安装在AI 2中的下视镜控制排出过程的完成。为了减小漆排出的时间，能够通过操作泵12进行泵抽。
在此之后，从线圈中真空移除过多的漆。在AI 2中，使用快速真空处理将压力减小到100mm Hg，关闭真空导管中的阀，并且执行暴露5分钟。通过打开位于供应AI 2的空气管道中的阀进行真空泄放，并且在大气压力下执行暴露10分钟。该操作进行两次。
在移除漆之后，AI 2暴露于真空0.5分钟，随后对AI 2填充空气并且将AI 2打开，以便移除被浸渍的线圈并且放入新的一个。
漆在AVD中干燥和聚合
将被浸渍的线圈置于AVD 3(壁部预加热到120℃)内并且关闭盖。
将预加热到～120℃的空气输送到AVD 3内以便加速线圈的加热并且增大漆的聚合程度。通过AVD 3中的供给空气与排放空气之间的温差估算线圈的加热的温度。
当线圈的温度达到70℃到80℃时，关闭供给空气导管和排放空气导管中的阀，并且在AVD 3中进行快速真空处理。将AVD 3中的压力减小到100mm Hg(低于用于ML-92漆的主要溶剂(二甲苯和丁醇)在该温度范围内的饱和蒸气压)并且发生漆溶剂的强烈蒸发。
在AVD 3中暴露于真空15分钟之后，继续以热空气加热装置和干燥漆：打开位于供应AVD 3的热空气管道中的阀。当实现线圈的80℃到90℃的温度之后，重复以上操作：快速真空处理和暴露过程。
另外，当实现线圈的～115℃到120℃的温度时，继续以热空气进行干燥，并且暴露在该温度下持续不超过4小时。
在从AVD 3中移除线圈之前，以热空气喷吹AVD 3。同时，打开空气供给阀和安装在真空导管中的阀。在进行真空泄放之后，打开AVD3的盖并且移除线圈。
将干燥的线圈置于ACW 4中用于冷却。
线圈在ACW中冷却
在ACW 4中，由于设备壁的热吸收和通过冷空气的喷吹而进行线圈冷却过程，其中设备壁通过位于设备外壳中的冷却剂冷却到8℃到10℃。由从ACW 4中排出的空气温度来确定线圈的温度。
用于冷却重量为～2.5吨、温度为50℃到55℃的线圈所需的时间为至少2小时。
环境保护、爆炸安全性和能量节约
为了减小排放到空气中的3级和4级毒性的溶剂蒸气的量，在冷凝热交换器7中冷却从真空泵中排出的蒸气和空气混合物，在该冷凝热交换器中将蒸气和空气混合物的温度降低到10℃以下，溶剂蒸气被冷凝且被回收并且在其过滤之后供应给AVP 1。
通过用于在线圈的干燥期间在AVD 3中加热线圈的热空气捕获和移除漆溶剂的蒸气的大部分。为了防止溶剂蒸气透入工作区域和大气，空气流封闭在回路中。为了在使线圈干燥的过程中避免形成从AVD 3中排出的漆蒸气和空气的爆炸性混合物，将该混合物在冷凝热交换器10中冷却到10℃以下的温度。溶剂蒸气在空气中的浓度(由溶剂蒸气在该温度下的饱和压力确定)在可燃范围之外(低于其最低阈值)：1％到6.7％的体积百分比。所形成的蒸气冷凝物在其过滤之后供应回AVP1。
在通过热空气使线圈干燥的过程中，由于使用安装在AVD 3的下游的热回收热交换器9而减小了能量损失。来自AVD 3的热空气被供应到热回收热交换器9的第一腔内，随后穿过冷凝热交换器10并且在已被冷却到10℃以下的温度之后供应到热回收热交换器9的第二腔内，在该第二腔内其在被供应到空气加热单元(热风扇)8内之前被预加热(使用从AVD 3中排出的空气的热量)。
使用压力传送器、温度传送器、视镜(level glasses)、具有电子驱动的阀和门能够使线圈在每个设备(AVP、AI、AVD、ACW)中的浸渍、干燥和冷却的操作自动化。这提高了设备的性能，并且减小了用于制造最终装置即浸渍有漆的装置(线圈)的电力消耗。
当制造电力变压器即浸渍大尺寸线圈(直径达到且包括2m，高度达到且包括3m，而重量达到且包括2.5t)时，能够通过使用所述方法和设备获得最大的技术和经济效果。

Claims (5)

1.用于制造主要是变压器绕组的电气装置的方法，所述方法包括：加热漆并使漆去气；真空处理所述装置；以漆浸渍所述装置；以及通过循环的快速真空处理和真空泄放至大气压力而使漆干燥，所述方法的特征在于，在干燥过程期间，所述装置的脉冲真空处理是在使用真空脉冲所产生的压力下将所述装置预加热到至少为溶剂的饱和蒸气温度之后进行，并且在每个循环的最后通过温度不大于120℃的热空气喷吹所述装置，并且加热漆和使漆去气以及以漆浸渍所述装置的过程在不大于50℃的温度和至少13kPa的压力下进行。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，为了防止溶剂蒸气被排放到空气中，在浸渍或干燥之后移除所述装置之前，通过大气空气真空喷吹腔。
3.用于制造主要是变压器绕组的电气装置的设备，所述设备包括用于制备漆、浸渍装置、使漆干燥和聚合的被加热的真空设备，所述被加热的真空设备借助于真空导管系统通过快速响应阀连接到接收器、泵和大气、冷凝热交换器上，所述设备的特征在于，所述设备另外装备有热回收热交换器和空气加热单元，所述空气加热单元借助于导管通过回路系统串联地连接到关闭阀、用于漆的干燥和聚合的设备、热回收热交换器和第一冷凝热交换器上，第二冷凝热交换器安装在真空泵的下游。
4.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述设备另外装备有用于在漆干燥和聚合之后冷却所述装置的单元。
5.如权利要求3所述的设备，其特征在于，所述设备另外装备有并联安装的、用于干燥和聚合过程的一个或多个设备。
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