CN113922608A - 一种聚酰亚胺胶灌注电机绕组绝缘结构及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种聚酰亚胺胶灌注电机绕组绝缘结构及制备方法，在金属导线表面绕包耐高温聚酰亚胺/粘胶剂树脂复合薄膜，于320‑370℃烧结将粘胶剂树脂熔融将耐高温聚酰亚胺薄膜粘结成整体形成第一绕包绝缘层；对第一绕包绝缘层表面进行氧化刻蚀处理；金属导线制成电机定子电磁线绕组后，灌注耐高温热固性聚酰亚胺树脂胶，加热固化形成树脂灌注绝缘层。与现有技术相比，本发明提供的聚酰亚胺胶灌注电机绕组绝缘结构的制造方法，对提升特种电机的耐热等级、运行的可靠性/耐久性和使用寿命均产生重要影响，在稠油油藏开采领域具有光明应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及机电设备技术领域，特别是一种聚酰亚胺胶灌注电机绕组绝缘结构及制备方法。
背景技术
电磁线绕组绝缘结构是电机的核心技术，随着电机输出功率增加或者在高温环境下使用，均要求电磁线绕组绝缘结构具有极高的耐热特性和热化学稳定性。
蒸汽吞吐技术是稠油、超稠油油藏最重要的热采技术；其开采机制是通过注入高温高压蒸汽对油井周围的油层加热降粘、焖井换热，最后利用举升设备抽出石油。由此可见，潜油电泵直接耐受高温高压蒸汽环境，潜油电机必须具有优异的耐高温特性。美国Baker Hughes公司是世界高温潜油电泵研发的领导者，研发了四代高温潜油电泵并提出了耐温等级的划分标准，标准温度(120℃)、高温(163℃，第一代)、极端高温(220℃，第二低)、超高温(250℃，第三代)、超超高温(275℃，第四代)；俄罗斯Novomet公司最近报道研制出耐300℃高温的潜油电泵；300℃以上极超高温的潜油电泵尚无报道。
为了提高稠油的采收率，蒸汽吞吐技术注入高压蒸汽的温度已高达370℃，这对潜油电机绝缘结构的耐热性提出了严峻的挑战。传统的电磁线聚酰亚胺/氟46树脂绕包绝缘结构耐受300℃以上温度时氟46树脂失去粘性，绕包结构搭接区域密封性遭到破坏，绝缘性能显著下降；改进措施是在聚酰亚胺/氟46树脂表面浸渍聚酰胺酸溶液，加热驱除溶剂并环化脱水，原位生成PI漆膜；反复浸渍多次形成较厚的一层PI漆膜绝缘层；浸渍的PI漆膜能够提升PI/F46绕包绝缘层的密封性。然而，PI漆膜性能较差且与PI/F46复合膜间的界面粘结强度低，在长期高温下PI漆膜发生脆裂、脱粘剥落等问题，影响电磁线绝缘层的使用寿命。另外，浸渍漆不能完全填充定子绕组的空隙，不能有效改善定子内部的热传导和运行的稳定性。向定子绕组内部灌注环氧树脂或者有机硅树脂也是改进绕组绝缘整体以及运行平稳性的方法；但当温度大于200℃时，环氧树脂和有机硅树脂会发生快速的热氧分解反应，因此，目前尚没有一种工艺方法能够使潜油电机在370℃环境下长期使用。
发明内容
本发明的目的是要解决现有技术中电机绕组不耐高温的问题，提供一种聚酰亚胺胶灌注电机绕组绝缘结构及制备方法，提高电机绕组的耐热等级以及高温条件下绝缘的可靠性和耐久性。
为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：
一种聚酰亚胺胶灌注电机绕组绝缘结构的制备方法，包括以下步骤：
(1)在金属导线表面绕包耐高温聚酰亚胺/粘胶剂树脂复合薄膜，于320-370℃烧结将粘胶剂树脂熔融将耐高温聚酰亚胺薄膜粘结成整体形成第一绕包绝缘层；
(2)对第一绕包绝缘层表面进行氧化刻蚀处理；
(3)金属导线制成电机定子电磁线绕组后，灌注耐高温热固性聚酰亚胺树脂胶，加热固化形成树脂灌注绝缘层。
优选地，所述步骤(1)中，所述粘胶剂树脂为氟46树脂、聚醚酮、聚醚砜、聚醚腈、聚醚醚酮、聚醚酮酮中的一种或一种以上的组合。
优选地，所述步骤(1)中第一绕包绝缘层的厚度为0.2-0.7mm。
优选地，所述步骤(2)中，所述氧化刻蚀处理采用低温空气等离子体处理，低温空气等离子体的放电功率为100-600瓦，处理时间1-10秒。
优选地，所述耐高温热固性聚酰亚胺树脂胶是由乙炔基、邻苯二甲腈基、苯乙炔基封端的聚酰亚胺树脂中的一种或一种以上的组合与导热填料复配而成，导热填料的质量份数为5～20％；所述导热填料为微米或纳米级氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅粉末中的一种或一种以上的组合。
进一步地，所述步骤(3)中，于200-250℃下加热1-4h，260-320℃下加热2-5h，350-370℃下加热2-5h。
另外，本发明还提供了一种聚酰亚胺胶灌注电机绕组绝缘结构的制备方法制得的聚酰亚胺胶灌注电机绕组绝缘结构。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、利用耐高温热固性聚酰亚胺树脂胶灌封电机定子电磁线绕组的空隙，耐高温热固性聚酰亚胺树脂胶在固化过程中无小分子放出，能够形成致密的三维网络结构，固化物的玻璃化转变温度大于400℃、热分解温度大于500℃；赋予绝缘结构优异的耐高温特性和力学性能，同时提升了绕组绝缘结构的整体性和传热特性，有效缓解了电机工作过程中热量的局部集聚、延长了绝缘结构的使用寿命；同时树脂的灌注填充也消除了转子振动对绕组结构性能的影响，提升了电机运行的稳定性。
2、耐高温热固性聚酰亚胺树脂胶加入导热填料不仅能够改善热氧老化性能；同时降低绝缘层的热膨胀系数，提升绝缘结构与定子结构界面间热膨胀系数的匹配性。
综述，本发明提供的聚酰亚胺胶灌注电机绕组绝缘结构的制造方法，对提升特种电机的耐热等级、运行的可靠性/耐久性和使用寿命均产生重要影响，在稠油油藏开采领域具有光明应用前景。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定发明。
实施例1
(1)采用半叠包的方式在直径2mm的铜导线的表面绕包PI/F46树脂复合薄膜，于320℃烧结5分钟，将耐高温聚酰亚胺薄膜粘结成整体形成厚度为0.2mm的第一绕包绝缘层；
(2)采用放电功率600W的低温空气等离子体对第一绕包绝缘层表面进行1秒的氧化刻蚀处理；
(3)铜芯PI/F46绕包线制成潜油电机定子的绕组后，灌注5％纳米级氧化铝填充的乙炔基封端的聚酰亚胺树脂胶，于200℃下加热4h，260℃下加热5h，350℃下加热5h，最后固化形成树脂灌注绝缘层，获得聚酰亚胺胶灌注电机绕组绝缘结构。
实施例2
(1)采用半叠包的方式在直径2mm的铜导线的表面绕包PI/聚醚酮复合薄膜，于370℃烧结5分钟，将耐高温聚酰亚胺薄膜粘结成整体形成厚度为0.7mm的第一绕包绝缘层；
(2)采用放电功率100W的低温空气等离子体对第一绕包绝缘层表面进行10秒的氧化刻蚀处理；
(3)将铜芯PI/聚醚酮绕包线制成潜油电机定子的绕组后，灌注20％微米级氧化镁填充的邻苯二甲腈基封端的聚酰亚胺树脂胶，于250℃下加热1h，290℃下加热2h，360℃下加热5h，最后固化形成树脂灌注绝缘层，获得聚酰亚胺胶灌注电机绕组绝缘结构。
实施例3
(1)采用半叠包的方式在直径2mm的铜导线的表面绕包PI/聚醚腈复合薄膜，于350℃烧结5分钟，将耐高温聚酰亚胺薄膜粘结成整体形成厚度为0.5mm的第一绕包绝缘层；
(2)采用放电功率200W的低温空气等离子体对第一绕包绝缘层表面进行5秒的氧化刻蚀处理；
(3)将铜芯PI/聚醚腈绕包线制成潜油电机定子的绕组后，灌注2％纳米级氧化锌和5％氮化硼填充的苯乙炔基封端的聚酰亚树脂胶，于250℃下加热2h，320℃下加热5h，370℃下加热2h，最后固化形成树脂灌注绝缘层，获得聚酰亚胺胶灌注电机绕组绝缘结构。
本发明的原理是利用乙炔基、邻苯二甲腈基、苯乙炔基等活性端基封端的聚酰亚胺齐聚物与导热填料混合的树脂胶灌封电机定子电磁线绕组的空隙，该类热固性聚酰亚胺树脂胶在固化过程中无小分子放出，能够形成致密的三维网络结构，固化物的玻璃化转变温度大于400℃、热分解温度大于500℃；赋予绝缘结构优异的耐高温特性和力学性能，同时提升了绕组绝缘结构的整体性和传热特性，有效缓解了电机工作过程中热量的局部集聚、延长了绝缘结构的使用寿命；同时树脂的灌注填充也消除了转子振动对绕组结构性能的影响，提升了电机运行的稳定性。
进一步，为了验证本发明制得的聚酰亚胺胶灌注电机绕组绝缘结构的绝缘性能，分别对实施例1、实施例2和实施例3制得的聚酰亚胺胶灌注电机绕组绝缘性能进行了测试，三种样品干态绝缘电阻大于95GΩ，370℃高温电机油中浸泡1000小时后绝缘电阻仍大于50GΩ，保持了优异的绝缘性能和耐高温特性。
本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种聚酰亚胺胶灌注电机绕组绝缘结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在金属导线表面绕包耐高温聚酰亚胺/粘胶剂树脂复合薄膜，于320-370℃烧结将粘胶剂树脂熔融将耐高温聚酰亚胺薄膜粘结成整体形成第一绕包绝缘层；
(2)对第一绕包绝缘层表面进行氧化刻蚀处理；
(3)金属导线制成电机定子电磁线绕组后，灌注耐高温热固性聚酰亚胺树脂胶，加热固化形成树脂灌注绝缘层。
2.根据权利要求1所述的聚酰亚胺胶灌注电机绕组绝缘结构的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述粘胶剂树脂为氟46树脂、聚醚酮、聚醚砜、聚醚腈、聚醚醚酮、聚醚酮酮中的一种或一种以上的组合。
3.根据权利要求1所述的聚酰亚胺胶灌注电机绕组绝缘结构的制备方法，其特征在于：所述步骤(1)中第一绕包绝缘层的厚度为0.2-0.7mm。
4.根据权利要求1所述的聚酰亚胺胶灌注电机绕组绝缘结构的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述氧化刻蚀处理采用低温空气等离子体处理，低温空气等离子体的放电功率为100-600瓦，处理时间1-10秒。
5.根据权利要求1所述的聚酰亚胺胶灌注电机绕组绝缘结构的制备方法，其特征在于：所述耐高温热固性聚酰亚胺树脂胶是由乙炔基、邻苯二甲腈基、苯乙炔基封端的聚酰亚胺树脂中的一种或一种以上的组合与导热填料复配而成，导热填料的质量份数为5～20％；所述导热填料为微米或纳米级氧化铝、氧化镁、氧化锌、氮化铝、氮化硼、碳化硅粉末中的一种或一种以上的组合。
6.根据权利要求1所述的聚酰亚胺胶灌注电机绕组绝缘结构的制备方法，其特征在于：所述步骤(3)中，于200-250℃下加热1-4h，260-320℃下加热2-5h，350-370℃下加热2-5h。
7.一种如权利要求1-6任一所述的聚酰亚胺胶灌注电机绕组绝缘结构的制备方法制得的聚酰亚胺胶灌注电机绕组绝缘结构。
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