专利名称：密封发电机的液冷式定子线棒的端部连接的方法和系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在发电机的定子线棒的端部连接处进行密封的方法和系统，尤其涉及用于在定子线棒的端部配件和定子线棒端部的最外线束之间以及在形成了定子线棒端部的线束之间进行密封的方法和系统。
背景技术：
用于发电机的水冷式定子线棒由多个小矩形的实心和空心的铜线束组成，这些铜线束相互铜焊在一起，并且铜焊到端部配件上。端部配件用作定子线棒的电力和液压连接件。端部配件通常包括用于定子线棒冷却流体流出和流入的封闭腔，该冷却流体通常为去离子水。端部配件的另一开孔容纳了定子线棒的线束末端，而配件和定子线棒端部的周向最外侧的铜线束相互铜焊在一起。随着时间的流逝，在定子线棒端部和定子线棒配件之间和相邻线束之间的连接周围会出现不同程度的泄漏。
之前已经做出了许多旨在对定子线棒端部和定子线棒配件之间和相邻定子线棒线束之间的泄漏路径进行密封的努力。例如参见1996年12月10日授权的美国专利No.5581869和1997年2月25日授权的美国专利No.5605590。虽然这些努力减少了形成泄漏的可能性，但是仍然需要保证有效地排除在水冷发电机的配件与线束的接头处所露出的初始设备制造件和现场修理的泄漏。
发明内容
在本发明的一个优选实施例中，提供了一种用于在发电机中对配件与线束的接头进行密封的方法，该发电机具有包括多条线束的定子线棒，其中一条或多条线束具有可使水在配件中循环的通道，该配件围绕着线棒的端部并铜焊在其周围，形成了配件线束的铜焊接头，该方法包括步骤(a)清洗配件线束接头的内表面；(b)在配件线束接头的内部涂覆环氧树脂；和(c)对配件线束接头的内部施加真空，随后从配件线束接头的内部释放该真空，从而将环氧树脂密封在接头的表面上。
在本发明的另一优选实施例中，提供了一种用于在发电机中对配件线束接头进行密封的方法，该发电机具有包括多条线束的定子线棒，其中一条或多条线束具有可使水在配件中循环的通道，该配件围绕着线棒的端部并铜焊在其周围，从而形成了配件与线束的铜焊接头，该方法包括步骤(a)从配件线束接头的内表面上清除疏松的针状或立方晶体形态的氧化铜；(b)在内表面上留下光滑的氧化铜钝化层；(c)在配件线束接头的内表面上涂覆环氧树脂，以覆盖氧化铜的钝化层；和(d)对配件线束接头的内部施加真空，随后从配件线束接头的内部释放该真空，从而将环氧树脂密封在接头上的氧化铜钝化层的表面上。
在本发明的另一优选实施例中，提供了一种用于在发电机中对配件线束接头进行密封的系统，其包括包含多条线束的发电机定子线棒，其中一条或多条线束具有用于水循环的通道；围绕着线棒的端部并铜焊在该端部的周围的配件；CO2丸清洁头，其可提供CO2丸的高速流，以便冲击在配件线束接头的内表面上而清洗该接头；用于在清洗了接头之后涂覆在配件线束接头的内部的环氧树脂；以及真空泵，其可为配件线束接头的内部施加真空，并在随后从配件线束接头的内部释放该真空时可使环氧树脂密封该接头的表面。
图1是液冷式定子绕组装置的示意图，其显示了连接在入口和出口冷却剂集管上的定子线棒和端部配件；图2是端部配件中的定子线棒的线束的代表性端部截面图；和图3-7是配件和定子线棒的末端线束的截面图，显示了根据本发明的一个优选方面的各种步骤。
图中各标号的含义如下10定子铁芯；12定子铁芯法兰；14铁芯肋条；16定子线棒；18，20端部配件；22入口软管；24入口冷却剂集管；26出口软管；28出口冷却剂集管；30，32空心和实心的铜线束；34大致直线形的开孔；36开孔或空腔；42工具；44环氧树脂；45注射器。
具体实施例方式
参见图1，图中显示了用在典型液冷式发电机中的液冷式定子线棒绕组装置。图中显示了具有定子铁芯法兰12和铁芯肋条14的定子铁芯10，而定子线棒16穿过定子铁芯上的径向延伸槽，并终止于端部配件18，20的相对末端处。入口软管22将入口配件18与入口冷却剂集管24相连。出口软管26将出口配件20与出口冷却剂集管28相连。如图2所示，各定子线棒均包括并排且相互间重叠设置的多条空心铜线束30和实心铜线束32。配件如配件18，20类似地由导电材料如铜形成。
例如如图3所示，配件18可包括具有大致直线形的开孔34的闭合主体，该孔用于接受定子线棒16的线束30，32。在配件18的另一端设有开孔36，其在使用时通常被铜管封闭，铜管用作电连接件，还用作使液体冷却剂如去离子水流入或流出由配件和空心铜线束的裸露端所限定的空腔36的液压管道。当配件包括入口配件时，空腔中的液体流入配件中并穿过空心线束30以实现冷却的目的，或者，当配件用作出口配件时，空腔从空心线束30中接收液体冷却剂，使其流出。可以理解，还可使用其它类型的配件，例如在1997年2月25日授权的与本申请属于同一受让人的美国专利No.5605590中所公开的配件，其公开内容通过引用结合于本文中。
通常来说，形成定子线棒的铜线束相互铜焊在一起，并铜焊在配件的内壁上。铜焊材料例如可包括铜磷合金。如图2所示，线束还相互间铜焊在定子线棒内。应当理解，一条或多条可能形成的泄漏路径是迂回式的，这样，泄漏路径的外部出口可能和与配件腔相通的泄漏路径的入口相隔很远。因此，泄漏路径可能从铜线束的内部形成，并沿着定子线棒的外周边而延伸到远超过配件自身的位置。泄漏路径可能形成于配件和线束之间的接头处，并沿着接头的与泄漏路径的起始部分或入口部分相反的一侧向外显露出来。由于一旦泄漏开始鉴别特定的泄漏路径就非常困难，因此用环氧树脂来密封配件的内部已经成为惯例，以便使环氧树脂密封剂用作液体冷却剂和铜焊合金之间的绝缘屏障。传统上还例如将环氧树脂涂覆成用于渗透和湿润的两个部分，之后对相同的液体环氧树脂进行高粘度改性，使其覆盖在配件和定子线棒的最外线束之间以及其线束自身之间的铜焊材料上。液体环氧树脂可以是在本发明的同一受让人的美国专利No.5350815中所介绍的类型，该美国专利的公开内容通过引用结合于本文中。还可理解，也可使用诸如美国专利No.5605590中所公开的其他类型的树脂。
近年来已经发现，在配件线束的铜焊接头上涂覆环氧树脂可能会导致环氧树脂与铜层离，从而使水可进入环氧树脂之下。如果环氧树脂中的这种裂缝会使水进入铜中的暗孔或缝隙内，那么即使涂覆了环氧树脂密封剂，也可能会发生缝隙腐蚀或老化。目前认为，由于粘结在铜上的氧化铜在许多情况下是脆弱的，因此环氧树脂可能会发生层离。例如，环氧树脂在硬化期间的收缩产生了可导致粘结在铜金属上的环氧树脂破裂的应力。环氧树脂与铜金属的这种粘结破裂还被认为是发电机的冷却系统在含有酸的冷却流体的低氧化下运转的结果。
如所理解的那样，通常使用高度氧化的水来流经铜线束以冷却定子线棒。在正常的情况下，水和水中的氧气腐蚀铜并将该金属转换成氧化铜(CuO)，并且这种氧化铜通常会老化而在铜中留下孔。然而，存在只要水中的氧浓度保持足够高就会发生的钝化现象，其可在铜上提供非常致密的氧化铜层。这种致密层可能继续被腐蚀，但其速率足够低，使其不会被水渗透。这样就形成了氧化铜的钝化层，它非常致密且耐蚀性高，因此是所希望有的。如果冷却流体如水保持较高的氧化水平，那么这种钝化层可在发电机的寿命期间内持续使用。
由于在所制出的线束铜焊接头中有时存在有小缝隙，因此可能会发生缝隙腐蚀。如果存在足够深的制造缺陷，那么在正常的工作状态下可能会发生缝隙腐蚀。当CuO结构钝化了缝隙之外的铜表面时，缝隙将在这种状态下被腐蚀，因而这是异常的腐蚀状态。含磷铜焊金属的存在会加速这种腐蚀的速率。
这种氧化铜可能以两种形式存在。例如，在铜配件和线束上将形成小于1到2密尔厚的钝化的光滑氧化物层。这在发电机的水冷系统中是常见的氧化物形态。氧化铜的第二种形式是疏松的针状或立方晶体形态。在钝化的光滑氧化铜经历了在水中的低氧环境即低于500ppb的情况下工作足够长时间，而后返回到水中的高氧环境即高于2ppm的情况下之后，在钝化表面上会形成疏松的针状或立方晶体形态的氧化铜。也就是说，一旦形成了疏松的针状或立方晶体形态的氧化铜，那么它不会因回到高度氧化的水冷系统中而消失。目前认为，这种晶体形态可能存在于连接器18的内表面上、定子线棒16的裸露在水中的表面上，以及配件线束铜焊接头中的缝隙入口处。因此，用于密封目的的环氧树脂将会附着在该氧化物上。然而，在环氧树脂硬化的应力即表面张力的作用下，氧化铜的这种第二形式破坏了表面的疏松形态，使环氧树脂与配件和接头层离。根据本发明一个方面的密封方法最大限度地减小或消除了泄漏路径，这是通过在涂覆环氧树脂之前去除任何疏松的氧化铜、尤其是通过在原位去除这种疏松的针状或立方晶体形态的氧化铜来实现的。
尤其来看图3，在冷却系统停机并从中去除水之后，配件的与定子线棒的线束相对的一端是封闭的。而后利用适当的真空泵38来对定子线棒的另一端施加真空。真空的目的是使配件和配件内的线束末端干燥。如图4所示，利用传统的CO2喷丸工具40来对铜焊接头处的线束端面和配件18的材料进行CO2喷丸处理。这种工具例如可从美国新罕布什尔州多佛尔市的29工业园区的RSG-Technologies公司(邮编03820)中买到，其型号为1535、1535H和1560。CO2喷丸处理意味着采用CO2丸(干冰)的高速流来冲击和清洗表面。通过使用CO2丸清洗和去除任何疏松的立方体或针状形态的氧化铜，就可使配件和线束不受污染(CO2丸在冲击时变成气态)，并且由于不存在残渣，因此不存在使定子线棒线束的空心导体水冷通道阻塞的风险。另外，通过首先利用图3所示的真空泵来干燥配件和线束，就可防止微粒粘附在金属表面上。CO2喷丸应当定向成冲击在配件线束接头的将涂覆和粘附环氧树脂的所有内表面上。
现在来看图5，在经过CO2喷丸处理以从配件线束接头中去除这种疏松的氧化铜之后，将空气吹过配件和定子线棒的线束，以便从配件中去除任何残余的疏松的氧化铜微粒。在图5中显示了用于将高压空气供应至配件内部和线束末端的工具42。为了改进环氧树脂渗透至配件线束铜焊空腔中的性能，从而提高对水进入任何缝隙的阻碍，非常希望环氧树脂能够完全地填充这些缝隙。通过用环氧树脂完全地填充缝隙，即使外部的环氧树脂填充物与铜焊配件的表面发生层离，缝隙也不会发展成泄漏路径。这将提高使泄漏密封并终结缝隙腐蚀的可能性。这是由环氧树脂的真空浸渍来实现的。
参见图6，类似于现有美国专利No.5605590所述，将环氧树脂44涂覆至配件线束接头上。例如可使用注射器45。随后，如所示地通过密封定子线棒的另一端并将真空软管连接在配件上且将内部容积抽空至10托或更小的压力，就可以实现真空。如果所涂覆的环氧树脂具有表面张力并且并非完全地填充了裂缝或缝隙，那么当撤去真空时，环氧树脂和裂缝或缝隙的表面之间的任意空气将涌出。这样就将环氧树脂迫入到裂缝或缝隙中。由于初始去除了这种疏松的氧化铜，因此可在环氧树脂和铜之间提供更好的密封。这样，通过去除这种疏松的氧化铜，同时保留氧化铜的光滑的钝化层，就可以获得用于环氧树脂粘附的光滑干净的表面。而且，如图7所示，在涂覆环氧树脂之后通过真空泵对配件和定子线棒施加真空可保证环氧树脂完全填充到可能存在的任何缝隙或裂缝中。由于环氧树脂在配件或线束上的收缩而形成的高应力将不会形成在小尺寸的缝隙或裂缝上。因此，不太可能发生环氧树脂从缝隙表面上的层离，并且环氧树脂所填充的缝隙将被很好地密封成不会与水接触。
虽然已经结合目前被认为是最实际且最优选的实施例来介绍了本发明，然而应当理解，本发明并不局限于所公开的实施例，相反，本发明旨在覆盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种改型和等效装置。
权利要求
1.一种用于在发电机中对配件与线束的接头进行密封的方法，其中所述发电机具有包括多条线束(30，32)的定子线棒(16)，其中一条或多条所述线束(30)具有可使水在配件(18，20)中循环的通道，所述配件围绕着所述线棒的端部并铜焊在其周围，形成了配件与线束的铜焊接头，所述方法包括步骤(a)清洗所述配件线束接头的内表面；(b)在所述配件线束接头的内部涂覆环氧树脂(44)；和(c)对所述配件线束接头的内部施加真空，随后从所述配件线束接头的内部释放所述真空，从而将环氧树脂密封在所述接头的表面上。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)包括喷射微粒(42)以对所述配件线束接头的内表面进行冲击。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括将CO2丸喷到所述配件线束接头的内表面上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)包括利用皮下注射器(45)将环氧树脂施加到所述内表面上。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(c)包括释放真空以使环氧树脂移入到所述接头的缝隙中。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述配件线束接头在某些内表面上包括疏松的针状或立方晶体形态的氧化铜层，所述步骤(a)包括对所述氧化铜层喷射CO2丸，从而在所述步骤(b)和(c)之前去除所述层。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)包括经由与所述配件的与定子线棒线束末端相反的一端来供应处于压力下的微粒(42)，以便清洗所述内表面。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤(a)包括将CO2丸(42)喷到所述配件线束接头的内表面上。
9.一种用于对发电机中的配件线束接头进行密封的系统，包括包含多条线束的发电机定子线棒(16)，其中一条或多条所述线束(30)具有可使水循环的通道；围绕着所述线棒的端部并铜焊在其周围的配件(18，20)；CO2丸清洁头(42)，其用于提供CO2丸的高速流，以便冲击所述配件线束接头的内表面而清洗所述接头；用于在清洗了所述接头之后涂覆在所述配件线束接头的内部上的环氧树脂(44)；和真空泵，其可向所述配件线束接头的内部施加真空，并在随后从所述配件线束接头的内部释放真空时可使所述环氧树脂密封所述接头的表面。
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于，所述系统还包括皮下注射器(45)，其用于将环氧树脂(44)施加到所述配件线束接头处的内表面上。
全文摘要
一种方法，包括对定子线棒的配件线束接头的内表面进行CO
文档编号H02K15/00GK1767321SQ200510116469
公开日2006年5月3日 申请日期2005年10月18日 优先权日2004年10月18日
发明者R·G·罗维 申请人:通用电气公司