专利名称：传导构件和用于处理传导构件的方法
技术领域：
本公开大体涉及传导构件。更具体而言，本公开涉及用于处理传导构件以修改通过该构件的传导性的方法，以及具有经修改的传导特性的传导构件。
背景技术：
在诸如动力发生的领域中广泛地利用涡轮系统。例如，传统的燃气轮机系统包括压缩机、燃烧器和连接到发电机上的涡轮。由压缩机、燃烧器和涡轮产生的机械能传送给发电机。然后发电机将机械能转换成可部署到公用电网上的电能。 发电机且尤其是发电机定子的各种构件可由导电材料形成。常常，例如，构件由铜形成。通过定子中的这些构件来输送交流(“AC”)电。在未经处理时，这些传导材料可为不良导体。例如，硬铜是较坚固的材料，但与例如软铜相比时却是不良导体。但是，当处理传导材料使得它们是更好的导体时，材料则会失去它们的强度。这对发电机的运行来说可能是有害的。例如，由这些经处理的材料形成的构件可能需要支承它们本身的重量，以及承受疲劳载荷。因而，当处理构件时，可能需要使用额外的材料或其它加强材料来支持构件，这是昂贵的、繁重的且效率低的。因而，改进的传导构件和用于处理传导构件的改进的方法在本领域中是合乎需要的。例如，改进构件的传导能力，同时防止构件的强度有显著损失的传导构件和用于处理传导构件的方法将是有利的。
发明内容
将在下面的描述中部分地阐述本发明的各方面和优点，或者根据描述，本发明的各方面和优点可为显而易见的，或者可通过实践本发明来学习本发明的各方面和优点。在一个实施例中，公开了一种用于处理传导构件以修改通过该构件的传导性的方法。该方法包括加热构件，使得在构件的内部层不退火的情况下，进行构件的外部层的退火，其中，内部层设置成与外部层邻近且成整体。该方法进一步包括冷却构件，使得在内部层不退火的情况下，停止外部层的退火。在另一个实施例中，公开了一种传导构件。该构件包括具有小于或等于大约10毫米的厚度的退火外部层，以及设置成与外部层邻近且成整体的非退火内部层。参照以下描述和所附的权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。结合在本说明书中且构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用来阐明本发明的原理。
在说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本发明的完整和能够实施的公开，包括其最佳模式，说明书参照了附图，其中图I是燃气轮机系统的示意图2是根据本公开的一个实施例的发电机的定子的透视图；图3根据本公开的一个实施例的、在处理之后的传导构件的横截面图；以及图4是根据本公开的另一个实施例的、在处理之后的传导构件的横截面图。部件列表10燃气轮机系统12压缩机14燃烧器16 涡轮18 轴20发电机22 定子32定子线棒34串联连接器36相位连接器38连接环50 构件52内部层54外部层56外表面58 厚度
具体实施例方式现在将详细参照本发明的实施例，在图中示出了实施例的一个或多个实例。以阐明本发明而非限制本发明的方式来提供各个实例。事实上，将对本领域技术人员显而易见的是，可在本发明中作出各种修改和改变，而不偏离本发明的范围或精神。例如，示出或描述成一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因而，意图的是本发明覆盖在所附权利要求及其等效方案的范围内的这样的修改和改变。图I是燃气轮机系统10的示意图。系统10可包括压缩机12、燃烧器14和涡轮16。另外，系统10可包括多个压缩机12、燃烧器14和涡轮16。压缩机12和涡轮16可由轴18联接。轴18可为单个轴或联接在一起而形成轴18的多个轴节段。诸如蒸汽轮机系统的各种其它系统可连接到燃气轮机系统10上。另外，应当理解，本公开不限于燃气轮机系统10，而是相反，任何适当的燃气涡轮、蒸汽轮机或其它涡轮系统均在本公开的范围和精神之内。系统10可进一步包括发电机20。发电机20可接受系统10的其它构件产生的机械能，并且将此能量转换成电能。例如，发电机20可包括转子(未显示)和定子22。如本领域中已知的那样 ，转子是发电机20的大体可动的构件，而定子22是发电机22的大体固定的构件。如图2中显示的那样，定子22可包括各种各样的传导构件。这些传导构件可将电(例如AC电)传导通过其中，并且将此电提供给例如公用电网。例如，定子线棒(bar)32阵列可将电传导通过其中。各个定子线棒32可由多个传导排线(strand)形成，例如铜排线。多个定子线棒32可由串联连接器34连接而在它们之间形成串联连接。可通过连接例如相位连接器36来形成额外的连接。相位连接器36可连接到定子线棒32和/或串联连接器34上，以提供额外的连接，例如在可由发电机20产生的AC电的各种相位之间的连接。例如，在示例性实施例中，发电机20可产生三相AC电。可利用相位连接器36来在这些相位之间提供连接。线棒32、串联连接器34和/或相位连接器36可连接到连接环38或多个连接环38上。连接环38可为设置在定子22的端部处的大体环形或弓形的构件。电可通过连接环38流出发电机20，并且到达公用电网或其它适当的位置。例如，连接环38可通过各种线棒或构件(未显示)来连接到高电压套管(未显示)上。高电压套管可从发电机20中抽取 出电。应当理解，上面描述的发电机20的传导构件仅是发电机的一个实施例的多种构件，而且任何适当的发电机及其中的构件的布置均在本公开的范围和精神之内。如上面描述的那样，发电机20的各种构件是构造成将电(例如AC电)传导通过其中的传导构件。以前，在发电机中使用的构件大体由未经处理的材料(其为较坚固但较差的导体)或者经处理的材料(其为较好的导体但较弱)形成。因而，本公开进一步涉及用于处理诸如发电机20中使用的传导构件的传导构件50以修改(例如改进)通过该构件50的传导性的改进的方法，以及涉及改进的传导构件50。在示例性实施例中，处理这些构件，使得产生的经处理的构件既是较好的导体又是较坚固的。应当理解，虽然本公开在发电机20和系统10的语境中论述了改进的方法和构件的好处，但是本公开不限于使用发电机20中的构件，或者用于处理发电机20中的构件的方法。相反，单独的任何适当的构件或者在任何适当的装置或过程中使用的任何适当的构件均在本公开的范围和精神之内。图3和4示出了本公开的构件50的各种实施例。在示例性实施例中，构件50可由铜或铜合金形成。具体而言，在一些实施例中，构件50可由韧铜形成，而在其它实施例中，构件50可由无氧铜形成。但是，在备选实施例中，构件50可由铝或铝合金、银或银合金或任何其它适当的金属、金属合金或其它适当的材料形成。在示例性实施例中，构件50如上面论述的那样可为发电机20的构件。例如，构件50可为定子线棒32、串联连接器34、相位连接器36、连接环38、高电压套管或发电机20的任何其它适当的构件。本公开的构件50包括内部层52或多个内部层52，以及外部层54或多个外部层54。内部层52可与外部层54邻近且成整体。外部层54可限定构件50的外表面56或多个外表面56。例如，在一些实施例中，如图3中显示的那样，构件50可为实心线棒。在其它实施例中，如图4中显示的那样，构件50可为空心管。构件50可具有多个外部层54。例如，多个外部层54大体包围构件50的整个外部或其多个部分。关于图3中显示的实心线棒实施例，各个外表面可为由外部层54限定的外表面56。关于图4中显不的空心管实施例,例如，内表面和外表面以及边缘表面可为由外部层54限定的外表面56。应当理解，根据本公开的构件50不限于上面公开的实心线棒和空心管。相反，具有任何适当的大小的任何适当地成形的构件均在本公开的范围和精神之内。如上面论述的那样，内部层52和外部层54可为构件50的整体式部分。换句话说，内部层52和外部层54仅是形成构件50的材料的一部分。因而，在根据本方法来处理构件之前，内部层52和外部层54可为无法区别的。但是，在根据本方法来处理构件的期间和之后，内部层52和外部层54中的多个或所有如下面论述的那样均可彼此区分。因而，根据本方法对构件的处理可通过退火来处理外部层或层54，同时防止使内部层或多个内部层52退火。在处理之后，可使外部层或层54退火，而相关联内部层52可保持不退火。为了处理传导构件50以便如上面论述的那样产生经处理的传导构件，公开了本方法。该方法包括例如加热构件50，使得进行外部层54或多个外部层54的退火。大体上，当开始进行材料的再结晶时，进行退火。这以被退火的材料、材料被加热的温度、材料被加热的时间以及在退火领域中通常已知的其它变量为基础。外部层54的退火可区分和形成退火外部层54。例如，退火可始于外表面56处，并且向内延伸，从而使外部层54退火。另夕卜，可在内部层52不退火的情况下，进行造成退火的这个加热。因而，如论述的那样，可在内部层52开始退火之前停止构件50的加热。大体上，内部层52由外部层54的退火限定，使得内部层52在没有发生退火处开始。该方法进一步包括冷却构件50，例如在加热构件50之后冷却构件50。根据本公开，可进行冷却，使得在内部层52不退火的情况下，停止外部层54的退火。因而，根据本公开，仅使外部层54退火，而内部层52不退火。通过使外部层54退火且内部层52不退火，本方法可产生是较好的导体且较坚固的传导构件50。例如，外部层54的退火可使外部层54具有更好的传导属性，而不使内部层52退火可允许内部层52保持用于传导构件50的材料的强度属性。关于传导AC电通过构件50，根据方法来产生的传导构件50可为特别有利的。AC电大体上主要流过传导材料的外皮或外层。AC电的密度以及因而AC电的量相对于距材料的表面的距离以指数的方式降低。因而，由于构件的退火的原因，根据本公开的构件50有利地允许流过构件50的大部分AC电(其流过外部层或多个外部层54)被较好地传导通过构件50。另外，通过使内部层或多个内部层52不退火，有利地在构件50的AC电的仅最小部分流过的部分中保持了构件50的强度。在示例性实施例中，构件50的加热可包括构件50的感应加热。在一些示例性实施例中，可按大于或等于大约IOOkHz的频率来执行加热步骤。在其它示例性实施例中，可按在介于大约IOOkHz和大约400kHz之间的范围中的频率来执行加热步骤。但是，应当理解，本公开不限于上面公开的频率，而是相反，任何适当的频率均在本公开的范围和精神之内。另外，应当理解，本公开不限于感应加热。相反，将如需要的那样使构件50退火的任何适当的加热方法均在本公开的范围和精神之内。在一些实施例中，冷却步骤可包括淬火。另外或备选地，冷却步骤可包括空气冷 却、烘炉冷却或任何其它适当的冷却技术。另外，应当理解，本公开不限于上面公开的冷却技术中的任何一种，而是相反，用于在退火之后恰当地冷却构件50的任何适当的技术均在本公开的范围和精神之内。在一些实施例中，本公开的加热步骤和冷却步骤可产生外部层的完全退火。备选地，加热步骤和冷却步骤可产生中间退火或任何其它适当的退火。应当理解，本公开不限于上面公开的类型的退火中的任何一种，而是相反，任何适当的退火类型均在本公开的范围和精神之内。如上面论述的那样，根据本公开的方法和传导构件50可允许AC电较好地流过外部层54，同时保持内部层52的强度。外部层54可具有厚度58。在示例性实施例中，可合乎需要地最大程度地减小这个厚度58。例如，在一些实施例中，外部层54的厚度58可小于或等于大约10毫米，或小于或等于大约9毫米，或小于或等于大约5毫米，或小于或等于大约4毫米。 在根据本方法的冷却之后，传导构件50的内部层52和外部层54可进一步具有不同的硬度。大体上，退火外部层54的硬度可小于非退火内部层52的硬度。例如，在一些实施例中，在冷却之后，外部层54可具有小于洛氏硬度F等级上的大约50的硬度。内部层52可具有在介于洛氏硬度F等级上的大约80和大约100之间的范围中的硬度。但是，应当理解，本公开不限于上面公开的硬度，而是相反，任何适当的硬度均在本公开的范围和精神之内。如上面论述的那样，外部层或多个外部层54的退火可提高多个层54中的层的导电率。例如，在根据本公开被处理之前，构件50可具有在介于国际退火铜标准等级上的大约97%和98%之间的范围中的导电率。在冷却之后，外部层54可具有大于或等于国际退火铜标准等级上的大约101%的导电率。但是，应当理解，本公开不限于或者在根据本公开来处理构件50之前或者之后的上面公开的导电率，而是相反，任何适当的导电率均在本公开的范围和精神之内。本书面描述使用实例来公开本发明，包括最佳模式，并且还使本领域任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，以及执行任何结合的方法。本发明的可授予专利的范围由权利要求限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它实例。如果这样的其它实例包括不异于权利要求的字面语言的结构元素，或者如果它们包括与权利要求的字面语言无实质性差异的等效结构元素，则这样的其它实例意图处于权利要求的范围之内。
权利要求
1.一种用于处理传导构件(50)以修改通过所述构件(50)的传导性的方法，所述方法包括加热所述构件(50)，使得在所述构件(50)的内部层(52)不退火的情况下，进行所述构件(50)的外部层(54)的退火，其中，所述内部层(52)设置成与所述外部层(54)邻近且成整体；以及冷却所述构件(50)，使得在所述内部层(52)不退火的情况下，停止所述外部层(54)的退火。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述加热包括感应加热。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，以大于或等于大约IOOkHz的频率来执行所述加热。
4.根据权利要求I至3中的任一项所述的方法，其特征在于，所述冷却包括淬火。
5.根据权利要求I至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述加热和所述冷却产生所述外部层(54)的完全退火。
6.根据权利要求I至5中的任一项所述的方法，其特征在于，所述传导构件(50)由铜形成。
7.根据权利要求I至6中的任一项所述的方法，其特征在于，在冷却之后，所述外部层 (54)具有小于或等于大约10毫米的厚度(58)。
8.根据权利要求I至7中的任一项所述的方法，其特征在于，在冷却之后，所述外部层 (54)具有小于洛氏硬度F等级上的大约50的硬度，并且所述内部层(52)具有在介于洛氏硬度F等级上的大约80和大约100之间的范围中的硬度。
9.根据权利要求I至8中的任一项所述的方法，其特征在于，在冷却之后，所述外部层 (54)具有大于或等于国际退火铜标准等级上的大约101%的导电率。
10.一种传导构件(50)，包括具有小于或等于大约10毫米的厚度(58)的退火外部层(54);以及设置成与所述外部层(54)邻近且成整体的非退火内部层(52)。
11.根据权利要求10所述的传导构件(50)，其特征在于，所述传导构件(50)由铜形成。
12.根据权利要求10至11中的任一项所述的传导构件(50)，其特征在于，所述外部层 (54)具有小于洛氏硬度F等级上的大约50的硬度，并且所述内部层(52)具有在介于洛氏硬度F等级上的大约80和大约100之间的范围中的硬度。
13.根据权利要求10至12中的任一项所述的传导构件(50)，其特征在于，所述外部层 (54)具有大于或等于国际退火铜标准等级上的大约101%的导电率。
14.根据权利要求10至13中的任一项所述的传导构件(50)，其特征在于，所述传导构件(50)进一步包括多个退火外部层(54)。
15.一种用于涡轮系统(10)的发电机(20)，包括定子(22)，所述定子(22)包括构造成将电传导通过其中的构件(50)，所述构件(50) 包括具有小于或等于大约10毫米的厚度(58)的退火外部层(54);以及设置成与所述外部层(54)邻近且成整体的非退火内部层(52)。
全文摘要
本发明涉及传导构件和用于处理传导构件的方法。公开了一种传导构件(50)和用于处理该传导构件(50)以修改通过构件(50)的传导性的方法。该方法包括加热构件(50)，使得在构件(50)的内部层(52)不退火的情况下，进行构件(50)的外部层(54)的退火，其中，内部层(52)设置成与外部层(54)邻近且成整体。该方法进一步包括冷却构件(50)，使得在内部层(52)不退火的情况下，停止外部层(54)的退火。构件(50)包括具有小于或等于大约10毫米的厚度(58)的退火外部层(54)，以及设置成与外部层(54)邻近且成整体的非退火内部层(52)。
文档编号C22F1/08GK102628150SQ20121002929
公开日2012年8月8日 申请日期2012年2月2日 优先权日2011年2月4日
发明者A·B·维特尼 申请人:通用电气公司