专利名称：用于液冷发电机定子棒中防止和修复泄漏的无电金属敷涂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种密封定子棒的方法。
背景技术：
发电机的水冷定子棒由多个小的长方形实心和空心的铜条铜焊在一起构成。铜条的两端被铜焊到通常称为定子棒夹头的端配件上。有一盖被铜焊到夹头窗口上。该端配件同时用来接通定子棒的电流和冷却液流。
空心的端配件通常包括一个封闭室以便输入或输出定子棒的冷却液，该冷却液通常为消去离子的水。端配件的一端接纳定子棒各铜条的端头，该端配件和定子棒周边最外面的铜条被铜焊在一起。该端配件的另一端则被连接到定子的冷却管道上。
多年来液冷定子棒夹头的设计经历过不少变化，但它们通常都包含铜焊在一起的混合配置的实心和空心的铜条，及铜焊在夹头窗口上的盖。在操作时，该空心铜条挟带水将棒冷却。长时间后，在各连接部如定子棒端头和定子棒配件之间、盖和夹头之间、以及相邻铜条之间的周围泄漏都可能发展起来。泄漏也可在各管路连接部发生。人们认为这种泄漏的主要机制是一个裂隙腐蚀过程，该过程起始于铜焊接头内表面上的铜焊合金内。裂隙腐蚀是腐蚀的一种局部形式，通常与微环境水平上的停滞溶液有关。在裂隙内这种令液体停滞的微环境容易发生如在铜焊时特别是在铜条和铜焊合金的边界上形成的微表面空隙。由于裂隙内局部化学环境的改变如改变到磷酸状态，裂隙腐蚀便会引发。而在定子棒配件室内停滞的水长时间与铜焊接头和铜条接触。人们认为这种接触便是造成腐蚀和随后泄漏的原因。
冷却剂通过定子棒端连接部的泄漏在现场修复曾获得中等程度的成功。泄漏点可用数种不同的试验辩认如真空衰减和可跟踪的氦气试验。
环氧树脂屏障敷涂法曾被用作泄漏的修复和防止方法。这种方法的一个例子曾在美国专利5,605,590号中公开过，其内容在这里被参考引用。这种环氧树脂屏障敷涂曾被沿着铜条组件的铜焊长度段敷涂以使提供保护不让水起动腐蚀机制。环氧树脂敷涂用手工注射。注射后向定子棒夹头内张望时能见度会受损害。冷却铜条有可能被堵塞。这样，该过程很费工并且需要100％的检查。而且，对于某些夹头设计，很难观看和进入注射。结果，该过程只能是费工的，需要长时间才能完成。
在液冷发电机内还有其他多种型式的泄漏。但定子棒端裂隙腐蚀引起的泄漏是主要的，其他泄漏是由于孔隙、开裂和制造时的局部损伤造成的，并不是腐蚀的结果。
因此在液冷发电机内需要有一种改进的方法来修复和防止泄漏。特别是在定子棒和其夹头之间的连接部上需有对腐蚀的防护。这种对腐蚀的防护应该耐用并能应用到各种定子棒夹头的设计上，包括用于凹进铜焊、齐平铜焊和空心铜条升起的铜焊各种设计的夹头上。还需要有一种改进的方法以便用来修复和防止发电机水道内由于其他原因而引起的泄漏。
本发明概述本发明提供一种特殊的敷涂方法可用来在液冷发电机定子的冷却剂流动路径的内表面上淀积一层材料。该敷涂能覆盖定子棒空心铜条、铜条的铜焊接头、定子棒端配件的连接部和管路，不让冷却水与它们直接接触，从而可消除并防止泄漏。另外，本发明能提供一种抗腐蚀敷涂，该敷涂能敷涂到在服务的发电机上，可不需将机械拆卸。
更具体点说，本发明提出一种无电的(自催化)敷涂方法，将一金属屏障薄敷涂淀积在液冷定子棒水道的整个内表面上，或有选择地淀积在具有高度腐蚀危险或高度泄漏可能的目标区域上。该金属层提供一个抗腐蚀的屏障敷涂从而防止水进入到容易腐蚀的区域如夹头到铜条的铜焊接头上。同时该敷涂具有能够修复和防止基本上所有其他型式的泄漏的能力。不同的材料如铜式镍能被淀积成为金属屏障敷涂。有关材料选择的考虑应包括对腐蚀/浸蚀的抗力、敷涂的结合强度、费用、和过程的可变性。在这方面，从热膨胀的观点看，采用铜作为敷涂可能比较合适。而且，铜不容易被腐蚀，因此是有效的敷涂，可以用来覆盖容易被腐蚀的、在铜和铜焊合金之间的界面。
这样，本发明可在将一定子棒密封的方法中被实施，该定子棒在其至少一部分上制有供冷却剂流动的内部液体通道，将该定子棒密封就是在所说定子棒的至少一部分内部被润湿的表面上淀积一个无电敷涂。
本发明还可在将定子棒端头和接纳该端头的配件的连接部密封以限定一个基本不渗透液体抗腐蚀的密封的方法中被实施，这时该配件设有一室以便接纳通过该配件的开口而来的液体，并与形成至少一部分所说定子棒端的空心铜条连通以便该液体能流动通过所说空心铜条。所说密封方法包括下述步骤使无电敷涂溶液流动到所说配件的所说室内并通过该室，所说无电敷涂溶液是从一个含有金属离子和还原剂的无电敷涂溶液源流来。
另外，本发明可在定子棒端和接纳该端头的配件中被实施以便形成一个基本不透液体的密封。该配件设有一室以便接纳通过该配件的开口而来的液体，并与形成至少一部分所说定子棒端的空心铜条连通以便该液体能流动通过所说空心铜条。其中所说配件的至少一部分内表面具有淀积在其上的金属层，其中所说金属层是用无电敷涂法淀积的。
附图简要说明
图1为一液冷定子绕组装置的略图，其中示出定子棒及联接在输入和输出冷却剂汇流头上的端配件；图2为在一端配件内的定子棒的铜条的代表性的横断面的端视图；及图3为在本发明的一个实施例中一个与无电敷涂有关溶液的供源联接的定子棒的略图。
本发明的详细说明发电机的水冷定子棒由多个小的长方形实心和空心的铜条构成。这些铜条互相铜焊在一起并铜焊到端配件上。该端配件同时用来连接定子棒的电流和冷却液流。该端配件通常包括一个封闭室以便输入和输出定子棒的冷却液，该冷却液通常为消去离子的水。该端配件的另一个开口接纳定子棒各铜条的端头，该端配件和定子棒周边最外面的铜条被互相铜焊在一起。经过长时间的操作，泄漏会各式各样地在定子棒端头和定子棒端配件之间以及相邻铜条之间的连接部周围发展起来。根据对泄漏的分析结果，人们认为这种泄漏的机制是由于一种裂隙腐蚀的过程，该过程起始于铜焊接头内表面上的铜焊合金内。裂隙腐蚀是由于裂隙内局部化学环境的变动如迁移到磷酸状态而引起的。
在液冷发电机内还有其他型式的泄漏，例如夹头开裂泄漏、夹头窗口泄漏、管路和配件泄漏、和连接环泄漏。
通过定子棒端头连接部的泄漏在现场修复现只做到中等的成功。
在本发明的一个实施例中，提供一种无电(自催化)敷涂法被提出。该法将一个金属屏障薄敷涂淀积在液冷定子棒水道的整个内表面上，或有选择地淀积在具有高度腐蚀危险或高度泄漏可能的目标区域上。该金属层提供一个抗腐蚀的屏障层从而可防止水进入到容易腐蚀的区域如夹头和铜条的铜焊接头上。同时该敷涂具有能够修复和防止基本上所有其他型式的泄漏的能力。不同的材料如铜或镍可被淀积成为金属屏障敷涂。
现在参阅附图，特别是图1，其中示出在一典型的液冷发电机内使用的液冷定子绕组装置。定子铁芯10上设有定子铁芯突缘12和铁芯增强肋14，还有多个沿径向延伸的槽，定子棒16穿过该槽并在起迄两端分别与两个相对的端配件18和20联接。输入软管22将输入配件18连接到输入冷却剂汇流头24上。输出软管26将输出配件20连接到输出冷却剂汇流头28上。如图2所示，每一定子棒各包括相互并列和叠置的多个空心的和实心的铜条30和32。而配件，例如配件20，类似地由导电材料如铜制成。该配件为一封闭体，在其一端有一长方形开口用来接纳定子棒16的铜条。在其另一端也有一开口，该开口在正常使用时被一铜管封闭，该铜管既被用作电连接，也被用作流动冷却液的导管。该冷却液如消去离子的水因此可在该配件20及空习和实心铜条的外露端所形成的室内进出。当该配件为一输入配件时，冷却液可流入该室内、进入该配件内、流动通过空心铜条30作冷却之用。当该配件被用作输出配件时，它可接受从空心铜条30来的冷却液以便将冷却液排出。如上所述，实心和空心铜条30、32被铜焊在一起，而盖34被铜焊到夹头窗口36上。这些连接部是长期操作后容易发生泄漏的地点。
如上所述，于是无电敷涂法被提出，该法可将金属的屏障敷涂淀积在液冷定子棒水道的内表面上，或有选择地淀积在目标区域上。
无电敷涂需要一个洁净的表面和活化。一个活化剂的配方为3ml的钯溶液、30ml的盐酸、和70ml的水。该活化剂被施加到表面上，漂洗，然后干燥。该敷涂法使用氧化还原反应，可以不用通过电流而将金属淀积在对象物体上。不需要阳极、电源或任何一种电连接。的确，敷涂的过程很简单，只需把铜溶液和铜的还原剂混合在一起，加热到正好离开沸腾点，然后用来浸泡要被敷涂的零件。这样自催化的电化反应就会发生，该金属就会均匀地淀积在整个要被敷涂的零件上。铜溶液配方的一个例子为15克/升的硝酸铜、10克/升的碳酸氢钠、30克/升的Rochelle盐、和20克/升的氢氧化钠。铜还原剂的一个例子为50ml/升的甲醛溶液。有多种商业混合物可以购用。可以添加各种添加剂来改进敷涂的质量。敷涂的厚度将取决于暴露时间的长短。中止暴露如将零件从溶液中取走即可使该反应停止。由于它能用恒定的金属离子浓度来浸泡物体的所有零件，因此，无电敷涂法能将金属均匀地淀积在边上、内孔上和不规则成形的物体上，这用电镀也难以做到。
无电敷涂法包含使用一个温和的还原剂来还原复合的金属。能被无电敷涂的金属包括钯(Pd)、铜、镍和银。其中最普通的要数镍和铜。举例来讲，复合铜可用甲醛的碱溶液还原来获得铜敷涂。该反应用钯催化，所说钯系在前一步骤以极少的量淀积在该表面上。镍敷涂通常可从活化表面上的次磷酸盐溶液中获得。该表面可用氯化锡和钯的胶状混合物活化。化学镍敷涂的淀积速率约为1密耳(1/1000英寸)/小时。关于无电敷涂的使用当然也有限制。例如在使用敷涂溶液时，金属会从溶液中消耗掉，因此可能需要至少定期的补充。另外，铜敷涂的应用较多受到限制，因为铜敷涂用的还原剂甲醛是一种致癌材料。
尽管如此，无电敷涂法比其他敷涂法具有明显的优点。例如，无电敷涂法能提供均匀的淀积并且在导电和不导电的表面上都能敷涂。而且能够有选择地冷敷敷涂，其方法是利用一个特殊的自催化的底敷涂，该敷涂被敷涂在需要进行无电敷涂的区域内。该底涂层的化学组成能使例如铜金属从溶液内提取出来并均匀地淀积在该特殊的底涂层上。还有可能在该已有敷涂的构件上叠加敷涂。例如在随后的步骤上叠加镍敷涂可给已有的铜敷涂提供环境的稳定性并将提高对腐蚀的抗力。另外，整体进行化学的铜/镍敷涂对内部构件来说是一种费用低廉而有效的防护系统。该整体敷涂涂层的过程可取消自催化的底涂层并能恰到好处地在所有暴露的表面上敷涂涂层。
如上所述，在无电敷涂中，金属离子由于化学还原剂的作用被还原成金属，还原剂只不过是电子给予者。而金属(即镍、铜等)离子是与电子给予者反应的电子接受者。催化剂是该零件的金属表面，该表面可加速随着还原剂的氧化而发生的化学反应。
这样，例如在液冷发电机定子棒的水道内，为了敷涂无电敷涂，该系统将被放空、洗净和干燥。然后，液冷发电机定子棒水道及/或其他要被敷涂的区域的目标内表面应被仔细地清洗，例如可用磨擦溶液冲洗，在放空、洗净和干燥后，该水道就可被制备以便提供一个具有起催化作用的表面。这就点而言，该水道将用反应后能就地淀积催化金属如钯的溶液冲洗(图3)。首先，该水道被充以酸性的二氯化锡溶液，然后被充以氯化钯溶液。钯被锡还原到其催化金属状态。另一种产生催化表面的途径是在水道内充以钯的胶状溶液，接着充以加速剂溶液。
如果不是在整个水道内表面上敷涂涂层，而是在局部，特别是容易腐蚀的区域如夹头和铜条的铜焊接头或其他目标区域上敷涂，那么可在这些区域上先敷涂特殊的、自催化的底涂层。该底涂层的机械构成能使所需金属从溶液中抽提出来并均匀地淀积在其上。一种典型的敷涂自催化的底涂层的方法是在较远处喷洒。由于较远的喷洒不必太精确，因此容易通过小喷头和柔韧的细管似用钓钩般探找而可不必作重大的拆卸。如上所述，一旦该液冷发电机定子棒被适当地准备好，整个水道就可用无电敷涂溶液淹没(图3)，均匀的淀积就此开始。
应当注意的是否预见到空气或发生的气体有可能被圈在例如裂隙或不通的凹进区域内，这将阻止无电敷涂在这些区域内的淀积，这时可能有必要进行压力处理。压力处理是使水道系统形成一个能被密封的封闭环并在认为需要和合意时施加压力。
无电敷涂过程被持续下去一直要到淀积层达到1到5密耳为止。就这点而言，如果金属离子和还原剂能得到补充，化学淀积还可持续下去。因此，在认为需要和合意的情况下，为了确保化学淀积能持续，应按已知的方式对金属离子和还原剂的浓度进行监视和控制以便保持适当的比率和敷涂溶液内总体的化学平衡。
无电敷涂淀积率本身是温度、pH值和金属离子/还原剂浓度的函数。化学淀积的厚度取决于淀积率和该零件浸没在溶液内的时间长短。典型的淀积率约为4到16微米/小时。
应当知道无电敷涂过程可在定子装配之前或之后进行。但后一种做法有较大优点。
另外，敷涂薄膜可被制成双层薄膜，该薄膜包括第一层薄膜和敷涂在其上的第二层薄膜。将会知道双层薄膜比单个敷涂具有更高的耐用性，特别是当双层薄膜具有可选择的性能时，例如在下面的敷涂薄膜具有较强的抗腐蚀性，而在上面的第二层薄膜的敷涂是为了获得气密性、耐用性、和抗腐蚀性。
作为另一个替代方案，例如定子棒水道可在装配之前敷涂，而水道的其他零件则在装配之后敷涂以便在某些区域或在某些零件上提供双层而不是在整个组合件上这样做。
按照本发明，所有具有形成泄漏路径的潜在危险的接头都可被敷涂无电敷涂。这样，在发电机定子棒端连接部的现有的泄漏都可在现场被修复。再者，由于对所有潜在的泄漏路径都提供了保护敷涂，这就提供了一个密封，这个密封将可在未来保证不让形成泄漏路径。那就是说，无电敷涂法不仅可使冷却液与铜焊材料隔绝并使相邻铜条之间的接头和最外面的铜条密封，而且能被用来淀积一层覆盖材料以资使冷却液流动路径的整个内表面密封，从而所有潜在的泄漏路径都可被密封，可以防止未来的泄漏。虽然本发明特别适用于现有发电机的现场修复，但它也可应用于初始制造时的发电机以便提供保护不让未来的泄漏发生。
如上所述，由于本文公开的方法能够在流动系统的整个湿润的表面上敷涂涂层，因此该方法能对付液冷发电机内夹头裂隙腐蚀的泄漏和其他的泄漏，例如夹头开裂的泄漏、夹头窗口的泄漏、管路和配件的泄漏、以及连接环的泄漏。这样，虽然本发明已就目前认为最实用和优选的实施例进行说明，但应知道本发明并不限于所公开实施例的具体细节，而是理应覆盖包括在所附权利要求书的精神和范围内的各种修改和等同的装置。
权利要求
1.一种密封定子棒(16)的方法，该定子棒在其至少一部分上制有一条供冷却液流动的内部液体通道，该方法包括在所说定子棒(16)的内部润湿表面的至少一部分上的无电敷涂的步骤。
2.权利要求1的方法，其特征在于在所说无电敷涂之前，所说定子棒(16)水道的至少目标内表面被清理并且该水道被制备来形成起催化作用的表面。
3.权利要求2的方法，其特征在于起催化作用的表面是用反应时能就地淀积催化金属的溶液冲洗该水道而产生的。
4.权利要求3的方法，其特征在于该水道被充以酸性的二氯化锡溶液，然后充以氯化钯溶液。
5.权利要求3的方法，其特征在于该水道被充以钯的胶状溶液，接着被充以加速剂溶液。
6.权利要求1的方法，其特征在于该水道内部表面的选定区域被敷涂上一层自催化的底涂层。
7.权利要求1的方法，其特征在于该无电敷涂的过程被持续到获得约1至5密耳的淀积层为止。
8.权利要求1的方法，其特征在于该无电敷涂的过程是在定子装配之后进行的。
9.权利要求1的方法，其特征在于在所说表面上制成一层双层敷涂薄膜，该敷涂薄膜包括一第一薄膜和一敷涂在该第一薄膜上的第二薄膜。
10.一种密封定子棒(16)端部和接纳该端部的配件(18、20)的连接部，以限定一个基本上不渗透液体的抗腐蚀的密封件的方法，该配件(18、20)有一经该配件(18、20)的一开口接纳液体的腔室，并与形成所说定子棒(16)端部的至少一部分的空心条(30)连通以使该液体流经所说空心条，该方法包括下述步骤使无电镀敷涂溶液流入并流径所说配件(18，20)的所说室，所说来自无电涂层溶液源的无电敷涂溶液包含金属离子和还原剂。
全文摘要
一种密封定子棒(16)的方法，该定子棒在其至少一部分上制有一条供冷却液流动的内部液体通道，该方法包括在所说定子棒(16)的内部润湿表面的至少一部分上无电敷涂。
文档编号H02K1/20GK1773810SQ20051012011
公开日2006年5月17日 申请日期2005年11月2日 优先权日2004年11月2日
发明者Y·王 申请人:通用电气公司