[发明专利]一种碳纤维复合材料电机护环的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及电机护环的制备方法。

背景技术

近年来，我国国民经济快速增长，使得对电力的需求也随之增加，这就要求我们扩大电网的规模。因为大功率发电机具有发电效率高，单位造价低等优势，从20世纪80年代开始，我国电力工业进入了大机组、大电网的发展阶段。从90年代开始电厂装机容量已逐渐从300MW提高到了600MW并陆续有1000MW国产机组投入使用。发电机是发电厂的主要设备之一，要提高发电机的容量，就要求发电机的性能在现有基础上有所提高。

转子护环装于发电机转子的两端，保护转子线圈的端部，防止在高速旋转下由于离心力的作用出现大的径向位移。护环的直径比转子本体直径大，它在运转中除了承受转子端部绕组等结构件的巨大离心惯性力和护环自身的离心惯性力之外，还要承受转子本体和中心环过盈配合引起的应力，所以护环是发电机受力最大的部件，对强度和模量要求很高，转子护环的可靠性对发电机组运行的安全可靠性影响极大。

传统的发电机护环为了减少漏磁以及漏磁在护环上产生的附加损耗及发热，常采用高电阻非磁性18Mn18Cr反磁合金钢制造。金属护环由于其比重大（常用钢制材料比重为7.9左右），导致旋转时约2/3的离心惯性力来自于自身的重量，对于常用的60Hz高速发电机，当直径大于1095mm时，电机护环本身产生的离心力将超过金属护环的屈服极限，从而限制了发电机组的单机容量，这限制了大容量发电机护环的设计。此外，现有的金属护环在工作中易产生应力腐蚀现象，这使得其故障率增高，从而降低了其使用寿命。金属护环的冶炼、锻造、加工都较为困难。为此我国大量依赖进口，而国外对此材料坯件的尺寸进行出口限制，且价格奇高。所以，在研制特大容量发电机组时，需要着重解决护环问题，这就亟需研制新材料以替代现有产品。

碳纤维复合材料是近年来越来越受关注的新型材料，由于其比强度、比模量高，密度小，耐高温耐腐蚀性能好，线膨胀系数小，磁损小等特点，碳纤维复合材料广泛应用于航天航空、军用、风电叶片、体育器材等方面。碳纤维复合材料电机护环，继承了碳纤维复合材料优秀的力学性能，而且不受尺寸限制，制造工艺较简单，它的比强度高，密度仅为钢的1/5，所以为制造大功率电机的大尺寸护环提供了有利的前提。

综上所述，现有复合材料电机护环的制备方法存在使用金属材料制备，制备出的金属护环比重大，导致旋转时离心惯性力高，限制了大容量发电机护环的设计，并限制了发电机的尺寸（直径小于1095mm），且金属护环的冶炼、锻造、加工都较为困难，因此我国大量依赖进口，成本高，制造工艺复杂的问题。

发明内容

本发明要解决现有复合材料电机护环的制备方法存在使用金属材料制备，旋转时离心惯性力高，限制了大容量发电机护环的设计，并限制了发电机的尺寸，成本高，制造工艺复杂的问题，而提供一种碳纤维复合材料电机护环的制备方法。

一种碳纤维复合材料电机护环的制备方法，具体是按照以下步骤进行的：

一、预处理：缠绕成型用的金属芯模进行预处理，得到预处理后的金属芯模；

二、金属芯模的安装及纤维缠绕机参数设定：将预处理后的金属芯模安装在纤维缠绕机的主轴上，然后调试纤维缠绕机程序，设定纤维缠绕机的缠绕速度、缠绕半径、缠绕角度、缠绕层数、缠绕循环数、缠绕张力、小车速度和碳纤维的铺放顺序，得到安装好金属芯模并设定好参数的纤维缠绕机；

所述的缠绕速度为20m/min～40m/min；所述的缠绕半径为150mm～760mm；所述的缠绕角度为0°～100°；所述的缠绕层数为30层～450层；所述的缠绕循环数为30～120；所述的缠绕张力为5N～16N；所述的小车速度0.05m/s～0.8m/s；所述的碳纤维的铺放顺序为：平行于圆筒轴向方向为0°方向，垂直于圆筒轴向方向为90°方向，按方向为0°～6°与按方向为80°～100°交替铺放碳纤维，且按方向为0°～6°铺放碳纤维的总层数与按方向为80°～100°铺放碳纤维的总层数比为1:(3～10)；

三、缠绕：将树脂胶液灌注于安装好金属芯模并设定好参数的纤维缠绕机的储液槽中，然后将碳纤维连接于预处理后的金属芯模起始端，启动安装好金属芯模并设定好参数的纤维缠绕机，使碳纤维通过树脂胶液灌注的储液槽中，得到浸渍后的碳纤维，然后浸渍后的碳纤维进行缠绕，直至缠绕完成，得到缠绕好的试件；

所述的浸渍后的碳纤维中含有树脂胶液的质量百分数为35%～45%；所述的树脂胶液粘度为0.340Pa·s～0.800Pa·s；