一種混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)的制作方法
【專利摘要】一種混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)，它涉及一種電機(jī)護(hù)環(huán)。本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有材料制造大尺寸電機(jī)護(hù)環(huán)時無法滿足電機(jī)護(hù)環(huán)的力學(xué)性能要求，成本高和制造工藝復(fù)雜導(dǎo)致在制造新型大功率發(fā)電機(jī)時受到限制的問題。本發(fā)明一種混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)由混雜纖維和樹脂膠液制備而成。優(yōu)點(diǎn)：一、本發(fā)明一種混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)具有直徑大、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)低、密度低、原料廣泛、成型工藝簡單和使用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，完全符合大功率發(fā)電機(jī)用電機(jī)護(hù)環(huán)的技術(shù)要求；二、成本低，制備工藝簡單，成本降低約55%～60%；三、密度為1600kg/m3～2000kg/m3，抗拉強(qiáng)度為1300MPa～2100MPa。
【專利說明】一種混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種電機(jī)護(hù)環(huán)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，我國國民經(jīng)濟(jì)快速增長，使得對電力的需求也隨之增加，這就要求我們擴(kuò)大電網(wǎng)的規(guī)模。因?yàn)榇蠊β拾l(fā)電機(jī)具有發(fā)電效率高，單位造價低等優(yōu)勢，從20世紀(jì)80年代開始，我國電力工業(yè)進(jìn)入了大機(jī)組、大電網(wǎng)的發(fā)展階段。從90年代開始電廠裝機(jī)容量已逐漸從300麗提高到了 600麗并陸續(xù)有1000麗國產(chǎn)機(jī)組投入使用。發(fā)電機(jī)是發(fā)電廠的主要設(shè)備之一，要提高發(fā)電機(jī)的容量，就要求發(fā)電機(jī)的性能在現(xiàn)有基礎(chǔ)上有所提高。
[0003]轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)裝于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的兩端，保護(hù)轉(zhuǎn)子線圈的端部，防止在高速旋轉(zhuǎn)下由于離心力的作用出現(xiàn)大的徑向位移。護(hù)環(huán)的直徑比轉(zhuǎn)子本體直徑大，它在運(yùn)轉(zhuǎn)中，除了承受轉(zhuǎn)子端部繞組等結(jié)構(gòu)件的巨大離心慣性力和護(hù)環(huán)自身的離心慣性力之外，還要承受轉(zhuǎn)子本體和中心環(huán)過盈配合引起的應(yīng)力，所以護(hù)環(huán)是發(fā)電機(jī)受力最大的部件，對強(qiáng)度和模量要求很高，轉(zhuǎn)子護(hù)環(huán)的可靠性對發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全可靠性影響極大。
[0004]傳統(tǒng)的發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)為了減少漏磁以及漏磁在護(hù)環(huán)上產(chǎn)生的附加損耗及發(fā)熱，常采用高電阻非磁性ISMnlSCr反磁合金鋼制造。金屬護(hù)環(huán)由于其比重大(常用鋼制材料比重為7.9左右)，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)時約2/3的離心慣性力來自于自身的重量，這限制了大容量發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)的設(shè)計。此外，現(xiàn)有的金屬護(hù)環(huán)在工作中易產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕現(xiàn)象，這使得其故障率增高，從而降低了其使用壽命。金屬護(hù)環(huán)的冶煉、鍛造、加工都較為困難。為此我國大量依賴進(jìn)口，而國外對此材料坯件的尺寸進(jìn)行出口限制，且價格奇高。所以，在研制特大容量發(fā)電機(jī)組時，需要著重解決護(hù)環(huán)問題，這就亟需研制新材料以替代現(xiàn)有產(chǎn)品。
[0005]現(xiàn)有復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)的制備方法存在使用金屬材料制備，制備出的金屬護(hù)環(huán)比重大，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)時離心慣性力高，限制了大容量發(fā)電機(jī)護(hù)環(huán)的設(shè)計，并限制了發(fā)電機(jī)的尺寸(直徑小于1095mm)，且金屬護(hù)環(huán)的冶煉、鍛造、加工都較為困難，因此我國大量依賴進(jìn)口，成本高，制造工藝復(fù)雜的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是要解決現(xiàn)有材料制造大尺寸電機(jī)護(hù)環(huán)時無法滿足電機(jī)護(hù)環(huán)的力學(xué)性能要求，成本高和制造工藝復(fù)雜導(dǎo)致在制造新型大功率發(fā)電機(jī)時受到限制的問題，而提供一種混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)。
[0007]一種混雜 纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)，其特征在于混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)按質(zhì)量分?jǐn)?shù)由55%~65%混雜纖維和35%~45%樹脂膠液制備而成密度為1600kg/m3~2000kg/m3、抗張強(qiáng)度為1300MPa~2100MPa的混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)；所述的混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)的尺寸為:內(nèi)徑為300mm~1200mm、壁厚為20mm~180mm和長度為300mm~1500mmo
[0008]本發(fā)明的有益效果是:一、本發(fā)明一種混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)采用高強(qiáng)度玻璃纖維和高性能碳纖維作為制備復(fù)合材料護(hù)環(huán)的主要材料，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和成型加工方法制備電機(jī)護(hù)環(huán)，具有直徑大、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)低、原料廣泛、成型工藝簡單和使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在電機(jī)多次啟動和停止仍能保證恢復(fù)原樣。達(dá)到保護(hù)電機(jī)線圈和電機(jī)的要求，完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)反磁鋼護(hù)環(huán)在我國下一代大容量電機(jī)上進(jìn)行廣泛應(yīng)用；
[0009]二、本發(fā)明一種混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)設(shè)計強(qiáng)度可達(dá)1300MPa以上，而密度僅為鋼的1/4，從而減少了離心慣性力，因此設(shè)計加工時不受尺寸限制，可設(shè)計性強(qiáng)，且提高發(fā)電機(jī)的尺寸(護(hù)環(huán)直徑大于1095mm)和提高轉(zhuǎn)速，即600MW大功率發(fā)電機(jī)在3600r/min下仍可正常工作，為制造大容量發(fā)電機(jī)提供了有力條件；
[0010]三、成本低，成本降低約55%~60%,制造工藝簡單；
[0011]四、本發(fā)明的一種混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)密度1600kg/m3~2000kg/m3,抗張強(qiáng)度為1300MPa~2100MPa，高于傳統(tǒng)反磁鋼材料IlOOMPa的抗拉強(qiáng)度。
【具體實(shí)施方式】
[0012]本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的【具體實(shí)施方式】，還包括各【具體實(shí)施方式】之間的任意組合。
[0013]【具體實(shí)施方式】一:本實(shí)施方式一種混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)，該電機(jī)護(hù)環(huán)按質(zhì)量分?jǐn)?shù)由55%~65%混雜纖維和35%~45%樹脂膠液制備而成密度為1600kg/m3~2000kg/m3、抗張強(qiáng)度為1300MPa~2100MPa的混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)；所述的混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)的尺寸為:內(nèi)徑為300mm~1200mm、壁厚為20mm~180mm和長度為300mm~1500mmo
[0014]本實(shí)施方式優(yōu)點(diǎn):一、本發(fā)明一種混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)米用高強(qiáng)度玻璃纖維和高性能碳纖維作 為制備復(fù)合材料護(hù)環(huán)的主要材料，通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和成型加工方法制備電機(jī)護(hù)環(huán)，具有直徑大、質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、熱膨脹系數(shù)低、原料廣泛、成型工藝簡單和使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在電機(jī)多次啟動和停止仍能保證恢復(fù)原樣。達(dá)到保護(hù)電機(jī)線圈和電機(jī)的要求，完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)反磁鋼護(hù)環(huán)在我國下一代大容量電機(jī)上進(jìn)行廣泛應(yīng)用；
[0015]二、本發(fā)明一種混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)設(shè)計強(qiáng)度可達(dá)1300MPa以上，而密度僅為鋼的1/4，從而減少了離心慣性力，因此設(shè)計加工時不受尺寸限制，可設(shè)計性強(qiáng)，且提高發(fā)電機(jī)的尺寸(護(hù)環(huán)直徑大于1095mm)和提高轉(zhuǎn)速，即600MW大功率發(fā)電機(jī)在3600r/min下仍可正常工作，為制造大容量發(fā)電機(jī)提供了有力條件；
[0016]三、成本低，成本降低約55%~60%,制造工藝簡單；
[0017]四、本發(fā)明的一種混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)密度1600kg/m3~2000kg/m3,抗張強(qiáng)度為1300MPa~2100MPa，高于傳統(tǒng)反磁鋼材料IlOOMPa的抗拉強(qiáng)度。
[0018]【具體實(shí)施方式】二:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一不同的是:所述的混雜纖維為玻璃纖維和碳纖維的混合物。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0019]本【具體實(shí)施方式】中當(dāng)混雜纖維為玻璃纖維和碳纖維的混合物時，這種混合物中含有的各種纖維之間的質(zhì)量比為任意比值。
[0020]【具體實(shí)施方式】三:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一或二之一不同的是:所述的玻璃纖維為S-1玻璃纖維、S-2玻璃纖維或S-3玻璃纖維中的一種或其中幾種的混合物。其它與【具體實(shí)施方式】一至二相同。[0021]本【具體實(shí)施方式】中當(dāng)玻璃纖維為S-1玻璃纖維、S-2玻璃纖維或S-3玻璃纖維其中幾種的混合物時，這種混合物中含有的各種纖維之間的質(zhì)量比為任意比值。
[0022]【具體實(shí)施方式】四:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至三之一不同的是:所述的碳纖維為東麗T700S、東麗T700G、東麗T800H、東麗T1000G、東麗M30S、東麗M30G、東麗M35J、國產(chǎn)T700級碳纖維或國產(chǎn)T800級碳纖維中的一種或其中幾種的混合物。其它與【具體實(shí)施方式】一至三相同。
[0023]本【具體實(shí)施方式】中當(dāng)碳纖維為東麗T700S、東麗T700G、東麗T800H、東麗T1000G、東麗M30S、東麗M30G、東麗M35J、國產(chǎn)T700級碳纖維或國產(chǎn)T800級碳纖維其中幾種的混合物時，這種混合物中含有的各種纖維之間的質(zhì)量比為任意比值。
[0024]【具體實(shí)施方式】五:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至四之一不同的是:所述的樹脂膠液為樹脂、酸酐固化劑及咪唑促進(jìn)劑的混合物；所述的樹脂膠液粘度為0.350Pa.s~
0.SOOPa.s ;所述的樹脂為環(huán)氧樹脂或者環(huán)氧乙烯基樹脂；所述的酸酐固化劑與樹脂的質(zhì)量比為(0.6~I):1 ;所述的咪唑促進(jìn)劑與樹脂的質(zhì)量比為(0.00005~0.0002):1。其它
與【具體實(shí)施方式】一至四相同。
[0025]【具體實(shí)施方式】六:本實(shí)施方式與【具體實(shí)施方式】一至五之一不同的是:所述的樹脂膠液為樹脂、酸酐固化劑及咪唑促進(jìn)劑的混合物；所述的樹脂膠液粘度為0.350Pa.s~
0.SOOPa.s ;所述的樹脂為環(huán)氧樹脂或者環(huán)氧乙烯基樹脂；所述的酸酐固化劑與樹脂的質(zhì)量比為(0.8~I):1 ;所述的咪唑促進(jìn)劑與樹脂的質(zhì)量比為(0.0001~0.0002):1。其它與
【具體實(shí)施方式】一至五相同。
[0026]【具體實(shí)施方式】七:本實(shí)`施方式與【具體實(shí)施方式】一至六之一不同的是:一種混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)具體是按以下步驟制備的:
[0027]—、預(yù)處理:纏繞成型用的金屬芯模進(jìn)行預(yù)處理，得到預(yù)處理后的金屬芯模；并將玻璃纖維在溫度為80°C的條件下進(jìn)行烘干處理，烘干時間為6h~12h，得到烘干后的玻璃纖維；
[0028]二、金屬芯模的安裝及纖維纏繞機(jī)參數(shù)設(shè)定:將預(yù)處理后的金屬芯模安裝在纖維纏繞機(jī)的主軸上，然后調(diào)試?yán)w維纏繞機(jī)程序，設(shè)定纖維纏繞機(jī)的纏繞速度、纏繞半徑、纏繞角度、纏繞層數(shù)、纏繞循環(huán)數(shù)、纏繞張力和小車速度，得到安裝好金屬芯模并設(shè)定好參數(shù)的纖維纏繞機(jī)；
[0029]所述的纏繞速度為20m/min~40m/min ;所述的纏繞半徑為150mm~760mm ;所述的纏繞角度為0°~100° ;所述的纏繞層數(shù)為30層~450層；所述的纏繞循環(huán)數(shù)為30~120 ;所述的纏繞張力為5N~16N ;所述的小車速度0.05m/s~0.8m/s ；
[0030]三、纏繞:將樹脂膠液灌注于安裝好金屬芯模并設(shè)定好參數(shù)的纖維纏繞機(jī)的儲液槽中，然后將烘干后的玻璃纖維和碳纖維同時連接于預(yù)處理后的金屬芯模起始端，啟動安裝好金屬芯模并設(shè)定好參數(shù)的纖維纏繞機(jī)，使烘干后的玻璃纖維和碳纖維通過樹脂膠液灌注的儲液槽中，得到浸潰后的玻璃纖維和浸潰后的碳纖維；將浸潰后的玻璃纖維和浸潰后的碳纖維按順序進(jìn)行鋪放，然后對浸潰后的玻璃纖維和浸潰后的碳纖維進(jìn)行纏繞，直至纏繞完成，得到纏繞好的試件；
[0031]所述的浸潰后的玻璃纖維和浸潰后的碳纖維中含有樹脂膠液的總質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為30%~45% ;所述的樹脂膠液粘度為0.340Pa.s~0.800Pa.s ；[0032]所述浸潰后的玻璃纖維和浸潰后的碳纖維的鋪放順序?yàn)?平行于圓筒軸向方向?yàn)?°方向，垂直于圓筒軸向方向?yàn)?0°方向，按方向?yàn)?°~6°與按方向?yàn)?0°~100°依次逐層交替鋪放浸潰后的玻璃纖維和浸潰后的碳纖維，且按方向?yàn)?°~6°鋪放的浸潰后的玻璃纖維和浸潰后的碳纖維的總層數(shù)與按方向?yàn)?0°~100°鋪放的浸潰后的玻璃纖維和浸潰后的碳纖維的總層數(shù)比為1: (3~10);
[0033]所述浸潰后的玻璃纖維和浸潰后的碳纖維的質(zhì)量比為任意比值；
[0034]四、固化:在轉(zhuǎn)速為7r/min~15r/min和溫度為50°C~90°C下,將纏繞好的試件放入固化爐中旋轉(zhuǎn)烘烤固化，固化時間為5h~12h，再將固化爐從溫度為50°C~90°C升溫至110°C~180°C，并在轉(zhuǎn)速為7r/min~15r/min和溫度為110°C~180°C下繼續(xù)固化
1.5h~5h，得到固化后的試件，最后將固化后的試件在室溫下放置5h~12h后進(jìn)行脫模，即得到混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)。其它與【具體實(shí)施方式】一至六相同。
[0035]本實(shí)施方式步驟三中所述浸潰后的玻璃纖維是通過稱量任一段的浸潰后的玻璃纖維的質(zhì)量，來控制浸潰后的玻璃纖維中含有樹脂膠的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
[0036]本實(shí)施方式步驟三中所述浸潰后的碳纖維是通過稱量任一段的浸潰后的碳纖維的質(zhì)量，來控制浸潰后的碳纖維中含有樹脂膠的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。
[0037]步驟二中所述的纏繞速度為20m/min~35m/min ;所述的纏繞半徑為150mm~750mm;所述的纏繞角度為0°~90° ;所述的纏繞層數(shù)為30層~400層；所述的纏繞循環(huán)數(shù)為30~111 ;所述的纏繞張力為5N~15N ;所述的小車速度0.05m/s~0.75m/s。
[0038]步驟二中所述的纏繞速度為40m/min ;所述的纏繞半徑為517.5mm~619.0mm ;所述的纏繞角度為0°~90° ;所述的纏繞層數(shù)為400層；所述的纏繞循環(huán)數(shù)為111;所述的纏繞張力為5N~15N ;所述的小車速度0.05m/s~0.75m/s。
[0039]本【具體實(shí)施方式】一種混雜`纖維復(fù)合材料護(hù)環(huán)的制備方法，利用纖維纏繞機(jī)通過數(shù)字電腦控制，采用濕法纖維纏繞方式進(jìn)行加工得到的。在纏繞前，設(shè)計加工纏繞用金屬芯模，并在芯模表面進(jìn)行預(yù)處理(如涂附脫模劑或纏繞脫模布)，之后將芯模裝置安裝在纖維纏繞機(jī)的主軸上,調(diào)試程序并設(shè)定相關(guān)參數(shù)(如纏繞速度,纏繞半徑,纏繞角度,纖維預(yù)緊力，起始位置及終點(diǎn)位置)，設(shè)置纏繞速度時須考慮芯模直徑，避免局部纖維纏繞不均勻；將樹脂液體灌注于儲液槽中，將纖維聯(lián)接于芯模的起始端。纏繞時，纖維便可通過儲液槽使樹脂均勻覆蓋于纖維上，按照預(yù)定纏繞規(guī)律進(jìn)行纏繞直至纏繞完成。采用的混雜纖維材料同時具有碳材料的特有屬性和紡織纖維的柔軟可加工性能，通過合理的對混雜纖維進(jìn)行設(shè)計和鋪層，可以使材料具有鋼材的強(qiáng)度。
[0040]且本實(shí)施方式張力制度的設(shè)計根據(jù)如下公式計算得出:
[0041]當(dāng)j取1、2、3……時，第j層環(huán)向中每股纖維纏繞張力為:
E
T F' t0+tGe +?0α?ηα
[0042]~~Α=~^-xAogo
θ+ βθ + σ s>n α
【權(quán)利要求】
1.一種混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán),其特征在于混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)按質(zhì)量分?jǐn)?shù)由55%~65%混雜纖維和35%~45%樹脂膠液制備而成密度為1600kg/m3~2000kg/m3、抗張強(qiáng)度為1300MPa~2100MPa的混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)；所述的混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)的尺寸為:內(nèi)徑為300_~1200mm、壁厚為20mm~180mm和長度為300_~1500mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)，其特征在于所述的混雜纖維為玻璃纖維和碳纖維的混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)，其特征在于所述的玻璃纖維為S-1玻璃纖維、S-2玻璃纖維或S-3玻璃纖維中的一種或其中幾種的混合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)，其特征在于所述的碳纖維為東麗T700S、東麗T700G、東麗T800H、東麗T1000G、東麗M30S、東麗M30G、東麗M35J、國產(chǎn)T700級碳纖維或國產(chǎn)T800級碳纖維中的一種或其中幾種的混合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)，其特征在于所述的樹脂膠液為樹脂、酸酐固化劑及咪唑促進(jìn)劑的混合物；所述的樹脂膠液粘度為0.350Pa.s~.0.SOOPa.s ;所述的樹脂為環(huán)氧樹脂或環(huán)氧乙烯基樹脂；所述的酸酐固化劑與樹脂的質(zhì)量比為(0.6~I):1 ;所述的咪唑促進(jìn)劑與樹脂的質(zhì)量比為(0.00005~0.0002):1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種混雜纖維復(fù)合材料電機(jī)護(hù)環(huán)，其特征在于所述的樹脂膠液為樹脂、酸酐固化劑及咪唑促進(jìn)劑的混合物；所述的樹脂膠液粘度為0.350Pa.S~.0.SOOPa.s ;所述的樹脂為環(huán)氧樹脂或環(huán)氧乙烯基樹脂；所述的酸酐固化劑與樹脂的質(zhì)量比為(0.8~I):1 ;所 述的咪唑促進(jìn)劑與樹脂的質(zhì)量比為(0.0001~0.0002):1。
【文檔編號】C08G59/42GK103819877SQ201410105090
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】王榮國, 劉文博, 楊帆, 王冬峣, 徐忠海, 矯維成, 張慧 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)