(57)【要約】【課題】水冷発電機の接手−素線結合部に見付かる漏洩を確実に有効に防ぐ必要が残されている。【解決手段】方法は、エポキシ樹脂と結合部の銅表面との間の適切なシールを妨げる遊離型酸化銅を除去するために、接手−素線結合部の内側表面をＣＯ２ペレットでブラスト（４２）するステップを含む。表面を洗浄し、粒状物質を除去するために加圧空気を吹き付けた後、蝋付け結合部にエポキシ樹脂（４４）を塗布し、次いで接手−素線結合部を真空にする。次いで真空を解除することにより、結合部表面の全ての割れ目またはクラックにエポキシ樹脂を確実に充填させ、エポキシ樹脂が剥離する傾向を最低限に抑え、または排除する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の素線（３０、３２）を備える固定子バー（１６）を有し、１つまたは複数の前記素線（３０）が、接手（１８、２０）中の水を循環させるための通路を有し、前記接手が、上記バーの端末の周りを取り巻きそれに蝋付けされて接手−素線蝋付け結合部を形成する発電機において、接手−素線結合部をシールする方法であって、
（ａ）前記接手−素線結合部の内側表面を洗浄するステップと、
（ｂ）前記接手−素線結合部の内側にエポキシ樹脂（４４）を塗布するステップと、
（ｃ）前記接手−素線結合部の内側を真空に引き、次いで前記接手−素線結合部内側の真空を解除して、前記結合部の表面をエポキシ樹脂でシールするステップと
を含む方法。
【請求項２】
ステップ（ａ）が、微粒子をブラストして接手−素線結合部の内側表面に衝突させるステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
接手−素線結合部の内側表面にＣＯ２ペレットをブラストするステップを含む、請求項２記載の方法。
【請求項４】
ステップ（ｂ）が、皮下注射器（４５）を用いてエポキシ樹脂を内側表面に塗布するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項５】
ステップ（ｃ）が、エポキシ樹脂を前記結合部の割れ目に入り込ませるために真空を解除するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記接手−素線結合部が、内側表面のある部分に酸化第二銅の遊離型針状晶または立方晶組織層を有し、ステップ（ｂ）および（ｃ）の前に前記第二酸化銅層を除去するために、ステップ（ａ）が、ＣＯ２ペレットで前記層をブラストするステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
ステップ（ａ）が、固定子バーの素線の端末に対向する接手端部を通して微粒子を加圧供給して、前記内側表面を洗浄するステップを含む、請求項１記載の方法。
【請求項８】
ステップ（ａ）が、接手−素線結合部の前記内側表面にＣＯ２ペレット（４２）をブラストするステップを含む、請求項７記載の方法。
【請求項９】
複数の素線を有する発電機固定子バー（１６）であって、１つまたは複数の前記素線（３０）が水を循環させる通路を有する固定子バーと、
前記バーの端末の周りを取り巻き、それに蝋付けされた接手（１８、２０）と、
接手−素線結合部の内側表面に衝突して前記結合部を洗浄するためにＣＯ２ペレットの高速流を供給するＣＯ２ペレット洗浄ヘッド（４０）と、
接手−素線結合部を洗浄した後に、前記結合部の内側に塗布するエポキシ樹脂（４４）と、
接手−素線結合部の内側を真空にするための真空ポンプであって、引き続いて接手−素線結合部内側の真空を解除して、エポキシ樹脂に前記結合部の表面をシールさせる真空ポンプと
を備える、発電機中の接手−素線結合部をシールするためのシステム。
【請求項１０】
接手−素線結合部の内側表面にエポキシ樹脂（４４）を塗布するための皮下注射器（４５）を含む、請求項９記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機の固定子バー端末接続部のシールを行うための方法およびそのシステムに関し、詳細には、固定子バー端末接手と固定子バー端末で最も外側にある素線との間、ならびに固定子バーの端末部を形成する素線間をシールするための方法およびそのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機用水冷式固定子バーは、互いに蝋付けされ、かつ端末接手に蝋付けされた複数の小さい長方形の中実および中空銅素線で構成されている。端末接手は、固定子バー用の電気および水両方の接手として働く。通常、端末接手は、一般的には純水の固定子バー冷却液が流入し、または流出するための閉じられたチャンバを有する。端末接手の別の開口が、固定子バーの素線の端末を受け入れ、接手と周縁で最も外側の銅素線とが互いに蝋付けされる。時間が経過すると、固定子バー端末と固定子バー接手との間、ならびに隣接する素線間に様々な漏洩が起こるようになる。
【０００３】
固定子バー端末と固定子バー接手の間、ならびに隣接する素線間の漏洩経路をシールしようとする幾多の試みが従来行われてきた。たとえば、特許文献１、および特許文献２を参照されたい。
【特許文献１】米国特許第５，５８１，８６９号
【特許文献２】特開平０９−１０７６４６号
【特許文献３】米国特許第５，３５０，８１５号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの試みにより漏洩が発生する可能性が低減したが、当初装着の製造部品ならびにフィールド修理品両方における水冷発電機の接手−素線結合部に見付かる漏洩を確実に有効に防ぐ必要が残されている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の好ましい実施形態では、複数の素線を備える固定子バーを有する発電機であって、１つまたは複数のその素線が、接手中の水を循環させるための通路を有し、その接手が、バーの端末の周りを取り巻きそれに蝋付けされて接手−素線蝋付け結合部を形成する発電機において、
（ａ）接手−素線結合部の内側表面を洗浄するステップと、
（ｂ）接手−素線結合部の内側にエポキシ樹脂を塗布するステップと、
（ｃ）接手−素線結合部の内側を真空に引き、続いて接手−素線結合部の真空を解除して、接手−素線結合部の表面をエポキシ樹脂でシールするステップと
を含む、接手−素線結合部をシールする方法を提供する。
【０００６】
本発明の別の好ましい実施形態では、複数の素線を備える固定子バーを有する発電機であって、１つまたは複数のその素線が、接手中の水を循環させるための通路を有し、その接手が、バーの端末の周りを取り巻きそれに蝋付けされて接手−素線蝋付け結合部を形成する発電機において、
（ａ）接手−素線結合部の内側表面から酸化第二銅の遊離型針状晶または立方晶組織を掃除するステップと、
（ｂ）前記内側表面に酸化第二銅の不動体化平滑層を残すステップと、
（ｃ）接手−素線結合部の内側に、酸化第二銅の不動体化層に重ねてエポキシ樹脂を塗布するステップと、
（ｄ）接手−素線結合部の内側を真空に引き、続いて接手−素線結合部の真空を解除して、接手−素線結合部の酸化第二銅の不動体化層の表面をエポキシ樹脂でシールするステップと
を含む、接手−素線結合部をシールする方法を提供する。
【０００７】
本発明の別の好ましい実施形態では、複数の素線を有する発電機固定子バーであって、１つまたは複数のその素線が水を循環させる通路を有する固定子バーと、固定子バーの端末の周りを取り巻き、それに蝋付けされた接手と、接手−素線結合部の内側表面に衝突させて接手−素線結合部を洗浄するためにＣＯ２ペレットの高速流を供給するＣＯ２ペレット洗浄ヘッドと、接手−素線結合部を洗浄した後に、接手−素線結合部の内側に塗布するエポキシ樹脂と、接手−素線結合部の内側を真空にするための真空ポンプであって、引き続き接手−素線結合部の内側の真空を解除して、エポキシ樹脂に接手−素線結合部の表面をシールさせる真空ポンプとを備える、発電機中の接手−素線結合部をシールするシステムを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１に、通常の液冷発電機に用いられる液冷固定子バー巻線の構成を示す。固定子鉄心フランジ１２および鉄心リブ１４を有する固定子鉄心１０が、固定子鉄心に半径方向に延在する溝を通り、両側の端末接手１８、２０を終点とする固定子バー１６と共に示されている。入口ホース２２が、入口接手１８を入口冷却液ヘッダ２４に接続する。出口ホース２６が、出口接手２０を出口冷却液ヘッダ２８に接続する。図２に示すように、各固定子バーは、それぞれが互いに並び、重なり合う関係に配置された複数の中空および中実の銅素線３０、３２を有する。接手、たとえば接手１８、２０は、銅などの導電性材料から同様に形成される。
【０００９】
図３に示すように、たとえば接手１８は、固定子バー１６の素線３０、３２が挿入される全体的に直線的な開口３４を有する閉じられた本体を備える。接手１８の反対側の端部には、通常、使用時には銅管で塞がれる開口３６が設けられ、その銅管は、電気接続部として働くと共に、液体冷却液、たとえば純水を接手と中空銅素線の露出端部とによって画成されるチャンバ３６に流入させ、またはそこから流出させる液体導管として働く。チャンバ内の液体は、接手が入口接手を構成しているときは、冷却を目的として接手に流入し素線３０を通って流れ、あるいは、接手が出口接手として用いられたときは、中空素線３０から冷却液を排出するために受け取る。本出願と同じ譲受人の特開平０９−１０７６４６号に開示されているような他のタイプの接手があることが理解されるべきである。同開示は参照により本明細書に組み込まれる。
【００１０】
通常、固定子バーを形成している銅素線は、互いに蝋付けされると共に、接手の内壁にも蝋付けされている。蝋材には、たとえば燐銅合金を含んでもよい。図２に示すように、素線は固定子バー内でもやはり互いに蝋付けされている。仮に１つまたは複数の漏洩経路が発生した場合、漏洩経路が回り道し、その結果、漏洩経路の出口が、接手のチャンバに連通する漏洩経路の入口から遠く離れることになり得ることが理解されよう。したがって、漏洩経路は銅素線内から始まって、接手を超えて大幅に延び、固定子バーの外周に沿って表われることになり得る。漏洩経路が、接手と素線の間の結合部で発生し、漏洩経路の始点すなわち入口部分とは反対側で結合部にそって外部に表われることもあり得る。漏洩が一旦始まると個々の漏洩経路を特定するのは難しいので、エポキシ樹脂シーラントを冷却液と蝋付け合金との間の遮断材として働かせるために、接手の内側をエポキシ樹脂でシールするのが通例になっている。また、エポキシ樹脂の塗布はたとえば２段階に分けて、浸透および浸潤のために塗布した後、接手と固定子バーの最も外側の素線との間ならびに素線自体同士間の蝋材を覆うように、同じ液体エポキシ樹脂の高粘性変性材を塗布することが従来行われている。液体エポキシ樹脂は、本出願と同じ譲受人の米国特許第５，３５０，８１５号に記載されたタイプのものでもよく、同米国特許の開示は参照により本明細書に組み込まれる。また、たとえば特開平０９−１０７６４６号で特定されたものなど他のタイプの樹脂が使用できることが理解されよう。
【００１１】
接手と素線の蝋付け結合部上にエポキシ樹脂を塗布すると、銅からエポキシ樹脂が剥離してエポキシ樹脂の下に水が入り得ることが最近分かってきた。もしエポキシ樹脂のこのクラックが表面下の銅の細孔や割れ目に水を導くと、エポキシ樹脂シーラントを塗布したにも拘わらず、隙間腐食や劣化が生じ得る。エポキシ樹脂が剥離することがあるのは、銅にたいする酸化銅の結合が多くの場合に弱いためであると考えられる。たとえば、硬化中のエポキシ樹脂の収縮が、銅金属に対するエポキシ樹脂の結合を破断に至らせる応力を生じる。銅金属に対するエポキシ樹脂結合の破断はまた、低酸素添加冷却流体または酸を含む流体で発電機の冷却システムを運転すると生じると考えられる。
【００１２】
理解されるように、高酸素添加水が、固定子バーを冷却するために銅素線を通して流すのに通常使用される。通常の環境下では、水と水中の酸素は銅を腐食し、金属を酸化銅（ＣｕＯ）に変え、通常、酸化銅は孔を生じて銅を劣化させる。しかし、水中の酸素濃度を、非常に高密度な酸化銅の層を銅に発生させるのに十分な高さに保つことにより生じる不動体化現象がある。この高密度層は腐食を続け得るが、進度がかなり遅いので水によって貫通されることはない。このように、非常に高密度で、腐食耐性が高く、それゆえ望ましい酸化銅の不動体化層が形成される。この不動体化層は、冷却液、たとえば水の酸素添加濃度が高く維持されている限り、発電機の一生の間存続する。
【００１３】
新製の素線と銅の蝋付け結合部に小さな割れ目が時々存在するので、隙間腐食が起こることがある。十分に深い製造欠陥が存在すれば、普通の作動条件下で隙間腐食が生じ得る。割れ目は、ＣｕＯの形成により割れ目外側の銅表面が不動体化する条件、したがって普通ではない腐食条件下で腐食する。燐を含む蝋材が存在すると、この腐食の速度が加速される。
【００１４】
酸化銅は２種類の形で存在することができる。たとえば、厚さ１ｍｉｌ未満から２ｍｉｌの不動体化平滑酸化層が、銅接手および素線上に形成される。これが、発電機の水冷システムの通常の酸化組織である。酸化第二銅の第２の形は、遊離型針状晶または立方晶組織である。酸化第二銅の後者の形は、不動体化平滑酸化銅が低酸素、すなわち水中濃度５００ｐｐｂ未満の環境下で十分な時間運用され、次に高酸素、すなわち水中濃度２ｐｐｍを越える条件に戻された後に不動体化面上に形成される。すなわち、一旦、遊離型針状晶または立方晶組織の酸化銅が形成されると、高酸素添加水冷システムに戻しても消滅することはない。この結晶組織は、接手１８の内面、バー１６の水に露出した面、および接手と素線の蝋付け結合部の割れ目の入口に存在し得ると考えられる。したがって、シール目的で塗布されるエポキシ樹脂はこの酸化物に付着する。しかし、エポキシ樹脂硬化による応力、すなわち表面張力下で、酸化第二銅のこの第２の形は表面から剥がれ、エポキシ樹脂を接手および結合部から剥離させる。本発明の態様によるシール方法は、エポキシ樹脂の塗布に先立って遊離酸化銅を除去することにより、特に、遊離型針状晶または立方晶酸化銅をｉｎ  ｓｉｔｕ除去することにより、漏洩経路を最低限に抑え、または消滅させる。
【００１５】
詳細には、図３を参照すると、運転停止し、冷却システムから水を抜いた後、固定子バーの素線とは反対側の接手の一端を閉鎖する。次いで、適切な真空ポンプ３８を用いて、固定子バーの反対側の端部を真空吸引する。真空にする目的は、接手および接手内の素線端部を乾燥させるためである。図４に示すように、素線の端面ならびに蝋付け結合部の接手１８材は、従来のＣＯ２ペレットブラスト具４０を使用してＣＯ２ペレットでブラストされる。そのような道具は、たとえば０３８２０  Ｎｅｗ  Ｈａｍｐｓｈｉｒｅ、Ｄｏｖｅｒ、Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｐａｒｋ  Ｄｒｉｖｅ  ２９のＲＳＧ−Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓから型式番号１５３５、１５３５Ｈ、および１５６０で市販されている。ＣＯ２ペレットブラストとは、表面に衝突し洗浄するのに用いられるＣＯ２ペレット（ドライアイス）の高速流のことである。遊離型針状晶または立方晶組織の酸化銅を洗浄、除去するためにＣＯ２ペレットを使用することによって、接手および素線が汚染されることはなく（ＣＯ２ペレットは衝突によって気体状態に変化する）、残留物が残らないので固定子バーの素線の中空胴体水冷通路を詰まらせる危険性もない。また、最初に図３の真空ポンプを用いて接手および素線を乾燥させることによって、粒子が金属表面に付着するのが防止される。ＣＯ２ペレットブラストは、エポキシ樹脂を塗布し付着させる接手−素線結合部の内面全てに衝突するように向けられるべきである。
【００１６】
次に図５を参照すると、接手−素線結合部から遊離型第二酸化銅を除去するためにＣＯ２ペレットをブラストした後、接手および固定子バー素線に空気を吹き通して、遊離型酸化銅の残留粒子を接手から除去する。接手内部および素線端末部に空気を圧力供給する道具４２を図５に示す。割れ目中への水の浸入に対する遮断性を改善するために、接手と素線の蝋付け部の空洞中へのエポキシ樹脂の浸透性を改善するためには、エポキシ樹脂を割れ目に完全に充填することが極めて望ましい。割れ目をエポキシ樹脂で完全に充填することによって、外側のエポキシ樹脂充填部が蝋付け接手面から剥離しても割れ目が漏洩経路にはならない。これによって、漏洩がシールされ、隙間腐食が防止される可能性が増大する。これは、エポキシ樹脂を真空浸潤することによって達成される。
【００１７】
図６を参照すると、エポキシ樹脂４４が、先の特開平０９−１０７６４６号と同様に接手−素線結合部に塗布される。たとえば、注射器４５を使用することができる。次いで、固定子バーの反対側の端部をシールし、真空ホースを接手に接続し、内部の空間を圧力１０トルまたはそれ以下に吸引することによって、真空を達成する。塗布されたエポキシ樹脂が表面張力を有し、クラックや割れ目を完全に充填していない場合は、真空が解除されると、エポキシ樹脂とクラックや割れ目の表面との間の空気が気泡になって出て行く。それにより、エポキシ樹脂がクッラクや割れ目の中に押し込まれる。遊離型酸化銅を最初に除去することによって、エポキシ樹脂と銅との間がより良くシールされるようになる。このように酸化銅の不動体化平滑層を残しながら遊離型酸化銅を除去することによって、エポキシ樹脂を付着させるための平滑で清浄な面が提供される。さらに、図７に示す真空ポンプによってエポキシ樹脂塗布後に接手および固定子バーを真空に引くことにより、存在し得る割れ目およびクラック中にエポキシ樹脂を確実に完全に充填させる。接手や素線の全域に亘るエポキシ樹脂の収縮によって形成される高応力は、寸法が小さい割れ目やクラック上には形成されない。したがって、割れ目表面からのエポキシ樹脂の剥離は起こりそうもなく、エポキシ樹脂が充填された割れ目は、水の浸入から十分にシールされる。
【００１８】
本発明を、現時点で最も実際的で好ましい実施形態と考えられるものに関連して記述してきたが、本発明は開示された実施形態に限定されることなく、逆に、添付特許請求の範囲の精神および範囲内に含まれる様々な変更形態およびそれと同等の構成を包含するものと理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】入口および出口冷却液ヘッダに結合された固定子バーおよび端末接手を示す、液冷固定子巻線構成の概略図である。
【図２】端末接手内の固定子バー素線端部の代表的な断面図である。
【図３】本発明の好ましい態様による様々なステップを示す、接手および固定子バーの素線端部の断面図である。
【図４】本発明の好ましい態様による様々なステップを示す、接手および固定子バーの素線端部の断面図である。
【図５】本発明の好ましい態様による様々なステップを示す、接手および固定子バーの素線端部の断面図である。
【図６】本発明の好ましい態様による様々なステップを示す、接手および固定子バーの素線端部の断面図である。
【図７】本発明の好ましい態様による様々なステップを示す、接手および固定子バーの素線端部の断面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１０  固定子鉄心
１２  固定子鉄心フランジ
１４  鉄心リブ
１６  固定子バー
１８  入口接手
２０  出口接手
２２  入口ホース
２４  入口冷却液ヘッダ
２６  出口ホース
２８  出口冷却液ヘッダ
３０  銅素線
３２  銅素線
３４  開口
３６  開口、チャンバ
３８  真空ポンプ
４０  ペレットブラスト具
４２  空気を圧力供給する道具
４４  エポキシ樹脂
４５  注射器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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