使用氧化鋁紙用于高溫線圈繞組中的應(yīng)力消除和電絕緣的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體涉及一種燃?xì)鉁u輪，更具體地，涉及一種安裝在燃?xì)鉁u輪內(nèi)的旋轉(zhuǎn)繞組。
【背景技術(shù)】
[0002]燃?xì)鉁u輪，也被稱(chēng)為燃?xì)廨啓C(jī)，是一種類(lèi)型的內(nèi)燃機(jī)，其包括聯(lián)接到渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)壓縮機(jī)。設(shè)置在壓縮機(jī)和渦輪機(jī)之間的燃燒室內(nèi)的燃料的點(diǎn)火產(chǎn)生高壓高速氣流。該氣流被引導(dǎo)到渦輪機(jī)，促使其轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0003]燃燒室包括一圈的燃料噴射器，這些噴射器將燃料(通常為煤油、噴氣燃料、丙烷或天然氣)引導(dǎo)到壓縮空氣流中，從而點(diǎn)燃空氣/燃料混合物。點(diǎn)火升高空氣/燃料混合物(也被稱(chēng)為工作氣體)的溫度和壓力。
[0004]工作氣體隨著進(jìn)入渦輪機(jī)而膨脹。渦輪機(jī)包括成排的靜止葉片和連接到渦輪軸的旋轉(zhuǎn)葉片。膨脹氣體流由導(dǎo)向葉片加速，并且還被引導(dǎo)通過(guò)渦輪葉片，促使葉片及由此渦輪軸旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)并且提供機(jī)械輸出。能量可以以軸功率、壓縮空氣、推力或這些的任意組合的形式從渦輪機(jī)中提取，用于推動(dòng)飛機(jī)、火車(chē)、輪船以及發(fā)電機(jī)。
【附圖說(shuō)明】
[0005]下面參照附圖，在以下描述中對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明，其中:
[0006]圖1是適于與本發(fā)明一起使用的現(xiàn)有技術(shù)的燃?xì)鉁u輪的示意圖。
[0007]圖2是包括用于設(shè)置在燃?xì)鉁u輪中的感測(cè)/觀測(cè)系統(tǒng)的絕緣導(dǎo)電繞組的線圈的示意圖。
[0008]圖3是用于圖2的線圈的導(dǎo)體的橫截面圖。
[0009]圖4是用于制造本發(fā)明線圈的一個(gè)程序的圖示。
【具體實(shí)施方式】
[0010]圖1示出了燃?xì)廨啓C(jī)10的剖視圖，包括壓縮機(jī)12、至少一個(gè)燃燒器14、以及渦輪機(jī)部分16。通常，多個(gè)燃燒器14圍繞渦輪軸以圓弧設(shè)置。渦輪機(jī)部分16包括固定到可旋轉(zhuǎn)中心軸20的多個(gè)旋轉(zhuǎn)葉片18。多個(gè)靜止葉片22位于旋轉(zhuǎn)葉片18之間，并且被固定到渦輪機(jī)氣缸壁表面23。葉片22的尺寸和結(jié)構(gòu)配置成引導(dǎo)工作氣體通過(guò)旋轉(zhuǎn)葉片18。
[0011]操作中，空氣通過(guò)壓縮機(jī)12 (空氣在其中得到壓縮)被吸入，并且被驅(qū)動(dòng)朝向燃燒器14。壓縮空氣通過(guò)進(jìn)氣口 26進(jìn)入燃燒器。從進(jìn)氣口 26，空氣在其與燃料混合的燃燒器入口 28進(jìn)入燃燒器14。燃料/空氣混合物點(diǎn)燃以形成工作氣體。工作氣體具有的溫度范圍在約2500華氏度和約2900華氏度之間(或者在約1371攝氏度和約1593攝氏度之間)。工作氣體離開(kāi)燃燒器14，通過(guò)過(guò)渡部件30膨脹，然后通過(guò)渦輪機(jī)16，由葉片22引導(dǎo)來(lái)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)葉片18。隨著氣體通過(guò)渦輪機(jī)16，其使葉片18旋轉(zhuǎn)，這反過(guò)來(lái)又驅(qū)動(dòng)軸20，從而通過(guò)軸20傳送可用的機(jī)械功。軸20還帶動(dòng)壓縮機(jī)軸(未不出)轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)壓縮輸入空氣。
[0012]在用于發(fā)電的燃?xì)鉁u輪中，軸20進(jìn)一步驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)(未示出)。
[0013]燃?xì)廨啓C(jī)10還包括內(nèi)部冷卻系統(tǒng)24，用于提供冷卻劑，例如水蒸汽或壓縮空氣，以在內(nèi)部冷卻葉片18、葉片22及其他渦輪機(jī)部件。
[0014]關(guān)鍵是要監(jiān)視燃?xì)鉁u輪的渦輪機(jī)部分內(nèi)的、且特別是關(guān)鍵的渦輪結(jié)構(gòu)比如旋轉(zhuǎn)葉片和靜止葉片的工作參數(shù)，比如溫度和力(例如，應(yīng)力和應(yīng)變力)。感測(cè)/測(cè)量系統(tǒng)監(jiān)控并測(cè)量這些溫度和力。初始故障可以得到預(yù)測(cè)，并且可以根據(jù)這些溫度和力的測(cè)量值來(lái)確定內(nèi)部燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)的真實(shí)故障。
[0015]線圈結(jié)構(gòu)用于一種類(lèi)型的燃?xì)鉁u輪感測(cè)/測(cè)量系統(tǒng)。這些線圈的結(jié)構(gòu)必須在燃?xì)鉁u輪內(nèi)部的高溫、高振動(dòng)以及高g_負(fù)荷的環(huán)境中連續(xù)起作用。
[0016]本發(fā)明教導(dǎo)了使用氧化鋁紙作為線圈結(jié)構(gòu)中的電絕緣體和機(jī)械力吸收墊。氧化鋁紙包括二氧化鋁(AlO2)纖維或鏈，其保持高電阻的期望性能(即，期望的絕緣性能)、以及在燃?xì)鉁u輪內(nèi)的高操作溫度下的力吸收緩沖作用(即，二氧化鋁不會(huì)變脆)。提供類(lèi)似性能的其它材料可以用于代替氧化鋁紙。
[0017]下面轉(zhuǎn)到圖2，本發(fā)明的線圈60包括圍繞磁芯70的絕緣導(dǎo)電繞組68 (本文中也稱(chēng)作導(dǎo)體68、導(dǎo)線68以及繞線層68)。
[0018]如圖3所示，導(dǎo)電繞組68包括由絕緣材料套96比如陶瓷包圍的導(dǎo)體94(比如鍍鎳銅)。
[0019]芯70包括多個(gè)接合的鋼板疊片(其未在圖2中單獨(dú)示出)。
[0020]除了由線圈60經(jīng)歷的高力之外，渦輪機(jī)內(nèi)的寬溫度范圍(范圍為從約20攝氏度至約450攝氏度)促使在繞組68以及在芯70中的顯著的熱膨脹和收縮。
[0021]在所述繞組和芯的熱膨脹系數(shù)不同(因?yàn)樗鼈儼ú煌牟牧?的應(yīng)用中，熱收縮和膨脹問(wèn)題進(jìn)一步加劇。所得的熱應(yīng)力和力往往迫使繞組68在一起或者迫使繞組抵對(duì)著芯70。
[0022]繞組68的所得的彎曲和摩擦可能會(huì)破壞或至少影響圍繞導(dǎo)線或繞組68的絕緣的功效。這種損傷特別容易出現(xiàn)在繞組68彎曲的情形，比如繞組68通過(guò)芯70的拐角，例如如圖2所示的拐角70A、70B、70C和70D。
[0023]導(dǎo)線絕緣的這種退化嚴(yán)重降低了線圈60的操作，這可能對(duì)感測(cè)/觀測(cè)系統(tǒng)的性能具有重大而關(guān)鍵的影響。
[0024]除了這些熱引起的力之外，繞組68和芯70的振動(dòng)(由燃?xì)鉁u輪軸的旋轉(zhuǎn)所造成)產(chǎn)生大量額外的力于繞組68和芯70上。
[0025]為了克服由這些力產(chǎn)生的影響，氧化鋁紙80(即包括氧化鋁(AlO2)纖維的紙)被安裝在一個(gè)或多個(gè)位置，包括但不限于:繞組68和芯70之間的、絕緣繞組68的各層之間的、以及在芯70的拐角70A-70D的交界面。將各層陶瓷粘合劑72施加在如圖2所示的芯70、繞組68和氧化鋁紙80之間。
[0026]在一實(shí)施例中，氧化鋁紙80僅設(shè)置在芯70的拐角70A-70D。在另一實(shí)施例中，氧化鋁紙80設(shè)置在拐角70A-70D以及在沿著芯70的短端部的繞組層之間。
[0027]特別是在拐角70A-70D，繞組68最容易彎曲且因此斷裂，降低圍繞繞組68的絕緣(圍繞繞組68的絕緣未在圖2中示出)。因此，氧化鋁紙80至少被設(shè)置在拐角70A-70D，以避免這個(gè)問(wèn)題。
[0028]由于氧化鋁紙80柔軟并且表現(xiàn)出相當(dāng)大的脹量和厚度，所以紙80還用作用于繞組68的應(yīng)變消除和緩沖，在繞組68之間以及在繞組68和芯70之間的交界面(特別是在拐角 70A-70D)。
[0029]由于氧化鋁紙80也是良好的電絕緣體，所以如果圖3的絕緣材料套96失效或退化的話，氧化鋁紙80提供額外的絕緣層，其可以絕緣導(dǎo)體94，從而防止短路。
[0030]本發(fā)明人已經(jīng)確定的是，氧化鋁紙80保持這些所期望的性能于燃?xì)鉁u輪內(nèi)部的極端溫度和高力環(huán)境內(nèi)。
[0031]絕緣材料90(例如，在圖2的剖視截面中大致示出的陶瓷材料)涂覆繞組68的暴露表面和芯70的暴露區(qū)域，以向繞組68和芯70提供額外的熱絕緣。然而，絕緣材料90在燃?xì)鉁u輪中的溫度下是脆性的，因此無(wú)法對(duì)繞組68的機(jī)械磨損提供緩沖或彈性。相反，氧化鋁紙80滿足這一要求。該陶瓷絕緣材料在燃?xì)鉁u輪中的溫度下還是略微導(dǎo)電的。此外，氧化鋁紙80通過(guò)提供上述的絕緣性能來(lái)避免與此略微導(dǎo)電性