1、本科毕业论文（20 届）核电电机水溶性半无机硅钢片漆涂漆研究所在学院 专业班级 电气工程及其自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 哈尔滨理工大学学士学位论文- I -核电电机水溶性半无机硅钢片漆涂漆研究摘 要水溶性半无机硅钢片漆是近些年开发的环保型硅钢片漆，在铁芯冲片绝缘领域得以广泛应用，逐渐取代有溶剂有机硅钢片漆和半无机硅钢片漆。水溶性半无机硅钢片漆较其他硅钢片漆而言有更好的电气绝缘性能，且更环保。此次使用 RembrandtinEB5308 硅钢片漆作为核电技术 AP1000 国产化的铁芯叠片间的绝缘进行一系列的试验。首先在涂漆之前对漆本身的性能进行检验，检测漆的粘度和
2、固体含量，看是否符合厂家提供的产品说明书的要求。再进行涂漆试验，涂漆工艺主要分为两大部分：一为涂漆，二为漆膜固化。最后对固化后的漆膜进行试验，测试耐溶剂性、耐水性、漆膜厚度检验、附着力测试、Franklin 电流试验、叠压系数试验等，经试验验证水溶性半无机硅钢片漆 EB5308 满足AP1000 核反应堆冷却剂泵无轴封屏蔽电动机定转子铁心冲片涂漆要求，可以投入生产使用。关键词 水溶性半无机硅钢片漆；EB5308；涂漆工艺；电气绝缘性能哈尔滨理工大学学士学位论文- II -Nuwclear power motor of water-soluble semi-inorganic varnish f
3、or silicon steel sheet coatong research and ApplicationAbstractWater soluble semi inorganic varnish for silicon steel sheet is a kind of environmental paint for silicon steel sheet in recent years. The iron core punching sheet insulation areas can be widely applied, gradually replacing the solvent o
4、f organic silicon sheet varnish and semi inorganic varnish for silicon steel sheet. Water soluble semi inorganic varnish for silicon steel sheet has better electrical insulating properties and is more environmental than other silicon steel sheet varnish. RembrandtinEB5308 silicon steel sheet varnish
5、 is used as nuclear AP1000 localization of core lamination of insulation after a series of tests. First of all, check the paints performance , test the paints viscosity and solid content, to make sure whether the result meets the requirement of the product manual provided by manufacturers . Then do
6、the painting test, the technology of painting is divided into two parts: the painting, the curing of the painting film. Finally test the cured film, test its solvent resistance, water resistance, film thickness testing,adhesion testing ,Franklin current testing, stacking factor testing and so on . T
7、hrough the tests, the water soluble semi inorganic varnish for silicon steel sheet EB5308 satisfies the requirement of AP1000 nuclear reactor coolant pump without shaft seal shield motor stator and rotor core punching, and it can be put into use.Keywords Polyethylene composites Water soluble semi in
8、organic varnish for silicon steel sheet; EB5308; coating technology; electrical insulating properties哈尔滨理工大学学士学位论文- III -目录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 课题背景 .11.2 AP1000 屏蔽主泵电机结构特点 .31.2.1 AP1000 屏蔽主泵电机总体结构 .31.2.2 AP1000 屏蔽主泵电机主要特点 .31.3 课题的目的及意义 .41.4 主要研究内容 .4第 2 章 硅钢片漆的应用 .52.1 硅钢片漆概述 .52.1.1
9、硅钢片漆涂层的分类 .52.1.2 硅钢片漆的发展 .62.1.3 硅钢片漆的性能和特点 .62.2 水溶性半无机硅钢片漆 .92.2.1 水溶性半无机硅钢片漆概述 .92.2.2 水溶性半无机硅钢片的研究 .102.3 本章小结 .11第 3 章 水溶性半无机硅钢片漆 EB5308 的试验及试验结果 .123.1 实验原料 .123.2 EB5308 水溶性硅钢片漆的性质 .123.2.1 EB5308 水溶性硅钢片漆的粘度 .123.2.2 EB5308 水溶性硅钢片漆的固体含量 .133.3 EB5308 水溶性硅钢片漆的涂漆工艺 .133.3.1 涂漆操作 .133.3.2 漆膜固化
10、.143.4 漆膜固化后试验 .163.4.1 漆膜厚度测试 .163.4.2 醇测试，水测试 .173.4.3 附着力测试 .183.4.4 绝缘电阻-Franklin 试验 .183.4.5 叠压系数试验 .203.5 本章小结 .21哈尔滨理工大学学士学位论文- IV -结 论 .23致谢 .24参考文献 .25附录 A.27附录 B.32哈尔滨理工大学学士学位论文- 1 -第 1 章 绪论1.1 课题背景1. 核电研究概述现如今工商业活动的能源供应主要靠电力。电力的来源分为：水电、火电、核电、新能源发电。水电受气候影响很大，火电是必不可少的，但由于煤矿在地球上的储量有限，且对大气和环境
11、污染较大，传统的燃煤火电越来越不适应现代社会的要求，而核电则是一种强大、可控、清洁而有足够安全的能源，值得大力发展。2. 世界核电发展世界核电发展历程大致可分为四个阶段：试验示范阶段（1954-1965） 、高速发展阶段（1966-1980） 、滞缓发展阶段（1981-2000） 、开始复苏阶段（21 世纪以来） 。（1）试验示范阶段1954-1965 年间世界共有 38 个机组投入运行，属于早期原型反应堆，即“第一代”核电站。期间 1954 年苏联建成世界上第一座核电站5MW实验性石墨沸水堆；1956 年英国建成 45MW 原型天然铀石墨气冷堆核电站；1957 年美国建成 60MW 原型压水
12、堆核电站；1962 年法国建成 60MW天然铀石墨气冷堆；1962 年加拿大建成 25MW 天然铀重水堆核电站。（2）高速发展阶段1966-1980 年间世界共有 242 个机组投入运行，属于“第二代”核电站。由于石油危机的影响以及被看好的核电经济性，核电得以高速发展。期间美国成批建造了 500-1100MW 的压水堆、沸水堆，并出口其他国家；苏联建造了 1000MW 石墨堆和 440MW、1000MWWER 型压水堆；日本、法国引进消化了美国的压水堆、沸水堆技术；法国核电发电量增加了 20.4倍，比例从 3.7%增加到 40%以上；日本核电发电量增加了 21.8 倍，比例从 1.3%增加到
13、20%。（3）滞缓发展阶段1981-2000 年间由于石油危机导致经济发展减缓电力需求下降，再加上 1979 年和 1986 年分别发生在三里岛和切尔诺里核电站的严重事故的负面影响，使核电发展进入了低潮，社会公众增大了对核电安全性的顾虑电业投资者也放慢了投资步伐。但是 90 年代，印度、韩国和中国等国发展核电的方针基本仍然未变，并认为核电的安全性是能够改进、提高的。三里岛和切诺贝利核电站的严重事故给核电发展带来了沉重打击，核电在许哈尔滨理工大学学士学位论文- 2 -多国家都相当萧条，要重新唤起和增强公众和投资者堆核电的信心，就要着重解决以下问题：1.进一步降低堆心熔化和放射性向环境大量释放的风
14、险，使发生严重事故的概率减小到极致，以消除社会公众的顾虑；2.进一步减小核废料寻求更佳的核废料处理方案减小对人员和环境的计量影响；3.降低核电站每单位千瓦的造价和缩短建设周期，提高寿命周期，提高机组热效率，以进一步改善其经济性。（4）开始复苏阶段21 世纪以来世界核电发展开始复苏。主要原因有：世界能源紧张要求发展核电；全球减少 CO2 排放的要求为核电的发展提供机会；核电业绩持续改善改变了对安全的顾虑；世界各国积极的核电发展规划。美国、欧洲、日本、加拿大、开发的先进轻水堆核电站，即“第三代”核电站（ABWR、System80、AP600、AP1000 、EPR、ACR ）取得重大进展有的已投入
15、商运立项。核能的利用已经经历了 50 多年的发展，截止 2009 年 7月底统计资料，世界上已有运行的核电机组 441 座、在建核电机组 52 座，核发电占世界总发电的 16%，世界上已经有 12000 堆年的核电运行经验，运行核电机组的平均年龄“25 岁”世界核电主要分布在北美、欧洲、日本、和韩国。3.我国核电发展1991 年 12 月 5 日秦山核电一期首次并网发电，结束了我国大陆无核电的历史，距世界上第一座实验核电站 38 年，而后大亚湾核电站、秦山二期、岭澳、秦山三期、田湾核电站等逐步崭露头角。到目前为止，我国投入运营的核电站有秦山核电站、大亚湾核电站、岭澳核电站、田湾核电站共 14
16、台机组，总装机容量 1192 万千瓦。我国目前在建的有 27 台机组。其中 4 台 AP1000，2 台 EPR，21 台二代改进型，分布于红沿河、海洋、三门、宁德、阳江、泰山、方家山、昌江、福清等核电站。中国的核电技术已经伫立在中国的经济版图和世界的目光中、在核电的设计，建造、运营、管理能力、核燃料保障、装备制造能力上，中国已经发展壮大为世界核电重要力量之一。目前，不仅可以自主设计建造 30 万千瓦和 60 万千瓦压水堆核电机组，还具备了以我为主、中外合作建设百万千瓦级压水堆核电机组的能力。核电运行管理水平达到了世界先进水平 1。作为新兴产业，先进核能将为中国加快经济发展提供重要的产业支撑，
17、AP1000 核电技术是目前唯一一项通过美国和管理委员会最终设计和批准的第三代核电技术，这是目前核电市场中最安全最先进的商业核电技 术 2。此次主要研究的是美国 EMD 公司研制的 AP1000 屏蔽主泵电机的结构特点和关键技术。哈尔滨理工大学学士学位论文- 3 -1.2 AP1000 屏蔽主泵电机结构特点1.2.1 AP1000 屏蔽主泵电机总体结构APl000 反应堆冷却剂泵 (以下简称主泵)是一种单级、单吸、无轴封高转动陨量、立式离心屏蔽电泵，用于输送高温、高压反应堆冷却剂。泵由泵壳、叶轮和导叶组成，泵吸入口竖直向下，吸入管直接与蒸发器下封头焊接；排出口为水平切线方向吐出管与系统主管道焊
18、接。电机外部设有高压冷却器，通过管道与电机内部联通，电机内部的一次水流经冷却器冷却后再回到电机内部，形成闭式循环。电机机壳外部装有水套，水套与机壳紧密贴紧，以带走机壳上通过热传导散发的热量。为阻挡泵端的热量传向电机，在泵和电机之问设有隔热屏。隔热屏和转轴的间隙上开有迷宫密封槽，防止泵在运行时泵内高温冷却剂同电机内低温冷却剂交换过多。电机上下各有一个径向轴承，双向推力轴承设在电机下部，轴承材料为水润滑材料。电机上装有温度探测器监测电机内一次冷却水温度，同时还配有振动监测传感器监测转子转速和转动方向。另外，还配有电压和电流传感器，提供电机负载和电源输入的信息。1.2.2 AP1000 屏蔽主泵电机
19、主要特点AP1000 屏蔽电机泵主要特点是高可靠性、大转动惯量、运行维护简单。主要有：(1)支承方式独特：反应堆冷却剂泵直接与蒸汽发生器的下封头相接取消了反应堆冷却泵与蒸汽发生器之问的冷却剂管道降低了环路的压降，简化了蒸汽发生器、泵和管道的基座与支承系统。(2)无轴封、无泄漏：反应堆冷却剂泵的泵和电机组成一个密封整体，设有轴密封装置，消除了由轴密封失效而导致失水事故的可能性，从而大大提高了安全性。(3)转动惯量大：反应堆冷却剂泵电机内设置上下两个重金属飞轮，大大提高了转子组件的转动惯量，延长了转动时间，从而使主泵在失去电源之后仍能提供足够的转动流量，将反应堆残余热量带走。(4)高可靠性、运行维
20、护简单：AP1000 屏蔽主泵的设计寿命为 60 年，在 60 年的寿命期内，除正常的运行参数监控外，几乎没有检修要求。轴承、绝缘、密封、飞轮等所有部件均按 60 年寿命设计，无需缝查。这种高可靠性来源于科学的设计、精密的制造、严格的要求和美国 EMD 公司50 余年同类型、多规格屏蔽电机泵的设计、制造和长年运行经验积累。(5)辅助系统简化：相对于轴封主泵，APl000 屏蔽电机泵投有上充分的泄漏系统，没有密封系统连锁保护要求及监捌点相对减少，整体结构哈尔滨理工大学学士学位论文- 4 -简单、紧凑 34。由于 AP1000 屏蔽主泵电机的高可靠性大转动惯量的要求，更要注意绝缘的问题，尤其是铁芯
21、叠片间的绝缘问题，为防止铁心短路而引起电机严重故障并把铁芯叠片间的涡流损耗控制到最小程度，从而减小铁芯损耗提高电机效率 5。这就要求铁芯叠片间的绝缘要好。电机的硅钢片由带有磷化膜的硅钢卷冲制成，为保证片间绝缘需进行涂漆处理，涂漆工艺应保证冲片剪切后断面有绝缘漆，硅钢片漆的耐热性与电机的耐热等级相适 应 6。此次试验选用 EB5308 水溶性半无机硅钢片漆作为研究对象，看他是否能够胜任 AP1000 屏蔽主泵电机的铁芯叠片间的绝缘。1.3 课题的目的及意义电机运行时，定子铁芯内磁通交变，产生感应电压，铁心中产生涡流，为减小铁芯中的涡流损耗，定子铁芯采用叠片方式并使叠片间相互绝缘。为了提高叠片间的
22、绝缘能力，减小绝缘厚度，我国在核反应堆冷却泵（RCP）AP1000 产品硅钢片漆涂 RembrandtinEB5308 水溶性半无机硅钢片漆，这是由于 EB5308 硅钢片漆是一种无机有机混合的 C-5 型涂料，对于电工钢起到绝缘作用，对于铝铸，焊接，退火也适合，厚度低时焊接后的涂层附着性非常好，并且 EB5308 所含的磷酸基团经过与钢表面发生化学反应，从而确保即使涂层厚度很低，绝缘值仍很高。本论文的研究目的和意义是通过对硅钢片漆 EB5308 的性能研究及硅钢片涂漆固化后性能研究来确定 EB5308 是否适合于所选硅钢片，对硅钢片和今后电机的使用和推广是否合适作出判断。1.4 主要研究内容
23、本论文主要研究内容如下：1. E5308 水溶性半无机硅钢片漆的性质研究；2. E5308 水溶性半无机硅钢片涂漆工艺研究；3. E5308 水溶性半无机硅钢片涂漆固化后的性能研究。哈尔滨理工大学学士学位论文- 5 -第 2 章 硅钢片漆的应用2.1 硅钢片漆概述硅钢片在磁性材料中占有重要地位，广泛应用于大型变压器和大型旋转电机的铁芯材料 7。铁芯所采用的硅钢片为冷轧无取向性和有取向性硅钢片，电机的铁芯硅钢片一般采用无取向性硅钢片 8。在高压电机中定子铁芯绝缘占有非常重要的地位，在很大程度上决定着高压电机的使用寿命和运行可靠性，而铁芯的性能主要取决于所用硅钢片漆的类型和性能 9。这是由于硅钢片
24、漆可以防止铁芯叠片间因发生短路而产生涡流损耗，提高其电磁性能，确保硅钢片间绝缘，总之硅钢片漆对改善材料性能起到了极大的作用。目前最广泛应用的硅钢片漆是水溶性半无机硅钢片漆。2.1.1 硅钢片漆涂层的分类随着电机单机容量的不断增大和电机电器的耐热等级的提高，对定子铁芯硅钢片间的绝缘提出了越来越高的要求 10。目前国内发电机定子铁心硅钢片大部分采用半有机半无机磷酸盐涂层，随着国外技术的引进有机漆膜涂层也开始引进。ASTMA976-1997 标准根据电工钢的特性与适用范围，将绝缘等级划分为 7 个等级（如表 1-1） 。表 1-1 绝缘等级划分类型 绝缘类型 适用范围C-0/C-1 天然的或者人工制造的氧化 层 -C-2 硅酸镁或硅酸盐为主要成分 的纯无机漆膜 -C-3 有机漆膜 空气冷却或者油冷却的铁芯C-4 硅酸镁磷酸盐为主要成分的 纯无机漆膜 国内主要使用磷化膜涂层C-5 有机物和无机物的聚合物的 混合物绝缘 具有高的层间绝缘性能的中 小型机器铁芯C-6 有机粘接剂和无机填料的混 合物绝缘 具有高的层间绝缘性能的大 型机器铁芯按照硅钢片涂漆的性质分类（如表 1-2）
