橡膠密封制品的性能與結構對變壓器滲漏油影響的研究

摘要：從橡膠密封制品的性能和結構優化兩方面探討了解決變壓器滲漏油的方法。
　　關鍵詞：變壓器；密封；滲漏油；研究
　　中圖分類號：TM4；TM215.2文獻標識碼：C文章編號：1001-8425(2000)03-0019-04
　　 1前言
　　 變壓器滲漏油問題一直是影響變壓器運行質量問題之一。變壓器滲漏油分內漏和外漏兩種情況，其中外漏主要表現為密封面滲漏。因此，提高密封面的密封效果成為解決密封面滲漏問題的重要手段。我們在提高密封橡膠性能和處理密封結構及金屬密封面橡膠技術上均做了大量試驗研究，技術已經成熟，經實際使用驗證，效果很理想。今對其加以總結，以期對變壓器廠及橡膠研制同行業提供參考。
　　 2橡膠密封制品性能優化
　　 變壓器所用橡膠密封制品的使用環境相對比較惡劣，要想達到理想密封效果和長久密封性能，橡膠制品的性能必須具有以下特點：
　　(1)適當的硬度和較小的壓縮永久變形性能，從而保證橡膠密封制品具有彈性和一定的座封力及長久密封效果。
　　(2)較高的扯斷強度、撕裂強度和扯斷永久變形性能，從而使橡膠與變壓器金屬結構很好配合。
　　(3)耐臭氧、耐天候老化性能好，特別應具有較強的阻止裂紋擴展能力，從而保證橡膠的使用壽命。
　　(4)很好的耐油性，能抵抗變壓器運行時高溫油的浸泡，保證橡膠的體積、重量變化率校也就是橡膠的耐油密封效果要保持長久。
　　要想使橡膠具有以上性能，采用傳統的橡膠配合技術已滿足不了要求。我們在普遍采用的耐油橡膠配合技術基礎上，大膽引入了復合材料，并采用了多種原材料性能互補法來滿足變壓器各種特殊性能的要求。同時，參照國外橡膠配合特點及先進工藝，選用了一些對橡膠某些特性有重大改善的材料，使橡膠密封制品的各項性能指標均超過了行業標準要求，部分產品已達到國際先進水平。
　　 2.1主要原材料及配方
　　 主要原材料及配方見表1。
　　 表1原材料及配方　　 材料名稱 適宜用量/份 丁腈橡膠(中高丙烯腈含量) 85 丙烯酸酯橡膠 15 硬脂酸鉀 0.5 硬脂酸鈉 3 氧化鋅 5 氧化鎂 4 防老劑(RD＋4010NA) 3.5 促進劑(PX＋DCP) 2.5 碳黑 50 專用經表面處理C纖維 5 耐臭氧添加劑(SO-1207) 3
　　 2.2特殊配合膠料性能與國際國內標準對比
　　特殊配合膠料性能與國際國內標準對比見表2。
　　3性能改進結果與討論
　　 橡膠材料的特性配合配方決定了橡膠密封制品各項優良性能。與傳統丁腈橡膠配方技術相比，該項技術有以下優點：
　　(1)先進的復合材料應用技術使橡膠基體的強度及其他物理性能有了顯著提高。
　　(2)丁腈橡膠和丙烯酸酯橡膠的并用提高了丁腈橡膠的耐溫性能及耐臭氧老化性能，同時也兼顧了并用膠的壓縮永久變形性能。
　　(3)橡膠的180°割口彎曲和回彈性可同德國產品相媲美。
　　(4)多種材料的優勢互補起到了兼收并蓄、相得益彰的作用。
　　 表2膠料性能與國際國內標準對比　　 序號 項目 行業標準 實測值 國際標準 1 硬度(邵爾A)/度 70±5 72 70±5 2 拉伸強度/MPa ≥12 19 13.7 3 撕裂強度/kN^．　　m^－1 ≥25 50 4 扯斷伸長率/% ≥120 280 300 5 脆性溫度/℃ －45 －45 －25 6 熱空氣壓縮永久變形(壓縮25%，
　　125℃×24h)/% ≤35 27 35(125℃×72h) 7 浸25號變壓器油壓縮永久變形
　　(壓縮25%，125℃×168h)/% ≤50 46 48 8 耐25號變壓器油(125℃×168h) 硬度變化值/度 0～7 2 0～8 體積變化/% 0～5 2.3 0～15 9 與變壓器油相容性(800mL,試樣
　　厚度6mm，表面積6cm²，變壓器油界面張力mN/m) 與空白油相比差值0～2 與空白油相比差值1 — 10 臭氧老化試驗(伸長20%，50pphm,
　　40℃×16h) 無裂紋 無裂痕 12h無裂痕(5)配合技術的改變也相應探索了許多新工藝。其技術與傳統工藝相比更先進，操作要求更細化。
　　(6)耐臭氧添加劑的加入改善了丁腈橡膠的弱點，延長了橡膠使用壽命。
　　(7)并用橡膠的耐油性提高，體積變化率降低。
　　表3密封失效因素及采取的對策
　　 失效因素 密封件廠家 變壓器廠 先天因素 表面缺陷 加強出廠檢驗 ①選擇質量可靠的密封件廠家
　　 ②選購結構合理的密封件
　　 加強入廠檢驗 內部缺陷 改進工藝 使用合理密封結構，降低密封效果對內部缺陷的敏感程度 后天因素 龜裂 使用抗龜裂材料 ①使用合理密封結構，降低密封件表面應力
　　②避免密封件接觸不良環境 破碎 ①提高材料強度
　　②提高材料抗老化性能及耐介質性能 使用合理密封結構，降低密封件應力 剛體化 提高材料抗老化性能及耐介質性能 使用不當造成破損 避免密封件的人為損壞
　　 ②選購結構合理的密封件
　　加強入廠檢驗
　　內部缺陷改進工藝使用合理密封結構，降低密封效果對內部缺陷的敏感程度
　　后天因素龜裂使用抗龜裂材料①使用合理密封結構，降低密封件表面應力
　　②避免密封件接觸不良環境
　　破碎①提高材料強度
　　②提高材料抗老化性能及耐介質性能使用合理密封結構，降低密封件應力
　　剛體化提高材料抗老化性能及耐介質性能
　　使用不當造成破損避免密封件的人為損壞
　　4結構優化
　　變壓器密封面滲漏油情況主要原因是由于先天、后天因素造成的密封材料失效。先天因素主要包括表面缺陷和內部缺陷等，后天因素主要包括龜裂、破碎、剛體化等。先天因素可以通過密封件生產廠家改進工藝、嚴格檢驗以及變壓器廠家嚴格入廠檢驗的辦法得到部分解決。后天因素的產生一部分是由于密封件內在質量不過關，但是密封件的使用是否合理也很重要。通過下表所列的密封失效因素及采取的對策(見表3)可看出，使用合理的密封結構對于降低密封失效率十分重要。
　　4.1密封件結構改進
　　根據多年試驗、使用驗證及理論分析，我們對變壓器常用的一些密封件結構進行了一些改進，改進后的結構簡圖見圖1。　　
　　圖1密封件結構改進前后簡圖
　　(a)矩形圈改進前結構(b)矩形圈改進后結構
　　(c)膠珠改進前結構(d)膠珠改進后結構
　　(e)膠排改進前結構(f)膠排改進后結構
　　 對于矩形圈，其密封面比較大，因而對內部的缺陷以及外部裂紋的敏感程度較小，不易出現密封失效現象，而且其在壓縮后，密封件表面應力不太大，所以也不容易出現龜裂現象。但是由于其單位面積的座封力不大，一旦密封材料的應力松馳比較嚴重時，便會使單位面積的座封力過小，導致密封失效，產生滲漏。改進后的結構引入了部分O形圈的因素，其密封面應力分布既保留了矩形圈密封面大的優點，又部分提高了單位面積的座封力，提高了密封的可靠性。
　　膠珠的失效主要是龜裂問題，通過分析我們發現，膠珠原來的結構(有的廠家稱算盤珠或圓形膠珠)在壓縮率達到30%時，其中線部分應力非常大，而且膠珠模具的分型面也在這個位置。由于種種原因，此處的缺陷較多。另外，在大應力條件下，缺陷處容易形成應力集中，因此特別容易出現龜裂。經過改進后(見圖1結構d①，有的廠家叫方膠珠或菱形膠珠)的分型面遠離幾何中線，避開了大應力區，而且該結構的表面應力比原有結構小得多，因而產生龜裂的可能性大為減校我們曾經做過試驗，將一組圓形膠珠和一組使用同種膠料的菱形膠珠同時以同樣的壓縮率壓縮后置于自然環境下，兩年后，70%的圓形膠珠出現了龜裂現象，其中10%龜裂現象嚴重。而菱形膠珠只有5%出現了不太嚴重的龜裂現象。結構d②是以犧牲部分座封力為代價降低了膠珠中線部分的表面應力，而且其內部應力也有所下降，不容易被壓裂。但是采用該結構會加大模具加工和產品脫模的困難，工藝性不好。
　　膠排原有的形狀與矩形圈斷面相似，所以有著與矩形圈相似的優缺點，其改進方法也同矩形圈類似。改進后的膠排揚長避短，可以得到良好的密封效果。
　　4.2變壓器密封結構
　　變壓器密封結構的合理與否對密封的可靠性影響比較大。使用同樣性能的密封件，不同的密封結構會有著不同的密封效果，因此應當引起變壓器設計人員的足夠重視。
　　4.3變壓器密封面的有效處理
　　變壓器加工過程中，其大小法蘭密封面或密封槽會出現銹跡和焊柱凸起現象。當這些缺陷部位和橡膠制品接觸并承壓時，凸起容易導致橡膠破壞而出現漏油。為此，我們專門研制了一種橡膠涂覆劑，以補平密封面砂坑及其它缺陷。同時，該涂覆劑兼有灌封作用，保護橡膠密封制品，增加丁腈橡膠的耐老化性。
　　 5結構優化結果與討論
　　 (1)密封制品結構改進使其密封效果進一步提高。
　　(2)密封制品結構變化不影響變壓器及其它配件結構及性能。
　　(3)變壓器密封面處理技術屬新技術，值得各變壓器廠借鑒。
　　 6小結
　　 變壓器滲漏油問題的解決需要各項技術的優化配合。四凱橡塑公司利用軍品研制技術及試驗手段，在橡膠內在性能研究和結構改進及使用配合部位處理上均做了較全面、細致的研究，取得了一定成果。但因滲漏油影響因素的復雜性，許多問題還需具體問題具體分析。我們相信，經過變壓器廠家和橡膠制品廠家的共同努力，最終可使我國變壓器密封技術達到國際先進水平。
　　
　　作者簡介：王彩鳳(1964-)，女，河北唐山人，航天四十一所橡塑公司總工程師，從事橡膠工藝研究。
　　姜義(1970-)，男，陜西漢中人，航天四十一所橡塑公司總經理，從事全面管理工作。
　　郭建(1973-)，男，陜西寶雞人，航天四十一所橡塑公司助理工程師，從事模具設計。
　　王彩鳳(航天四十一所四凱橡塑公司，陜西西安710025)
　　姜義(航天四十一所四凱橡塑公司，陜西西安710025)
　　郭建(航天四十一所四凱橡塑公司，陜西西安710025)