橡胶密封制品的性能与结构对变压器渗漏油影响的研究

摘要：从橡胶密封制品的性能和结构优化两方面探讨了解决变压器渗漏油的方法。
　　关键词：变压器；密封；渗漏油；研究
　　中图分类号：TM4；TM215.2文献标识码：C文章编号：1001-8425(2000)03-0019-04
　　 1前言
　　 变压器渗漏油问题一直是影响变压器运行质量问题之一。变压器渗漏油分内漏和外漏两种情况，其中外漏主要表现为密封面渗漏。因此，提高密封面的密封效果成为解决密封面渗漏问题的重要手段。我们在提高密封橡胶性能和处理密封结构及金属密封面橡胶技术上均做了大量试验研究，技术已经成熟，经实际使用验证，效果很理想。今对其加以总结，以期对变压器厂及橡胶研制同行业提供参考。
　　 2橡胶密封制品性能优化
　　 变压器所用橡胶密封制品的使用环境相对比较恶劣，要想达到理想密封效果和长久密封性能，橡胶制品的性能必须具有以下特点：
　　(1)适当的硬度和较小的压缩永久变形性能，从而保证橡胶密封制品具有弹性和一定的座封力及长久密封效果。
　　(2)较高的扯断强度、撕裂强度和扯断永久变形性能，从而使橡胶与变压器金属结构很好配合。
　　(3)耐臭氧、耐天候老化性能好，特别应具有较强的阻止裂纹扩展能力，从而保证橡胶的使用寿命。
　　(4)很好的耐油性，能抵抗变压器运行时高温油的浸泡，保证橡胶的体积、重量变化率校也就是橡胶的耐油密封效果要保持长久。
　　要想使橡胶具有以上性能，采用传统的橡胶配合技术已满足不了要求。我们在普遍采用的耐油橡胶配合技术基础上，大胆引入了复合材料，并采用了多种原材料性能互补法来满足变压器各种特殊性能的要求。同时，参照国外橡胶配合特点及先进工艺，选用了一些对橡胶某些特性有重大改善的材料，使橡胶密封制品的各项性能指标均超过了行业标准要求，部分产品已达到国际先进水平。
　　 2.1主要原材料及配方
　　 主要原材料及配方见表1。
　　 表1原材料及配方　　 材料名称 适宜用量/份 丁腈橡胶(中高丙烯腈含量) 85 丙烯酸酯橡胶 15 硬脂酸钾 0.5 硬脂酸钠 3 氧化锌 5 氧化镁 4 防老剂(RD＋4010NA) 3.5 促进剂(PX＋DCP) 2.5 碳黑 50 专用经表面处理C纤维 5 耐臭氧添加剂(SO-1207) 3
　　 2.2特殊配合胶料性能与国际国内标准对比
　　特殊配合胶料性能与国际国内标准对比见表2。
　　3性能改进结果与讨论
　　 橡胶材料的特性配合配方决定了橡胶密封制品各项优良性能。与传统丁腈橡胶配方技术相比，该项技术有以下优点：
　　(1)先进的复合材料应用技术使橡胶基体的强度及其他物理性能有了显著提高。
　　(2)丁腈橡胶和丙烯酸酯橡胶的并用提高了丁腈橡胶的耐温性能及耐臭氧老化性能，同时也兼顾了并用胶的压缩永久变形性能。
　　(3)橡胶的180°割口弯曲和回弹性可同德国产品相媲美。
　　(4)多种材料的优势互补起到了兼收并蓄、相得益彰的作用。
　　 表2胶料性能与国际国内标准对比　　 序号 项目 行业标准 实测值 国际标准 1 硬度(邵尔A)/度 70±5 72 70±5 2 拉伸强度/MPa ≥12 19 13.7 3 撕裂强度/kN^．　　m^－1 ≥25 50 4 扯断伸长率/% ≥120 280 300 5 脆性温度/℃ －45 －45 －25 6 热空气压缩永久变形(压缩25%，
　　125℃×24h)/% ≤35 27 35(125℃×72h) 7 浸25号变压器油压缩永久变形
　　(压缩25%，125℃×168h)/% ≤50 46 48 8 耐25号变压器油(125℃×168h) 硬度变化值/度 0～7 2 0～8 体积变化/% 0～5 2.3 0～15 9 与变压器油相容性(800mL,试样
　　厚度6mm，表面积6cm²，变压器油界面张力mN/m) 与空白油相比差值0～2 与空白油相比差值1 — 10 臭氧老化试验(伸长20%，50pphm,
　　40℃×16h) 无裂纹 无裂痕 12h无裂痕(5)配合技术的改变也相应探索了许多新工艺。其技术与传统工艺相比更先进，操作要求更细化。
　　(6)耐臭氧添加剂的加入改善了丁腈橡胶的弱点，延长了橡胶使用寿命。
　　(7)并用橡胶的耐油性提高，体积变化率降低。
　　表3密封失效因素及采取的对策
　　 失效因素 密封件厂家 变压器厂 先天因素 表面缺陷 加强出厂检验 ①选择质量可靠的密封件厂家
　　 ②选购结构合理的密封件
　　 加强入厂检验 内部缺陷 改进工艺 使用合理密封结构，降低密封效果对内部缺陷的敏感程度 后天因素 龟裂 使用抗龟裂材料 ①使用合理密封结构，降低密封件表面应力
　　②避免密封件接触不良环境 破碎 ①提高材料强度
　　②提高材料抗老化性能及耐介质性能 使用合理密封结构，降低密封件应力 刚体化 提高材料抗老化性能及耐介质性能 使用不当造成破损 避免密封件的人为损坏
　　 ②选购结构合理的密封件
　　加强入厂检验
　　内部缺陷改进工艺使用合理密封结构，降低密封效果对内部缺陷的敏感程度
　　后天因素龟裂使用抗龟裂材料①使用合理密封结构，降低密封件表面应力
　　②避免密封件接触不良环境
　　破碎①提高材料强度
　　②提高材料抗老化性能及耐介质性能使用合理密封结构，降低密封件应力
　　刚体化提高材料抗老化性能及耐介质性能
　　使用不当造成破损避免密封件的人为损坏
　　4结构优化
　　变压器密封面渗漏油情况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内部缺陷等，后天因素主要包括龟裂、破碎、刚体化等。先天因素可以通过密封件生产厂家改进工艺、严格检验以及变压器厂家严格入厂检验的办法得到部分解决。后天因素的产生一部分是由于密封件内在质量不过关，但是密封件的使用是否合理也很重要。通过下表所列的密封失效因素及采取的对策(见表3)可看出，使用合理的密封结构对于降低密封失效率十分重要。
　　4.1密封件结构改进
　　根据多年试验、使用验证及理论分析，我们对变压器常用的一些密封件结构进行了一些改进，改进后的结构简图见图1。　　
　　图1密封件结构改进前后简图
　　(a)矩形圈改进前结构(b)矩形圈改进后结构
　　(c)胶珠改进前结构(d)胶珠改进后结构
　　(e)胶排改进前结构(f)胶排改进后结构
　　 对于矩形圈，其密封面比较大，因而对内部的缺陷以及外部裂纹的敏感程度较小，不易出现密封失效现象，而且其在压缩后，密封件表面应力不太大，所以也不容易出现龟裂现象。但是由于其单位面积的座封力不大，一旦密封材料的应力松驰比较严重时，便会使单位面积的座封力过小，导致密封失效，产生渗漏。改进后的结构引入了部分O形圈的因素，其密封面应力分布既保留了矩形圈密封面大的优点，又部分提高了单位面积的座封力，提高了密封的可靠性。
　　胶珠的失效主要是龟裂问题，通过分析我们发现，胶珠原来的结构(有的厂家称算盘珠或圆形胶珠)在压缩率达到30%时，其中线部分应力非常大，而且胶珠模具的分型面也在这个位置。由于种种原因，此处的缺陷较多。另外，在大应力条件下，缺陷处容易形成应力集中，因此特别容易出现龟裂。经过改进后(见图1结构d①，有的厂家叫方胶珠或菱形胶珠)的分型面远离几何中线，避开了大应力区，而且该结构的表面应力比原有结构小得多，因而产生龟裂的可能性大为减校我们曾经做过试验，将一组圆形胶珠和一组使用同种胶料的菱形胶珠同时以同样的压缩率压缩后置于自然环境下，两年后，70%的圆形胶珠出现了龟裂现象，其中10%龟裂现象严重。而菱形胶珠只有5%出现了不太严重的龟裂现象。结构d②是以牺牲部分座封力为代价降低了胶珠中线部分的表面应力，而且其内部应力也有所下降，不容易被压裂。但是采用该结构会加大模具加工和产品脱模的困难，工艺性不好。
　　胶排原有的形状与矩形圈断面相似，所以有着与矩形圈相似的优缺点，其改进方法也同矩形圈类似。改进后的胶排扬长避短，可以得到良好的密封效果。
　　4.2变压器密封结构
　　变压器密封结构的合理与否对密封的可靠性影响比较大。使用同样性能的密封件，不同的密封结构会有着不同的密封效果，因此应当引起变压器设计人员的足够重视。
　　4.3变压器密封面的有效处理
　　变压器加工过程中，其大小法兰密封面或密封槽会出现锈迹和焊柱凸起现象。当这些缺陷部位和橡胶制品接触并承压时，凸起容易导致橡胶破坏而出现漏油。为此，我们专门研制了一种橡胶涂覆剂，以补平密封面砂坑及其它缺陷。同时，该涂覆剂兼有灌封作用，保护橡胶密封制品，增加丁腈橡胶的耐老化性。
　　 5结构优化结果与讨论
　　 (1)密封制品结构改进使其密封效果进一步提高。
　　(2)密封制品结构变化不影响变压器及其它配件结构及性能。
　　(3)变压器密封面处理技术属新技术，值得各变压器厂借鉴。
　　 6小结
　　 变压器渗漏油问题的解决需要各项技术的优化配合。四凯橡塑公司利用军品研制技术及试验手段，在橡胶内在性能研究和结构改进及使用配合部位处理上均做了较全面、细致的研究，取得了一定成果。但因渗漏油影响因素的复杂性，许多问题还需具体问题具体分析。我们相信，经过变压器厂家和橡胶制品厂家的共同努力，最终可使我国变压器密封技术达到国际先进水平。
　　
　　作者简介：王彩凤(1964-)，女，河北唐山人，航天四十一所橡塑公司总工程师，从事橡胶工艺研究。
　　姜义(1970-)，男，陕西汉中人，航天四十一所橡塑公司总经理，从事全面管理工作。
　　郭建(1973-)，男，陕西宝鸡人，航天四十一所橡塑公司助理工程师，从事模具设计。
　　王彩凤(航天四十一所四凯橡塑公司，陕西西安710025)
　　姜义(航天四十一所四凯橡塑公司，陕西西安710025)
　　郭建(航天四十一所四凯橡塑公司，陕西西安710025)