透平發電機組設備的密封圈性能及粘接工藝研究

摘要：為提高透平發電機組密封性材料的密封性能，對分別使用密封膠自然粘接工藝和膠片硫化粘接工藝的密封圈試樣的粘接效果進行了研究，并進一步優化出更加適合透平發電機組密封圈的粘接工藝。結果表明：（1）相較于膠片硫化粘接工藝，采用Henkel 102或JC-704密封膠自然粘接工藝制備的密封圈粘接試樣的粘接性能更差，耐候性更差；（2）當硫化溫度為175℃、硫化時間為180 s時，使用膠片硫化粘接工藝制備的密封圈粘接試樣的粘接強度為5.71 MPa，且在浸油24 h和耐候性試驗后，粘接強度仍然大于4 MPa，能滿足密封圈接口粘接強度要求。綜上所述，可采用膠片硫化粘接工藝對透平發電機組的密封圈進行密封粘接。

關鍵詞：自然粘接；硫化粘接；密封圈；硫化溫度；硫化時間

中圖分類號：TQ436+.6文獻標志碼：A文章編號：1001-5922（2025）04-0005-04

Research on the sealing ring performance and adhesion technology of turbine generator set equipment

LAO Xinli，ZHANG Jiajian，GAO Chuanlian，DENG Huakun，YU Yanlei，LIN Zhenzhong

（CNOOC（China）Limited，Zhanjiang Branch，Zhanjiang 524000，Guangdong China）

Abstract：In order to improve the adhesive performance of sealing materials for turbine generator sets，this experi-ment studied the adhesive effects of natural sealing adhesive process and film vulcanization adhesive process on seal-ing ring materials，and optimized a more suitable adhesive process for turbine generator set sealing rings.The resultsindicate that（1）compared to the film vulcanization bonding process，when using Henkel 102 sealant or JC-704 seal-ant natural bonding process，the adhesive performance and weather resistance of the sealing ring specimen are poor；（2）When the vulcanization temperature is 175℃and the vulcanization time is 180 seconds，the adhesive strength ofthe sealing ring adhesive sample prepared by the film vulcanization bonding process is 5.71 MPa.After 24 hours ofimmersion in oil and weather resistance test，the adhesive strength of the sample is still greater than 4 MPa，which can meet the requirements for the adhesive strength of the sealing ring interface.In summary，the film vulcanization bonding process could be used to sealand bond the sealing ring of the turbine generator set.

Key words：natural bonding；vulcanization bonding；sealing ring；vulcanization temperature；vulcanization time

透平發電機作為火電廠的三大主機之一，可以通過電磁感應原理，將機械能輸出為電能[1-2]。在透平發電機組的運行過程中，內部介質、外界污染物等常會阻礙其正常運行，減短其服役壽命[3-5]。而密封圈的應用可以減少這些干擾，保障透平發電機組正常運行。密封圈是各種工業設備中非常重要的密封元件，許多學者對密封圈材料進行了研究。例如，劉金朋等[6]針對車輛制動裝置，通過優化配方制備了一種具備耐低溫特性的橡膠密封材料，并探討其潤滑脂適配性，結果表明該材料潤滑脂適配性較好，且-55℃低溫氣密性和疲勞壽命均表現良好；張敬敏等[7]為提高電力變壓器的密封安全性和耐久性，制備了一種改性丁腈橡膠密封圈，并探究其熱氧老化性能，結果表明，當使用N330炭黑、添加12%TOTM增塑劑時，該改性丁腈橡膠密封圈耐久性較佳；吳斌等[8]使用聚四氫呋喃二醇等原料，制備了3種聚氨酯密封件，結果表明，當擴鏈系數為0.93時，聚氨酯密封件具有良好的耐熱老性能和最大的拉伸強度。

本試驗針對透平發電機組用的密封圈粘接工藝進行研究，探討了密封膠自然粘接工藝和膠片硫化粘接工藝對密封圈粘接效果的影響，并進一步優化出更加適合透平發電機組密封圈的密封粘接工藝。

1試驗部分

1.1材料與設備

主要材料：密封圈（工業純，德國DICHTOMATIK）；Henkel 102密封膠（工業純，德國Henkel Loctite）；JC-704密封膠（工業純，中山市杰誠有機硅有限公司）；膠片（工業純，德國RAMIMTECH）。

主要設備：YH-H-225L型恒溫干燥箱（東莞市一恒儀器科技有限公司）；GX-8011-A型萬能材料試驗機（東莞市高鑫檢測設備有限公司）；JK-BX-200型低溫試驗箱（蘇州江凱機械設備有限公司）。

1.2試驗方法

1.2.1密封膠自然粘接工藝

針對透平發電機組，選擇對德國DICHTOMATIK生產的密封圈進行粘接密封。粘接用的密封膠選用Henkel 102和JC-704密封膠。采用自然粘接工藝進行密封圈粘接密封步驟[9-10]為：（1）將密封圈切割為（150±5）mm的試樣，保證切口光滑平整；（2）利用刷子將密封膠涂抹到密封圈切口處，并保證密封膠充分浸潤切口；（3）將密封圈粘接面對接，并利用氣壓裝置以1.0 MPa的壓力加壓固化1min。關閉氣壓，松開裝置，清理密封圈粘接口多余的密封膠，得到密封膠自然粘接的密封圈粘接試樣。

1.2.2膠片硫化粘接工藝

選用德國RAMIMTECH生產的膠片，采用硫化粘接工藝對密封圈進行粘接密封，步驟[11-12]為：（1）將密封圈的接頭嘗試對接并清潔干凈，涂刷適量膠漿，待膠漿干燥后，貼上膠片；（2）對接密封圈接頭，加壓升溫進行硫化，然后自然冷卻，得到膠片硫化粘接的密封圈粘接試樣。

1.3性能測試

1.3.1力學性能測試

利用萬能試驗機測試各密封圈粘接試樣粘接口的抗拉強度，以此來表征粘接強度。對密封圈非粘接試樣采用同樣的測試方式，粘接強度以非粘接試樣斷裂脫落時的抗拉強度來表征。

1.3.2耐候性測試

使用恒溫干燥箱和低溫試驗箱，以一定溫度測試密封圈密封試樣的耐候性能。

2結果與分析

2.1密封膠自然粘接工藝

2.1.1 Henkel 102密封膠

透平發電機組密封圈常常需要浸泡到潤滑脂中，潤滑脂、密封圈以及密封膠各組分之間會出現互相擴散，進而影響密封圈粘接密封效果。為探討Henkel 102密封膠應用于透平發電機組密封圈的粘接效果，分別測試非粘接試樣、粘接試樣以及粘接浸油試樣（將粘接試樣完全浸泡至潤滑油脂中24h）的粘接強度，結果如圖1所示。

由圖1可知，密封圈非粘接試樣的粘接強度最大，達到11.86 MPa，這主要與密封圈本身的強度有關。Henkel 102密封膠粘接試樣的粘接強度較小，為3.85 MPa，與非粘接試樣相比，降低了67.54%；并且，粘接強度小于4 MPa，不能滿足密封圈接口粘接強度的相關要求。粘接浸油試樣的粘接強度為4.27 MPa，與非粘接試樣相比降低了64.00%，與粘接試樣相比提高了10.91%，這可能是因為在浸泡的過程中，潤滑脂、密封圈及密封膠各組分之間出現互相擴散，從而使密封圈接口的粘接強度增大。綜合來看，Henkel 102密封膠自然粘接的密封圈粘接試樣不能滿足實際應用要求[13]。

2.1.2 JC-704密封膠

2.1.2.1力學性能

本試驗另外選用JC-704密封膠對密封圈進行粘接密封，并分別測試非粘接試樣、密封膠粘接試樣及粘接浸油試樣的粘接強度，結果如圖2所示。

由圖2可知，密封圈非粘接試樣的粘接強度依然最大，達到11.86 MPa。當使用JC-704密封膠對密封圈進行自然粘接時，粘接試樣的粘接強度為5.08 MPa，雖然與非粘接試樣相比，降低了57.17%，但是粘接強度超過4 MPa，滿足密封圈接口粘接強度相關要求。粘接浸油試樣的粘接強度增大到5.93 MPa，比非粘接試樣降低50.00%，但仍然可以滿足相關要求。這些數據說明，常溫下可使用JC-704密封膠對密封圈進行自然粘接。但是，在透平發電機組的實際應用中，可能會面臨高溫或低溫等環境，因此還需要對該密封圈粘接試樣進行耐候性測試。

2.1.2.2耐候性分析

針對透平發電機組在實際應用中可能遇到的惡劣天氣或晝夜溫差變化，對JC-704密封膠自然粘接試樣進行耐候性測試。制備5個相同標準的平行粘接試樣（A1～A5）。將各試樣先在恒溫-55℃環境中放置20 h，再常溫放置4 h，然后在恒溫55℃的環境中放置20 h，再常溫放置4 h，如此為一個循環。3次循環處理后，測試各平行粘接試樣的粘接強度，結果如圖3所示。

A1～A5的粘接強度相差較大：A5粘接強度最大，達到6.47 MPa；A2粘接強度最小，僅為1.79 MPa。這可能是因為各平行試樣存在粘接面打磨差異、粘接界面平行度差異等工藝不穩定性。經過耐候性試驗后，由JC-704密封膠制備的密封圈粘接試樣的平均粘結強度為3.97 MPa，未能滿足密封圈接口粘接強度相關要求，由此可見，由JC-704密封膠制備的密封圈粘接試樣耐候性較差，不能在高溫和低溫變化中滿足透平發電機組的工況要求。

2.2膠片硫化粘接工藝分析

基于上述研究，本試驗另外選用并優化了膠片硫化粘接工藝制備密封圈粘接試樣。

2.2.1硫化溫度優化

不同硫化溫度下，各密封圈粘接試樣的粘接強度如圖4所示。

當硫化溫度從165℃升高到185℃時，粘接試樣的粘接強度先升高后降低，均超過4 MPa，能滿足密封圈接口粘接強度相關要求。當硫化溫度為165℃時，粘接試樣的粘接強度為5.13 MPa。硫化溫度為175℃時，粘接試樣粘接強度最大，為5.72 MPa，相較165℃時提高了11.50%。然而，當硫化溫度繼續升高至185℃時，試樣粘接強度又降低至5.38 MPa，比175℃時降低了5.94%。這是因為在膠片硫化粘接工藝中，過高的硫化溫度會導致體系中橡膠分子鏈出現裂解和硫化返原現象，從而使其粘接強度降低[14-17]。并且，過高的硫化溫度會使材料體系的焦燒時間減少，從而縮短密封圈粘接口處的浸潤時間，導致密封圈粘接口粘接不完全、粘接強度降低[18-20]。綜上所述，優選硫化溫度為175℃。

2.2.2硫化時間優化

不同硫化時間下，各密封圈粘接試樣的粘接強度如圖5所示。當硫化時間從120 s增加到240 s時，粘接試樣的粘接強度先升高后降低，均超過4 Ma，能滿足密封圈接口粘接強度相關要求。當硫化時間為120 s時，試樣粘接強度為5.33 MPa。硫化時間為180 s時，試樣粘接強度最大，為5.70 MPa，較120 s時提高了6.94%。然而，當硫化時間為240 s時，試樣粘接強度降低至5.05 MPa。因此，優選硫化時間為180 s。

2.2.3力學性能與耐候性能

選擇175℃硫化溫度和180 s硫化時間，采用膠片硫化粘接工藝對透平發電機組的密封圈進行密封粘接。圖6所示為各試樣的力學性能與耐候性能測試結果。

由圖6可知，密封圈非粘接試樣的粘接強度最大，為11.86 MPa。密封圈粘接試樣在常溫下的粘接強度為5.71MPa。粘接浸油試樣的粘接強度為6.20 MPa。經過耐候性試驗后，粘接耐候試樣的粘接強度為4.52 MPa。以上結果均能滿足實際應用要求。綜上所述，為使透平發電機組的密封圈有良好的密封粘接性能，可使用膠片硫化粘接工藝粘接密封圈，優選硫化溫度為175℃，優選硫化時間為180 s。

3結語

對透平發電機密封圈的密封粘接工藝進行優化：（1）在自然粘接工藝中，Henkel 102密封膠粘接試樣的粘接強度為3.85 MPa，不能滿足密封圈接口粘接強度要求。JC-704密封膠粘接試樣和粘接浸油試樣的粘接強度均能滿足要求，但粘接試樣耐候性較差；（2）當采用膠片硫化粘接工藝時，密封圈粘接試樣的粘接強度均超過4 MPa，能滿足相關要求并且優選硫化溫度為175℃，優選硫化時間為180 s；（3）相比于密封膠自然粘接工藝，膠片硫化粘接工藝更適用于透平發電機組密封圈的密封粘接，密封粘接性能良好，且有一定耐候性。

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（責任編輯：伍鈺）