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风电设备橡胶密封制品的生产技术

时间:2019-12-05858 次浏览

信息摘要:在机械装置中,橡胶密封制品主要用来用防止构件在静止或运动状态下的介质泄漏,同时防止外界灰尘、泥沙等进入密封机构内部,起密封作用,保证设备正常运转。

在机械装置中,橡胶密封制品主要用来用防止构件在静止或运动状态下的介质泄漏,同时防止外界灰尘、泥沙等进入密封机构内部,起密封作用,保证设备正常运转。风电设备橡胶密封制品使用条件十分苛刻,其质量直接影响风电设备整机性能,必须根据实际工况进行胶料配方设计和产品结构设计。

1、胶料主体材料选择

用于风电设备橡胶密封制品胶料的胶种比较多,必须根据使用条件(例如工作温度、压力、速度等)和密封介质(例如空气、水、油、酯等)进行选择。风电设备橡胶密封制品胶料使用的主要胶种及其性能见表1和2。

橡胶密封制品使用的主要胶种及其性能

橡胶密封制品使用的主要胶种及其性能

2、胶料配方设计

风电设备橡胶密封制品胶料配方设计的要点如下。

(1)了解产品的使用条件。风电设备工作环境不同,对橡胶密封制品的要求不同,例如在北部严寒地区使用的风电设备橡胶密封制品必须防风沙、耐低温,在海上使用的风电橡胶密封制品必须耐盐雾腐蚀、耐热老化,不同使用条件的风电设备橡胶密封制品对胶料性能要求差异很大。所以,胶料配方设计前必须明确技术要求,查阅有关资料,搜集有关样品进行剖析,为配方设计找到参考依据。

(2)根据产品的性能要求,正确选择生胶及其它原材料。另外,由于风力发电是新兴行业,风电设备橡胶密封制品胶料的耐候和耐磨性能等技术要求欠缺,而这些性能又直接影响产品的使用寿命。建议在进行胶料配方设计时,注重考察胶料这2个性能。

(3)胶料配方应满足加工工艺要求,适合工业生产需要。

(4)胶料配方组成力求简单,通用性强,便于生产管理和质量控制。

(5)选用的原材料应来源丰富,立足于国内。在保证胶料性能的前提下,尽量选用价格便宜的原材料,以降低成本,提高经济效益。

具体的风电设备橡胶密封制品胶料配方设计选材如下。

(1)风电设备主轴油封胶料要求耐介质、耐热老化和耐磨性能好,压缩变形小,邵尔A型硬度为(75±5)度,主体材料一般采用NBR;为提高胶料的耐热老化性能,补强剂采用白炭黑,硫化体系可采用低硫/高促硫化体系、过氧化物硫化体系、复合硫化体系,同时添加甲基丙烯酸镁作耐热添加剂,而甲基丙烯酸镁还可作过氧化二异丙苯(DCP)的助交联剂。

(2)风电设备O形密封圈胶料要求拉伸性能和耐介质、耐热老化性能好,压缩变形小,主体材料主要采用NBR,其次采用CR和NR,而耐高温O形密封圈胶料的主体材料也可采用MVQ和FKM,耐磷酸酯和耐高温水蒸气O形密封圈胶料的主体材料采用EPDM。

3、产品结构设计

风电设备橡胶密封制品种类繁多,有油封、O形圈、垫圈、端封件等。其中,主轴橡胶密封制品出现的问题最多。

目前,国内风电设备的密封问题主要是风机主轴油封设计泄漏和使用泄漏。设计泄漏的主要原因是油封结构、胶料性能、密封方式等不当;使用泄漏的主要原因是为应对设计泄漏,在保证设备正常运转的条件下,采取添加密封介质(如润滑油)的方式,补充设计泄漏造成的介质损失,这是一种无奈之举,由此可见风机主轴密封泄漏已经成为严重阻碍风电设备正常使用,进而严重影响风电设备发电供电的重要技术问题。为了解决这个问题,首先应制备适合风电设备工况的橡胶密封制品胶料,严格控制胶料的耐磨性能、耐寒性能(低温性能)和耐候性能等;然后从结构设计方面改进油封的密封性能。中小规格油封骨架多采用金属材料,而大规格油封骨架料可采用覆胶棉帘布作为骨架材料。对于大规格油封来说,以金属作为骨架存在以下问题:金属骨架成型困难,且容

易变形;金属骨架油封安装困难,且容易在安装过程中变形,造成早期密封失效;对机加工要求高,加工成本高。风机主轴金属骨架和夹布骨架油封结构如图1所示。

设计油封结构时,要注意控制油封的径向力大小。径向力不是越大越好,径向力过大会造成干磨现象,加剧油封的早期磨损,严重影响油封的使用寿命。在满足油封密封性能的前提下,大规格油封的单位周长径向力比小规格油封稍小,这样可以减轻油封橡胶密封唇的磨损。

另外,正在研制便于安装的开放式油封,该油封的应用可以有效减少风电设备的维修费用。

4、半成品生产工艺

风电设备橡胶密封制品加工工艺以模压加工为主,半成品通常采用以下几种方法制备。

(1)压延机或开炼机压出一定厚度的胶片,再用专用切条机将胶片裁切成一定尺寸的长条或方形块。该法适用于大规格半成品生产。

(2)挤出成型法,即从挤出机挤出一定规格的胶管,再横切成一定数量的胶圈,此法普遍用于生产小规格油封、O形圈及其他类型的胶圈、胶垫。对于大规格O形圈等可采用挤出机挤出胶条,再将按定长裁切的胶条搭接成环的方法制备半成品。

(3)预成型法,采用精密预成型机成型,生产效率高,可制备管状、实心、环状、平面状或复杂形状的半成品,半成品精度高。该法返回胶少,质量控制准,劳动力和生产成本降低。

(4)布筒式搓卷机成型,适用于夹布橡胶密封制品半成品生产,效率高,劳动强度低。

橡胶密封制品虽然是风电设备中的小部件,但它的作用却很大,只有高质量的橡胶密封制品,才能满足风电设备的使用要求。风电设备密封制品的研发必须十分审慎,不能照搬相关机械设计手册和标准的橡胶密封制品结构和性能参数,也不能直接放大使用手册和标准上的参数,应根据实际工况,进行胶料配方设计和产品结构设计。


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