摘要：為提高透平發(fā)電機(jī)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(jìn)行了研究，并進(jìn)一步優(yōu)化出更加適合透平發(fā)電機(jī)組密封圈的粘接工藝。結(jié)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(dāng)硫化溫度為175℃、硫化時(shí)間為180 s時(shí)，使用膠片硫化粘接工藝制備的密封圈粘接試樣的粘接強(qiáng)度為5.71 MPa，且在浸油24 h和耐候性試驗(yàn)后，粘接強(qiáng)度仍然大于4 MPa，能滿足密封圈接口粘接強(qiáng)度要求。綜上所述，可采用膠片硫化粘接工藝對透平發(fā)電機(jī)組的密封圈進(jìn)行密封粘接。

關(guān)鍵詞：自然粘接；硫化粘接；密封圈；硫化溫度；硫化時(shí)間

中圖分類號：TQ436+.6文獻(xiàn)標(biāo)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(fā)電機(jī)作為火電廠的三大主機(jī)之一，可以通過電磁感應(yīng)原理，將機(jī)械能輸出為電能[1-2]。在透平發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行過程中，內(nèi)部介質(zhì)、外界污染物等常會阻礙其正常運(yùn)行，減短其服役壽命[3-5]。而密封圈的應(yīng)用可以減少這些干擾，保障透平發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行。密封圈是各種工業(yè)設(shè)備中非常重要的密封元件，許多學(xué)者對密封圈材料進(jìn)行了研究。例如，劉金朋等[6]針對車輛制動(dòng)裝置，通過優(yōu)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(jié)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(xiàn)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(jié)果表明，當(dāng)使用N330炭黑、添加12%TOTM增塑劑時(shí)，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(jié)果表明，當(dāng)擴(kuò)鏈系數(shù)為0.93時(shí)，聚氨酯密封件具有良好的耐熱老性能和最大的拉伸強(qiáng)度。

本試驗(yàn)針對透平發(fā)電機(jī)組用的密封圈粘接工藝進(jìn)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(jìn)一步優(yōu)化出更加適合透平發(fā)電機(jī)組密封圈的密封粘接工藝。

1試驗(yàn)部分

1.1材料與設(shè)備

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

主要設(shè)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(yàn)機(jī)（東莞市高鑫檢測設(shè)備有限公司）；JK-BX-200型低溫試驗(yàn)箱（蘇州江凱機(jī)械設(shè)備有限公司）。

1.2試驗(yàn)方法

1.2.1密封膠自然粘接工藝

針對透平發(fā)電機(jī)組，選擇對德國DICHTOMATIK生產(chǎn)的密封圈進(jìn)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(jìn)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(guān)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(chǎn)的膠片，采用硫化粘接工藝對密封圈進(jìn)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(jìn)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(xué)性能測試

利用萬能試驗(yàn)機(jī)測試各密封圈粘接試樣粘接口的抗拉強(qiáng)度，以此來表征粘接強(qiáng)度。對密封圈非粘接試樣采用同樣的測試方式，粘接強(qiáng)度以非粘接試樣斷裂脫落時(shí)的抗拉強(qiáng)度來表征。

1.3.2耐候性測試

使用恒溫干燥箱和低溫試驗(yàn)箱，以一定溫度測試密封圈密封試樣的耐候性能。

2結(jié)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(fā)電機(jī)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(xiàn)互相擴(kuò)散，進(jìn)而影響密封圈粘接密封效果。為探討Henkel 102密封膠應(yīng)用于透平發(fā)電機(jī)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(qiáng)度，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，密封圈非粘接試樣的粘接強(qiáng)度最大，達(dá)到11.86 MPa，這主要與密封圈本身的強(qiáng)度有關(guān)。Henkel 102密封膠粘接試樣的粘接強(qiáng)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(qiáng)度小于4 MPa，不能滿足密封圈接口粘接強(qiáng)度的相關(guān)要求。粘接浸油試樣的粘接強(qiáng)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?yàn)樵诮莸倪^程中，潤滑脂、密封圈及密封膠各組分之間出現(xiàn)互相擴(kuò)散，從而使密封圈接口的粘接強(qiáng)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(shí)際應(yīng)用要求[13]。

2.1.2 JC-704密封膠

2.1.2.1力學(xué)性能

本試驗(yàn)另外選用JC-704密封膠對密封圈進(jìn)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(qiáng)度，結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，密封圈非粘接試樣的粘接強(qiáng)度依然最大，達(dá)到11.86 MPa。當(dāng)使用JC-704密封膠對密封圈進(jìn)行自然粘接時(shí)，粘接試樣的粘接強(qiáng)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(qiáng)度超過4 MPa，滿足密封圈接口粘接強(qiáng)度相關(guān)要求。粘接浸油試樣的粘接強(qiáng)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(guān)要求。這些數(shù)據(jù)說明，常溫下可使用JC-704密封膠對密封圈進(jìn)行自然粘接。但是，在透平發(fā)電機(jī)組的實(shí)際應(yīng)用中，可能會面臨高溫或低溫等環(huán)境，因此還需要對該密封圈粘接試樣進(jìn)行耐候性測試。

2.1.2.2耐候性分析

針對透平發(fā)電機(jī)組在實(shí)際應(yīng)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(jìn)行耐候性測試。制備5個(gè)相同標(biāo)準(zhǔn)的平行粘接試樣（A1～A5）。將各試樣先在恒溫-55℃環(huán)境中放置20 h，再常溫放置4 h，然后在恒溫55℃的環(huán)境中放置20 h，再常溫放置4 h，如此為一個(gè)循環(huán)。3次循環(huán)處理后，測試各平行粘接試樣的粘接強(qiáng)度，結(jié)果如圖3所示。

A1～A5的粘接強(qiáng)度相差較大：A5粘接強(qiáng)度最大，達(dá)到6.47 MPa；A2粘接強(qiáng)度最小，僅為1.79 MPa。這可能是因?yàn)楦髌叫性嚇哟嬖谡辰用娲蚰ゲ町?、粘接界面平行度差異等工藝不穩(wěn)定性。經(jīng)過耐候性試驗(yàn)后，由JC-704密封膠制備的密封圈粘接試樣的平均粘結(jié)強(qiáng)度為3.97 MPa，未能滿足密封圈接口粘接強(qiáng)度相關(guān)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(fā)電機(jī)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(yàn)另外選用并優(yōu)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(yōu)化

不同硫化溫度下，各密封圈粘接試樣的粘接強(qiáng)度如圖4所示。

當(dāng)硫化溫度從165℃升高到185℃時(shí)，粘接試樣的粘接強(qiáng)度先升高后降低，均超過4 MPa，能滿足密封圈接口粘接強(qiáng)度相關(guān)要求。當(dāng)硫化溫度為165℃時(shí)，粘接試樣的粘接強(qiáng)度為5.13 MPa。硫化溫度為175℃時(shí)，粘接試樣粘接強(qiáng)度最大，為5.72 MPa，相較165℃時(shí)提高了11.50%。然而，當(dāng)硫化溫度繼續(xù)升高至185℃時(shí)，試樣粘接強(qiáng)度又降低至5.38 MPa，比175℃時(shí)降低了5.94%。這是因?yàn)樵谀z片硫化粘接工藝中，過高的硫化溫度會導(dǎo)致體系中橡膠分子鏈出現(xiàn)裂解和硫化返原現(xiàn)象，從而使其粘接強(qiáng)度降低[14-17]。并且，過高的硫化溫度會使材料體系的焦燒時(shí)間減少，從而縮短密封圈粘接口處的浸潤時(shí)間，導(dǎo)致密封圈粘接口粘接不完全、粘接強(qiáng)度降低[18-20]。綜上所述，優(yōu)選硫化溫度為175℃。

2.2.2硫化時(shí)間優(yōu)化

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

2.2.3力學(xué)性能與耐候性能

選擇175℃硫化溫度和180 s硫化時(shí)間，采用膠片硫化粘接工藝對透平發(fā)電機(jī)組的密封圈進(jìn)行密封粘接。圖6所示為各試樣的力學(xué)性能與耐候性能測試結(jié)果。

由圖6可知，密封圈非粘接試樣的粘接強(qiáng)度最大，為11.86 MPa。密封圈粘接試樣在常溫下的粘接強(qiáng)度為5.71MPa。粘接浸油試樣的粘接強(qiáng)度為6.20 MPa。經(jīng)過耐候性試驗(yàn)后，粘接耐候試樣的粘接強(qiáng)度為4.52 MPa。以上結(jié)果均能滿足實(shí)際應(yīng)用要求。綜上所述，為使透平發(fā)電機(jī)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(yōu)選硫化溫度為175℃，優(yōu)選硫化時(shí)間為180 s。

3結(jié)語

對透平發(fā)電機(jī)密封圈的密封粘接工藝進(jìn)行優(yōu)化：（1）在自然粘接工藝中，Henkel 102密封膠粘接試樣的粘接強(qiáng)度為3.85 MPa，不能滿足密封圈接口粘接強(qiáng)度要求。JC-704密封膠粘接試樣和粘接浸油試樣的粘接強(qiáng)度均能滿足要求，但粘接試樣耐候性較差；（2）當(dāng)采用膠片硫化粘接工藝時(shí)，密封圈粘接試樣的粘接強(qiáng)度均超過4 MPa，能滿足相關(guān)要求并且優(yōu)選硫化溫度為175℃，優(yōu)選硫化時(shí)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(fā)電機(jī)組密封圈的密封粘接，密封粘接性能良好，且有一定耐候性。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王磊，竇修榮，滕鑫淼，等.氣體鉆井發(fā)電機(jī)渦輪設(shè)計(jì)與性能試驗(yàn)[J].鉆采工藝，2023，46（6）：94-99.

[2]邊旭，孟雨鵬，梁艷萍，等.百萬千瓦級汽輪發(fā)電機(jī)定子線棒新型交叉換位方法研究[J].電機(jī)與控制學(xué)報(bào)，2023，27（9）：91-97.

[3]吳哲，王超，王佳典，等.船舶動(dòng)力余熱透平發(fā)電一體機(jī)性能研究[J].熱能動(dòng)力工程，2022，37（5）：9-14.

[4]張超，張高劍，楊明曉，等.HTR-PM全尺寸氦循環(huán)器的耐久性試驗(yàn)研究[J].粘接，2023，50（1）：121-124.

[5]張文濤，夏亞磊，李勇，等.汽輪發(fā)電機(jī)密封瓦引發(fā)的不穩(wěn)定振動(dòng)分析[J].動(dòng)力工程學(xué)報(bào)，2020，40（7）：549-555.

[6]劉金朋，劉志國，曹江勇，等.制動(dòng)裝置耐低溫橡膠密封材料的研制及其與潤滑脂適配性的研究[J].橡膠工業(yè)，2024，71（3）：211-215.

[7]張敬敏，高濤，聶其貴.變壓器用改性丁腈橡膠密封圈熱氧老化性能測試研究[J].粘接，2023，50（11）：102-105.

[8]吳斌，張楠.掘進(jìn)機(jī)主驅(qū)動(dòng)聚氨酯密封材料的研究[J].聚氨酯工業(yè)，2022，37（1）：16-19.

[9]王歡，沈娟，李亮，等.內(nèi)包聚四氟乙烯低壓縮永久變形密封圈的研制[J].特種橡膠制品，2023，44（4）：39-42.

[10]王剛，顏廷俊，李平，等.海洋玻纖增強(qiáng)柔性管用錐套連接型接頭密封性能研究[J].壓力容器，2021，38（8）：42-51.

[11]付坤盛，韋源源，龔俊杰，等.橡膠懸架用橡膠彈簧動(dòng)態(tài)特性分析[J].揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2023，26（2）：73-78.

[12]張浮龍，于向天，王俊和，等.電力用外絕緣硅橡膠界面粘接作用的影響因素[J].有機(jī)硅材料，2022，36（2）：46-49.

[13]楊春峰.風(fēng)電軸承橡膠密封圈接口的粘接工藝研究[D].大連交通大學(xué)，2019.

[14]李雙雯，高志琪，劉萱，等.三元乙丙橡膠硫化工藝研究[J].北華航天工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，2023，33（5）：4-7.

[15]代曉瑛，王波，黃海鴻.氟醚橡膠粘接性能的研究[J].橡膠科技，2023，21（3）：128-131.

[16]李曉青，沈新民，房中行，等.炭黑用量和硫化工藝對工程裝備履帶用橡膠性能的影響[J].陸軍工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2022，1（4）：43-49.

[17]郭雪，鄭浩帥，馬迎荷，等.高腈橡膠序列結(jié)構(gòu)與加工硫化特性[J].高分子材料科學(xué)與工程，2023，39（10）：113-118.

[18]夏慧蕓，楊浩田，盧昌杰，等.復(fù)合改性瀝青密封膠的組成優(yōu)化及性能研究[J].華南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2023，51（6）：136-145.

[19]莊凌志，何成，楊柱石.耐低溫三元乙丙橡膠的制備及其性能研究[J].塑料科技，2023，51（10）：48-52.

[20]文華銀，張文煥，賀婉，等.超臨界CO2制備三元乙丙橡膠微孔泡沫[J].材料導(dǎo)報(bào)，2021，35（2）：2166-2170.

（責(zé)任編輯：伍鈺）