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磁流體密封技術(shù)在SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān)氣室的應(yīng)用

　　SF6氣體具有優(yōu)異的滅弧和絕緣性能，且在開(kāi)斷感性電流、容性電流及開(kāi)斷壽命等諸多方面有一系列優(yōu)點(diǎn)，因而被廣泛應(yīng)用于3~1000kV各類(lèi)高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備中。

　　SF6高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備的各項(xiàng)性能指標(biāo)(如滅弧，絕緣性能……)全靠SF6氣體來(lái)保證，因此，研究提高氣室密封的可靠性，是SF6高壓開(kāi)關(guān)設(shè)備科研和生產(chǎn)中要考慮的關(guān)鍵技術(shù)。

　　本文將就重點(diǎn)介紹磁流體密封技術(shù)應(yīng)用于12kV負(fù)荷開(kāi)關(guān)動(dòng)密封部分的實(shí)例

　　為了具體說(shuō)明問(wèn)題，現(xiàn)以FLN-12型SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān)氣室的密封狀況為例進(jìn)行分析，如圖1所示：

　　該型開(kāi)關(guān)氣室有三個(gè)環(huán)節(jié)共五處密封，第一個(gè)環(huán)節(jié)是氣室上、下部絕緣殼體結(jié)合面之間的密封，第二個(gè)環(huán)節(jié)是充氣閥端面與下部殼體的結(jié)合面之間的密封和充氣閥與氣壓表的結(jié)合面之間的密封；第三個(gè)環(huán)節(jié)是轉(zhuǎn)動(dòng)密封組件的連接法蘭與下部殼體結(jié)合面之間的密封和該組件中轉(zhuǎn)軸與組件殼體配合面之間的密封。將上述五處密封性質(zhì)進(jìn)行歸類(lèi)分析可以看出，前四處密封部位都是平面與平面之間的固定連接，一經(jīng)連接完成，配合面之間不存在相對(duì)位移。對(duì)于靜密封，如能選取合適的材料和結(jié)構(gòu)，工藝上得到保證，密封性能是可以保證的。有資料顯示，12kV SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān)的靜密封部位密封不合格的檢出率一般是小于0.5%，并且能在裝配調(diào)試階段被及時(shí)發(fā)現(xiàn)和消除。但是連接氣室內(nèi)主軸和外部操動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)密封組件中，轉(zhuǎn)軸和組件殼體(軸套)配合面之間的密封狀況則要復(fù)雜得多，現(xiàn)將其單獨(dú)列出。如圖2所示

　　從圖中可以清楚地看出，該組件轉(zhuǎn)軸1與軸套(組件殼體)5之間為動(dòng)配合，它依靠軸套兩端的油封3和軸套內(nèi)中部腔體加注的潤(rùn)滑油(脂)4實(shí)現(xiàn)密封，即通過(guò)兩端油封唇口，形成兩個(gè)密封環(huán)將中部腔體中的潤(rùn)滑油(脂)封住，從而達(dá)到防止氣室內(nèi)(花鍵端)SF6氣體外泄(插口端)的密封目的。

　　這種密封方式從結(jié)構(gòu)上看，最理想的應(yīng)該是使?jié)櫥?脂)充滿(mǎn)殼體中部整個(gè)空間，或者至少應(yīng)能讓潤(rùn)滑油(脂)浸沒(méi)轉(zhuǎn)軸該處橫截面頂部，以實(shí)現(xiàn)整體“液”封。我們?cè)鴮?zhuān)題就此對(duì)合作單位提供的樣件作過(guò)多次充填測(cè)試，發(fā)現(xiàn)這一要求很難做到，即使勉強(qiáng)做到了，長(zhǎng)期維持這一液面的可靠性也不是很高的。因此，它主要還是依靠油封外緣與殼體和唇口與轉(zhuǎn)軸之間的配合質(zhì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)。而運(yùn)行壽命則要取決于油封本身的材質(zhì)狀況了。

　　油封之所以能成為密封設(shè)計(jì)中的常用配件，是因?yàn)槠洳牧匣貜椥阅芎?，加上截面形狀的箍緊彈簧的彈性收縮力，可使唇口對(duì)徑向力獲得良好的密封效果。另外，價(jià)格便宜，裝拆更換容易，也是用戶(hù)愿意選用的重要原因之一。

　　但是，油封作為一種橡膠制品，也有其材料性能方面的局限性:首先，橡膠制品在常溫常壓下長(zhǎng)期存放會(huì)逐漸老化變脆。第二，橡膠制品處在長(zhǎng)期被壓縮狀態(tài)，會(huì)發(fā)生永久變形或稱(chēng)殘余變形，直接影響密封效果。而且作為密封件，它又必須在壓縮狀態(tài)才能發(fā)揮其功用。第三，油封浸潤(rùn)于密封油中后，隨著時(shí)間的推移，橡膠分子與油的親和性，會(huì)使油慢慢浸人橡膠，同時(shí)，橡膠中的增塑劑、防老劑、硫化促進(jìn)劑及其分解生成物亦會(huì)從橡膠中被抽出，促使油封的形狀尺寸和彈性等發(fā)生變化，使密封性能變壞。由于這些材料本身表現(xiàn)出來(lái)的物理的、機(jī)械的和化學(xué)的局限性，加上油封唇口與轉(zhuǎn)軸之間摩擦及磨損問(wèn)題的存在，因此人們?cè)诿芊庠O(shè)計(jì)中大都將油封列為易損件的范圍之列。

　　所以，研究改善SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)軸動(dòng)密封條件，使其密封效果和密封壽命與靜密封在整體上達(dá)到相互匹配，很有必要。實(shí)踐證明，用磁流體動(dòng)密封取代油封密封是一種有效的選擇。

　　磁流體密封技術(shù)用于轉(zhuǎn)軸密封，源于針對(duì)傳統(tǒng)密封中存在的密封件與旋轉(zhuǎn)軸之間摩擦和磨損失效的問(wèn)題。由于磁流體密封技術(shù)在旋轉(zhuǎn)軸無(wú)泄漏密封中顯示出的獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢(shì)，因而得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

　　磁流體密封最初是作為一項(xiàng)高新技術(shù)在我國(guó)得到推廣應(yīng)用的，因此，磁流體密封在我國(guó)應(yīng)用最早和最多的領(lǐng)域是半導(dǎo)體真空鍍膜、液晶注入、離子刻蝕、真空熱處理、單晶硅爐、空間環(huán)境模擬等對(duì)氣體密封要求十分嚴(yán)格的設(shè)備上。隨著這一功能材料的產(chǎn)業(yè)化水平的提高，制造成本不斷降低，磁流體密封件的利用領(lǐng)域拓展很快。磁流體經(jīng)過(guò)十余年的長(zhǎng)足發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域逐漸從高端市場(chǎng)向中、低端市場(chǎng)延伸。設(shè)計(jì)與生產(chǎn)已經(jīng)步入標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的發(fā)展軌道。

　　第一、壽命長(zhǎng)。這是一種非接觸式密封，或稱(chēng)液－固接觸式密封。它不存在傳統(tǒng)密封中，密封件與旋轉(zhuǎn)軸固－固兩相界面之間的磨損失效問(wèn)題，可以長(zhǎng)時(shí)間維持最初的密封狀態(tài)。并且氣體密封用磁流體一般都采復(fù)合油基的磁流體，這是目前應(yīng)用于氣體動(dòng)密封中工藝技術(shù)最為成熟、飽和蒸氣壓最低的一種磁流體。80℃時(shí)測(cè)得蒸發(fā)量小于8.5x10－6g/cm2?h。 

　　第二、基本無(wú)泄漏，通常稱(chēng)磁流體密封為“零泄漏”密封。使用氦質(zhì)譜檢測(cè)儀動(dòng)、靜態(tài)測(cè)試表明泄漏率達(dá)到l×10-12Pa?m3/s。

　　第三、耐壓差性能好。據(jù)測(cè)定，每一級(jí)“O”形密封環(huán)耐壓差為0.02~0.035MPa，總密封耐壓差可達(dá)0.12~0.5MPa，真空度可滿(mǎn)足1×10-6Pa超高真空技術(shù)的要求。

　　第四、適用溫度寬。通常應(yīng)用于-40℃~100℃環(huán)境條件下。超過(guò)此溫度范圍亦可在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上采用相應(yīng)的升(降)溫措施來(lái)適應(yīng)環(huán)境條件的要求。

    磁流體動(dòng)密封取代SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān)傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)軸動(dòng)密封在技術(shù)上的先進(jìn)之處在于：首先，它消除了動(dòng)密封件之間相互摩擦造成磨損失效的原因，可以成倍地延長(zhǎng)其使用壽命；其次，由于磁流體動(dòng)密封適用溫度寬，對(duì)拓展SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān)的使用環(huán)境是十分有利的。實(shí)踐證明，實(shí)施這一密封方式也是十分簡(jiǎn)便的。從已實(shí)施這一技改的企業(yè)產(chǎn)品的情況來(lái)看，盡管產(chǎn)品各有特點(diǎn)，組件裝配連接各有所異，但基本結(jié)構(gòu)和密封處空間等都相當(dāng)接近，改進(jìn)設(shè)計(jì)一般只需在組件內(nèi)部進(jìn)行，無(wú)需對(duì)設(shè)備其它零部件作任何變動(dòng)。可以做到只將原轉(zhuǎn)動(dòng)密封組件取下，換上磁流體動(dòng)密封組件即可。

　　為了驗(yàn)證磁流體在SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān)動(dòng)密封上的可靠性，我們和各合作廠(chǎng)家多次對(duì)該組件分別做過(guò)單組件和裝機(jī)后的條件試驗(yàn)。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，都取得了較好的效果：

　　1、按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行合、分閘操作，壽命試驗(yàn)后。產(chǎn)品動(dòng)作靈活正常、無(wú)卡滯、瀉漏率遠(yuǎn)低于標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

　　2、組件放入60℃烘箱，保溫4小時(shí)后，檢測(cè)機(jī)械特性和SF6氣體泄漏率，均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

　　3、將裝配好組件的設(shè)備整體置入冷凍室，均勻降溫至-40℃，保持2小時(shí)再測(cè)機(jī)械特性和SF6泄漏率，均合格。

　　以下我公司制造的各類(lèi)SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān)、斷路器磁流體密封件

磁流體動(dòng)密封技術(shù)應(yīng)用于SF6負(fù)荷開(kāi)關(guān)氣室密封.pdf