排水泵线圈密封性能判定方法的分析

排水泵线圈密封性能判定方法的分析

余文棽

浙江大唐国际江山新城热电有限责任公司 浙江衢州 324100

摘要：进口排水泵机组所用的泵大多直接使用优质的进口环氧树脂填料进行水封和线圈表面密封的亲水密封，并且都要求泵在恶劣的室外和低温环境下或在长期高干、酸、湿、碱腐蚀的特殊工况下稳定且连续地工作。环氧树脂填料亲水性和密封性要求的合理选择及其优缺点，直接关系到水泵线圈结构性能的可靠性和稳定性，因此，有必要对水泵油封用环氧树脂材料组成的密封填料的亲水性、密封性等特性参数进行全面、快速的分析和判断。本文研究根据环氧树脂的亲水特性，分别进行了2h、6h、48h、168h四种时间梯度的水煮实验，研究了排水泵电性能的影响因素，提出利用水煮实验判断水泵线圈密封性优劣的新方法。

关键词:水泵密封；环氧树脂密封；环氧树脂；密封性

引言

目前，行业内销售的高压排水泵线圈普遍采用高密度环氧树脂材料进行表面机械和密封技术处理，以保证完整有效的阻隔，避免任何外部高温潮湿环境下的空气介质与泵的线圈接触。但是，根据对其售后使用和维修记录的分析统计，泵的电机线圈经过实际维修和使用后，其使用寿命可能会超过3年或更长时间，线圈内部元件的开路和短路造成的电机漏电率一般会开始明显上升。经过现场剖析和检测，分析结果多为水泵线圈内部元件受潮腐蚀所致，确认可能是水泵线圈的密封元件密封失效所致。鉴于此，在注重提高水泵电机内部现有密封材料的密封指标的检测前提下，需要进一步进行技术创新，提出一种能够在真正的短时间范围内准确、快速、精确判断的出水泵密封失效的快速检测和判断方法，以便尽快发挥失效预防的作用。

1环氧树脂吸水特性研究

环氧树脂线圈是许多工业电气附件线圈中的一种重要的电子绝缘控制元件，如电容器、水泵、电子膨胀阀线圈、四通磁阀线圈等，因其自身稳定可靠、耐热性好、机械性能稳定、可靠、可重复加工而被许多厂家广泛采用，一般来说，这些线圈是由环氧树脂制成的热固性树脂。虽然通过高温固化制备的超高密度环氧树脂材料仍可能具有许多固有的或优良的、独特的物理性能，但另一方面，由于环氧聚合物分子的长分子链及其组成仍可能含有许多相对大量的强极性基团，很容易形成分子链与大量的其他小分子团结合，在一定的低浓度范围内具有较高的亲水性，同时存在大量这种高水分子含量的物质，不仅会明显降低高分子材料的性能，而且还会明显影响保温材料的使用寿命，一旦其内部吸水率超过一定的饱和度，就极有可能直接影响其内部的绝缘和导电效果以及器件内部的密封和散热效果，使其内部电路和外部器件容易受到热和湿的腐蚀破坏。环氧树脂溶液的固化吸水性主要与环氧固化剂配方的成分选择、固化体系工艺方法和环氧树脂的固化程度有关。由不同固化剂组分组成的环氧树脂溶液固化体系中，环氧树脂的游离极性体积和极性基团的数量不同，导致每种环氧树脂溶液固化体系的吸水性不同；不同材料的环氧树脂的固化工艺和环氧树脂的注射成型工艺也会直接影响其吸水性。如果环氧树脂的固化成熟度不是很高，链段固化过程的自由度也大，吸水率高。如果注塑工艺不成熟，由于注塑固化过程中环氧树脂内部有大量的空气和水蒸气，环氧树脂内部之间会逐渐形成许多空隙，其内部吸水率也会逐渐增加。因此，如何快速、准确地判断电气零件使用寿命中使用的环氧树脂固化剂的质量吸水性，对于合理评价产品潜在的长期可靠性具有重要意义，对于延长电气零件的使用寿命具有重要的参考意义。

2水煮实验与排水泵电性能的影响

鉴于目前市场上各种环氧树脂型号和材料的复杂性和多样性，各树脂原料供应商根据实际需要在使用该产品原料的各种环氧树脂品种的注塑固化工艺程度和注塑生产工艺方面显得参差不齐，无法完全科学地预测和估计其质量可靠性，因此，积极寻求另一种更可靠、更有效、更安全、更快速的试验或鉴定检测方法进行试验是极为必要的。这类电子元器件的密封材料需要先用高密度环氧树脂材料进行密封，这与水泵线圈使用的密封材料的规范要求是一致的。因此，在实验或检测研究方法的选择上，其密封性可以作为其他同类产品的参考。本系列的研究方法也是利用沸腾实验方法的原理，进一步测试和验证泵盘管中密封部件的密封性能。选用针对某供应商水泵进行的时间梯度沸腾实验，以重量、泄漏短路电流、绝缘和接地短路电阻三个具体实验参数项目作为综合评价的参考标准，从而更全面地评价沸腾实验结果对供、配、排水泵性能指标的潜在重要影响，相关具体实验的具体项目数据如下。

2.1试验材料和试验设备

实验参考材料：某供应商生产的10个排水泵线圈的实验配套设备：80℃恒温水浴锅、温度计、高精度电子秤、安全表。

2.2试验方法

分别进行了2h、6h、48h、168h四种时间梯度的水煮实验。每个时间梯度的实验完成后，必须对三个梯度实验的样品重量、泄漏电流、绝缘或接地绝缘电阻等参数逐一进行测量和计算，数据记录试验完成并合格后，应将每个试验的样品逐一放入恒温水浴锅中，在下一个试验阶段进行梯度试验。在整个试验过程中，要求严格保证试验线圈的所有电源线插头不插入试验水中，以防止电池短路和打火。每一步梯度试验结束后，必须保证待测线圈在室温下至少保存2小时和1小时，以有效保证待测线圈表面的水没有完全挥发，没有影响梯度试验过程正常检测结果和实验结果的杂质、残留物和小水滴。之后，应严格称量线圈的重量，并记录数据。泄漏电流应在1500V交流电压下测试1分钟，然后在500V直流电压下测试绝缘电阻1分钟，然后将样品放入水浴中，再进行下一步梯度耐压试验。

2.3试验结果及分析

试验分析结果见下表1和表3。从上图第1至3项可以看出，经过三种不同时间梯度的环氧树脂沸腾放电实验，线圈材料的线圈质量、泄漏电流和环氧树脂绝缘电阻都会有不同程度的提高或降低。

图 1水煮时间与质量的关系

图 2水煮时间与漏电流的关系

图 3水煮时间与绝缘电阻的关系

根据上述试验得到的试验结果和统计分析，随着环氧树脂沸腾时间的不断延长，泵用线圈芯片的重量和泄漏电流值也明显增加，而绝缘电阻值则明显下降，说明随着环氧树脂材料沸腾时间的不断延长，其自身膨胀率和吸水率逐渐增加。在严重降低泵的密封功能的同时，其电绝缘性能值均显示其已严重老化，出现性能下降。

结语：

在注重提高水泵电机内部现有密封材料的密封指标的检测前提下，本文进一步进行技术创新，提出一种能够在真正的短时间范围内准确、快速、精确判断的出水泵密封失效的快速检测和判断方法，以便尽快发挥失效预防的作用。首先对环氧树脂吸水特性进行研究，对如何快速、准确地判断电气零件使用寿命中使用的环氧树脂固化剂的质量吸水性有一定的研究，接着分别进行了2h、6h、48h、168h四种时间梯度的水煮实验，得到水煮时间与质量、漏电流、绝缘电阻的关系，提出了利用水煮实验判断水泵线圈密封性优劣的新方法。

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