瓶閥氣密性泄漏定量檢測(cè)裝置的設(shè)計(jì)

嚴(yán)榮杰，陳志清，王娟，柴軍

(寧波志清實(shí)業(yè)有限公司，浙江寧波 315600)

常用的壓差檢測(cè)法［1－7］是一種通過測(cè)量被測(cè)工件內(nèi)部壓力變化來計(jì)算得到工件泄漏量的檢測(cè)方法，壓差傳感器一端接被測(cè)物體，另一端接基準(zhǔn)物(基準(zhǔn)物近似認(rèn)為是不漏的)，對(duì)基準(zhǔn)物與被測(cè)物兩邊同時(shí)充入相同壓力的氣體，使得壓差傳感器兩端平衡;接著關(guān)閉閥門隔離基準(zhǔn)物與被測(cè)物，如果被測(cè)物存在一定的泄漏，即使是很微小的泄漏，壓差傳感器的兩端也將出現(xiàn)壓差，壓差傳感器將產(chǎn)生一個(gè)與泄漏量相關(guān)的輸出信號(hào)，壓差檢漏儀將這一信號(hào)檢出并計(jì)算出被測(cè)物的具體泄漏量。文中借鑒壓差檢測(cè)原理設(shè)計(jì)的氣密性泄漏定量檢測(cè)裝置實(shí)現(xiàn)對(duì)任意開啟狀態(tài)下的瓶閥定量泄漏氣密性檢測(cè)，具有測(cè)試精度高、測(cè)試周期短、成本低廉的效果并實(shí)現(xiàn)在線批量檢測(cè)。

1 檢測(cè)裝置的檢測(cè)原理

檢測(cè)裝置整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括機(jī)架、密封裝置、下壓裝置、傳感器、高壓氣體裝置、側(cè)封堵裝置等［8］，如圖1所示。該檢測(cè)裝置按照壓差原理將密封裝置作為基準(zhǔn)物，任意開啟狀態(tài)下的瓶閥作為被測(cè)物，通過將任意開啟狀態(tài)下的瓶閥安裝在帶密封腔的密封裝置(基準(zhǔn)物)中并對(duì)任意開啟狀態(tài)下的瓶閥(被測(cè)物)出口封堵后，通過高壓氣體裝置向任意開啟狀態(tài)下的瓶閥進(jìn)氣口充入規(guī)定壓力的氣體，壓差傳感器檢測(cè)密封裝置密封腔內(nèi)的壓差變化，產(chǎn)生一個(gè)與泄漏量相關(guān)的輸出信號(hào)，壓差檢漏儀將這一信號(hào)檢出并計(jì)算出被測(cè)物的具體泄漏量。

圖1 檢測(cè)裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖

2 檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 密封裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

密封裝置主要包括腔體、閥座、腔體密封圈、側(cè)封堵裝置、閥座密封圈以及密封腔體，如圖2所示。

圖2 局部放大示意圖

2.1.1 腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

腔體結(jié)構(gòu)主要包括上腔體、下腔體、通孔、出氣孔、進(jìn)氣孔、側(cè)封堵密封槽等，如圖3所示。

圖3 腔體結(jié)構(gòu)示意圖

上腔體與下壓裝置連接，上腔體通過下壓裝置傳動(dòng)壓緊下腔體且通過腔體密封圈密封;下腔體安裝在機(jī)架上，閥座緊配合在下腔體內(nèi)并通過閥座密封圈密封，閥座的下端設(shè)有與任意開啟狀態(tài)下的瓶閥內(nèi)腔連通的通氣孔，通氣孔與高壓氣體裝置連接，檢測(cè)中用閥座密封圈對(duì)任意開啟狀態(tài)下的瓶閥(被測(cè)物)進(jìn)氣口進(jìn)行密封。側(cè)封堵裝置位于腔體的側(cè)部，腔體的側(cè)壁上設(shè)有供側(cè)封堵裝置堵頭通過通孔，側(cè)封堵密封槽處的密封圈與腔體密封，腔體的側(cè)壁上還設(shè)有與密封腔連通的出氣孔，出氣孔與傳感器連接且密封。

從圖3腔體結(jié)構(gòu)示意圖可知:閥座密封圈用于密封任意開啟狀態(tài)下的瓶閥進(jìn)氣口和閥座，腔體密封圈用于密封上腔體和下腔體，側(cè)封堵裝置用于封堵任意開啟狀態(tài)下的瓶閥的出氣口，下壓裝置用于壓緊上腔體和下腔體及密封裝置內(nèi)任意開啟狀態(tài)下的瓶閥，使任意開啟的任意開啟狀態(tài)下的瓶閥內(nèi)腔與密封裝置密封腔不連通。此種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，避免任意開啟狀態(tài)下的瓶閥的內(nèi)腔內(nèi)的氣體及腔體內(nèi)氣體外泄漏，密封效果好，操作方便。

2.1.2 側(cè)封堵裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

側(cè)封堵裝置結(jié)構(gòu)主要包括側(cè)封堵氣缸、彈簧擋塊、側(cè)封堵彈簧、壓緊套、堵頭、堵頭密封圈及側(cè)封堵外密封圈等，如圖4所示。

圖4 側(cè)封堵裝置結(jié)構(gòu)示意圖

側(cè)封堵氣缸安裝在機(jī)架上且位于腔體的側(cè)部，堵頭固定在側(cè)封堵氣缸活塞的端部上，堵頭自由端設(shè)有對(duì)壓緊套軸向限位的凸臺(tái)，堵頭端部上設(shè)有密封圈用于密封封堵任意開啟狀態(tài)下的瓶閥出氣口。彈簧擋塊設(shè)在堵頭的連接端，側(cè)封堵彈簧套合在堵頭傳動(dòng)桿上且該側(cè)封堵彈簧抵在壓緊套和彈簧擋塊之間，壓緊套滑動(dòng)套合在堵頭傳動(dòng)桿上。腔體側(cè)壁的通孔處設(shè)有側(cè)封堵密封槽，用于壓緊套端部的側(cè)封堵外密封圈進(jìn)行密封。

從圖4可看出:側(cè)封堵裝置需要封堵任意開啟狀態(tài)下瓶閥的出氣口，通過啟動(dòng)側(cè)封堵氣缸，側(cè)封堵氣缸活塞向密封腔方向運(yùn)動(dòng)，隨著活塞的運(yùn)動(dòng)壓緊套的端面會(huì)抵在腔體側(cè)壁側(cè)封堵密封槽，由于壓緊套端部設(shè)有側(cè)封堵外密封圈，因此密封腔內(nèi)的氣體不會(huì)從壓緊套與腔體的連接處漏出，又由于壓緊套滑動(dòng)套合在堵頭傳動(dòng)桿上，因此，活塞繼續(xù)運(yùn)動(dòng)，側(cè)封堵彈簧被壓縮，堵頭通過腔體側(cè)壁上的通孔伸入到密封腔內(nèi)的任意開啟狀態(tài)下的瓶閥的出口處并通過堵頭端部的堵頭密封圈進(jìn)行密封，因此，任意開啟狀態(tài)下的瓶閥內(nèi)的氣體不會(huì)從任意開啟狀態(tài)下的瓶閥的出口處與堵頭之間漏出，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封效果好。

2.1.3 下壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

下壓裝置結(jié)構(gòu)主要包括下壓氣缸、固定板、下壓彈簧及滑動(dòng)板、下壓模柄及模柄密封圈等，如圖5所示。

圖5 下壓裝置結(jié)構(gòu)示意圖

下壓氣缸安裝在機(jī)架上且位于腔體的上方，下壓氣缸活塞底部固定在固定板上。滑動(dòng)板固定在上腔體上端上，下壓模柄的上端固定在固定板的下端，下壓模柄的下端貫通滑動(dòng)板及上腔體上壁且下壓模柄滑動(dòng)配合在滑動(dòng)板及上腔體上壁上。下壓模柄的下端設(shè)計(jì)成與任意開啟狀態(tài)下的瓶閥手輪形狀相似結(jié)構(gòu)，能對(duì)任意開啟狀態(tài)下的瓶閥手輪進(jìn)行定位，使得下壓模柄能對(duì)任意開啟狀態(tài)下的瓶閥在垂直方向上進(jìn)行準(zhǔn)確施力。下壓模柄的下端限位在密封腔內(nèi)，下壓模柄與上腔體上壁之間通過模柄圈密封;下壓彈簧套在下壓模柄外傳動(dòng)桿上且該下壓彈簧抵在固定板和滑動(dòng)板之間。

分析圖5可知:下壓裝置的兩側(cè)均設(shè)有導(dǎo)桿，滑動(dòng)板的兩端均設(shè)有導(dǎo)套，導(dǎo)套一一對(duì)應(yīng)地滑動(dòng)配合在導(dǎo)桿上。下壓氣缸活塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，下壓模柄向下運(yùn)動(dòng)，位于固定板與滑動(dòng)板之間的下壓彈簧被壓縮，利用下壓彈簧的壓力使上腔體壓緊下腔體，又由于上腔體與下腔體之間存在腔體密封墊，使得腔體內(nèi)的氣體不會(huì)從上腔體與下腔體之間漏出;當(dāng)上腔體完全壓緊下腔體之后，由于下壓彈簧套在下壓模柄外傳動(dòng)桿上，因此下壓模柄仍舊會(huì)繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，從而壓緊密封腔內(nèi)的任意開啟狀態(tài)下的瓶閥，對(duì)任意開啟狀態(tài)下的瓶閥進(jìn)行定位，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封效果好。

2.2 傳感器的選型

壓差信號(hào)的采集是整個(gè)壓差泄漏檢測(cè)系統(tǒng)的核心，因此壓差變送器的選型就顯得至關(guān)重要。壓差變送器選型時(shí)需要考慮的因素較多，但主要有以下幾點(diǎn):(1)檢測(cè)的精度;(2)檢測(cè)的環(huán)境及壓力條件;(3)檢測(cè)的穩(wěn)定性;(4)成本價(jià)格。其中精度是傳感器最為重要的性能指標(biāo)，對(duì)其他因素的考慮必需在傳感器的檢測(cè)精度滿足檢測(cè)條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行。該檢測(cè)裝置最高檢測(cè)壓力要求為2.4 MPa，精度等級(jí)為1.6。根據(jù)上述的設(shè)計(jì)要求，從當(dāng)前比較有競(jìng)爭(zhēng)力的幾個(gè)壓差傳感器生產(chǎn)商中選擇了幾個(gè)滿足基本條件的傳感器，如表1所示。

表1 滿足基本條件的傳感器參數(shù)

根據(jù)對(duì)上述傳感器的對(duì)比分析，綜合考慮了精度、價(jià)格、量程、耐壓能力、穩(wěn)定性，最后選擇美國(guó)艾默生旗下羅斯蒙特公司2051系列智能型和低功耗型壓差變送器。

3 檢測(cè)裝置的工作過程

初始狀態(tài)時(shí)，檢測(cè)裝置的上腔體和下腔體打開，側(cè)封堵裝置的堵頭退出上腔體的通孔。使用時(shí)，將任意開啟狀態(tài)下的瓶閥放入下腔體內(nèi)的閥座上，然后啟動(dòng)下壓氣缸，下壓氣缸向下運(yùn)動(dòng)使上腔體壓緊上腔體上的密封圈，使得上腔體和下腔體合攏壓緊密封，此后下壓氣缸再向下運(yùn)動(dòng)，彈簧被壓縮，下壓模柄繼續(xù)向下運(yùn)動(dòng)，下壓模柄下端會(huì)壓在任意開啟狀態(tài)下的瓶閥的手輪的頂部，使得任意開啟狀態(tài)下的瓶閥下端壓緊在閥座密封圈上;然后啟動(dòng)側(cè)封堵氣缸，壓緊套端部伸入側(cè)封堵密封槽內(nèi)且壓緊套端部抵在側(cè)封堵密封槽上，此時(shí)，側(cè)封堵氣缸的活塞繼續(xù)向密封腔方向運(yùn)動(dòng)，堵頭就會(huì)通過通孔伸入到密封腔內(nèi)的任意開啟狀態(tài)下的瓶閥的出口處以堵住任意開啟狀態(tài)下的瓶閥出口，側(cè)封堵彈簧被壓縮;高壓氣體裝置的出氣管伸入通氣孔中，傳感器通氣管伸入出氣孔中，高壓氣體裝置向任意開啟狀態(tài)下的瓶閥內(nèi)腔通入高壓氣體，傳感器檢測(cè)密封腔內(nèi)的壓差。此時(shí)，若傳感器檢測(cè)到密封腔內(nèi)有壓差，那么所檢測(cè)的任意開啟狀態(tài)下的瓶閥的閥體與閥帽的螺紋連接處存在漏氣現(xiàn)象;相反，則不存在漏氣現(xiàn)象。

4 結(jié)束語(yǔ)

任意開啟狀態(tài)下的瓶閥開啟時(shí)高壓氣密性檢測(cè)方法是利用氣體流量公式進(jìn)行檢測(cè)，獲得與泄漏量相關(guān)的壓差參數(shù)，然后將這些相關(guān)參數(shù)通過一定關(guān)系式轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的定量泄漏量值。這種檢測(cè)方法受主觀因素影響小，檢測(cè)周期短，檢測(cè)精度高，檢測(cè)穩(wěn)定性好，并且易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、自動(dòng)報(bào)警等優(yōu)點(diǎn)，適用于企業(yè)在線批量檢測(cè)。

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