一種自動(dòng)化密封檢測裝置的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)研究

薛汝東 梅景放 胡方義

摘要：為解決低壓密封儀器設(shè)備密封性能的室內(nèi)快速檢測問題，基于壓降法，給出了低壓密封儀器的檢測原理、判定方法，并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。基于該方法，設(shè)計(jì)了一款自動(dòng)化密封檢測裝置，可實(shí)現(xiàn)多通道并行實(shí)時(shí)檢測，便于室內(nèi)操作，方便可靠。

關(guān)鍵詞：防水;密封檢測;壓降法;體積泄漏率

0 ? ?引言

當(dāng)前防水密封性能的檢測多采用氣泡觀察法和浸泡法。液下氣泡觀察法具有檢測速度快、泄漏點(diǎn)判斷直觀等優(yōu)點(diǎn);但對于形狀復(fù)雜的低壓密封儀器，氣泡形成緩慢，不易觀察。浸泡法通過浸泡后拆開產(chǎn)品的方式直接觀察內(nèi)部是否滲水，具有直接準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，但儀器重新安裝后的狀態(tài)得不到保障，且無法判斷出具體漏點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)性和時(shí)間成本高。

本文基于壓降法[1-2]，通過測量待測產(chǎn)品的氣體泄漏率來判定其防水密封性能，具有操作簡單、檢測可靠、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)。基于該方法設(shè)計(jì)了一款自動(dòng)化密封檢測裝置，實(shí)現(xiàn)多通道并行實(shí)時(shí)檢測。

1 ? ?檢漏原理

壓降法檢漏是通過對待測產(chǎn)品加壓到某一值，放置一段時(shí)間后，觀察待測產(chǎn)品內(nèi)部的壓力值變化來判斷產(chǎn)品密封性能。可結(jié)合壓力下降的具體值，定量判定產(chǎn)品的密封性能。該方法簡便直觀、易操作、可定量判定[3]。

設(shè)待測容器的容積為V，停止加壓時(shí)的壓力為p1，放置一段時(shí)間t后的壓力值下降為p2，假定當(dāng)時(shí)的氣體溫度為T，放置t時(shí)間后容器中漏出的氣體量用ΔV表示。在測量時(shí)間間隔t內(nèi)，容器內(nèi)漏出的氣體質(zhì)量為：

Δm=m1-m2=M ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

氣體的體積泄漏率為：

LV=== ? ? ? ?（2）

折算到標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體的泄漏率為：

LSV=LV== ? ? ? （3）

式中：Δm為氣體質(zhì)量差;m1為開始放置時(shí)容器中的氣體質(zhì)量;m2為放置結(jié)束時(shí)容器中的氣體質(zhì)量;M為氣體分子量;R為通用氣體常數(shù)（8.314 Pa·m3/mol）;Δp=p1-p2;ps為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓;Ts為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下大氣的絕對溫度。

實(shí)際測試泄漏時(shí)溫度變化不明顯，Ts/T≈1，ps≈101 kPa，體積泄漏率可近似為：

LV= ? ? ? ? （4）

式中：pv為壓力下降速率;V為系統(tǒng)總?cè)莘e，V=V系統(tǒng)+V部件。

《纏繞式墊片 技術(shù)條件》（GB/T 4622.3—1993）中規(guī)定了密封容器防水性能最大體積泄漏率Lv的四個(gè)泄漏等級(jí)。對于一般的淺水層浸泡使用的密封容器，其耐水壓力小，屬于低壓密封容器，密封檢驗(yàn)時(shí)可選用第四級(jí)泄漏指標(biāo)Lv=1.0×10-2 cm3/s。此時(shí)對應(yīng)每分鐘理論最大壓降速率為：

pvmin=×60= ? ? ? ? ?（5）

要確保密封容器保持良好的防水密封性能，實(shí)際最大壓降變化速率pvr需滿足以下條件：

pvr

2 ? ?密封檢測試驗(yàn)研究

為驗(yàn)證上述檢測方法的可靠性和準(zhǔn)確性，依據(jù)上述檢測原理及方法制作了一款簡易的手動(dòng)檢測裝置，如圖1所示。

該裝置使用打氣筒為充氣設(shè)備，壓力表量程為-90～100 kPa，分辨率為0.01 kPa。三件被檢測密封容器分別編號(hào)為A1、A2、A3，被檢測系統(tǒng)總?cè)莘e分別為69 mL、72 mL、882 mL。首先根據(jù)公式（5）計(jì)算得到三個(gè)待測件的理論最大壓降速率，通過文中的測試方法檢測待測件在試驗(yàn)過程中的最大壓降速率，與理論最大壓降速率進(jìn)行對比，通過式（6）判斷待測件的密封性能。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

由表1中的試驗(yàn)結(jié)果可以看出，三個(gè)待測件的實(shí)際最大壓降速率均小于其理論最大壓降速率，具備較好的密封性能。進(jìn)一步對三個(gè)待測件進(jìn)行1 m水深0.5 h的浸泡試驗(yàn)。經(jīng)驗(yàn)證，在進(jìn)行過浸泡試驗(yàn)后，三個(gè)待測容器均沒有出現(xiàn)滲漏，與壓降法檢測結(jié)果一致。

3 ? ?自動(dòng)化密封檢測裝置設(shè)計(jì)

根據(jù)上述測量原理，設(shè)計(jì)如圖2所示的密封檢測裝置。分流閥將空壓機(jī)的氣源分配給不同檢測線路，以便多條線路同時(shí)進(jìn)行檢測;單向閥防止充氣時(shí)氣體發(fā)生倒流;安全閥防止過充;檢測控制盒實(shí)現(xiàn)密封防水性能檢測，可設(shè)置和保存檢測方案;壓力傳感器檢測系統(tǒng)壓力;電磁閘閥控制檢測時(shí)氣源通斷;快速排氣閥實(shí)現(xiàn)檢測完畢后快速泄壓。

檢測前，需向檢測控制盒輸入檢測方案（如充氣檢驗(yàn)容積、穩(wěn)壓時(shí)間、檢測時(shí)間等參數(shù)），系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)算每分鐘壓力最大下降速率的理論值pvmin。由控制盒控制電磁閘閥常開，壓縮機(jī)開始工作。當(dāng)氣體壓力達(dá)到安全閥設(shè)定壓力值時(shí)，電磁安全閥開啟，檢測控制盒切斷空壓機(jī)電源，開始計(jì)時(shí)，進(jìn)入穩(wěn)壓階段;穩(wěn)壓階段結(jié)束后系統(tǒng)開始進(jìn)行檢測，并自動(dòng)計(jì)算出每分鐘壓力下降速率pvr，然后根據(jù)式（6）自動(dòng)判斷測量工件是否防水。該裝置可實(shí)現(xiàn)室內(nèi)多路密封儀器設(shè)備同時(shí)在線檢測。

4 ? ?結(jié)語

本文對壓降法檢測密封性能的原理進(jìn)行了詳細(xì)闡述，基于該原理制作了一款手動(dòng)密封檢測裝置，對三個(gè)體積不同的待測樣品進(jìn)行了實(shí)際壓降法檢測及浸泡試驗(yàn)。經(jīng)驗(yàn)證，浸泡試驗(yàn)的結(jié)果與壓降法檢測的結(jié)果一致，壓降法用于低壓密封設(shè)備檢測的合理性和準(zhǔn)確性得到了有效驗(yàn)證。進(jìn)一步，本文基于壓降法設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)化密封檢測裝置，可有效解決儀器設(shè)備密封性能的室內(nèi)快速檢測問題。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 中川洋.防止泄漏的理論和實(shí)際應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1978.

[2] 顧伯勤.液下氣泡檢漏方法研究[J].南京化工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2001，23（2）：1-4.

[3] 顧伯勤，李新華，田爭.靜密封設(shè)計(jì)技術(shù)[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

收稿日期：2020-08-05

作者簡介：薛汝東（1985—），男，江蘇豐縣人，工程師，研究方向：光學(xué)機(jī)械及通用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。