商用快速接頭的檢漏方法及其液體漏率計算

王振魯

山東航天電子技術研究所，中國·山東 煙臺 264010

1 產(chǎn)品概述

商用快速接頭是一種應用在流體回路中的閥門類產(chǎn)品，實現(xiàn)內(nèi)部工質(zhì)的連通和斷開。商用快速接頭產(chǎn)品分為公頭、母頭兩部分，兩者在連通時保證流體通道順暢，斷開時保證兩端獨自均能自密封。為確保用戶系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、長壽命等性能，商用快速接頭密封性能可靠性較高，公頭、母頭分離狀態(tài)和對接狀態(tài)漏率指標均優(yōu)于10-5Pa.m3/s[1]。

2 檢漏方法

2.1 檢漏方法分類

檢漏方法有很多種，習慣上按檢漏時被檢件內(nèi)部所處的狀態(tài)將檢漏方法分為以下兩類。

①加壓檢漏法：被檢件內(nèi)部充以比外部壓力更高的示漏氣體，如壓降法、氣泡法、氦質(zhì)譜儀吸槍法。

②真空檢漏法：被檢件內(nèi)部抽真空，將示漏氣體施加被檢件外部，如真空計法、氦質(zhì)譜儀噴吹檢漏法等。

每一種檢漏工藝方法都具有特定的使用條件，檢漏范圍及測試能力。方法的選擇應用要與產(chǎn)品的設計指標、使用工況等因素相匹配。

2.2 商用快速接頭檢漏采用方法

商用快速接頭屬于內(nèi)部充壓，且對漏率要求較高的產(chǎn)品，為滿足對產(chǎn)品漏率精準、快速檢漏，采用真空壓力法氦質(zhì)譜檢漏。此方法檢測靈敏度高，能實現(xiàn)任何工作壓力的漏率檢測，可精確反映被檢件的真實泄漏狀態(tài)。商用快速接頭的具體檢測方法按照GB/T15823—2009《無損檢測—氦泄漏檢測方法》。系統(tǒng)圖如圖1所示，快速接頭的公頭、母頭及對接狀態(tài)分別通過不同的連接工裝安裝在真空罐內(nèi)，外部連接氦質(zhì)譜檢漏儀[2]。接下來，對罐內(nèi)氣體抽真空，同時對被測產(chǎn)品的管路抽真空后充一定壓力氦氣，真空罐內(nèi)壓力穩(wěn)定后關閉真空泵，開啟檢漏儀，對產(chǎn)品進行檢漏，檢漏儀數(shù)據(jù)穩(wěn)定，記錄產(chǎn)品漏率值。

圖1 真空壓力法氦質(zhì)譜檢漏系統(tǒng)原理圖

具體操作方法如下：

①檢查并關閉系統(tǒng)中所有截止閥，打開氦質(zhì)譜檢漏儀，預熱，設備正常開機。

②關閉真空罐，依次打開真空罐抽空泵及截止閥V2。

③將真空罐抽負壓至足以允許氦質(zhì)譜儀與系統(tǒng)相連接的絕對壓力，關閉截止閥V2,打開氦質(zhì)譜檢漏儀處于檢測狀態(tài)，并打開截止閥V7、截止閥V6，對系統(tǒng)進行校準[3]。

④按照標準要求GB/T15823-2009對系統(tǒng)的檢測靈敏度進行計算，若最終靈敏度減小至初始靈敏度的35%以下，儀器應進行清洗或修理，重新校準，然后對系統(tǒng)進行重新檢測，若系統(tǒng)靈敏度滿足要求，可進行下一步操作。

⑤關閉截止閥V7、截止閥V6，將氦質(zhì)譜檢漏儀調(diào)整為待檢狀態(tài)。

⑥打開截止閥V5，使真空罐充壓，至大氣壓后關閉截止閥V5。

⑦將被檢件放入真空罐，并連接好產(chǎn)品抽氣、加壓管路，封閉真空罐。

⑧打開真空罐抽空泵及截止閥V2，真空罐抽負壓，打開被檢件抽空泵及截止閥V3，被檢件抽負壓。

⑨帶被檢件內(nèi)壓、真空罐內(nèi)壓達到足以允許氦質(zhì)譜儀與系統(tǒng)相連接的絕對壓力，關閉截止閥V2、截止閥V3，打開氦質(zhì)譜檢漏儀處于檢測狀態(tài)，并打開截止閥V7。

⑩打開截止閥V1，向被檢件內(nèi)腔充壓至測試壓力。

?待氦質(zhì)譜檢漏儀示數(shù)穩(wěn)定后，對漏率進行判讀，判讀方法按照標準要求GB/T1523-2009執(zhí)行。

?關閉截止閥V7、截止閥V1。

?打開截止閥V4、截止閥V5,使真空罐充壓至大氣壓，產(chǎn)品泄壓至大氣壓；完成本輪檢漏。

產(chǎn)品在檢漏前，應有預抽真空處理本操作的第⑧步。特別對于幾何形狀長和窄的被檢件，產(chǎn)品內(nèi)腔充壓前抽空尤為重要：若對產(chǎn)品充壓之前未進行抽空處理，被測件的原存空氣將被充的氦氣擠壓到產(chǎn)品內(nèi)腔端部，而阻擋了氦氣進入產(chǎn)品端部，此時潛在的漏孔將僅釋放空氣，使得氦質(zhì)譜檢漏儀不能測得這些漏孔。同時，對產(chǎn)品充壓之前未進行抽空處理，會使被檢件中殘留的空氣稀釋充注的氦氣濃度，影響數(shù)據(jù)的判讀。

此系統(tǒng)相對復雜，真空罐的容積和形狀應與被檢件的外形尺寸進行設計，并且必須確保檢漏過程中充氣管道接口無泄漏，以防影響漏率數(shù)據(jù)判讀。

3 漏率計算說明

商用快速接頭適用于多種工況系統(tǒng)，內(nèi)部介質(zhì)有氣體或液體形式。在通氣體的系統(tǒng)中，全封閉的系統(tǒng)內(nèi)部壓力會逐步衰減，對于漏率較小的系統(tǒng)，壓力衰減速度相對較慢。但是，液體與氣體不同，很小的漏孔下，液體不會漏出，存在著零泄漏現(xiàn)象，也就是存在著一個截止漏率。

3.1 液體介質(zhì)下截止漏率的計算

當漏孔直徑足夠小時，液體的表面張力與漏孔斷面積上的壓力平衡，液體就不會漏出來了。假設漏孔入口壓力為P1，出口壓力為P2，液體介質(zhì)的表面張力系數(shù)為σ，漏孔直徑為d，零泄漏時的平衡條件則為：

出現(xiàn)零泄漏時的漏孔直徑，可推出：

常溫液體系統(tǒng)用粘滯系數(shù)為η的示漏氣體（氦氣）檢漏時，根據(jù)零泄漏準則設計的容許漏率為：

其中，σ=72.8mN/m=7.28×10-2N/m；P1=4×105Pa；P2=1×105Pa；氦氣的粘滯系數(shù)η=1.96×10-5Pa.s；漏孔長度L=3×10-3m；

將上述數(shù)據(jù)代入公式三，可算出：

[Q]=3.13×10-8Pa.m3/s

從理論上可計算出，商用斷接器在氦質(zhì)譜檢漏示數(shù)為3.13×10-8Pa.m3/s，則表示產(chǎn)品在通水的情況下是出現(xiàn)零泄漏的，即所謂的“不漏一滴水”。

3.2 一定氦檢漏率下泄漏液體量的計算

計算假設氦氣檢產(chǎn)品漏率在1×10-4Pa.m3/s水平時，產(chǎn)品通水理論會泄漏多少水：

按照最大容許氣體漏率計算公式（公式四）：

公式四中：Qq為氣體最大容許體積漏率，m3/s（1大氣壓），此時取1×10-4Pa.m3/s=1×10-9m3/s（1大氣壓）；Qy為液體最大容許體積漏率，m3/s；P 為漏孔的平均壓力，，pa；P1為漏孔入口端壓力，取4×105Pa；P2為漏孔出口端壓力，取1×105Pa；Py為漏孔出口端壓力，取1×105Pa。

此外，Hy為液體水的動力粘度，取1×10-3Pa.s；Hq為氣體的動力粘度，取1.96×10-5Pa.s。

將上述數(shù)據(jù)代入公式可代入公式四，可算出：

Qy=8×10-12m3/s，

即產(chǎn)品若在氦氣檢漏率為1×10-4Pa.m3/s時，漏孔每秒會漏出8×10-12m3的水，一天的理論漏水量可計算得出0.6912ml，由于泄漏量較小，短時間內(nèi)看不出有水泄漏，隨時間累計雖有漏水量累計，但受環(huán)境影響（如揮發(fā)）產(chǎn)品表面基本看不出表面有漏水現(xiàn)象。市面產(chǎn)品漏率基本控制在10-4Pa.m3/s水平。而筆者所商用斷接器產(chǎn)品通過批量（3000支）檢測驗證，99.93%漏率數(shù)值在10-7Pa.m3/s水平，完全具備了或接近于在通液體介質(zhì)下零泄漏狀態(tài)，可用于氣、液多種介質(zhì)系統(tǒng)中[4]。

4 結語

漏率檢測方法對快速接頭產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性起著至關重要的作用：檢漏方法的選擇，應根據(jù)被檢件允許漏率，從被檢件結構、工況條件等技術要求及安全性、經(jīng)濟性等因素進行綜合考慮。

快速接頭產(chǎn)品漏率的大小影響著系統(tǒng)的整體漏率水平。系統(tǒng)的設計應結合本系統(tǒng)的使用工況選用合適的快速接頭，液體介質(zhì)的系統(tǒng)可參考截止漏率或低漏率選用快速接頭。