一種改進型氣體管路密封性能檢測設備的設計原理

焦 蒂

（中國直升機設計研究所 無人機事業部，江西 景德鎮 333000）

1 管路密封檢測現狀分析

氣體管路連接后的密封性能檢查是其安全使用的前提和基礎。目前，部分企業管路安裝連接后的氣密性檢查方式，主要依賴于含有減壓閥和氣壓表的檢測設備來完成，該設備通過減壓閥降低氣源壓力至達到管路所需要的檢測壓力后，關閉閥門后觀察規定時間內管路中氣壓表壓力值的下降程度，從而判定管路密封性能。

采用上述方式，存在如下問題：檢測設備存在一定的密封問題，關閉減壓閥處閥門后，管路中的氣體會緩慢外泄，使檢測結果不可靠；不同的管路，因為接口尺寸不同，所以在檢測時需要采用不同的設備，操作不便；管路檢查壓力大小不同，所用壓力表精度不能均衡地滿足要求；管路檢查壓力性質不同，如正壓或負壓，也需要采用不同的設備來完成，極大地影響了工作效率。

基于上述現狀，通過研究管路接口尺寸、連接特點和使用要求，采用成熟的氣壓控制、測量和管路密封技術[1]，結合模塊化和集成化理念，設計了一套集成化、多功能管路氣密性檢測設備，能夠大幅提高操作效率和檢測精度、降低人工成本，消除安全隱患。

2 管路連接性能要求分析

經了解，在企業常用的管路連接中，管路材料以橡膠及尼龍材料居多，約占總數量的60%以上。其中，橡膠材料管路多用于正壓力環境、尼龍材料管路多用于負壓力環境，下面對橡膠和尼龍這2種材料管路連接的氣密性檢查進行分析。

在密封性檢測時，常用的介質有空氣、氮氣等不同氣體，考慮經濟性和安全性，試驗時選用空氣作為檢測介質[2]。

在檢測過程中，需要選擇管路的一個端口用來輸入檢測介質，管路端口外形一般為直管型，如圖1所示。

圖1 直管型接口示意

從檢測環境考慮，由于工作環境不同，管路測試所需要的壓力性質主要有2種，正壓力環境和負壓力環境。在正壓力環境下，對于工作環境不同的管路，測試壓力值要求也不同；在負壓力環境下，對于工作環境不同的管路，測試壓力值要求也會不同。

從檢測方式來看，在壓力檢測過程中，氣源需要與測試管路完全斷開、同時檢測設備的密封性需要可靠，從而避免氣源和檢測設備對管路檢測結果的干擾[3]。

綜上所述，根據管路外形特點和使用環境要求，相應的密封性能檢測設備需要綜合考慮接口外形尺寸、檢測壓力值要求、檢測壓力性質（正壓或負壓）和檢測設備可靠性等因素。

3 設備結構系統設計

3.1 整體組成

檢測設備主要包括氣源端連接轉接頭、減壓閥、單向閥、開關閥、氣壓表、檢測設備內部連接管路以及待檢測管路接口處轉接頭等組成，如圖2所示。

圖2 管路氣密檢測設備等軸測視圖

其中，氣源端連接轉接頭用于連接外界氣源，該氣源為檢測設備提供帶有一定壓力的檢測介質；使用減壓閥對檢測介質的壓力進行調節，確保通過檢測設備提供給待檢測管路的壓力值滿足要求；開關閥對管路中檢測介質的流通和關閉進行控制；氣壓表作為檢測工具，對管路的壓力進行檢測，并通過表盤進行直觀輸出[4]；待檢測管路端轉接頭，用于和待檢測的管路進行連接，確保檢測介質能夠可靠進入待檢測管路。

在檢測設備中有不同規格的氣壓表和待檢測管路端轉接頭。其中，多項氣壓表的設置是為了滿足不同的檢測壓力要求，在實際使用時，可以根據檢測壓力要求選擇合適量程和精度的氣壓表；待檢測管路端布置了多種規格的轉接頭，以便于適應不同內徑的管路接口。

對于正壓和負壓2種不同性質的檢測要求，在檢測設備中采用相同的模式布置管路和各項檢測裝置。其中，由于正壓和負壓對減壓閥、單向閥、開關閥和氣壓表以及檢測設備管路要求不同，在選用上述元器件時需按相應性能和使用及裝配要求進行合理配置。在正壓和負壓2種模式下，檢測設備的布置及工作原理基本相同，該文主要就正壓模式進行詳細闡述。

3.2 檢測原理和流程

在檢測過程中，由外界氣源提供帶有壓力的檢測介質，該壓力應高于管路檢測所需要的壓力值。減壓閥將輸入介質的壓力由低到高緩慢輸送至檢測設備及待檢測管路，待氣壓表顯示壓力值滿足要求且穩定后，關閉減壓閥、停止輸送檢測介質；單向閥可以控制介質按固定的單一方向輸送，能夠防止逆向流動，在停止介質輸送、同時斷開氣源時，確保介質不會反向流動，進而避免檢測設備輸入端介質泄露，從而對檢測過程造成干擾；使用開關閥對所處位置管路的介質流動進行控制，可以根據需要決定開啟或關閉對應位置管路中的介質流動；氣壓表元件中內置氣體壓力傳感器和裝有表盤，壓力傳感器用以檢測和反饋當前氣壓、表盤用以顯示具體的壓力數值；待檢測管路端轉接頭，用以匹配相應的管路外形尺寸，確保連接密封可靠。檢測設備的整體工作流程如圖3所示。

圖3 檢測工作流程

4 應用分析

通過上述改進型檢測設備，可以實現對正壓、負壓工作環境下的各種氣體管路進行投入使用前的密封性能檢測。例如，在正壓工作環境下的交通領域的燃油箱管路密封性能檢測，以及真空環境下用于測量氣體壓力的負壓管路檢測等。

下面根據正壓和負壓2種情況對該檢測設備的實際使用及功能進行說明。

燃油箱是以燃油為動力的各種交通工具中常用的設備，相應的燃油管路在使用過程中為了防止漏油和及時足額供給燃油至發動機，需要相應的密封性能和抗壓性能。因此，需要在燃油管路裝機前，對其管路進行特定要求壓力作用下的密封性能檢測。在這種情況下，通過該設備檢測時操作過程如下：燃油管路使用環境要求為正壓，因此選用檢測設備的正壓檢測模塊來進行測試；按燃油管路所需要的氣壓值和密封要求精度，選擇滿足量程和精度要求的氣壓表；針對該燃油管路，確定管路的一個接口作為與檢測設備連接的接口，除此接口外，燃油管的其他接口都應該處于封堵狀態；選擇與燃油管路連接端內徑相匹配的轉接頭，通過轉接頭將燃油管路與檢測設備連接；此時，將所選轉接頭和氣壓表處對應的開關閥置于開啟狀態，同時確認其余無關轉接頭和氣壓表處的開關閥位于關閉狀態，確保檢測設備中氣體能可靠進入燃油管路；檢查減壓閥處于關閉狀態后，將檢測設備與氣源連接，檢測設備和氣源、待檢測的燃油管路都已經連接完成；此時，緩慢勻速地開啟減壓閥，通過氣壓表度數觀察流入燃油管路的氣體壓力值，在未達到所需要的壓力值前繼續緩慢地開啟減壓閥，逐步增加燃油管路的氣體壓力值，待氣壓表度數較為接近所需要的壓力時，緩慢降低減壓閥開啟程度、減小氣體壓力值增加速度，至氣壓表度數達到所需要的壓力值范圍時，關閉減壓閥；待燃油管路中的氣壓值穩定后，觀察氣壓表度數應在所需要的壓力值范圍內，如氣壓表度數超出該范圍，就需要繼續通過釋放氣壓或利用減壓閥調整燃油管路氣壓值，如此持續調整至氣壓表度數穩定后，燃油管路內的氣壓值在所需要的壓力值范圍內；使用檢測設備為燃油管路提供氣體壓力完成后，確保關閉減壓閥，同時斷開檢測設備與氣源連接；將檢測設備與燃油管路在所需要的氣壓下靜置后，觀察氣壓表在檢測前后的壓力值變化量，就可以完成對燃油管路的密封性能檢測。

在真空環境下，需要通過氣體壓力來反映管路的使用性能。此時，管路處于負壓環境下，在使用前，需要對管路進行負壓狀態下的密封性能檢測。為此，需要在燃油管路裝機前，對其管路進行特定要求壓力作用下的密封性能檢測。這種情況下，通過該設備檢測時的操作過程如下：管路使用環境的要求為負壓，因而選用檢測設備的負壓檢測模塊來進行測試；按燃油管路所需要的氣壓值和密封要求精度，選擇滿足量程和精度要求的真空氣壓表；針對該負壓管路，確定管路的一個接口作為與檢測設備連接的接口，除此接口外、燃油管的其他接口都應該處于封堵狀態；選擇與負壓管路連接端內徑相匹配的轉接頭，通過轉接頭將負壓管路與檢測設備連接；此時，將所選轉接頭和氣壓表處對應的開關閥置于開啟狀態，同時確認其余無關轉接頭和氣壓表處的開關閥位于關閉狀態，確保檢測設備中氣體能進入負壓管路；檢查減壓閥處于關閉狀態后，將檢測設備與氣源連接，檢測設備和氣源、待檢測的負壓管路都已經連接完成。然后開始進行檢測，整個檢測過程和上述正壓環境下的檢測方式相同，即通過減壓閥向待檢測負壓管路中沖壓減壓，至管路中壓力達到要求后停止減壓并進行保壓，觀察規定時間內的保壓情況，從而判定管路密封性能是否達標。

經上述分析可以確認，該檢測設備能夠實現對正壓和負壓兩種不同工作環境下的密封管路的密封性能檢測。在實際使用時，因為2種檢測狀態對應不同性能的管路，如誤用或混淆使用可能會對工作管路有損壞，所以需要在操作時嚴格按照使用要求選擇對應的檢測模式。其次，在檢測過程中，也需要按照檢測流程進行。在檢測前應先選好氣壓表，以防壓力模式或壓力大小不同造成氣壓表的損壞；在加壓或減壓開始時，應緩慢地調整減壓閥開度，避免過小降低檢測效率或過大導致氣壓沖擊壓力表而損壞表頭；在靜置保壓階段，需要斷開與氣源連接，排除其干擾。

5 結論

該文基于部分企業管路檢測現狀，設計了一種同時適用于正負壓工作環境、滿足不同接口和壓力值及檢測精度要求的管路密封檢測設備。相對于原有的檢測設備，該檢測設備結構的集成度高、適用范圍廣并且檢測精度高，將模塊化、精確化和集成化理念與實際應用相結合，能夠大幅提高產品質量和生產效率，為今后繼續研究管路密封性能檢測技術的應用提供借鑒。

同時，該檢測設備也存在以下不足：未能完全脫離手工控制實現檢測數值的數字化顯示[5]；氣壓表和轉換接頭的選擇不能實現自動控制等，還需要在今后的工作中不斷研究和改進。