一种自动化密封检测装置的设计与试验研究

薛汝东 梅景放 胡方义

摘要：为解决低压密封仪器设备密封性能的室内快速检测问题，基于压降法，给出了低压密封仪器的检测原理、判定方法，并通过实验进行了验证。基于该方法，设计了一款自动化密封检测装置，可实现多通道并行实时检测，便于室内操作，方便可靠。

关键词：防水;密封检测;压降法;体积泄漏率

0    引言

当前防水密封性能的检测多采用气泡观察法和浸泡法。液下气泡观察法具有检测速度快、泄漏点判断直观等优点;但对于形状复杂的低压密封仪器，气泡形成缓慢，不易观察。浸泡法通过浸泡后拆开产品的方式直接观察内部是否渗水，具有直接准确等优点，但仪器重新安装后的状态得不到保障，且无法判断出具体漏点，经济性和时间成本高。

本文基于压降法[1-2]，通过测量待测产品的气体泄漏率来判定其防水密封性能，具有操作简单、检测可靠、准确度高等优点。基于该方法设计了一款自动化密封检测装置，实现多通道并行实时检测。

1    检漏原理

压降法检漏是通过对待测产品加压到某一值，放置一段时间后，观察待测产品内部的压力值变化来判断产品密封性能。可结合压力下降的具体值，定量判定产品的密封性能。该方法简便直观、易操作、可定量判定[3]。

设待测容器的容积为V，停止加压时的压力为p1，放置一段时间t后的压力值下降为p2，假定当时的气体温度为T，放置t时间后容器中漏出的气体量用ΔV表示。在测量时间间隔t内，容器内漏出的气体质量为：

Δm=m1-m2=M                 （1）

气体的体积泄漏率为：

LV===        （2）

折算到标准状态下气体的泄漏率为：

LSV=LV==       （3）

式中：Δm为气体质量差;m1为开始放置时容器中的气体质量;m2为放置结束时容器中的气体质量;M为气体分子量;R为通用气体常数（8.314 Pa·m3/mol）;Δp=p1-p2;ps为标准大气压;Ts为标准状态下大气的绝对温度。

实际测试泄漏时温度变化不明显，Ts/T≈1，ps≈101 kPa，体积泄漏率可近似为：

LV=         （4）

式中：pv为压力下降速率;V为系统总容积，V=V系统+V部件。

《缠绕式垫片 技术条件》（GB/T 4622.3—1993）中规定了密封容器防水性能最大体积泄漏率Lv的四个泄漏等级。对于一般的浅水层浸泡使用的密封容器，其耐水压力小，属于低压密封容器，密封检验时可选用第四级泄漏指标Lv=1.0×10-2 cm3/s。此时对应每分钟理论最大压降速率为：

pvmin=×60=          （5）

要确保密封容器保持良好的防水密封性能，实际最大压降变化速率pvr需满足以下条件：

pvr

2    密封检测试验研究

为验证上述检测方法的可靠性和准确性，依据上述检測原理及方法制作了一款简易的手动检测装置，如图1所示。

该装置使用打气筒为充气设备，压力表量程为-90～100 kPa，分辨率为0.01 kPa。三件被检测密封容器分别编号为A1、A2、A3，被检测系统总容积分别为69 mL、72 mL、882 mL。首先根据公式（5）计算得到三个待测件的理论最大压降速率，通过文中的测试方法检测待测件在试验过程中的最大压降速率，与理论最大压降速率进行对比，通过式（6）判断待测件的密封性能。试验结果如表1所示。

由表1中的试验结果可以看出，三个待测件的实际最大压降速率均小于其理论最大压降速率，具备较好的密封性能。进一步对三个待测件进行1 m水深0.5 h的浸泡试验。经验证，在进行过浸泡试验后，三个待测容器均没有出现渗漏，与压降法检测结果一致。

3    自动化密封检测装置设计

根据上述测量原理，设计如图2所示的密封检测装置。分流阀将空压机的气源分配给不同检测线路，以便多条线路同时进行检测;单向阀防止充气时气体发生倒流;安全阀防止过充;检测控制盒实现密封防水性能检测，可设置和保存检测方案;压力传感器检测系统压力;电磁闸阀控制检测时气源通断;快速排气阀实现检测完毕后快速泄压。

检测前，需向检测控制盒输入检测方案（如充气检验容积、稳压时间、检测时间等参数），系统自动计算每分钟压力最大下降速率的理论值pvmin。由控制盒控制电磁闸阀常开，压缩机开始工作。当气体压力达到安全阀设定压力值时，电磁安全阀开启，检测控制盒切断空压机电源，开始计时，进入稳压阶段;稳压阶段结束后系统开始进行检测，并自动计算出每分钟压力下降速率pvr，然后根据式（6）自动判断测量工件是否防水。该装置可实现室内多路密封仪器设备同时在线检测。

4    结语

本文对压降法检测密封性能的原理进行了详细阐述，基于该原理制作了一款手动密封检测装置，对三个体积不同的待测样品进行了实际压降法检测及浸泡试验。经验证，浸泡试验的结果与压降法检测的结果一致，压降法用于低压密封设备检测的合理性和准确性得到了有效验证。进一步，本文基于压降法设计了一种自动化密封检测装置，可有效解决仪器设备密封性能的室内快速检测问题。

[参考文献]

[1] 中川洋.防止泄漏的理论和实际应用[M].北京：化学工业出版社，1978.

[2] 顾伯勤.液下气泡检漏方法研究[J].南京化工大学学报（自然科学版），2001，23（2）：1-4.

[3] 顾伯勤，李新华，田争.静密封设计技术[M].北京：中国标准出版社，2004.

收稿日期：2020-08-05

作者简介：薛汝东（1985—），男，江苏丰县人，工程师，研究方向：光学机械及通用结构设计。