CN101726396A - 一种航天用o型橡胶密封圈的漏率检测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航天用O型橡胶密封圈的漏率检测装置及方法，属于航天器件检测技术领域。包括气体存储设备、充气阀、第一预抽阀、第二预抽阀、检漏工装、标漏阀、标准漏孔、真空计、放气阀、检漏阀、检漏仪、前级角阀、前级泵、分子泵、超高真空插板阀和预抽真空泵。先将检测室和模拟舱压力抽至10Pa气压以下，然后利用分子泵将检测室抽至一个更低的压力，使检漏工装的检测室和模拟舱之间形成一个压力差，之后，向模拟舱冲入一个标准大气压力的高纯气体。如果待检测橡胶密封圈存在泄露，在压力差的作用下高纯气体会通过密封圈进入检测室，通过检漏仪输出指示变化的大小即可准确计算出密封圈漏率。本发明具有检测灵敏度高、检测效率高、结果可靠等优点。

Description

一种航天用O型橡胶密封圈的漏率检测装置及方法

技术领域

本发明涉及一种橡胶密封圈的漏率检测装置及方法，属于航天器件检测技术领域。

背景技术

O型橡胶密封圈广泛应用在航空、航天、船舶、电气电子、化工仪表、汽车制造、机械装配等工业以及医疗卫生、日常生活的各个领域。特别是在空间飞行器中，O型橡胶密封圈发挥着极其重要的作用。

当空间飞行器(如“神舟”载人飞船)在轨道上运行时，由于其飞行在真空环境中，飞行器舱内需要保持一定的压力，以保证宇航员的生命安全和仪器设备的正常工作。由于长时间在轨飞行器中的O型橡胶密封圈要经受各种宇宙射线辐照、温度效应及长时间压力变形等因素的影响，其真空的密封性能势必下降，导致漏率增加，从而影响飞行器的寿命。因此，O型橡胶密封圈的漏率成为评价橡胶密封圈的重要性能指标之一。

目前，国内单位针对空间飞行器用橡胶密封圈的漏率性评估手段主要是研究各种设计参数对漏率的影响，其漏率检测装置采用大型环模设备来模拟空间飞行器密封舱，其体积庞大、操作复杂、检测周期长、检测成本高。

发明内容

本发明的目的是为解决航天用O型橡胶密封圈的漏率检测问题，发明一种检测灵敏度高、检测结果可靠的漏率检测装置及方法。

本发明所采用的技术方案如下：

一种航天用O型橡胶密封圈的漏率检测装置，包括气体存储设备、充气阀、第一预抽阀、第二预抽阀、检漏工装、标漏阀、标准漏孔、真空计、放气阀、检漏阀、检漏仪、前级角阀、前级泵、分子泵、超高真空插板阀和预抽真空泵。其中，检漏工装包括超高真空法兰、放气管、真空计接管、标漏接管、模拟舱、密封法兰、检测室、密封堵盖、模拟舱接管和抽空管。优选的，检漏工装还包括一个支架，用于支撑模拟舱，使其与检测室之间存在间隔从而提高检测精度。

所述气体存储设备为密封存放高纯度气体的装置，如气瓶、气罐、气袋、气缸等。其所存气体采用惰性气体，优选采用氦气。因为目前氦气质朴检测仪较为常用，价格不高。气体纯度要求不能低于99％，最好不低于99.9％。

所述检测室和模拟舱的容积比例要控制在1.5∶1～4∶1的范围内。这是因为航天用橡胶密封圈特殊的应用领域决定了对其漏率的检测精度要足够高，同时，为了控制整个检测设备的成本，又不能采用极高灵敏度的检测仪(价格高)，因此，通过规定检测室和模拟舱的容积比例在一个恰当的范围内，就可同时满足上述要求。

上述组成部件之间的连接关系为：

气体存储设备与充气阀相连，充气阀、第一预抽阀同时与检漏工装的模拟舱接管连接。第一预抽阀、第二预抽阀同时连接在预抽真空泵上。预抽真空泵用于完成模拟舱和检测室的抽真空操作。标准漏孔通过标漏阀与检漏工装中的标漏接管连接。真空计同检漏工装中的真空计接管连接。放气阀同检漏工装中的放气管连接，用于检测结束后向检测室通入大气，回复检测室的气压为标准大气压。分子泵的出气口通过前级角阀与前级泵相连接，由此组成抽真空单元；分子泵的进气口通过超高真空插板阀与检漏工装中的超高真空法兰连接。检漏仪通过检漏阀与分子泵相连接，且它们均安装在前级角阀和分子泵之间，前级角阀、检漏阀同时连接在分子泵上。此种连接方式可提高整个泄漏检测装置的系统有效最小可检漏率。

在检漏工装内部，模拟舱置于检测室内，用于存放高纯气体。模拟舱的底面与检测室固连。优选的，模拟舱的底面通过固连在检测室底部的支架与检测室相连，模拟舱的底面与支架固连。模拟舱的筒壁上开有通孔，模拟舱接管穿过该通孔神出至检测室的外部，用于模拟舱的抽真空操作和充入高纯气体。模拟舱接管与通孔相接的部分要密封，最好焊接处理。密封法兰固连在模拟舱的顶部。密封堵盖固连于密封法兰上。待检测橡胶密封圈安装在密封堵盖的密封槽内，密封堵盖的密封槽为O形，密封槽的尺寸大小可根据待检测橡胶密封圈的尺寸做更换。通过更换开有不同尺寸密封槽的密封堵盖，能够实现对不同压缩率下的待检测橡胶密封圈进行漏率测量。

检测室筒壁上开有四个孔，孔处分别对应焊接有放气管、真空计接管、标漏接管、抽空管，分别与放气阀、真空计、标漏阀、第二预抽阀相连接。

采用上述装置进行O型橡胶密封圈的漏率检测的方法如下：

试验前，所有阀门均处于关闭状态。打开检测室，取下密封堵盖，将橡胶密封圈置于密封堵盖内，然后将密封堵盖和模拟舱的密封法兰连接在一起。先用预抽真空泵将检测室和模拟舱压力抽至10Pa气压值以下，然后利用分子泵将检测室抽至一个更低的压力，使检测室和模拟舱之间形成一个压力差，为保证检测精度，该压力差值不能小于10⁴Pa。之后，向模拟舱冲入一个标准大气压力的高纯气体。如果待检测橡胶密封圈存在泄露，在压力差的作用下，高纯气体就会通过密封圈进入检测室，通过检漏仪输出指示变化的大小即可得出密封圈漏率的大小。

有益效果

本发明针对空间飞行器用O型橡胶密封圈设计了一套漏率检测装置，能够针对不同压缩率下的O型橡胶密封圈进行漏率的精确检测。通过专门设计的检漏工装，对检测室和模拟舱抽真空形成压力差，可对O型橡胶密封圈的漏率变化进行精确测量，具有检测灵敏度高、检测效率高、结果可靠等优点。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中的航天用O型橡胶密封圈漏率检测装置的结构组成框图；

图2为本发明具体实施方式中的航天用O型橡胶密封圈漏率检测装置内检漏工装的结构组成框图。

其中，1-氦气袋，2-充气阀，3-第一预抽阀，4-第二预抽阀，5-检漏工装，6-标漏阀，7-标准漏孔，8-真空计，9-放气阀，10-检漏阀，11-检漏仪，12-前级角阀，13-前级泵，14-分子泵，15-超高真空插板阀，16-预抽真空泵；

17-超高真空法兰，18-支架，19-放气管，20-真空计接管，21-标漏接管，22-模拟舱，23-密封法兰，24-检测室、25-密封堵盖，27-模拟舱接管，28-抽空管；

26-待检测橡胶密封圈。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

一种航天用O型橡胶密封圈的漏率检测装置，其结构如图1所示，包括氦气袋1(即气体存储设备)、充气阀2、第一预抽阀3、第二预抽阀4、检漏工装5、标漏阀6、标准漏孔7、真空计8、放气阀9、检漏阀10、检漏仪11、前级角阀12、前级泵13、分子泵14、超高真空插板阀15和预抽真空泵16。

其中，检漏工装5的结构组成如图2所示，包括超高真空法兰17、支架18、放气管19、真空计接管20、标漏接管21、模拟舱22、密封法兰23、检测室24、密封堵盖25、待检测橡胶密封圈26、模拟舱接管27和抽空管28。

上述组成部件在本装置中所起的作用如下：

氦气袋1：用于在进行漏率检测时向模拟舱22提供纯度不低于99％的氦气；

充气阀2：用于控制氦气袋1向模拟舱22充氦气时的导通和断开；

第一预抽阀3：用于控制模拟舱22抽真空时的导通和断开；

第二预抽阀4：用于控制检测室24抽真空时的导通和断开；

检漏工装5：用于安装待检测橡胶密封圈26，并对其进行检漏；

标漏阀6：用于控制标准漏孔7和检测室24之间的导通和断开；

标准漏孔7：用于本装置最小有效可检漏率的校准；

真空计8：用于监测检测室24内的压力；

放气阀9：用于检测完毕后放出检测室24内的气体，并通入大气，回复检测室的压力为标准大气压；

检漏阀10：用于控制检漏仪11和分子泵14的导通和断开；

检漏仪11：用于显示待检测橡胶密封圈26的漏率值；

前级角阀12：用于前级泵13和分子泵14之间的导通和断开；

前级泵13：用于提供分子泵14的前级真空；

分子泵14：用于对检测室24抽真空；

超高真空插板阀15：用于控制检测室24和分子泵14之间的导通和断开；

预抽真空泵16：用于对检测室24和模拟舱22抽真空；

超高真空法兰17：用于连接超高真空插板阀15和检测室24；

支架18：用于在检测室24内部支撑模拟舱22；

放气管19：用于连接检测室24和放气阀9；

真空计接管20：用于连接检测室24和真空计8；

标漏接管21：用于连接检测室24和标漏阀6；

模拟舱22：用于模拟飞行器舱内0.1MPa(即标准大气压力)的气压环境；

密封法兰23：用于连接模拟舱22和密封堵盖25；

检测室24：作为检漏时的真空室，检测由模拟舱22泄漏出来的氦气，从而测量出橡胶密封圈26的漏率。

密封堵盖25：用于和模拟舱22之间形成密闭空间；

模拟舱接管27：用于连接模拟舱22和充气阀2、第一预抽阀3；

抽空管28：用于连接检测室24和第二预抽阀4。

所述检测室24与模拟舱22的容积比例限制在1.5∶1～4∶1的范围内。

上述组成部件之间的连接关系为：

氦气袋1与充气阀2的一端相连，充气阀2的另一端与第一预抽阀3的一端通过一个三通与检漏工装5的模拟舱接管27连接。第一预抽阀3的另一端与第二预抽阀4的一端通过一个三通连接在预抽真空泵16上。预抽真空泵16用于完成模拟舱22和检测室24的抽真空操作。标准漏孔7通过标漏阀6与检漏工装5中的标漏接管21连接。真空计8同检漏工装5中的真空计接管20连接。放气阀9同检漏工装5中的放气管19连接。分子泵14的出气口通过前级角阀12与前级泵13相连接，由此组成抽真空单元；分子泵14的进气口通过超高真空插板阀15与检漏工装5中的超高真空法兰17连接。检漏仪11通过检漏阀10与分子泵14相连接，且它们均安装在前级角阀12和分子泵14之间，前级角阀12与检漏阀10通过一个三通连接在分子泵14上。此种连接方式可提高整个泄漏检测装置的系统有效最小可检漏率。

在检漏工装5内部，模拟舱22置于检测室24内，最好位于检测室24的正中央，用于存放充入的氦气。模拟舱22的底面通过焊接在检测室24底部的支架18与检测室24相连，为确保模拟舱22的密封性，模拟舱22的底面与支架18采用焊接方式连接。模拟舱22的筒壁上开有一孔，孔处焊接一个模拟舱接管27，且模拟舱接管27直接穿出至检测室24的外部，用于模拟舱22的抽真空操作和充入氦气。模拟舱接管27与检测室24相接的部分要密封，最好焊接处理。密封法兰23焊接在模拟舱22的顶端部。密封堵盖25置于密封法兰23上，二者间采用螺栓连接。待检测橡胶密封圈26安装在密封堵盖25的密封槽内，密封堵盖25的密封槽为O形，密封槽的尺寸大小可根据待检测橡胶密封圈26的尺寸做更换。通过更换开有不同尺寸密封槽的密封堵盖25，能够实现对不同压缩率下的待检测橡胶密封圈26进行漏率测量。

检测室24筒壁上开有四个孔，孔处分别对应焊接有放气管19、真空计接管20、标漏接管21、抽空管28，分别与放气阀9、真空计8、标漏阀6、第二预抽阀4相连接。

采用上述装置进行O型橡胶密封圈的漏率检测的方法如下：

在检测前，所有阀门均处于关闭状态。

首先，将待检测橡胶密封圈26安装在密封堵盖25的O形密封槽内，再将密封堵盖25和密封法兰23用螺栓连接在一起，使模拟舱22形成一个密封的环境。

然后，打开第一预抽阀3和第二预抽阀4，启动预抽真空泵16，分别对模拟舱22和检测室24进行抽真空。在启动预抽真空泵16的同时，打开前级角阀12，启动前级泵13和分子泵14，并打开真空计8。

对模拟舱22和检测室24抽真空，待其压力至多为10Pa后(通常时间为5分钟后即可)，关闭第一预抽阀3。当真空计8显示检测室24的压力小于等于10Pa后，关闭第二预抽阀4。此时，打开超高真空插板阀15，利用抽真空单元对检测室24继续抽真空。待真空计8显示的压力值小于或等于3×10^-4Pa后，启动检漏仪11，待检漏仪11正常工作后，打开检漏阀10，同时关闭前级角阀12，使检漏仪11处于无分流条件下工作。记录此时检漏仪11所显示的噪声信号值和本底信号值。

之后，打开标漏阀6，记录检漏仪11指示的漏率最大值，由此可计算出整个泄漏检测装置的系统最小可检漏率。

当测出系统最小可检漏率后，关闭标漏阀6，并等待检漏仪11本底信号稳定后，打开充气阀2，通过氦气袋1向模拟舱22中充入压力为0.1MPa、纯度为不低于99％的氦气。如果密封圈存在泄露，在模拟舱和检测室之间的压力差作用下，氦气就会通过密封圈进入检测室，由检漏仪输出指示变化的大小计算出密封圈漏率的大小。每隔一段时间(最好每间隔1分钟左右)令检漏仪记录下被检橡胶密封圈26的漏率信号值，记录次数不得少于10次，最后取所有漏率信号值的平均值，从而确保检测精度。

获得了足够多的漏率信号值后，检漏结束。此时，打开前级角阀12，关闭检漏阀10和检漏仪11。同时，关闭充气阀2，打开第一预抽阀3，将模拟舱22内的氦气由预抽真空泵16抽走。至少5分钟后，关闭第一预抽阀3和预抽真空泵16。再关闭超高真空插板阀15，打开放气阀9，向放出检测室24内的气体。最后，依次关闭分子泵14、前级泵13和前级角阀12。

至此，就完成了对航天用O型橡胶密封圈的漏率检测。

Claims (5)

1.一种航天用O型橡胶密封圈的漏率检测装置，包括气体存储设备(1)、充气阀(2)、第一预抽阀(3)、第二预抽阀(4)、检漏工装(5)、标漏阀(6)、标准漏孔(7)、真空计(8)、放气阀(9)、检漏阀(10)、检漏仪(11)、前级角阀(12)、前级泵(13)、分子泵(14)、超高真空插板阀(15)和预抽真空泵(16)；其中，检漏工装(5)包括超高真空法兰(17)、放气管(19)、真空计接管(20)、标漏接管(21)、模拟舱(22)、密封法兰(23)、检测室(24)、密封堵盖(25)、模拟舱接管(27)和抽空管(28)；所述气体存储设备(1)为密封存放高纯度气体的装置；

其特征在于，上述组成部件之间的连接关系为：

气体存储设备(1)与充气阀(2)相连，充气阀(2)第一预抽阀(3)的与检漏工装(5)的模拟舱接管(27)相连；第一预抽阀(3)、第二预抽阀(4)、同时连接在预抽真空泵(16)上；标准漏孔(7)通过标漏阀(6)与标漏接管(21)连接；真空计(8)同真空计接管(20)连接；分子泵(14)的出气口通过前级角阀(12)与前级泵(13)相连接，由此组成抽真空单元，分子泵(14)的进气口通过超高真空插板阀(15)与检漏工装(5)中的超高真空法兰(17)连接；检漏仪(11)通过检漏阀(10)与分子泵(14)相连接，且它们均安装在前级角阀(12)和分子泵(14)之间，前级角阀(12)、检漏阀(10)同时连接在分子泵(14)上；

在检漏工装(5)内部，模拟舱(22)置于检测室(24)内，用于存放氦气；模拟舱(22)的底面与检测室(24)相连；模拟舱(22)的侧壁上开有通孔，模拟舱接管(27)穿过该通孔伸出至检测室(24)的外部，模拟舱接管(27)与通孔(24)相接的部分要密封；密封法兰(23)固定连接在模拟舱(22)的顶端部；密封堵盖(25)置于密封法兰(23)上；待检测橡胶密封圈(26)安装在密封堵盖(25)的密封槽内，密封堵盖(25)的密封槽为○形；

检测室(24)通过放气管(19)、真空计接管(20)、标漏接管(21)、抽空管(28)，分别与放气阀(9)、真空计(8)、标漏阀(6)、第二预抽阀(4)相连接；

气体存储设备(1)所存气体采用惰性气体，且气体纯度要求不能低于99％；所述检测室(24)和模拟舱(22)的容积比例控制在1.5∶1～4∶1的范围内。

2.如权利要求1所述的一种O型航天用橡胶密封圈的漏率检测装置，其特征在于，检漏工装(5)还包括一个支架(18)，用于支撑模拟舱(22)，使模拟舱(22)与检测室(24)之间存在间隔；

模拟舱(22)的底面通过固连在检测室(24)底部的支架(18)与检测室(24)相连，模拟舱(22)的底面与支架(18)固连。

3.如权利要求1或2所述的一种航天用O型橡胶密封圈的漏率检测装置，其特征在于，气体存储设备中存储的气体为纯度不小于99％的氦气。

4.如权利要求1或2所述的一种航天用O型橡胶密封圈的漏率检测装置，其特征在于，密封槽的尺寸大小能够根据待检测橡胶密封圈的尺寸做更换。

5.一种采用权利要求1或2所述装置进行O型橡胶密封圈的漏率检测的方法，其特征在于实现步骤如下：

在检测前，所有阀门均处于关闭状态；

首先，将待检测橡胶密封圈(26)安装在密封堵盖(25)的○形密封槽内，再将密封堵盖(25)和密封法兰(23)连接在一起，使模拟舱(22)形成一个密封的环境；

用预抽真空泵(16)将检测室(24)和模拟舱(22)压力抽至10Pa气压值以下，然后利用分子泵(14)将检测室(24)抽至一个更低的压力，使检测室(24)和模拟舱(22)之间形成一个压力差，为保证检测精度，该压力差值不能小于104Pa；之后，向模拟舱(22)充入一个标准大气压力的高纯气体；启动检漏仪(11)，并使检漏仪(11)处于无分流条件下工作，记录此时检漏仪(11)所显示的噪声信号值和本底信号值；之后，打开标漏阀(6)，记录检漏仪(11)指示的漏率最大值，由此计算出整个泄漏检测装置的系统最小可检漏率；

当测出系统最小可检漏率后，如果待检测橡胶密封圈(26)存在泄露，在压力差的作用下，高纯气体就会通过密封圈进入检测室(24)，通过检漏仪(11)输出指示变化的大小即可得出密封圈漏率的大小；每隔一段时间令检漏仪(11)记录下被检橡胶密封圈(26)的漏率信号值，记录次数不得少于10次，最后取所有漏率信号值的平均值，从而确保检测精度。

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