CN104502038B - 一种密封件接触界面气体泄漏率的测量系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种密封件接触界面气体泄漏率的测量系统及方法，属于气体密封测量领域。所述系统包括进气装置、测量装置和排气装置；进气装置包括储气罐、进气端压力控制阀、进气端流量计、进气端压力传感器及进气端开关阀门，并依次通过进气管道相连；所述测量装置包括实验舱体、密封件和支撑底座；排气装置包括真空泵、排气端压力控制阀、排气端流量计、排气端压力传感器及排气端开关阀门，并依次通过排气管道相连；实验时，使实验舱体底部与密封件完全接触，通过多次改变施加在实验舱体上的压力，即可得到不同接触应力下不同方向密封件接触界面气体泄漏率。本系统各部件的连接和拆卸方便，结构简单，测量方法简便，测量结果准确。
Description
技术领域
本发明涉及密封接触界面气体泄漏率测试的系统和方法，属于气体密封测量技术领域。
背景技术
密封件是防止流体或固体微粒从相邻结合面间泄漏以及防止外界杂质如灰尘与水分等侵入机器设备内部的一种重要零部件，广泛应用于航天航空、汽车制造、精密仪器、水利工程等重要领域，在保证仪器设备正常运转，保护环境等方面起到了重要作用。在密封系统服役过程中，是否发生泄漏以及密封接触界面上沿不同方向的气体泄漏率，是评价密封装置密封性的关键因素。
现有的密封制品中，存在大量的表面附有织物的密封产品以减小摩擦磨损，延长使用寿命，如大型飞机舱门密封件。由于织物结构的各向异性，气体在接触界面不同方向上的泄漏率也不同。传统的气体泄漏方法主要分为两种，一种是针对密封件或密封装置整体泄漏情况进行检测，该方法无法直接针对接触界面，无法考虑接触界面的方向性；另一种是针对泄漏点采用超声或失踪气体的方法来检测，该类方法只能对单个泄漏点逐点检测，不能解决接触密封的测量问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种密封接触界面气体泄漏率的测量系统及方法，用于测量接触界面不同接触应力下不同方向的气体泄漏率。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种密封件接触界面气体泄漏率的测量系统，其特征在于：该系统包括进气装置、测量装置和排气装置；所述进气装置包括储气罐、进气端压力控制阀、进气端流量计、进气端压力传感器以及进气端开关阀门；所述测量装置包括实验舱体、密封件和支撑底座；密封件放置在支撑底座上，密封件各方向尺寸均大于实验舱体的底部，使实验舱体的底部与密封件完全接触；所述排气装置包括真空泵、排气端压力控制阀、排气端流量计、排气端压力传感器以及排气端开关阀门；所述进气端压力控制阀、进气端流量计、进气端压力传感器以及进气端开关阀门依次通过进气管道相连；所述真空泵、排气端压力控制阀、排气端流量计、排气端压力传感器以及排气端开关阀门依次通过排气管道相连；所述进气管道与所述排气管道分别与所述实验舱体相连接。
上述技术方案中，所述储气罐与进气端压力控制阀通过进气软管相连；所述实验舱体的底部开口为长方形；所述密封件为片状试样。
本发明提供的一种密封件接触界面气体泄漏率的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
1)当实验舱体处于正压情况下：
a.设第一种实验舱体底面开口的长方形长度为b1，宽度为a，实验舱体厚度为l，将实验舱体放置在片状密封件上，使两者密封接触；
b.在实验舱体上部施加预定压力，使得接触界面总压力为F1，接触应力为：
c.关闭排气端开关阀门，连接储气罐，检查并确定实验系统气密性良好后，打开进气端开关阀门和储气罐阀门，调节进气端压力控制阀，使实验舱体内压力大于大气压，观察进气端压力传感器；
d.当进气端压力传感器示数保持稳定后，记录进气端流量计示数Qa1；
e.关闭储气罐，取第二种实验舱体，使其与密封件所围底面为长度为b2，b2≠b1,宽度为a长方形，重复步骤b至c,使此时的接触应力与上述接触应力相同，所以施加总载荷变为
f.当进气端压力传感器示数保持稳定后，记录进气端流量计示数Qa2；
g.计算密封件在该接触应力下的泄漏率：
根据联立两式相减可得其中qa为宽度方向上接触界面单位长度泄漏率，qb为长度方向上接触界面的泄漏率，qc为拐角处泄漏率；
若长度方向尺寸及厚度不发生改变，仅改变宽度方向尺寸，则根据上述方法即得到qa；
h.多次改变步骤b中施加在实验舱体上的压力，重复步骤a至g，列出作用在实验舱体处于正压情况下，受到不同压力时密封件的泄漏率，即可得到不同接触应力下不同方向接触界面气体泄漏率。
2)当实验舱体处于负压情况下：
a.设第一种实验舱体底面开口的长方形长度为b1，宽度为a，实验舱体厚度为l，将实验舱体放置在片状密封件上，使两者密封接触；
b.在实验舱体上部施加预定压力，使得接触界面总压力为F1，接触应力为：
c.关闭进气端开关阀门，连接真空泵，检查并确定实验系统气密性良好后，打开排气端开关阀门和真空泵，调节排气端压力控制阀，使实验舱体内压力小于大气压，观察排气端压力传感器；
d.当排气端压力传感器示数保持稳定后，记录排气端流量计示数Qb1；
e.关闭真空泵，取第二种实验舱体，使其与密封件所围底面为长度为b2，b2≠b1,宽度为a的长方形，重复步骤b至c，使这时的接触应力与上述接触应力相同，所以施加总载荷变为
f.当排气端压力传感器示数保持稳定后，记录排气端流量计示数Qb2；
g.计算密封件在该接触应力下的泄漏率：
根据联立两式相减可得其中qa为宽度方向上接触界面单位长度泄漏率，qb为长度方向上接触界面的泄漏率，qc为拐角处泄漏率；
若长度方向尺寸及厚度不发生改变，仅改变宽度方向尺寸，则根据上述方法即得到qa；
h.多次改变步骤b中施加在实验舱体上的压力，重复步骤a至g，列出作用在实验舱体处于负压情况下，受到不同压力时密封件的泄漏率，即可得到不同接触应力下不同方向接触界面气体泄漏率。
本发明与现有技术相比有益效果为：该实验系统可用于测量不同接触应力下不同方向的密封接触界面气体泄漏率；本装置各部件的连接和拆卸方便，结构简单，成本低；同时提供了一种测量实验舱体处于正负压情况下密封接触界面气体泄漏率的方法，简单可行，测量结果准确。
附图说明
图1为密封件接触界面气体泄漏率检测系统的结构示意图。
图2为实验舱体与密封件的接触区域示意图。
图中：1、储气罐；2、进气软管；3、进气端压力控制阀；4、进气管道；5、进气端流量计；6、进气端压力传感器；7、进气端开关阀门；8、实验舱体；9、密封件；10、排气端开关阀门；11、排气管道；12、排气端压力传感器；13、排气端流量计；14、排气端压力控制阀；15、真空泵；16、支撑底座；17、接触界面。
具体实施方式
下面结合附图及实施案例对本发明作进一步描述。
图1为本发明提供的一种密封件接触界面气体泄漏率的测量系统的结构原理示意图,该测量系统包括进气装置、测量装置和排气装置；所述进气装置包括储气罐1、进气端压力控制阀3、进气端流量计5、进气端压力传感器6以及进气端开关阀门7；所述测量装置包括实验舱体8、密封件9和支撑底座16；密封件9放置在支撑底座16上，密封件9各方向尺寸均大于实验舱体8的底部，使实验舱体8的底部与密封件9完全接触。所述排气装置包括真空泵15、排气端压力控制阀14、排气端流量计13、排气端压力传感器12以及排气端开关阀门10；所述进气端压力控制阀3、进气端流量计5、进气端压力传感器6以及进气端开关阀门7依次通过进气管道4相连；所述真空泵15、排气端压力控制阀14、排气端流量计13、排气端压力传感器12以及排气端开关阀门10依次通过排气管道11相连；所述进气管道4与所述排气管道11分别与所述实验舱体8相连接。
储气罐1内储存有用于检测密封件9与实验舱体8接触界面17泄漏率的加压气体，该加压气体需要根据密封件9的材质选择所需气体，可采用空气，氮气或其他非腐蚀性气体，确保其不与密封件9发生氧化反应或腐蚀反应；所述储气罐1与进气端压力控制阀3一般通过进气软管2相连。所述实验舱体8为底部开口的长方体金属空壳，壳体厚度为l，安装在所述进气管道4和排气管道11之间。在实验舱体8上施加预定压力，对放置在所述支撑底座16上的所述密封件9进行挤压密封。所述进气端压力控制阀3和排气端压力控制阀14可以使实验舱体8内压力达到预定值，所述进气端压力传感器6和排气端压力传感器12均可实验舱体8内压力是否达到预定值，所述进气端流量计5用于测量实验舱体8处于正压时的气体泄漏量，所述排气端流量计13用于测量实验舱体8处于负压时的气体泄漏量。
本发明还提供了一种利用所述系统测量实验舱体8处于正负压情况下密封接触界面17气体泄漏率的方法，它包括如下步骤：
1)当实验舱体8内部处于正压情况下：
a.参见图2所示，设第一种实验舱体8底面开口的长方形长度为b1，宽度为a，实验舱体8厚度为l，将实验舱体8放置在片状密封件9上，使两者密封接触；
b.在实验舱体8上部施加预定压力，使接触界面17受到的总压力为F1，接触应力为：
c.关闭排气端开关阀门10，连接储气罐1，检查并确定实验系统气密性良好后，打开进气端开关阀门6和储气罐1阀门，调节进气端压力控制阀3使实验舱体8内压力大于大气压，此时，实验舱体8内气体会在压差的作用下从实验舱体8与密封件9接触界面17处发生泄漏，同时观察进气端压力传感器6；
d.当进气端压力传感器6示数保持稳定后，气体流动会达到动态的平衡，即通过进气端流量计5的气体等于实验舱体8与密封件9接触界面17处气体的泄漏量，记录进气端流量计13示数Qa1，进而就得到了相应的泄漏量；
e.关闭储气罐1，取第二种实验舱体8，使其与密封件9所围底面为长度为b2，b2≠b1，宽度为a的长方形，重复步骤b至c，使其接触应力与上述接触应力相同，所以施加总载荷变为
f.当进气端压力传感器6示数保持稳定后，记录进气端流量计5示数Qa2；
g.计算密封件9在该接触应力下的泄漏率：
根据联立两式可得其中qa为宽度方向上接触界面17单位长度泄漏率，qb为长度方向上接触界面17的泄漏率，qc为拐角处泄漏率；
注：若长度方向尺寸及厚度不发生改变，仅改变宽度方向尺寸就根据上述方法可推出qa；
h.多次改变步骤b中施加在实验舱体8上的压力，重复步骤a至g，列出作用在实验舱体8处于正压情况下，受到不同压力时密封件9的泄漏率，即可得到不同接触应力下不同方向接触界面17气体泄漏率。
2)当实验舱体8处于负压情况下：
a.参见图2所示，设第一种实验舱体8底面开口的长方形长度为b1，宽度为a，实验舱体8厚度为l，将实验舱体8放置在片状密封件9上，使两者密封接触；
b.在实验舱体8上部施加预定压力，使得接触面总压力为F1，接触应力为：
c.关闭进气端开关阀门7，连接真空泵15，检查并确定实验装置气密性良好后，打开排气端开关阀门10和真空泵15，调节排气端压力控制阀14使实验舱体8内压力小于大气压，这时外界气体会在压差的作用下通过实验舱体8与密封件9接触界面17进入实验舱体8，同时观察排气端压力传感器12；
d.当排气端压力传感器12示数保持稳定后，气体流动会达到动态的平衡，即从实验舱体8与密封件9接触处进入实验舱体8的气体等于从排气端流量计13通过的气体，记录排气端流量计13示数Qb1，进而就可以得到相应的泄漏量；
e.关闭真空泵15，取第二种实验舱体8，使其与密封件9所围底面为长度为b2，b2≠b1，宽度为a的长方形，重复步骤b至c，使其接触应力与上述接触应力相同，所以施加总载荷变为
f.当排气端压力传感器12示数保持稳定后，记录排气端流量计13示数Qb2；
g.计算密封件9在该接触应力下的泄漏率：
根据联立两式可得其中qa为宽度方向上接触界面单位长度泄漏率，qb为长度方向上接触界面的泄漏率，qc为拐角处泄漏率；
注：若长度方向尺寸及厚度不发生改变，仅改变宽度方向尺寸就根据上述方法可推出qa；
h.多次改变步骤b中施加在实验舱体8上的压力，重复步骤a至g，列出作用在实验舱体8处于负压情况下，受到不同压力时密封件9的泄漏率，即可得到不同接触应力下不同方向接触界面气体泄漏率。
实施例
当实验舱体8内部处于正压情况下：
a.参见图2所示，设第一种实验舱体8底面开口的长方形长度为b1＝0.3m，宽度为a＝0.2m，实验舱体8厚度为l＝0.02m，将实验舱体8放置在片状密封件9上，使两者密封接触；
b.在实验舱体8上部施加预定压力，使接触界面17受到的总压力为F1＝100N，接触应力为：
c.关闭排气端开关阀门10，连接储气罐1，检查并确定实验系统气密性良好后，打开进气端开关阀门6和储气罐1阀门，调节进气端压力控制阀3使实验舱体8内压力大于大气压，此时，实验舱体8内气体会在压差的作用下从实验舱体8与密封件9接触界面17处发生泄漏，同时观察进气端压力传感器6；
d.当进气端压力传感器6示数保持稳定后，气体流动会达到动态的平衡，即通过进气端流量计5的气体等于实验舱体8与密封件9接触界面17处气体的泄漏量，记录进气端流量计13示数Qa1，进而就得到了相应的泄漏量；
e.关闭储气罐1，取第二种实验舱体8，使其与密封件9所围底面为长度为b2＝0.4m，宽度为a＝0.2m的长方形，重复步骤b至c，使其接触应力与上述接触应力相同，所以施加总载荷变为
f.当进气端压力传感器6示数保持稳定后，记录进气端流量计5示数Qa2；
g.计算密封件9在该接触应力下的泄漏率：
根据联立两式可得其中qa为宽度方向上接触界面17单位长度泄漏率，qb为长度方向上接触界面17的泄漏率，qc为拐角处泄漏率。
注：若长度方向尺寸及厚度不发生改变，仅改变宽度方向尺寸就根据上述方法可推出qa；
h.多次改变步骤b中施加在实验舱体8上的压力，重复步骤a至g，列出作用在实验舱体8处于正压情况下，受到不同压力时密封件9的泄漏率，即可得到不同接触应力下不同方向接触界面17气体泄漏率。
Claims (4)
1.一种密封件接触界面气体泄漏率的测量方法，该方法采用的测量系统包括进气装置、测量装置和排气装置；所述进气装置包括储气罐(1)、进气端压力控制阀(3)、进气端流量计(5)、进气端压力传感器(6)以及进气端开关阀门(7)；所述测量装置包括实验舱体(8)、密封件(9)和支撑底座(16)；密封件(9)放置在支撑底座(16)上，密封件(9)各方向尺寸均大于实验舱体(8)的底部，使实验舱体(8)的底部与密封件(9)完全接触；所述排气装置包括真空泵(15)、排气端压力控制阀(14)、排气端流量计(13)、排气端压力传感器(12)以及排气端开关阀门(10)；所述进气端压力控制阀(3)、进气端流量计(5)、进气端压力传感器(6)以及进气端开关阀门(7)依次通过进气管道(4)相连；所述真空泵(15)、排气端压力控制阀(14)、排气端流量计(13)、排气端压力传感器(12)以及排气端开关阀门(10)依次通过排气管道(11)相连；所述进气管道(4)与所述排气管道(11)分别与所述实验舱体(8)相连接；
其特征在于所述方法包括如下步骤：
1)当实验舱体处于正压情况下：
a.设第一种实验舱体(8)底面开口的长方形长度为b1，宽度为a，实验舱体(8)厚度为l，将实验舱体(8)放置在密封件(9)上，使两者密封接触；
b.在实验舱体(8)上部施加预定压力，使得接触界面(17)总压力为F1，接触应力为：
c.关闭排气端开关阀门(10)，连接储气罐(1)，检查并确定实验系统气密性良好后，打开进气端开关阀门(7)和储气罐(1)阀门，调节进气端压力控制阀(3)，使实验舱体(8)内压力大于大气压，观察进气端压力传感器(6)；
d.当进气端压力传感器(6)示数保持稳定后，记录进气端流量计(5)示数Qa1；
e.关闭储气罐(1)，取第二种实验舱体(8)，使其与密封件(9)所围底面的长度为b2，b2≠b1,宽度为a长方形，重复步骤b至c,使这时的接触应力与第一种实验时的接触应力相同，
所以施加总载荷变为：
f.当进气端压力传感器(6)示数保持稳定后，记录进气端流量计(5)示数Qa2；
g.计算密封件(9)在该接触应力下的泄漏率：
根据联立两式相减可得其中qa为宽度方向上接触界面(17)单位长度泄漏率，qb为长度方向上接触界面(17)的泄漏率，qc为拐角处泄漏率；
不改变长度方向尺寸及厚度，仅改变宽度方向尺寸，则根据上述方法即得到qa；
h.多次改变步骤b中施加在实验舱体(8)上的压力，重复步骤a至g，列出实验舱体(8)处于正压情况下，受到不同压力时密封件(9)的泄漏率，即可得到不同接触应力下不同方向接触界面(17)气体泄漏率；
2)当实验舱体处于负压情况下：
a.设第一种实验舱体(8)底面开口的长方形长度为b1，宽度为a，实验舱体(8)厚度为l，将实验舱体(8)放置在密封件(9)上，使两者密封接触；
b.在实验舱体(8)上部施加预定压力，使得接触界面(17)总压力为F1，接触应力为：
c.关闭进气端开关阀门(7)，连接真空泵(15)，检查并确定实验系统气密性良好后，打开排气端开关阀门(10)和真空泵(15)，调节排气端压力控制阀(14)，使实验舱体(8)内压力小于大气压，观察排气端压力传感器(12)；
d.当排气端压力传感器(12)示数保持稳定后，记录排气端流量计(13)示数Qb1；
e.关闭真空泵(15)，取第二种实验舱体(8)，使其与密封件(9)所围底面为长度为b2，b2≠b1,宽度为a的长方形，重复步骤b至c，使此时的接触应力与上述接触应力相同，所以施加总载荷变为
f.当排气端压力传感器示数(12)保持稳定后，记录排气端流量计(13)示数Qb2；
g.计算密封件(9)在该接触应力下的泄漏率：
根据联立两式相减可得其中qa为宽度方向上接触界面(17)单位长度泄漏率，qb为长度方向上接触界面(17)的泄漏率，qc为拐角处泄漏率；
不改变长度方向尺寸及厚度，仅改变宽度方向尺寸，则根据上述方法同样得到qa；
h.多次改变步骤b中施加在实验舱体(8)上的压力，重复步骤a至g，列出实验舱体(8)处于负压情况下，受到不同压力时密封件(9)的泄漏率，即可得到不同接触应力下不同方向接触界面(17)气体泄漏率。
2.根据权利要求1所述的一种密封件接触界面气体泄漏率的测量方法，其特征在于：所述储气罐(1)与进气端压力控制阀(3)通过进气软管(2)相连。
3.根据权利要求1所述的一种密封件接触界面气体泄漏率的测量方法，其特征在于：所述实验舱体(8)的底部开口为长方形。
4.根据权利要求1所述的一种密封件接触界面气体泄漏率的测量方法，其特征在于：所述密封件(9)为片状试样。
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