CN108896250A - 气密性检测装置及气密性检测方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种气密性检测装置及气密性检测方法，属于气密性检测技术领域。该气密性检测装置用于测量气体通过密封件的泄漏量，包括密封容器、收集容器、第一阀门、第一压力测量件、第二阀门和第二压力测量件。密封容器内设有密封件，密封件将密封容器分隔为高压腔和泄漏腔。收集容器设有第一入口和第二入口，第一入口设有管道，管道可拆卸地连接泄漏腔，用于连通泄漏腔和收集容器。第一阀门设于管道。第一压力测量件设于泄漏腔和所述第一阀门之间，用于测量管道内的气压。第二阀门设于第二入口。第二压力测量件设于收集容器，用于测量收集容器内的气压。该装置能实现微小流量泄漏量的精确测量。

Description

气密性检测装置及气密性检测方法

技术领域

本公开属于气密性检测技术领域，具体而言，涉及一种气密性检测装置及气密性检测方法。

背景技术

气密性检测是衡量许多工业品密封性能的重要手段，特别是在航天、航空、仪器等行业，气密性检测是一项重要而频繁使用的检测手段。

在进行航空发动机气体密封件(如C型金属封严环、W型金属封严环)密封性能试验时，需测量气体通过密封件的泄漏量。目前，泄漏量主要采用高精度的气体质量流量测量计进行测量，气体质量流量测量计测量范围低至1g/s，高至1000g/s，测量精度为0.5级，能满足大部分气体流量测量应用场合。但随着航空发动机气体密封件设计、工艺能力的提升，以及航空发动机对密封要求的提高，密封件泄漏量越来越小，尤其是国外引进的先进密封件，泄漏量接近于零，这就对泄漏量测量提出了新的要求。

需要说明的是，在上述背景技术部分发明的信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的相关技术的信息。

发明内容

本公开提供一种能够精确测量微小流量泄漏量的气密性检测装置及气密性检测方法。

根据本公开的一个方面，提供一种气密性检测装置，包括：

密封容器，其内设有所述密封件，所述密封件将所述密封容器分隔为高压腔和泄漏腔；

收集容器，其上设有第一入口和第二入口，所述第一入口设有管道，所述管道可拆卸地连接所述泄漏腔，用于连通所述泄漏腔和所述收集容器；

第一阀门，设于所述管道，用于控制通过所述管道的气体流量；

第一压力测量件，设于所述泄漏腔和所述第一阀门之间，用于测量所述管道内的气压；

第二阀门，设于所述第二入口，用于控制通过所述第二入口的气体流量；

第二压力测量件，设于所述收集容器，用于测量所述收集容器内的气压。

在本公开的一种示例性实施例中，所述气密性检测装置还包括：

第三阀门，设于所述管道，且位于所述泄漏腔和所述第一阀门之间，用于将所述管道与外界连通或隔断。

在本公开的一种示例性实施例中，所述气密性检测装置还包括：

报警器，设于第一压力测量件，在所述管道内的气压达到一预设值时，所述报警器发出警报。

在本公开的一种示例性实施例中，所述气密性检测装置还包括：

安全阀，设于所述管道，在所述管道内的气压到达一预设值时，开启所述安全阀，以减小所述管道内的气压。

在本公开的一种示例性实施例中，所述第一压力测量件为压力传感器。

在本公开的一种示例性实施例中，所述气密性检测装置还包括：

温度测量件，设于所述收集容器，用于测量所述收集容器内的温度。

在本公开的一种示例性实施例中，所述温度测量件为温度传感器。

在本公开的一种示例性实施例中，所述气密性检测装置还包括：

采集模块，用于采集所述第一压力测量件测量的气压值，所述第二压力测量件测量的气压值和所述温度测量件测量的温度值；

计算模块，根据所述采集模块采集的气压值和温度值计算气体通过所述密封件的泄漏量。

在本公开的一种示例性实施例中，所述泄漏量的计算公式为：

其中，m₁为初始时刻收集容器内气体的质量，m₂为末时刻收集容器内气体的质量，M为气体摩尔质量，V为收集容器的体积，P₀为初始时刻收集容器内的气压、T₀为初始时刻收集容器内的温度，P₁为末时刻收集容器内的气压、T₁为末时刻收集容器内的温度。

根据本公开的一个方面，提供一种气密性检测方法，应用于权利1～9任一项所述的气密性检测装置，所述气密性检测方法包括：

连通所述泄漏腔和所述管道，此时所述第一阀门闭合，所述第二阀门开启；

在初始时刻开启所述第一阀门，闭合所述第二阀门，此时所述收集容器内的气压值小于所述管道内的气压值；

通过所述第一压力测量件测量所述初始时刻的所述管道内的气压值；

通过所述第二压力测量件测量所述初始时刻的所述收集容器内的气压值；

当所述管道内的气压值为所述初始时刻的气压值时，闭合所述第一阀门，记该时刻为末时刻；

通过所述第二压力测量件测量所述末时刻的所述收集容器内的气压值；

根据所述初始时刻的所述收集容器内的气压值和所述末时刻的所述收集容器内的气压值计算气体通过所述密封件的泄漏量。

本公开提供的气密性检测装置通过第一阀门和第二阀门控制管道和收集容器内的气压，使管道在测量前后气压值保持一致，从而有效解决了泄漏腔及管道内压力分布不均，一部分泄漏气体被迫遗留在泄漏腔及管路内，无法对这一部分遗留气体的质量进行精确测算，导致测量精度不高的问题。采用该气密性检测装置进行测量时，测量时间会随流量变小而变长，这样泄漏流量越小测量精度反而越高，从而实现微小流量泄漏量的精确测量。

附图说明

通过结合附图考虑以下对本公开的优选实施方式的详细说明，本公开的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本公开的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：

图1是相关技术中测量系统的示意图；

图2是相关技术中利用排水法检测密封件泄漏量的示意图；

图3是本公开实施例的气密性检测装置的结构示意图；

图4是本公开实施例的气密性检测方法的流程图。

其中，附图标记说明如下：

100、密封件；

101、泄漏腔；

102、高压腔；

11、进气管道；

12、进气口调压阀；

13、泄漏引气管；

14、气体质量流量测量计；

21、气体收集器；

22、水槽；

23、气压计；

31、密封容器；

32、收集容器；

321、第一入口；

322、第二入口；

33、管道；

331、第一阀门；

332、第二阀门；

333、第三阀门；

334、安全阀；

34、第一压力测量件；

35、第二压力测量件；

36、温度测量件。

具体实施方式

体现本公开特征与优点的典型实施例将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的实施例上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及附图在本质上是作说明之用，而非用以限制本公开。

在对本公开的不同示例性实施方式的下面描述中，参照附图进行，所述附图形成本公开的一部分，并且其中以示例方式显示了可实现本公开的多个方面的不同示例性结构、系统和步骤。应理解，可以使用部件、结构、示例性装置、系统和步骤的其他特定方案，并且可在不偏离本公开范围的情况下进行结构和功能性修改。

图1为相关技术中测量系统的示意图。如图1所示，测量系统主要包括进气管道11、进气口调压阀12、密封件100、泄漏腔101、高压腔102、泄漏引气管13、气体质量流量测量计14。由高压腔102泄漏至泄漏腔101的气体通过泄漏引气管13流至气体质量流量测量计14，当测量系统气路稳定平衡后，气体质量流量测量计14所测得的气体流量即为密封件100泄漏的气体流量。该测量系统无法进行气体微小泄漏量的测量。

相关技术中泄漏量还可以采用排水法和差压法进行测量。图2为相关技术中利用排水法检测密封件100泄漏量的示意图。如图2所示，泄漏气体通过管道33通入倒扣在水中的气体收集器21，泄漏气体将水排出气体收集器21。通过气压计23测量泄漏前后收集容器32内气压的变化，通过水槽22测量泄漏前后水槽22液位的变化，并根据气体状态方程计算气体的泄漏量，进而得到平均泄漏量。差压法从排水法基础上改进而来，具体方法是将泄漏气体接入体积恒定的密闭容器中，然后测量固定时间段密闭容器内的压力变化，通过前后差压值计算这段时间的平均泄漏量。

采用排水法和差压法测量泄漏量存在以下问题：一是测量前后气体的差压导致泄漏腔101及泄漏管路内的压力分布发生了变化，一部分泄漏气体被迫遗留在泄漏腔101及泄漏管路内，无法对这一部分遗留气体的质量进行精确测算，导致测量精度不高；二是空气与水的相溶性以及水分子的挥发性都对测量精度有较大影响。差压法测量泄漏量由于测量的是固定时间段密闭容器内的压力变化，在流量接近于零时，无法进行有效测量。

为解决相关技术中的一个或多个问题，本公开提供了如下实施例：

实施例一

本实施例提供一种气密性检测装置。图3是本公开实施例的气密性检测装置的结构示意图。

如图3所示，在本实施例中，气密性检测装置主要包括密封容器31、收集容器32、第一阀门331、第一压力测量件34、第二阀门332和第二压力测量件35。密封容器31内设有密封件100，密封件100将密封容器31分隔为高压腔102和泄漏腔101。收集容器32设有第一入口321和第二入口322，第一入口321设有管道33，管道33可拆卸地连接泄漏腔101，用于连通泄漏腔101和收集容器32。第一阀门331设于管道33。第一压力测量件34设于泄漏腔101和所述第一阀门331之间，用于测量管道33内的气压。第二阀门332设于第二入口322。第二压力测量件35设于收集容器32，用于测量收集容器32内的气压。第一压力测量件34和第二压力测量件35可为压力传感器。

本实施例的气密性检测装置通过第一阀门331和第二阀门332控制管道33和收集容器32内的气压，使管道33在测量前后的气压值保持一致，从而有效解决了泄漏腔101及管道33内压力分布不均，一部分泄漏气体被迫遗留在泄漏腔101及管路33内，无法对这一部分遗留气体的质量进行精确测算，导致测量精度不高的问题。该密性检测装置可以消除排水法和差压法中空气与水的相容及水分子的挥发而产生的系统误差。采用该气密性检测装置进行测量时，测量时间会随流量变小而变长，这样泄漏流量越小测量精度反而越高，从而实现微小流量泄漏量的精确测量。

进一步地，在本实施例中，密封件100位于密封容器31内，将密封容器31分隔为两个腔室，分别为泄漏腔101和高压腔102。高压腔102内的高压气体可为通过密封件100压缩形成，也可在高压腔102设置进气管道11和进气口调压阀12(进气管道11和进气口调压阀12未在图3中示出)，气体可通过进气管道11通入高压腔102形成高压气体。高压气体形成的方式有多种，在此不作限定。

进一步地，在本实施例中，该气密性检测装置还可包括温度测量件36，温度测量件36设于收集容器32，用于测量收集容器32内的温度。温度测量件36可为温度传感器。

本实施例提供的气密性检测装置，可通过如下步骤对气体通过密封件100的泄漏量进行计算：

连通管道33和泄漏腔101，非测量过程中第一阀门331闭合，第二阀门332开启通大气，使收集容器32内的气压接近大气压，并可通过高压腔102和泄漏腔101之间的压差使管道33内的气压到达某一高压值，如20KPa。开始测量时，闭合第二阀门332，通过第一压力测量件34测量此时管道33内的气压；通过第二压力测量件35测量此时收集容器32内的气压P₀；通过温度测量件36测量收集容器32内的温度T₀，并可通过采集模块采集。开始计时，测量过程中通过调节第一阀门331使管道33内的气压再次到达开始计时时刻的气压值时停止计时(该时间段为t)，同时关闭第一阀门331，泄漏腔101的气体通过第一阀门331流至收集容器32。等待10S后通过第二压力测量件35测量此时收集容器32内的气压P₁；通过温度测量件36测量收集容器32内的温度T₁。开启第二阀门332进行放气。当P₀、T₀、P₁、T₁、t为已知值后，可通过气体状态方程计算出气体通过密封件100的泄漏量和平均泄漏流量。管道33放气完成后可以直接进入下一个测量循环。

进一步地，在本实施例中，该气密性检测装置还可包括第三阀门333，第三阀门333设于管道33，且位于泄漏腔101和第一阀门331之间，用于将管道33与外界连通或隔断。当气密性检测装置包括第三阀门333时，可通过如下步骤对气体通过密封件100的泄漏量进行计算：

连通管道33和泄漏腔101，非测量过程中第一阀门331闭合，第二阀门332开启通大气，通过调节第三阀门333使管道33内的气压保持在某一高压值，如20KPa，泄漏的气体通过第三阀门333排放。开始测量时，闭合第二阀门332和第三阀门333，同时通过第二压力测量件35测量此时收集容器32内的气压P₀，通过温度测量件36测量收集容器32内的温度T₀。测量过程中，通过调节第一阀门331使管道33内的气压保持在非测量过程中的高压值，泄漏的气体通过第一阀门331排至收集容器32，当收集容器32内的气压达到某一值，如15KPa时，闭合第一阀门331，开启第三阀门333，同时停止计时，计时时长为t。等待10S后通过第二压力测量件35测量此时收集容器32内的气压P₁，通过温度测量件36测量收集容器32内的温度T₁。开启第二阀门332进行放气。由于收集容器32的体积是确定且可以标定的，由P₀、T₀、P₁、T₁、t并根据气体状态方程可以计算出气体通过密封件100的泄漏量和平均泄漏流量。管道33放气完成后可以直接进入下一个测量循环。

本实施例的气密性检测装置在非测量过程中可通过调节第三阀门333使管道33内的气压始终保持在某一高压值，那么，在测量过程中可选任意时间点进行测量，即可采用该气密性检测装置进行实时测量。该气密性检测装置的量程可为0～0.8g/s，最大误差可为±0.02g/s，且流量越小，测量时间越长，测量误差越小。本实施例的气密性检测装置可提高实时流量测量精度，举例而言，该气密性检测装置可达到优于3％的实时流量测量精度。

进一步地，在本实施例中，该气密性检测装置还可包括报警器(未在图3中示出)，报警器设于第一压力测量件34，当管道33内的气压达到一预设值时，报警器发出警报，该预设值可根据气密性检测装置的承压能力自行设置。

进一步地，在本实施例中，该气密性检测装置还可包括安全阀334，安全阀334设于管道33，当管道33内的气压达到一预设值时，开启安全阀334，以减小管道33内的气压。预设值的设置同上，安全阀334的设置可确保气密性试验的安全性。

更进一步地，在本实施例中，第一阀门331、第二阀门332、第三阀门333和安全阀334的开启和闭合可通过计算机控制。

更进一步地，在本实施例中，该气密性检测装置还可包括采集模块和计算模块(采集模块和计算模块未在图3中示出)。采集模块用于采集第一压力测量件34测量的气压值，第二压力测量件35测量的气压值和温度测量件36测量的温度值，采集模块可包括数据采集卡。计算模块根据采集模块采集的气压值和温度值计算气体通过密封件100的泄漏量。采集模块和计算模块可集成于计算机处理器上，气压、温度、时间等数据可通过计算机进行实时采集和计算。

以下为泄漏量和平均泄漏流量的计算过程：

根据气体状态方程，测量前收集容器32内气体的总质量为：

测量后收集容器32内气体的总质量为：

式中M为气体的摩尔质量，单位为g/mol，本实施例中的气体为干燥空气，摩尔质量为28.9586g/mol。

V为收集容器32体积，通过标定得到。

R为气体常数，其值约为8.31441J/(mol·K)。

t秒内的气体泄漏量为：

t秒内的平均气体泄漏量流量为：

在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的气密性检测装置仅仅是能够采用本公开原理的许多种气密性检测装置中的一个示例。应当清楚地理解，本公开的原理绝非仅限于附图中示出或本说明书中描述的气密性检测装置的任何细节或气密性检测装置的任何部件。

实施例二

本实施例提供一种气密性检测方法。图4是本公开实施例的气密性检测方法的流程图。

如图4所示，在本实施例中，该气密性检测方法包括如下步骤：

S401、连通泄漏腔和管道，此时第一阀门闭合，第二阀门开启；

S402、在初始时刻开启第一阀门，闭合第二阀门，此时收集容器内的气压值小于管道内的气压值；

S403、通过第一压力测量件测量初始时刻的管道内的气压值；

S404、通过第二压力测量件测量初始时刻的收集容器内的气压值；

S405、当管道内的气压值为初始时刻的气压值时，闭合第一阀门，记该时刻为末时刻；

S406、通过第二压力测量件测量末时刻的收集容器内的气压值；

S407、根据初始时刻的收集容器内的气压值和末时刻的收集容器内的气压值计算气体通过密封件的泄漏量。

本实施例提供的气密性检测方法应用于上述的气密性检测装置，采用该方法对气体通过密封件的泄漏量的计算过程可参见上述实施例，在此不再赘述。

以上详细地描述和/或图示了本公开提出的气密性检测装置及气密性检测方法的示例性实施方式。但本公开的实施方式不限于这里所描述的特定实施方式，相反，每个实施方式的组成部分和/或步骤可与这里所描述的其它组成部分和/或步骤独立和分开使用。一个实施方式的每个组成部分和/或每个步骤也可与其它实施方式的其它组成部分和/或步骤结合使用。在介绍这里所描述和/或图示的要素/组成部分/等时，用语“一个”、“一”和“上述”等用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等。术语“包含”、“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等。此外，权利要求书及说明书中的术语“第一”和“第二”等仅作为标记使用，不是对其对象的数字限制。

虽然已根据不同的特定实施例对本公开提出的气密性检测装置及气密性检测方法进行了描述，但本领域技术人员将会认识到可在权利要求的精神和范围内对本公开的实施进行改动。

Claims (10)

1.一种气密性检测装置，用于测量气体通过密封件的泄漏量，其特征在于，所述气密性检测装置包括：

密封容器，其内设有所述密封件，所述密封件将所述密封容器分隔为高压腔和泄漏腔；

收集容器，其上设有第一入口和第二入口，所述第一入口设有管道，所述管道可拆卸地连接所述泄漏腔，用于连通所述泄漏腔和所述收集容器；

第一阀门，设于所述管道，用于控制通过所述管道的气体流量；

第一压力测量件，设于所述泄漏腔和所述第一阀门之间，用于测量所述管道内的气压；

第二阀门，设于所述第二入口，用于控制通过所述第二入口的气体流量；

第二压力测量件，设于所述收集容器，用于测量所述收集容器内的气压。

2.根据权利要求1所述的气密性检测装置，其特征在于，所述气密性检测装置还包括：

第三阀门，设于所述管道，且位于所述泄漏腔和所述第一阀门之间，用于将所述管道与外界连通或隔断。

3.根据权利要求1所述的气密性检测装置，其特征在于，所述气密性检测装置还包括：

报警器，设于第一压力测量件，在所述管道内的气压达到一预设值时，所述报警器发出警报。

4.根据权利要求1所述的气密性检测装置，其特征在于，所述气密性检测装置还包括：

安全阀，设于所述管道，在所述管道内的气压到达一预设值时，开启所述安全阀，以减小所述管道内的气压。

5.根据权利要求1所述的气密性检测装置，其特征在于，所述第一压力测量件为压力传感器。

6.根据权利要求1所述的气密性检测装置，其特征在于，所述气密性检测装置还包括：

温度测量件，设于所述收集容器，用于测量所述收集容器内的温度。

7.根据权利要求6所述的气密性检测装置，其特征在于，所述温度测量件为温度传感器。

8.根据权利要求6所述的气密性检测装置，其特征在于，所述气密性检测装置还包括：

采集模块，用于采集所述第一压力测量件测量的气压值，所述第二压力测量件测量的气压值和所述温度测量件测量的温度值；

计算模块，根据所述采集模块采集的气压值和温度值计算气体通过所述密封件的泄漏量。

9.根据权利要求8所述的气密性检测装置，其特征在于，所述泄漏量的计算公式为：

其中，m₁为初始时刻收集容器内气体的质量，m₂为末时刻收集容器内气体的质量，M为气体摩尔质量，V为收集容器的体积，P₀为初始时刻收集容器内的气压、T₀为初始时刻收集容器内的温度，P₁为末时刻收集容器内的气压、T₁为末时刻收集容器内的温度。

10.一种气密性检测方法，应用于权利要求1～9任一项所述的气密性检测装置，其特征在于，所述气密性检测方法包括：

连通所述泄漏腔和所述管道，此时所述第一阀门闭合，所述第二阀门开启；

在初始时刻开启所述第一阀门，闭合所述第二阀门，此时所述收集容器内的气压值小于所述管道内的气压值；

通过所述第一压力测量件测量所述初始时刻的所述管道内的气压值；

通过所述第二压力测量件测量所述初始时刻的所述收集容器内的气压值；

当所述管道内的气压值为所述初始时刻的气压值时，闭合所述第一阀门，记该时刻为末时刻；

通过所述第二压力测量件测量所述末时刻的所述收集容器内的气压值；

根据所述初始时刻的所述收集容器内的气压值和所述末时刻的所述收集容器内的气压值计算气体通过所述密封件的泄漏量。