CN114608768B - 一种小型水下设备舱体密封性检测方法 - Google Patents

一种小型水下设备舱体密封性检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种小型水下设备舱体密封性检测方法，涉及水下设备技术领域。在小型水下设备密封舱体密封性检测中，用气密性检测代替水密性检测，通过抽气降压与充气加压的方式，结合压力传感器对于舱体内压力值的采集，来完成密封舱体密封性的检测，检测方法简单安全有效且检测过程中不对密封舱体进行二次拆卸安装。检测完成后对检测气孔进行灌胶密封，保证检测后密封舱体的密封状态，通过压力传感器对使用过程中密封舱体的密封性进行监测，当舱体内压力出现异常时，警示操作人员舱体出现漏水，进一步保护密封舱体内的电气元件，避免其因漏水直接失效。

Description

一种小型水下设备舱体密封性检测方法
技术领域
本发明涉及水下设备技术领域，具体涉及一种小型水下设备舱体密封性检测方法。
背景技术
水下设备特别是水下潜航器、水下机器人等，作为智能设备一般都配备有精密的电子控制系统、电子元件等，电气元件都需要一定的防水密封性，为便于密封性的检测，通常会将电气元件尽量的集中设置在一个密封舱体内，这样只要确保舱体密封性能良好，设备通常就能在水下正常作业。小型水下设备中密封舱体容积一般小于10L，这样规格的水下设备在行业中较为普遍。目前，在对密封舱体进行密封性检测，大部分的操作是将测试对象在一定水深下保压后拆开查看是否进水，再进行通电检验设备是否可以正常工作。拆开再装配存在破坏密封的可能性，当出现漏水现象时通电检验存在安全隐患，会将电路烧坏导致设备报废。因此，亟需开发一种无需可模拟或者代替水压的舱体密封性检测方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种小型水下设备舱体密封性检测方法，解决现有在水环境下检测舱体密封性操作复杂且存在较大风险的问题。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：一种小型水下设备舱体密封性检测方法，其特征在于：在密封舱体控制电路上设置压力传感器，在密封舱体上设置测试气孔，压力传感器与密封舱体的缆线电连接，缆线与测试终端电连接，具体测试步骤如下：
S1. 当水下设备测试要求压差小于当地实时大气压时，通过测试气孔抽出密封舱体内气体，使密封舱体压力降低，内外压差达到测试要求Pmax，在温度恒定的环境下保压24-48小时后，每隔12小时读取压力传感器的压力值，当压力值偏差在Pmax/6以内时，判定密封舱体密封性合格；
S2. 当水下设备要求压差大于当地实时大气压时，通过测试气孔向密封舱内注入气体，使密封舱内气压比大气压力高Pmax时，在温度恒定的环境下保压24-48小时后，每隔12小时读取压力传感器的压力值，当压力值偏差在Pmax/6以内时，判定密封舱体密封性合格；
S3.测试完成后，使用密封胶灌封测试气孔，使用过程中通过压力传感器监测密封舱体内的气压变化，当出现异常时发出警报，警示操作人员密封舱体出现漏水故障，并启动设备停机断电保护机制。
更进一步的技术方案是所述步骤S1和S2中，测试时密封舱体内外的气压差值Pmax（单位：bar）与水下设备作业深度值h（单位：米）在数值上满足：Pmax＞0.1*h。
更进一步的技术方案是所述小型水下设备使用完毕后，停机时自动记录压力和时间，下次启动时自动记录压力和时间，并计算两次之间压力变化的速率，该速率为非使用状态下的压力变化，当压力变化速率大于0.05Pa/s，判定水下设备密封性存在问题，并对用户发出警报。
更进一步的技术方案是所述水下设备未配备深度传感器，此类水下设备工作压力一般在10米以下，且密封舱体内压力高于工作水深处水压，当密封舱体内压升速率大于20Pa/s时，判定水下设备此时处于速降状态，记录速降之前的压力值P2，当密封舱体内当前压力P＞P2时，不启动停机断电保护，当密封舱体内当前压力P＜P2，且压降大速率于2Pa/s时，判定水下设备漏水，启动停机断电保护；当密封舱体内未出现压升，直接出现压降，且压降速率为大于2Pa/s时，判定水下设备漏水，启动停机断电保护。
更进一步的技术方案是所述水下设备配备深度传感器，根据水下设备工作水深处水压Pw与密封舱内压力P的大小关系切换两种泄露识别模式：
模式一：当密封舱内压力P高于工作水深处水压PW，当密封舱体内发生压降，且压降速率＜2Pa/s时，不启动停机断电保护；当密封舱体内发生压降，且压降速率≥2Pa/s，读取深度传感器数据，并进行如下判断：
1）.如果水深没有变化或水深增加，则判定水下设备漏水，启动停机断电保护；
2）.如果水深降低，则比对升航加速度与压力变化速率的导数：
2-1）.升航加速度为正时，水下设备加速升航，不启动停机断电保护；
2-2）.升航加速度为0，水下设备匀速升航时，如果压力变化速率的导数为负，密封舱体内气压加速下降，则判定水下设备漏水，启动停机断电保护；如果压力变化速率的导数≥0时，密封舱体内气压匀速下降或减速下降，则不启动停机断电保护；
2-3）.升航加速度为负，水下设备减速升航时，如果压力变化速率的导数≤0时，密封舱体内气压加速下降或匀速下降时，启动停机断电保护；如果压力变化速率的导数为正，密封舱体内气压减速下降时，则不启动停机断电保护；
模式二：当密封舱内压力P低于工作水深处水压PW，当密封舱体压升速率小于2Pa/s时，不启动停机断电保护；当密封舱体内压升速率达到2Pa/s以上时，读取深度传感器数据，并进行如下判断：
1）.如果水深没有变化或水深降低，则判定水下设备漏水，启动停机断电保护；
2）.如果水深增加，则比对降航加速度与压力变化速率的导数：
2-1）.降航加速度为正，水下设备加速降航时，不启动停机断电保护；
2-2）.降航加速度为0，水下设备匀速降航时，如果压力变化速率的导数为正，密封舱体内气压加速上升，则判定水下设备漏水，启动停机断电保护；如果压力变化速率的导数≤0时，密封舱体内气压匀速上升或减速上升，则不启动停机断电保护；
2-3）.降航加速度为负，水下设备减速降航时，如果压力变化速率的导数≥0时，密封舱体内气压加速上升或匀速上升时，启动停机断电保护；如果压力变化速率的导数为负，密封舱体内气压减速上升时，则不启动停机断电保护。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
在小型水下设备密封舱体密封性检测中，用气密性检测代替水密性检测，通过抽气降压与充气加压的方式，结合压力传感器对于舱体内压力值的采集，来完成密封舱体密封性的检测，检测方法简单安全有效且检测过程中不对密封舱体进行二次拆卸安装。
检测完成后对检测气孔进行灌胶密封，保证检测后密封舱体的密封状态，通过压力传感器对使用过程中密封舱体的密封性进行监测，当舱体内压力出现异常时，警示操作人员舱体出现漏水，进一步保护密封舱体内的电气元件，避免其因漏水直接失效。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中未配备有深度传感器的水下设备的压力监测流程图。
图3为本发明中配备有深度传感器的水下设备的压力监测流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
图1示出了一种小型水下设备舱体，其密封性检测方法为：在密封舱体3内的控制电路上设置压力传感器1，在密封舱体上设置测试气孔2，压力传感器1与密封舱体的缆线电连接，缆线与测试终端电连接，具体测试步骤如下：
S1. 当水下设备测试要求压差小于当地实时大气压时，通过测试气孔2抽出密封舱体3内气体，使密封舱体内压力降低，使得密封舱内外压力差达到测试要求Pmax，保压24-48小时后，间隔12小时读取压力传感器1的压力值，当压力值偏差范围在Pmax/6范围内，判定密封舱体密封性合格。测试时密封舱体内的气压值P（单位：bar）与水下设备作业深度值h（单位：米）在数值上满足：P＜P气-0.1*h，如：当在实时大气压力为1bar时要测试设备在9米时的水密性，可以将密封舱体内的气压调整至1-0.1*9=0.1bar以下后，进行保压测试。
S2. 当水下设备测试要求压差大于当地实时大气压时，通过测试气孔2向密封舱体内注入气体，使密封舱体内压力升高，使得密封舱体内压力比大气压力高Pmax，保压24-48小时后，间隔12小时读取压力传感器1的压力值，当压力值偏差范围Pmax/6以内，判定密封舱体密封性合格。测试时密封舱体内的气压值P（单位：bar）与水下设备作业深度值h（单位：米）在数值上满足：P＞0.1*h+P气，如：当在实时大气压力为1bar时候要测试设备在20米时的水密性，可以将密封舱体内的气压调整至0.1*20+1=3bar以上后，进行保压测试。
S3.测试完成后，使用密封胶灌封测试气孔2，使用过程中通过压力传感器1监测密封舱体内的气压变化，当出现异常时发出警报，警示操作人员密封舱体出现漏水故障，并启动设备停机断电保护机制。
设备闲置时间较长时，橡胶密封圈老化等因素可能会导致密封舱的密封性发生变化。在设备使用完毕后，停机时自动记录压力P停和时间T停，下次启动时自动记录压力P启和时间T启，并计算两次之间压力降低的速率，即（P停-P启）/（T启-T停）如果压力降低速率大于0.05Pa/s，则密封性有可能已经出现问题，对用户发出警报，提醒用户更换密封件并重新进行密封性测试，避免可能会发生的故障。
而当水下设备在水中做上升或下降运动时，密封舱外壳变形可能会导致压力变化。这种变化与密封舱外压力变化趋势相同（同时上升或同时降低），但数值远低于密封舱外压力变化，并呈边际递减。针对这种情况，需要增加判定条件，尽量规避误判泄露的情况。根据水下设备型式不同，判定条件的增加分为以下两种状况：
如图2所示，所述水下设备未配备深度传感器，此类水下设备工作压力一般在10米以下，密封舱体内压力高于工作水深处压力，若发生泄露，密封舱内压力降低。当密封舱体内压升速率大于20Pa/s时，判定水下设备此时处于速降状态，记录速降之前的压力值P2，当密封舱体内当前压力P＞P2时，不启动停机断电保护，当密封舱体内当前压力P＜P2，且压降速率＞2Pa/s时，判定水下设备漏水，启动停机断电保护；当密封舱体内未出现压升，直接出现压降，且压降速率为大于2Pa/s时，判定水下设备漏水，启动停机断电保护。
如图3所示，若所述水下设备配备深度传感器，密封舱内压力可能高于工作水深处水压，也可能低于工作水深处水压。根据深度传感器测试水压Pw与密封舱内压力P的大小关系切换两种泄露识别模式：
模式一：当密封舱内压力P高于工作水深处水压PW，当密封舱体内发生压降，且压降速率＜2Pa/s时，不启动停机断电保护；当密封舱体内发生压降，且压降速率≥2Pa/s，读取深度传感器数据，并进行如下判断：
1）.如果水深没有变化或水深增加，则判定水下设备漏水，启动停机断电保护；
2）.如果水深降低，则比对升航加速度与压力变化速率的导数：
2-1）.升航加速度为正时，水下设备加速升航，不启动停机断电保护；
2-2）.升航加速度为0，水下设备匀速升航时，如果压力变化速率的导数为负，密封舱体内气压加速下降，则判定水下设备漏水，启动停机断电保护；如果压力变化速率的导数≥0时，密封舱体内气压匀速下降或减速下降，则不启动停机断电保护；
2-3）.升航加速度为负，水下设备减速升航时，如果压力变化速率的导数≤0时，密封舱体内气压加速下降或匀速下降时，启动停机断电保护；如果压力变化速率的导数为正，密封舱体内气压减速下降时，则不启动停机断电保护；
模式二：当密封舱内压力P低于工作水深处水压PW，当密封舱体压升速率小于2Pa/s时，不启动停机断电保护；当密封舱体内压升速率达到2Pa/s以上时，读取深度传感器数据，并进行如下判断：
1）.如果水深没有变化或水深降低，则判定水下设备漏水，启动停机断电保护；
2）.如果水深增加，则比对降航加速度与压力变化速率的导数：
2-1）.降航加速度为正，水下设备加速降航时，不启动停机断电保护；
2-2）.降航加速度为0，水下设备匀速降航时，如果压力变化速率的导数为正，密封舱体内气压加速上升，则判定水下设备漏水，启动停机断电保护；如果压力变化速率的导数≤0时，密封舱体内气压匀速上升或减速上升，则不启动停机断电保护；
2-3）.降航加速度为负，水下设备减速降航时，如果压力变化速率的导数≥0时，密封舱体内气压加速上升或匀速上升时，启动停机断电保护；如果压力变化速率的导数为负，密封舱体内气压减速上升时，则不启动停机断电保护。
压力变化速率的导数的求取为：△A/△t，其中，△A为△t内压力的变化速率。
所述水下设备在超深水工作时，应当在不同深度设置不同的泄露识别阈值，水深越深，阈值应当越大。
实施例
将上述方法应用于密封舱容积为0.88L，水下设备为泳池清洗机器人，未配备深度传感器。
测试阶段：工作水深为2.5米，测试气压应大于0.1*2.5+1=1.25bar，实际测试压力1.5bar，与大气压力的压差为0.5bar，低于大气压力，使用抽气降压的测试方式，密封舱材料为PC塑料。
使用过程中，泳池清洗机器人速降方式为水中自由落体，降落速度v为0.15m/s，密封舱容积因水深而变化，导致压升速率为22Pa/s，升航方式为在泳池壁爬升，速度为0.1m/s，密封舱容积因水深而变化，导致压力变化速率为-15Pa/s。
状况1、无压力升高，压力降低，变化速率为1.5Pa/s，小于2Pa/s，判定为正常，不停机断电。
状况2、压力先升高，速率为25Pa/s，从10133Pa升高至10300Pa，然后降低，此时记录升高前压力P2=10133Pa。密封舱压力P＞P2时，无论压力变化速率如何，不启动停机断电保护；密封舱压力降至P2以下后，开始判断压力变化速率，此时当压力变化速率＞2Pa/s时候，判定泄露，启动停机断电保护。
实施例
将上述方法应用于密封舱容积为2.23L，水下设备为潜航器，配备深度传感器。
测试阶段：工作水深为50米，测试气压应大于0.1*50+1=6bar，实际测试压力7.5bar，与大气压力的压差为6.5bar，高于大气压力，使用注气加压的测试方式，密封舱材料为铝合金薄板。使用过程中，潜航器速降方式为向下潜航，降落速度为0.5m/s，密封舱容积因水深而变化，导致压力变化速率为44Pa/s，升航方式为向上航行，上升速度为0.4m/s，密封舱容积因水深而变化，导致压力变化速率为35Pa/s。出厂时密封舱内压力P为2bar，相当于约10米水深处的液压力。
使用阶段：
状况1、水深5米，深度无变化，密封舱体压力变化速率为2.2Pa/s，大于2Pa/s，则判定为有泄露，启动停机断电保护。
状况2、水深20米，且正在增加，加速度为0.3m/s2，加速降航，密封舱体压力变化速率为3.1Pa/s，因加速度＞0，不启动停机断电保护。
状况3、水深30米，且正在增加，加速度为0，匀速降航，密封舱体压力变化速率为2.5Pa/s，压力变化速率的导数为0.3Pa/ s2，加速升压，则判定有泄露，启动停机断电保护。
状况4、水深50米，且正在增加，加速度为-0.05m/s2,减速降航，密封舱体压力变化速率为2.7Pa/s，压力变化速率的导数为0，匀速升压，则判定有泄露，启动停机断电保护。
状况5、水深7米，且正在增加，不启动停机断电保护。
状况6、水深5米，且正在减少，加速度为0，匀速升航，密封舱体压力变化速率为-2.5Pa，压力变化速率的导数为0.3Pa/ s2，减速降压，不启动停机断电保护。
状况7、水深8米，且正在减少，加速度为-0.22m/s2，减速升航，密封舱体压力变化速率为-3.5Pa，压力变化速率的导数为0.3Pa/ s2，减速降压，不启动停机断电保护。
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件或布局进行多种变形和改进。除了对组成部件或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。

Claims (3)

1.一种小型水下设备舱体密封性检测方法，其特征在于：在密封舱体控制电路上设置压力传感器（1），在密封舱体上设置测试气孔（2），压力传感器（1）与密封舱体的缆线电连接，缆线与测试终端电连接，具体测试步骤如下：
S1.当水下设备测试要求压差小于当地实时大气压时，通过测试气孔（2）抽出密封舱体内气体，使密封舱体压力降低，内外压差达到测试要求Pmax，在温度恒定的环境下保压24-48小时后，每隔12小时读取压力传感器（1）的压力值，当压力值偏差在Pmax/6以内时，判定密封舱体密封性合格；
S2.当水下设备要求压差大于当地实时大气压时，通过测试气孔（2）向密封舱内注入气体，使密封舱内气压比大气压力高Pmax时，在温度恒定的环境下保压24-48小时后，每隔12小时读取压力传感器（1）的压力值，当压力值偏差在Pmax/6以内时，判定密封舱体密封性合格；
S3.测试完成后，使用密封胶灌封测试气孔（2），使用过程中通过压力传感器（1）监测密封舱体内的气压变化，当出现异常时发出警报，警示操作人员密封舱体出现漏水故障，并启动设备停机断电保护机制：
所述水下设备未配备深度传感器，且密封舱体内压力高于工作水深处压力时，当密封舱体内压升速率大于20Pa/s时，判定水下设备此时处于速降状态，记录速降之前的压力值P2，当密封舱体内当前压力P＞P2时，不启动停机断电保护，当密封舱体内当前压力P＜P2，且压降速率＞2Pa/s时，判定水下设备漏水，启动停机断电保护；当密封舱体内未出现压升，直接出现压降，且压降速率为大于2Pa/s时，判定水下设备漏水，启动停机断电保护；
所述水下设备配备深度传感器，根据水下设备工作水深处水压Pw与密封舱内压力P的大小关系切换两种泄漏识别模式：
模式一：当密封舱内压力P高于工作水深处水压PW，当密封舱体内发生压降，且压降速率＜2Pa/s时，不启动停机断电保护；当密封舱体内发生压降，且压降速率≥2Pa/s，读取深度传感器数据，并进行如下判断：
1）.如果水深没有变化或水深增加，则判定水下设备漏水，启动停机断电保护；
2）.如果水深降低，则比对升航加速度与压力变化速率的导数：
2-1）.升航加速度为正时，水下设备加速升航，不启动停机断电保护；
2-2）.升航加速度为0，水下设备匀速升航时，如果压力变化速率的导数为负，密封舱体内气压加速下降，则判定水下设备漏水，启动停机断电保护；如果压力变化速率的导数≥0时，密封舱体内气压匀速下降或减速下降，则不启动停机断电保护；
2-3）.升航加速度为负，水下设备减速升航时，如果压力变化速率的导数≤0时，密封舱体内气压加速下降或匀速下降时，启动停机断电保护；如果压力变化速率的导数为正，密封舱体内气压减速下降时，则不启动停机断电保护；
模式二：当密封舱内压力P低于工作水深处水压PW，当密封舱体压升速率小于2Pa/s时，不启动停机断电保护；当密封舱体内压升速率达到2Pa/s以上时，读取深度传感器数据，并进行如下判断：
1）.如果水深没有变化或水深降低，则判定水下设备漏水，启动停机断电保护；
2）.如果水深增加，则比对降航加速度与压力变化速率的导数：
2-1）.降航加速度为正，水下设备加速降航时，不启动停机断电保护；
2-2）.降航加速度为0，水下设备匀速降航时，如果压力变化速率的导数为正，密封舱体内气压加速上升，则判定水下设备漏水，启动停机断电保护；如果压力变化速率的导数≤0时，密封舱体内气压匀速上升或减速上升，则不启动停机断电保护；
2-3）.降航加速度为负，水下设备减速降航时，如果压力变化速率的导数≥0时，密封舱体内气压加速上升或匀速上升时，启动停机断电保护；如果压力变化速率的导数为负，密封舱体内气压减速上升时，则不启动停机断电保护。
2.根据权利要求1所述的一种小型水下设备舱体密封性检测方法，其特征在于：所述步骤S1和S2中，测试时密封舱体内与大气压压差值Pmax与水下设备作业深度值h在数值上满足：P＞0.1*h，其中，气压值P的单位为bar，深度值h的单位为米。
3.根据权利要求1所述的一种小型水下设备舱体密封性检测方法，其特征在于：所述小型水下设备使用完后，停机时自动记录压力和时间，下次启动时自动记录压力和时间，并计算两次之间压力变化的速率，该速率为非使用状态下的压力变化率，当压力变化速率大于0.05Pa/s，判定水下设备密封性存在问题，并对用户发出警报。
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