CN117419866A - 一种用于铠装电缆防水层的气密检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于铠装电缆防水层的气密检测方法及装置。本装置包括堵头、腔体、压力传感器和真空泵；所述腔体用于容纳铠装电缆的裸露线缆，所述堵头用于对所述铠装电缆的首端进行密封，所述铠装电缆的防水层尾端与所述腔体密封连接，从而所述腔体、所述铠装电缆的防水层与所述堵头间形成一密闭腔体；所述腔体通过一气密管道与一真空泵连接，该气密管道上设置一阀门和检测所述腔体压力的所述压力传感器。本发明展示的保压检漏方法，消除了线缆放气导致压力变化的影响，扩展了保压法的检漏适用范围。

Description

一种用于铠装电缆防水层的气密检测方法及装置

技术领域

本发明属于水下铠装电缆的水密检测领域，涉及一种用于铠装电缆防水层的气密检测方法及装置。

背景技术

以304不锈钢环波波纹管为防水层的复合铠装防水电缆，是将多种线缆嵌入到小口径(内径：4mm-32mm)的连续成型环波波纹管中，而制造的具有高度柔性的新型复合铠装电缆。该铠装电缆的特色在于内置多芯线缆和防水层之间存在狭小缝隙，可通过氦质谱检测法实现高精度水密性检测，节约了制造及检测成本。但如何确保在铠装电缆施工完毕后(即波纹管展开并固定后)，通过气密性检验手段，确定防水层是否在施工过程中由于人为误操作造成破坏，极为关键。

保压检漏法是一种检测管道、容器、设备等密闭系统是否漏气的方法。这种方法通过在系统内部加压或抽真空，然后观察压力是否变化，来判断系统是否存在漏气现象。相较于其他气密检测方法，该方法具有安全、操作简单、节省人力等优点，更适合于对施工完毕(电缆安装到位)的复合防水铠装电缆进行监测。但由于波纹管中存在线缆，当在波纹管中抽真空或加压时，线缆将放气或吸气，这些因素将导致压力发生变化，造成误判。如何消除这些因素的影响，并实现自动判断防水层气密性是否满足使用需求，存在较大的技术难度。

发明内容

本发明涉及一种用于铠装电缆防水层的气密检测方法，旨在解决复合铠装电缆安装完毕时的气密性检测问题。该气密性检测过程需要使用堵头、腔体、压力传感器、阀门及真空泵构成。其中，腔体上具有多个法兰，能够和压力传感器密封连接，实现压力传感器对腔体内部压力的实时测量。腔体同时和真空泵进行连接，真空泵和腔体之间存在一个阀门，通过阀门的开启和关闭，实现抽真空及保压等操作。

本发明的技术方案为：

一种用于铠装电缆防水层的气密检测方法，其步骤包括：

1)选择一长度为L₁的线缆2，从所述线缆2的首端开始在所述线缆2上制备长度为L₀的防水层1得到一标定电缆；即所述标定电缆具有长度为L₀的铠装电缆和长度为L₁-L₀的线缆；将所述标定电缆中长度L₁-L₀的线缆置于一腔体4内，所述铠装电缆的首端利用一堵头3进行密封，所述防水层1的尾端与所述腔体4密封连接，从而所述腔体4、所述防水层1与所述堵头3之间形成一密闭腔体；其中，L₁＞L₀；

2)将所述腔体4通过一气密管道与一真空泵7连接，该气密管道上设置一阀门6和一检测所述腔体压力的压力传感器5；

3)打开阀门6，启动真空泵7，对所述密闭腔体进行抽真空，当压力传感器5检测到腔体4内的压力达到设定压力值p₀时，关闭阀门6，关闭真空泵7，进行保压测试；在保压测试过程，当压力传感器5检测腔体内压力达到平衡状态时，记录压力由p₀到达该平衡状态所需的时间△t₀；

4)对于一待测铠装电缆，该待测铠装电缆的尾端具有一段裸露的线缆；将该待测铠装电缆的裸露线缆置于所述腔体4中，将待测铠装电缆的首端利用堵头3密封，该待测铠装电缆的防水层尾端与所述腔体4密封连接，从而所述腔体4、该待测铠装电缆的防水层与所述堵头3之间形成一第二密闭腔体；

5)打开阀门6，启动真空泵7，对所述第二密闭腔体进行抽真空，记录当压力传感器5检测到腔体4内的压力达到设定压力值p₀时的时刻为t₀，然后关闭阀门6、关闭真空泵7，进行保压测试，当经过t₁时刻后，记录检测压力p_A，其中t₁-t₀＞△t₀；然后继续等待t₂时间，检测压力为p_B，如果满足|p_B-p_A|≤p_s，则判断该待测铠装电缆满足气密性符合需求。

进一步的，t₁和t₂之间的等待时间取决于水的截止漏率Q₀。

进一步的，t₂-t₁≥p_sV_s/Q₀，V_s＝V₀+V₁，V₀为铠装电缆的防水层缝隙和腔体4中空气所占的总体积，V₁为铠装线缆的内部线缆中气体所占的体积。

进一步的，p₀为标准大气压的20％-30％。

进一步的，所述待测铠装电缆的长度为L₁₁，具有防水层的长度为L₀₁；其中，L₀₁＜L₀，L₁₁＜L₁。

进一步的，所述待测铠装电缆的长度为L₁₁，去除一段防水层，裸露出线缆，待测铠装电缆剩余具有防水层的长度为L₀₁。

进一步的，所述腔体4为圆柱形。

一种用于铠装电缆防水层的气密检测装置，其特征在于，包括堵头3、腔体4、压力传感器5和真空泵7；

所述腔体4，用于容纳铠装电缆的裸露线缆，所述堵头3用于对所述铠装电缆的首端进行密封，所述铠装电缆的防水层尾端与所述腔体4密封连接，从而所述腔体4、所述铠装电缆的防水层与所述堵头3之间形成一密闭腔体；

所述腔体4通过一气密管道与一真空泵7连接，该气密管道上设置一阀门6和检测所述腔体压力的所述压力传感器5。

本发明设环境温度不会变化，当真空泵工作时，设防水层和线缆之间缝隙的平均压力值为p₀，内部线缆的压力的平均值设为p₁，并设防水层缝隙和腔体中空气所占的总体积为V₀，内部线缆中气体所占的体积为V₁(其中V₀＞V₁)。此时关闭阀门，缝隙和线缆层内部的气体将最终达到一个平衡状态，设平衡后的压力记为p_s，设此过程的时间为t₀，设在此过程中，每个时刻线缆向腔体中的泄漏速率为Q(t)，由此可得到如下等式：

联立上述两个等式，可得

式中，p为腔体内气体达到衡时的压力，q为在此过程中，由线缆向腔体中释放的空气总量。对公式(4)求偏导

由式(5)可知，当V₀和V₁都增大时，放气总量增大，气体流动的阻力会增加，流速会减小，则达到气体平衡所需的时间越长。

当防水层长度为定值，只有线缆长度增加，由式(5)可知，如果V₀+V₁＝V_s不变，当dV₁为正值，此时有

只要满足V₀-V₁＞0，此时线缆增长，放气量将增大，气体流动的阻力会增加，流速会减小，则达到气体平衡所需的时间越长。

根据上述理论，可得如下结论：

(1)只要满足V₀-V₁＞0，当防水层的长度为定值时，在腔体中的线缆越长，放气总量越大，达到平衡时间越长。

(2)如果防水层和防水层内的线缆同时增长，放气总量越大，达到平衡时间越长。

由上述结论，本发明得到具体的检漏方法：

(1)选择一根波纹管1(长度：L₀)和线缆2(长度：L₁＞L₀)长度均为固定值的防水线缆用于标定。在铠装防水电缆一端用堵头3进行密封；另外一端的防水层1通过法兰连接在一个腔体4上，在此过程中，铠装防水电缆的部分线缆(长度L₁-L₀)封在腔体4中。其中，L₀大于所有待检铠装电缆防水层的长度，同时L₁-L₀大于所有待检铠装电缆的裸露线缆在腔体4中的长度。

(2)打开阀门6，启动真空泵7，对腔体4及防水层1内进行抽真空，当压力传感器5检测到腔体4内的压力达到p₀时，关闭阀门6，关闭真空泵7，进行保压测试。

(3)在保压过程，线缆2在腔体内放气，压力传感器5数值上升，直到压力传感器5检测腔体内压力值开始围绕着某个数值波动，即为平衡状态。并记录传感器压力为p₀随后达到此状态起始所需的时间△t₀。

(4)换上待测铠装电缆，其波纹管长度为L₀₁(L₀₁＜L₀)，电缆长度为L₁₁(L₁₁＜L₁)，重复(2)(3)的过程，在t₀时刻腔体内压力达到p₀时，关闭阀门6后，直到经过t₁时刻后(t₁-t₀＞△t₀)，记录该时检测压力p_A，继续等待t₂时间，检测压力为p_B，如果满足

|p_B-p_A|≤p_s (7)

如果上式成立，则满足气密性符合需求。其中p_s是设定的压力值，p_s可以根据压力传感器5的检测噪声、温漂等性能，同时综合是否可能存在线缆振动和其他扰动给出。

在以上技术方案中，t₁和t₂之间的等待时间取决于水的截止漏率Q₀(经过计算或实验得到，或者按照经验设定)，即为

t₂-t₁≥p_s V_s /Q₀ (8)

在以上技术方案中，p₀的压力不能过低，否则线缆放气时间太长，达到t₁将耗费较长时间。同时，p₀不能太大，否则和环境之间的压力差太小，△t₀非常大，检测时间较长。经过实验，作为优选，p₀为标准大气压的20％-30％。

本发明的优点如下：

(1)为已经安装完毕铠装电缆提供一种简单、高效和安全的气密性检测手段，避免人员沿着安装完毕的铠装线缆路径寻找泄漏点。

(2)传统的真空保压方法无法适用于内部存在放气线缆的封闭腔体，通过本发明展示的保压检漏方法，消除了线缆放气导致压力变化的影响，扩展了保压法的检漏适用范围。

附图说明

图1是本发明中用于防水铠装电缆气密性检测装置的结构示意图。

图2是扫码检测开始后，各个阶段的压力变化示意图。

图中，1-防水层，2-线缆，3-堵头，4-腔体，5-压力传感器，6-阀门，7-真空泵，8-标准大气压，9-抽真空阶段，10-关闭阀门，11-判断是否泄漏阶段。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了实现对铠装防水电缆的气密性检测，基于上述检测方法，本发明研究了一种气密性检测装置，该装置可实现铠装电缆的气密性检测，并自动判断铠装电缆是否合格，该装置具体构成如图1所示。其中，铠装电缆的防水层1一端和腔体4通过法兰连接，铠装电缆的线缆2位于防水层1和腔体4内部，铠装防水电缆的另外一端被堵头3堵死。在腔体4和真空泵7之间是气密管道，该气密管道上存在一个阀门6，阀门6的开启和关闭决定腔体4内部是否可以抽气。在气密管道上，还具有一个检测腔体压力的压力传感器5，该压力传感器5能够将采集到的模拟量实时传给上位机，该上位机能够通过压差法检测是否泄漏。该上位机连接了一个扫码枪，能够通过铠装电缆上的二维码识别线缆编号、长度等基本信息。

本发明制造的检测装置中腔体为圆柱形，圆柱形腔体的侧壁存在法兰接口，分别用于连接防水电缆和金属软管，该金属软管用于连接真空泵7和压力传感器5。

具体的检测方法如下：

(1)将防水层1长度为L₀，线缆2长度为L₁的标定铠装电缆与腔体4完成密封连接，另外一端用堵头堵死。

(2)将阀门6打开，并启动真空泵7，同时在上位机观察压力数值变化，当压力数值为p₀时(t₀时刻)，关闭阀门6，并关闭气泵7。

(3)记录压力达到平衡时，记录此过程消耗的时间为△t₀，并在上位机软件中设置压力上升经历的时间△t₁(△t₁≥△t₀)，此时刻为t₁、以及检测压力变化的时间△t₂和在

△t₂内允许变化的最大压力差p_s。

(4)将标定铠装电缆拆卸下来，重新将待测的铠装防水线缆与腔体4相连，其中待测的铠装防水线缆的防水层长度为L₀₁，线缆长度为L₁₁，另外一端安装堵头，并重复(2)步骤。并用扫码枪记录防水电缆编号，并启动测试，在软件中是通过如下算法完成测试，图2是测试开始后的压力变化。

(5)首先记录t_t时刻到t₂时刻之间腔体内压力数据变化，自动停止记录，在此期间，采样频率为1Hz。

(6)选取为t₁时刻的后n组数据和t₂时刻的前n组数据，两组数据平均后相减，如果小于p_s，则待测铠装电缆满足气密性要求。如下公式(9)所示。

尽管为说明目的公开了本发明的具体实施例，其目的在于帮助理解本发明的内容并据以实施，本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于最佳实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种用于铠装电缆防水层的气密检测方法，其步骤包括：

1)选择一长度为L₁的线缆(2)，从所述线缆(2)的首端开始在所述线缆(2)上制备长度为L₀的防水层(1)得到一标定电缆；即所述标定电缆具有长度为L₀的铠装电缆和长度为L₁-L₀的线缆；将所述标定电缆中长度L₁-L₀的线缆置于一腔体(4)内，所述铠装电缆的首端利用一堵头(3)进行密封，所述防水层(1)的尾端与所述腔体(4)密封连接，从而所述腔体(4)、所述防水层(1)与所述堵头(3)之间形成一密闭腔体；其中，L₁＞L₀；

2)将所述腔体(4)通过一气密管道与一真空泵(7)连接，该气密管道上设置一阀门(6)和一检测所述腔体压力的压力传感器(5)；

3)打开阀门(6)，启动真空泵(7)，对所述密闭腔体进行抽真空，当压力传感器(5)检测到腔体(4)内的压力达到设定压力值p₀时，关闭阀门(6)，关闭真空泵(7)，进行保压测试；在保压测试过程，当压力传感器(5)检测腔体内压力达到平衡状态时，记录压力由p₀到达该平衡状态所需的时间△t₀；

4)对于一待测铠装电缆，该待测铠装电缆的尾端具有一段裸露的线缆；将该待测铠装电缆的裸露线缆置于所述腔体(4)中，将待测铠装电缆的首端利用堵头(3)密封，该待测铠装电缆的防水层尾端与所述腔体(4)密封连接，从而所述腔体(4)、该待测铠装电缆的防水层与所述堵头(3)之间形成一第二密闭腔体；

5)打开阀门(6)，启动真空泵(7)，对所述第二密闭腔体进行抽真空，记录当压力传感器(5)检测到腔体(4)内的压力达到设定压力值p₀时的时刻为t₀，然后关闭阀门(6)、关闭真空泵(7)，进行保压测试，当经过t₁时刻后，记录检测压力p_A，其中t₁-t₀＞△t₀；然后继续等待t₂时间，检测压力为p_B，如果满足|p_B-p_A|≤p_s，则判断该待测铠装电缆满足气密性符合需求。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，t₁和t₂之间的等待时间取决于水的截止漏率Q₀。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，t₂-t₁≥p_sV_s/Q₀，V_s＝V₀+V₁，V₀为铠装电缆的防水层缝隙和腔体(4)中空气所占的总体积，V₁为铠装线缆的内部线缆中气体所占的体积。

4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，p₀为标准大气压的20％-30％。

5.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述待测铠装电缆的长度为L₁₁，具有防水层的长度为L₀₁；其中，L₀₁＜L₀，L₁₁＜L₁。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述待测铠装电缆的长度为L₁₁，去除一段防水层，裸露出线缆，待测铠装电缆剩余具有防水层的长度为L₀₁。

7.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述腔体(4)为圆柱形。

8.一种用于铠装电缆防水层的气密检测装置，其特征在于，包括堵头(3)、腔体(4)、压力传感器(5)和真空泵(7)；

所述腔体(4)，用于容纳铠装电缆的裸露线缆，所述堵头(3)用于对所述铠装电缆的首端进行密封，所述铠装电缆的防水层尾端与所述腔体(4)密封连接，从而所述腔体(4)、所述铠装电缆的防水层与所述堵头(3)之间形成一密闭腔体；

所述腔体(4)通过一气密管道与一真空泵(7)连接，该气密管道上设置一阀门(6)和检测所述腔体压力的所述压力传感器(5)。

9.根据权利要求8所述的气密检测装置，其特征在于，所述腔体(4)为圆柱形。