一種改進(jìn)型氣體管路密封性能檢測設(shè)備的設(shè)計原理

焦 蒂

（中國直升機(jī)設(shè)計研究所 無人機(jī)事業(yè)部，江西 景德鎮(zhèn) 333000）

1 管路密封檢測現(xiàn)狀分析

氣體管路連接后的密封性能檢查是其安全使用的前提和基礎(chǔ)。目前，部分企業(yè)管路安裝連接后的氣密性檢查方式，主要依賴于含有減壓閥和氣壓表的檢測設(shè)備來完成，該設(shè)備通過減壓閥降低氣源壓力至達(dá)到管路所需要的檢測壓力后，關(guān)閉閥門后觀察規(guī)定時間內(nèi)管路中氣壓表壓力值的下降程度，從而判定管路密封性能。

采用上述方式，存在如下問題：檢測設(shè)備存在一定的密封問題，關(guān)閉減壓閥處閥門后，管路中的氣體會緩慢外泄，使檢測結(jié)果不可靠；不同的管路，因為接口尺寸不同，所以在檢測時需要采用不同的設(shè)備，操作不便；管路檢查壓力大小不同，所用壓力表精度不能均衡地滿足要求；管路檢查壓力性質(zhì)不同，如正壓或負(fù)壓，也需要采用不同的設(shè)備來完成，極大地影響了工作效率。

基于上述現(xiàn)狀，通過研究管路接口尺寸、連接特點和使用要求，采用成熟的氣壓控制、測量和管路密封技術(shù)[1]，結(jié)合模塊化和集成化理念，設(shè)計了一套集成化、多功能管路氣密性檢測設(shè)備，能夠大幅提高操作效率和檢測精度、降低人工成本，消除安全隱患。

2 管路連接性能要求分析

經(jīng)了解，在企業(yè)常用的管路連接中，管路材料以橡膠及尼龍材料居多，約占總數(shù)量的60%以上。其中，橡膠材料管路多用于正壓力環(huán)境、尼龍材料管路多用于負(fù)壓力環(huán)境，下面對橡膠和尼龍這2種材料管路連接的氣密性檢查進(jìn)行分析。

在密封性檢測時，常用的介質(zhì)有空氣、氮氣等不同氣體，考慮經(jīng)濟(jì)性和安全性，試驗時選用空氣作為檢測介質(zhì)[2]。

在檢測過程中，需要選擇管路的一個端口用來輸入檢測介質(zhì)，管路端口外形一般為直管型，如圖1所示。

圖1 直管型接口示意

從檢測環(huán)境考慮，由于工作環(huán)境不同，管路測試所需要的壓力性質(zhì)主要有2種，正壓力環(huán)境和負(fù)壓力環(huán)境。在正壓力環(huán)境下，對于工作環(huán)境不同的管路，測試壓力值要求也不同；在負(fù)壓力環(huán)境下，對于工作環(huán)境不同的管路，測試壓力值要求也會不同。

從檢測方式來看，在壓力檢測過程中，氣源需要與測試管路完全斷開、同時檢測設(shè)備的密封性需要可靠，從而避免氣源和檢測設(shè)備對管路檢測結(jié)果的干擾[3]。

綜上所述，根據(jù)管路外形特點和使用環(huán)境要求，相應(yīng)的密封性能檢測設(shè)備需要綜合考慮接口外形尺寸、檢測壓力值要求、檢測壓力性質(zhì)（正壓或負(fù)壓）和檢測設(shè)備可靠性等因素。

3 設(shè)備結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計

3.1 整體組成

檢測設(shè)備主要包括氣源端連接轉(zhuǎn)接頭、減壓閥、單向閥、開關(guān)閥、氣壓表、檢測設(shè)備內(nèi)部連接管路以及待檢測管路接口處轉(zhuǎn)接頭等組成，如圖2所示。

圖2 管路氣密檢測設(shè)備等軸測視圖

其中，氣源端連接轉(zhuǎn)接頭用于連接外界氣源，該氣源為檢測設(shè)備提供帶有一定壓力的檢測介質(zhì)；使用減壓閥對檢測介質(zhì)的壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保通過檢測設(shè)備提供給待檢測管路的壓力值滿足要求；開關(guān)閥對管路中檢測介質(zhì)的流通和關(guān)閉進(jìn)行控制；氣壓表作為檢測工具，對管路的壓力進(jìn)行檢測，并通過表盤進(jìn)行直觀輸出[4]；待檢測管路端轉(zhuǎn)接頭，用于和待檢測的管路進(jìn)行連接，確保檢測介質(zhì)能夠可靠進(jìn)入待檢測管路。

在檢測設(shè)備中有不同規(guī)格的氣壓表和待檢測管路端轉(zhuǎn)接頭。其中，多項氣壓表的設(shè)置是為了滿足不同的檢測壓力要求，在實際使用時，可以根據(jù)檢測壓力要求選擇合適量程和精度的氣壓表；待檢測管路端布置了多種規(guī)格的轉(zhuǎn)接頭，以便于適應(yīng)不同內(nèi)徑的管路接口。

對于正壓和負(fù)壓2種不同性質(zhì)的檢測要求，在檢測設(shè)備中采用相同的模式布置管路和各項檢測裝置。其中，由于正壓和負(fù)壓對減壓閥、單向閥、開關(guān)閥和氣壓表以及檢測設(shè)備管路要求不同，在選用上述元器件時需按相應(yīng)性能和使用及裝配要求進(jìn)行合理配置。在正壓和負(fù)壓2種模式下，檢測設(shè)備的布置及工作原理基本相同，該文主要就正壓模式進(jìn)行詳細(xì)闡述。

3.2 檢測原理和流程

在檢測過程中，由外界氣源提供帶有壓力的檢測介質(zhì)，該壓力應(yīng)高于管路檢測所需要的壓力值。減壓閥將輸入介質(zhì)的壓力由低到高緩慢輸送至檢測設(shè)備及待檢測管路，待氣壓表顯示壓力值滿足要求且穩(wěn)定后，關(guān)閉減壓閥、停止輸送檢測介質(zhì)；單向閥可以控制介質(zhì)按固定的單一方向輸送，能夠防止逆向流動，在停止介質(zhì)輸送、同時斷開氣源時，確保介質(zhì)不會反向流動，進(jìn)而避免檢測設(shè)備輸入端介質(zhì)泄露，從而對檢測過程造成干擾；使用開關(guān)閥對所處位置管路的介質(zhì)流動進(jìn)行控制，可以根據(jù)需要決定開啟或關(guān)閉對應(yīng)位置管路中的介質(zhì)流動；氣壓表元件中內(nèi)置氣體壓力傳感器和裝有表盤，壓力傳感器用以檢測和反饋當(dāng)前氣壓、表盤用以顯示具體的壓力數(shù)值；待檢測管路端轉(zhuǎn)接頭，用以匹配相應(yīng)的管路外形尺寸，確保連接密封可靠。檢測設(shè)備的整體工作流程如圖3所示。

圖3 檢測工作流程

4 應(yīng)用分析

通過上述改進(jìn)型檢測設(shè)備，可以實現(xiàn)對正壓、負(fù)壓工作環(huán)境下的各種氣體管路進(jìn)行投入使用前的密封性能檢測。例如，在正壓工作環(huán)境下的交通領(lǐng)域的燃油箱管路密封性能檢測，以及真空環(huán)境下用于測量氣體壓力的負(fù)壓管路檢測等。

下面根據(jù)正壓和負(fù)壓2種情況對該檢測設(shè)備的實際使用及功能進(jìn)行說明。

燃油箱是以燃油為動力的各種交通工具中常用的設(shè)備，相應(yīng)的燃油管路在使用過程中為了防止漏油和及時足額供給燃油至發(fā)動機(jī)，需要相應(yīng)的密封性能和抗壓性能。因此，需要在燃油管路裝機(jī)前，對其管路進(jìn)行特定要求壓力作用下的密封性能檢測。在這種情況下，通過該設(shè)備檢測時操作過程如下：燃油管路使用環(huán)境要求為正壓，因此選用檢測設(shè)備的正壓檢測模塊來進(jìn)行測試；按燃油管路所需要的氣壓值和密封要求精度，選擇滿足量程和精度要求的氣壓表；針對該燃油管路，確定管路的一個接口作為與檢測設(shè)備連接的接口，除此接口外，燃油管的其他接口都應(yīng)該處于封堵狀態(tài)；選擇與燃油管路連接端內(nèi)徑相匹配的轉(zhuǎn)接頭，通過轉(zhuǎn)接頭將燃油管路與檢測設(shè)備連接；此時，將所選轉(zhuǎn)接頭和氣壓表處對應(yīng)的開關(guān)閥置于開啟狀態(tài)，同時確認(rèn)其余無關(guān)轉(zhuǎn)接頭和氣壓表處的開關(guān)閥位于關(guān)閉狀態(tài)，確保檢測設(shè)備中氣體能可靠進(jìn)入燃油管路；檢查減壓閥處于關(guān)閉狀態(tài)后，將檢測設(shè)備與氣源連接，檢測設(shè)備和氣源、待檢測的燃油管路都已經(jīng)連接完成；此時，緩慢勻速地開啟減壓閥，通過氣壓表度數(shù)觀察流入燃油管路的氣體壓力值，在未達(dá)到所需要的壓力值前繼續(xù)緩慢地開啟減壓閥，逐步增加燃油管路的氣體壓力值，待氣壓表度數(shù)較為接近所需要的壓力時，緩慢降低減壓閥開啟程度、減小氣體壓力值增加速度，至氣壓表度數(shù)達(dá)到所需要的壓力值范圍時，關(guān)閉減壓閥；待燃油管路中的氣壓值穩(wěn)定后，觀察氣壓表度數(shù)應(yīng)在所需要的壓力值范圍內(nèi)，如氣壓表度數(shù)超出該范圍，就需要繼續(xù)通過釋放氣壓或利用減壓閥調(diào)整燃油管路氣壓值，如此持續(xù)調(diào)整至氣壓表度數(shù)穩(wěn)定后，燃油管路內(nèi)的氣壓值在所需要的壓力值范圍內(nèi)；使用檢測設(shè)備為燃油管路提供氣體壓力完成后，確保關(guān)閉減壓閥，同時斷開檢測設(shè)備與氣源連接；將檢測設(shè)備與燃油管路在所需要的氣壓下靜置后，觀察氣壓表在檢測前后的壓力值變化量，就可以完成對燃油管路的密封性能檢測。

在真空環(huán)境下，需要通過氣體壓力來反映管路的使用性能。此時，管路處于負(fù)壓環(huán)境下，在使用前，需要對管路進(jìn)行負(fù)壓狀態(tài)下的密封性能檢測。為此，需要在燃油管路裝機(jī)前，對其管路進(jìn)行特定要求壓力作用下的密封性能檢測。這種情況下，通過該設(shè)備檢測時的操作過程如下：管路使用環(huán)境的要求為負(fù)壓，因而選用檢測設(shè)備的負(fù)壓檢測模塊來進(jìn)行測試；按燃油管路所需要的氣壓值和密封要求精度，選擇滿足量程和精度要求的真空氣壓表；針對該負(fù)壓管路，確定管路的一個接口作為與檢測設(shè)備連接的接口，除此接口外、燃油管的其他接口都應(yīng)該處于封堵狀態(tài)；選擇與負(fù)壓管路連接端內(nèi)徑相匹配的轉(zhuǎn)接頭，通過轉(zhuǎn)接頭將負(fù)壓管路與檢測設(shè)備連接；此時，將所選轉(zhuǎn)接頭和氣壓表處對應(yīng)的開關(guān)閥置于開啟狀態(tài)，同時確認(rèn)其余無關(guān)轉(zhuǎn)接頭和氣壓表處的開關(guān)閥位于關(guān)閉狀態(tài)，確保檢測設(shè)備中氣體能進(jìn)入負(fù)壓管路；檢查減壓閥處于關(guān)閉狀態(tài)后，將檢測設(shè)備與氣源連接，檢測設(shè)備和氣源、待檢測的負(fù)壓管路都已經(jīng)連接完成。然后開始進(jìn)行檢測，整個檢測過程和上述正壓環(huán)境下的檢測方式相同，即通過減壓閥向待檢測負(fù)壓管路中沖壓減壓，至管路中壓力達(dá)到要求后停止減壓并進(jìn)行保壓，觀察規(guī)定時間內(nèi)的保壓情況，從而判定管路密封性能是否達(dá)標(biāo)。

經(jīng)上述分析可以確認(rèn)，該檢測設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)對正壓和負(fù)壓兩種不同工作環(huán)境下的密封管路的密封性能檢測。在實際使用時，因為2種檢測狀態(tài)對應(yīng)不同性能的管路，如誤用或混淆使用可能會對工作管路有損壞，所以需要在操作時嚴(yán)格按照使用要求選擇對應(yīng)的檢測模式。其次，在檢測過程中，也需要按照檢測流程進(jìn)行。在檢測前應(yīng)先選好氣壓表，以防壓力模式或壓力大小不同造成氣壓表的損壞；在加壓或減壓開始時，應(yīng)緩慢地調(diào)整減壓閥開度，避免過小降低檢測效率或過大導(dǎo)致氣壓沖擊壓力表而損壞表頭；在靜置保壓階段，需要斷開與氣源連接，排除其干擾。

5 結(jié)論

該文基于部分企業(yè)管路檢測現(xiàn)狀，設(shè)計了一種同時適用于正負(fù)壓工作環(huán)境、滿足不同接口和壓力值及檢測精度要求的管路密封檢測設(shè)備。相對于原有的檢測設(shè)備，該檢測設(shè)備結(jié)構(gòu)的集成度高、適用范圍廣并且檢測精度高，將模塊化、精確化和集成化理念與實際應(yīng)用相結(jié)合，能夠大幅提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，為今后繼續(xù)研究管路密封性能檢測技術(shù)的應(yīng)用提供借鑒。

同時，該檢測設(shè)備也存在以下不足：未能完全脫離手工控制實現(xiàn)檢測數(shù)值的數(shù)字化顯示[5]；氣壓表和轉(zhuǎn)換接頭的選擇不能實現(xiàn)自動控制等，還需要在今后的工作中不斷研究和改進(jìn)。