瓶閥氣密性泄漏定量檢測裝置的設(shè)計(jì)

嚴(yán)榮杰，陳志清，王娟，柴軍

(寧波志清實(shí)業(yè)有限公司，浙江寧波 315600)

常用的壓差檢測法［1－7］是一種通過測量被測工件內(nèi)部壓力變化來計(jì)算得到工件泄漏量的檢測方法，壓差傳感器一端接被測物體，另一端接基準(zhǔn)物(基準(zhǔn)物近似認(rèn)為是不漏的)，對基準(zhǔn)物與被測物兩邊同時(shí)充入相同壓力的氣體，使得壓差傳感器兩端平衡;接著關(guān)閉閥門隔離基準(zhǔn)物與被測物，如果被測物存在一定的泄漏，即使是很微小的泄漏，壓差傳感器的兩端也將出現(xiàn)壓差，壓差傳感器將產(chǎn)生一個(gè)與泄漏量相關(guān)的輸出信號，壓差檢漏儀將這一信號檢出并計(jì)算出被測物的具體泄漏量。文中借鑒壓差檢測原理設(shè)計(jì)的氣密性泄漏定量檢測裝置實(shí)現(xiàn)對任意開啟狀態(tài)下的瓶閥定量泄漏氣密性檢測，具有測試精度高、測試周期短、成本低廉的效果并實(shí)現(xiàn)在線批量檢測。

1 檢測裝置的檢測原理

檢測裝置整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括機(jī)架、密封裝置、下壓裝置、傳感器、高壓氣體裝置、側(cè)封堵裝置等［8］，如圖1所示。該檢測裝置按照壓差原理將密封裝置作為基準(zhǔn)物，任意開啟狀態(tài)下的瓶閥作為被測物，通過將任意開啟狀態(tài)下的瓶閥安裝在帶密封腔的密封裝置(基準(zhǔn)物)中并對任意開啟狀態(tài)下的瓶閥(被測物)出口封堵后，通過高壓氣體裝置向任意開啟狀態(tài)下的瓶閥進(jìn)氣口充入規(guī)定壓力的氣體，壓差傳感器檢測密封裝置密封腔內(nèi)的壓差變化，產(chǎn)生一個(gè)與泄漏量相關(guān)的輸出信號，壓差檢漏儀將這一信號檢出并計(jì)算出被測物的具體泄漏量。

圖1 檢測裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖

2 檢測裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 密封裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

密封裝置主要包括腔體、閥座、腔體密封圈、側(cè)封堵裝置、閥座密封圈以及密封腔體，如圖2所示。

圖2 局部放大示意圖

2.1.1 腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

腔體結(jié)構(gòu)主要包括上腔體、下腔體、通孔、出氣孔、進(jìn)氣孔、側(cè)封堵密封槽等，如圖3所示。

圖3 腔體結(jié)構(gòu)示意圖

上腔體與下壓裝置連接，上腔體通過下壓裝置傳動壓緊下腔體且通過腔體密封圈密封;下腔體安裝在機(jī)架上，閥座緊配合在下腔體內(nèi)并通過閥座密封圈密封，閥座的下端設(shè)有與任意開啟狀態(tài)下的瓶閥內(nèi)腔連通的通氣孔，通氣孔與高壓氣體裝置連接，檢測中用閥座密封圈對任意開啟狀態(tài)下的瓶閥(被測物)進(jìn)氣口進(jìn)行密封。側(cè)封堵裝置位于腔體的側(cè)部，腔體的側(cè)壁上設(shè)有供側(cè)封堵裝置堵頭通過通孔，側(cè)封堵密封槽處的密封圈與腔體密封，腔體的側(cè)壁上還設(shè)有與密封腔連通的出氣孔，出氣孔與傳感器連接且密封。

從圖3腔體結(jié)構(gòu)示意圖可知:閥座密封圈用于密封任意開啟狀態(tài)下的瓶閥進(jìn)氣口和閥座，腔體密封圈用于密封上腔體和下腔體，側(cè)封堵裝置用于封堵任意開啟狀態(tài)下的瓶閥的出氣口，下壓裝置用于壓緊上腔體和下腔體及密封裝置內(nèi)任意開啟狀態(tài)下的瓶閥，使任意開啟的任意開啟狀態(tài)下的瓶閥內(nèi)腔與密封裝置密封腔不連通。此種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單，避免任意開啟狀態(tài)下的瓶閥的內(nèi)腔內(nèi)的氣體及腔體內(nèi)氣體外泄漏，密封效果好，操作方便。

2.1.2 側(cè)封堵裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

側(cè)封堵裝置結(jié)構(gòu)主要包括側(cè)封堵氣缸、彈簧擋塊、側(cè)封堵彈簧、壓緊套、堵頭、堵頭密封圈及側(cè)封堵外密封圈等，如圖4所示。

圖4 側(cè)封堵裝置結(jié)構(gòu)示意圖

側(cè)封堵氣缸安裝在機(jī)架上且位于腔體的側(cè)部，堵頭固定在側(cè)封堵氣缸活塞的端部上，堵頭自由端設(shè)有對壓緊套軸向限位的凸臺，堵頭端部上設(shè)有密封圈用于密封封堵任意開啟狀態(tài)下的瓶閥出氣口。彈簧擋塊設(shè)在堵頭的連接端，側(cè)封堵彈簧套合在堵頭傳動桿上且該側(cè)封堵彈簧抵在壓緊套和彈簧擋塊之間，壓緊套滑動套合在堵頭傳動桿上。腔體側(cè)壁的通孔處設(shè)有側(cè)封堵密封槽，用于壓緊套端部的側(cè)封堵外密封圈進(jìn)行密封。

從圖4可看出:側(cè)封堵裝置需要封堵任意開啟狀態(tài)下瓶閥的出氣口，通過啟動側(cè)封堵氣缸，側(cè)封堵氣缸活塞向密封腔方向運(yùn)動，隨著活塞的運(yùn)動壓緊套的端面會抵在腔體側(cè)壁側(cè)封堵密封槽，由于壓緊套端部設(shè)有側(cè)封堵外密封圈，因此密封腔內(nèi)的氣體不會從壓緊套與腔體的連接處漏出，又由于壓緊套滑動套合在堵頭傳動桿上，因此，活塞繼續(xù)運(yùn)動，側(cè)封堵彈簧被壓縮，堵頭通過腔體側(cè)壁上的通孔伸入到密封腔內(nèi)的任意開啟狀態(tài)下的瓶閥的出口處并通過堵頭端部的堵頭密封圈進(jìn)行密封，因此，任意開啟狀態(tài)下的瓶閥內(nèi)的氣體不會從任意開啟狀態(tài)下的瓶閥的出口處與堵頭之間漏出，結(jié)構(gòu)簡單，密封效果好。

2.1.3 下壓裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

下壓裝置結(jié)構(gòu)主要包括下壓氣缸、固定板、下壓彈簧及滑動板、下壓模柄及模柄密封圈等，如圖5所示。

圖5 下壓裝置結(jié)構(gòu)示意圖

下壓氣缸安裝在機(jī)架上且位于腔體的上方，下壓氣缸活塞底部固定在固定板上。滑動板固定在上腔體上端上，下壓模柄的上端固定在固定板的下端，下壓模柄的下端貫通滑動板及上腔體上壁且下壓模柄滑動配合在滑動板及上腔體上壁上。下壓模柄的下端設(shè)計(jì)成與任意開啟狀態(tài)下的瓶閥手輪形狀相似結(jié)構(gòu)，能對任意開啟狀態(tài)下的瓶閥手輪進(jìn)行定位，使得下壓模柄能對任意開啟狀態(tài)下的瓶閥在垂直方向上進(jìn)行準(zhǔn)確施力。下壓模柄的下端限位在密封腔內(nèi)，下壓模柄與上腔體上壁之間通過模柄圈密封;下壓彈簧套在下壓模柄外傳動桿上且該下壓彈簧抵在固定板和滑動板之間。

分析圖5可知:下壓裝置的兩側(cè)均設(shè)有導(dǎo)桿，滑動板的兩端均設(shè)有導(dǎo)套，導(dǎo)套一一對應(yīng)地滑動配合在導(dǎo)桿上。下壓氣缸活塞向下運(yùn)動時(shí)，下壓模柄向下運(yùn)動，位于固定板與滑動板之間的下壓彈簧被壓縮，利用下壓彈簧的壓力使上腔體壓緊下腔體，又由于上腔體與下腔體之間存在腔體密封墊，使得腔體內(nèi)的氣體不會從上腔體與下腔體之間漏出;當(dāng)上腔體完全壓緊下腔體之后，由于下壓彈簧套在下壓模柄外傳動桿上，因此下壓模柄仍舊會繼續(xù)向下運(yùn)動，從而壓緊密封腔內(nèi)的任意開啟狀態(tài)下的瓶閥，對任意開啟狀態(tài)下的瓶閥進(jìn)行定位，結(jié)構(gòu)簡單，密封效果好。

2.2 傳感器的選型

壓差信號的采集是整個(gè)壓差泄漏檢測系統(tǒng)的核心，因此壓差變送器的選型就顯得至關(guān)重要。壓差變送器選型時(shí)需要考慮的因素較多，但主要有以下幾點(diǎn):(1)檢測的精度;(2)檢測的環(huán)境及壓力條件;(3)檢測的穩(wěn)定性;(4)成本價(jià)格。其中精度是傳感器最為重要的性能指標(biāo)，對其他因素的考慮必需在傳感器的檢測精度滿足檢測條件的基礎(chǔ)上進(jìn)行。該檢測裝置最高檢測壓力要求為2.4 MPa，精度等級為1.6。根據(jù)上述的設(shè)計(jì)要求，從當(dāng)前比較有競爭力的幾個(gè)壓差傳感器生產(chǎn)商中選擇了幾個(gè)滿足基本條件的傳感器，如表1所示。

表1 滿足基本條件的傳感器參數(shù)

根據(jù)對上述傳感器的對比分析，綜合考慮了精度、價(jià)格、量程、耐壓能力、穩(wěn)定性，最后選擇美國艾默生旗下羅斯蒙特公司2051系列智能型和低功耗型壓差變送器。

3 檢測裝置的工作過程

初始狀態(tài)時(shí)，檢測裝置的上腔體和下腔體打開，側(cè)封堵裝置的堵頭退出上腔體的通孔。使用時(shí)，將任意開啟狀態(tài)下的瓶閥放入下腔體內(nèi)的閥座上，然后啟動下壓氣缸，下壓氣缸向下運(yùn)動使上腔體壓緊上腔體上的密封圈，使得上腔體和下腔體合攏壓緊密封，此后下壓氣缸再向下運(yùn)動，彈簧被壓縮，下壓模柄繼續(xù)向下運(yùn)動，下壓模柄下端會壓在任意開啟狀態(tài)下的瓶閥的手輪的頂部，使得任意開啟狀態(tài)下的瓶閥下端壓緊在閥座密封圈上;然后啟動側(cè)封堵氣缸，壓緊套端部伸入側(cè)封堵密封槽內(nèi)且壓緊套端部抵在側(cè)封堵密封槽上，此時(shí)，側(cè)封堵氣缸的活塞繼續(xù)向密封腔方向運(yùn)動，堵頭就會通過通孔伸入到密封腔內(nèi)的任意開啟狀態(tài)下的瓶閥的出口處以堵住任意開啟狀態(tài)下的瓶閥出口，側(cè)封堵彈簧被壓縮;高壓氣體裝置的出氣管伸入通氣孔中，傳感器通氣管伸入出氣孔中，高壓氣體裝置向任意開啟狀態(tài)下的瓶閥內(nèi)腔通入高壓氣體，傳感器檢測密封腔內(nèi)的壓差。此時(shí)，若傳感器檢測到密封腔內(nèi)有壓差，那么所檢測的任意開啟狀態(tài)下的瓶閥的閥體與閥帽的螺紋連接處存在漏氣現(xiàn)象;相反，則不存在漏氣現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

任意開啟狀態(tài)下的瓶閥開啟時(shí)高壓氣密性檢測方法是利用氣體流量公式進(jìn)行檢測，獲得與泄漏量相關(guān)的壓差參數(shù)，然后將這些相關(guān)參數(shù)通過一定關(guān)系式轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的定量泄漏量值。這種檢測方法受主觀因素影響小，檢測周期短，檢測精度高，檢測穩(wěn)定性好，并且易于實(shí)現(xiàn)自動控制、自動報(bào)警等優(yōu)點(diǎn)，適用于企業(yè)在線批量檢測。

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