防水透氣閥對設(shè)備內(nèi)部凝露影響分析

包凌杰，秦星星

(長園深瑞繼保自動化有限公司，廣東 深圳 518057)

在戶外密封設(shè)備應(yīng)用中，由于天氣變化等各種原因，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)外產(chǎn)生長期循環(huán)變化的壓差，形成呼吸效應(yīng)，加大設(shè)備封面膠條失效導(dǎo)致進水的風險及影響。在設(shè)備上設(shè)計防水透氣閥，可以達到平衡氣壓的作用。在諸多的研究及分析論證中，對于防水透氣閥，重點關(guān)注其透氣量、防水、鹽霧性能等環(huán)境適應(yīng)性能，而忽視了重要的一點，就是其透氣性能對裝置內(nèi)部自然凝露所造成的影響。

1 防水透氣閥介紹

防水透氣閥利用氣體分子與液體及灰塵顆粒的體積大小數(shù)量級差，讓氣體分子通過，而液體、灰塵無法通過，從而實現(xiàn)防水透氣達到平衡內(nèi)外氣壓的作用，同時具有防水、防塵、防鹽霧等特點，可以在戶外惡劣環(huán)境下長期可靠工作。防水透氣閥的設(shè)計方法一般先根據(jù)設(shè)備腔體大小，外部氣壓變化范圍及變化速率，選擇適配的透氣量及透氣速率；最后根據(jù)現(xiàn)場應(yīng)用環(huán)境，選擇防水透氣閥的防鹽霧、IP 等級等特性需求。

2 設(shè)備內(nèi)部凝露理論分析

2.1 防水透氣閥的透氣性能

防水透氣膜最小可以捕捉到0.1 微米的顆粒。它使水分等液體無法通過的同時，允許空氣包括水蒸氣順利通過。從理論上來說，裝有防水透氣閥設(shè)備的外部濕度增大后內(nèi)部濕度也會增大，會增加凝露的風險。

2.2 密閉腔體凝露位置

空氣凝露的原理主要是因為空氣中的水蒸氣飽和，溫度再持續(xù)降低的情況下，空氣無法容納的水蒸氣形成凝露。所以，對于密閉腔體，凝露位置一般發(fā)生在溫度隨外部空氣溫度變化最快的位置。主要包括內(nèi)部箱壁，與外部連接的線纜處。

3 凝露影響試驗驗證

試驗以智能電網(wǎng)就地化保護裝置為試驗對象，該設(shè)備應(yīng)用于戶外，使用硅膠密封結(jié)構(gòu)，使用帶防水透氣閥及不帶防水透氣閥兩種設(shè)備進行對比驗證。

3.1 裝置氣密性檢測

該實驗主要是驗證在密封裝置在內(nèi)外壓差的情況下是否存在氣體交換。

試驗方法：使用不帶防水透氣閥設(shè)備，檢測密封膠條安裝，排除安裝問題。用空壓機對設(shè)備加壓至穩(wěn)定值，壓力值分別設(shè)置為：1kPa,5kPa,10kPa,20kPa,50kPa，保持時間1min，觀察漏氣量。設(shè)置保持時間5min，重復(fù)上述試驗，觀察漏氣量，試驗結(jié)果如表1。

表1 氣密測試結(jié)果

試驗結(jié)論：使用膠條進行密封且未安裝防水透氣閥的設(shè)備，在長期內(nèi)外壓差的情況下，水蒸氣仍然可以通過膠條連接處進入設(shè)備內(nèi)部。漏氣量與壓差大小及時間有關(guān)。

3.2 水蒸氣穿透試驗

驗證帶與不帶防水透氣閥的設(shè)備，在外部濕度變化的情況下，設(shè)備內(nèi)部濕度變化及凝露情況。

試驗方法：使用帶及不帶防水透氣閥的兩套設(shè)備進行對比試驗，置于高低溫濕熱試驗箱中，外接透明管連接呼吸模擬器，呼吸模擬器按周期5 秒循環(huán)進行加正/負壓，加速模擬自然界氣壓變化。

通過設(shè)備內(nèi)部濕度傳感器遠程監(jiān)控內(nèi)部濕度變化。通過試驗箱外部的透明氣管，可以模擬裝置在溫度下降時的凝露情況（試驗箱外部空氣溫度低于內(nèi)部空氣溫度）。

設(shè)備放置到高低溫箱（初始溫度55℃，98%RH），設(shè)備上電，啟動濕度監(jiān)測；放置2h 后啟動呼吸模擬器，循環(huán)施加正負壓力；3h 后將溫箱濕度降至30%RH，4h 后實驗結(jié)束。試驗過程中觀察設(shè)備內(nèi)部濕度變化情況及凝露情況，試驗結(jié)果圖1。

圖1 不帶防水透氣閥內(nèi)部濕度曲線

試驗結(jié)果看出：啟動呼吸模擬后，設(shè)備內(nèi)部濕度緩慢上升，減小設(shè)備外部濕度后，設(shè)備內(nèi)部濕度緩慢下降。

帶防水透氣閥的設(shè)備啟動呼吸模擬后，設(shè)備內(nèi)部濕度迅速上升，減小設(shè)備外部濕度后，設(shè)備內(nèi)部濕度迅速下降（如圖2）。

不帶防水透氣閥設(shè)備凝露模擬情況（與內(nèi)部相連的透明氣管，因為試驗箱外部空氣比內(nèi)部空氣低而產(chǎn)生凝露），產(chǎn)生凝露后降低設(shè)備外部濕度，凝露狀態(tài)基本不變，無減少跡象（如圖3）。

圖2 帶防水透氣閥內(nèi)部濕度曲線

圖3 不帶防水透氣閥凝露情況

圖4 帶防水透氣閥凝露情況

帶防水透氣閥的設(shè)備同樣會形成凝露，凝露量目測與不帶防水透氣閥設(shè)備一致；在減小外部濕度后（3h），部分凝露已經(jīng)揮發(fā)，有明顯減少趨勢（如圖4）。

試驗結(jié)論：（1）在有呼吸作用的情況下，水蒸氣可以通過防水透氣閥快速進入及排出設(shè)備。未安裝防水透氣閥的設(shè)備同樣會有水蒸氣進入，速度相對較緩。（2）設(shè)備內(nèi)部空氣在局部溫度變低的地方都會形成凝露，帶有防水透氣閥的設(shè)備在外部濕度下降的情況下凝露會較為迅速地蒸發(fā)并排出。未帶防水透氣閥的設(shè)備內(nèi)部濕度變化非常緩慢，凝露蒸發(fā)速度也比有防水透氣閥裝置慢（試驗中無蒸發(fā)跡象）。

4 結(jié)語

經(jīng)過理論分析及試驗結(jié)果表明，加裝防水透氣閥，將使密封設(shè)備內(nèi)部濕度迅速跟隨外部濕度變化，在凝露情況不可避免的情況下，可以迅速排出凝露，將凝露量控制在較小范圍而不影響設(shè)備運行。而不帶防水透氣閥的設(shè)備由于凝露的長期累積對設(shè)備可靠性運行產(chǎn)生較大風險。所以，對于戶外運行的設(shè)備，加裝防水透氣閥有利于長期可靠運行，同時設(shè)計時應(yīng)該注意箱壁及與外部連接線纜的可靠性處理。