CN114061846B - 一种泄漏率可调的气密性检测模拟实验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种泄漏率可调的气密性检测模拟实验装置及方法。该实验装置，包括加压模块、实验本体和保压模块。实验本体包括法兰、连接件、密封圈、螺栓和螺母。两个法兰通过连接件隔开。连接件的其中一个侧面或两个侧面上设置有多条漏气路径。漏气路径全部或部分不相同。连接件设有漏气路径的侧面与对应的法兰之间设置有密封圈。各漏气路径的内端延伸至密封圈的外侧。密封圈上设置有漏气区域；密封圈能够旋转调节位置，使得漏气区域能够与不同的漏气路径对齐。本发明模拟了设备上真实的漏气情况，并利用皂泡使得漏气情况能够直观观察和测量，从而获取不同类型、尺寸、位置的划痕在不同气压及其他影响因素下的漏气情况与皂泡生成情况的关系。
Description
技术领域
本发明属于工业设备气密性检测领域，具体涉及一种可模拟不同泄漏率的连接件和材料本体存在泄漏点的装置和使用方法，用于泄漏率检验检测的实验装置。
背景技术
气密性是换热器、制冷装置、压力容器等众多有密闭性要求的承压和真空等设备能否正常工作的关键技术指标。在焊接、铆接、法兰、垫片、热（冷）套和螺纹等H存在工艺缺陷，或者在设备本体中存在气孔、夹渣和裂纹等材料缺陷，均可能产生泄漏点，从而降低设备的气密性，导致设备性能下降甚至无法正常使用。
现实中存在的泄漏点通常与连接面或材料本体的设计、材料、加工工艺、安装方法和使用环境不当等因素有关，在设备制造和使用过程中自然形成，泄漏点的形状和产生的原因复杂多样，出现的形式也是不尽相同。一般难以通过人工方法的手段制造不确定的泄漏点。
现有气密性检验检测方法主要有：差压法、皂泡法、压力水检法、流量法、压力改变法、化学元素示踪法、卤素法、氦质谱和氮氢法等，氦质谱检验等大部分气密性检验检测方法能够进行漏率测量，但是不能精确定位漏点所在，并且消耗资源极大。
皂泡法和压力水检法是迄今最传统、最常用的漏点定位方法，通常的做法是：向被检设备内充入正压气体，将一定浓度的肥皂液涂刷在被检设备表面或将被检设备沉入水箱中，通过人工目视或机器视觉的方法，观察被检设备表面是否有气泡产生；若压差足够、漏点较大，则气泡生成特征明显，漏点便可确认。皂泡法和压力水检法简单易行，安全可靠，能确定漏点所在。但气泡的产生、长大和破裂的过程受漏点大小和压差等因素制约，当进行皂泡法实验时，由于其本身因素和周围环境，就会有非漏点原因的气泡生成，这对人工目视和机器定位漏点位置造成了非常大影响与不便，而且皂泡法检漏精度与漏点的结构、气泡所在的表面特性，皂液的浓度、组分、表面张力、重力，以及环境的温度、压力、相对湿度等复杂因素有关，对气泡的观测影响较大。所以，研究气泡的生成机理也对于气密性检验检测具有重要的学术和应用价值。
现有技术中缺少研究皂泡生成情况与漏点实际情况关系的实验设备，这制约了皂泡法的进一步发展。因此，需要设计一种泄漏率可调的气密性检测模拟实验装置，用以帮助研究人员简易、方便地模拟材料本身具有缺陷时的漏点和泄漏率的情况。
发明内容
本发明的目的在于提供一种泄漏率可调的气密性检测模拟实验装置及其使用方法。
本发明一种泄漏率可调的气密性检测模拟实验装置，包括加压模块、实验本体和保压模块。加压模块用于对实验本体和保压模块进行加压。保压模块用于在工作过程中向实验本体持续提供气压。所述的实验本体包括法兰、连接件、密封圈、螺栓和螺母。两个法兰通过连接件隔开。连接件的其中一个侧面或两个侧面上设置有多条漏气路径。漏气路径全部或部分不相同。连接件设有漏气路径的侧面与对应的法兰之间设置有密封圈。各漏气路径的内端延伸至密封圈的外侧。密封圈上设置有漏气区域；密封圈能够旋转调节位置，使得漏气区域能够与不同的漏气路径对齐。
作为优选，所述的加压模块包括依次连接的高压气源、第一截止阀、减压阀、第一稳压容器和第二截止阀。保压模块包括第三截止阀和第二稳压容器。第二稳压容器上设置排气阀。第三截止阀连接在第二稳压容器的通气口上。实验本体的两端开口与第二截止阀、第三截止阀分别通过活接头连接。
作为优选，该实验装置还包括监测模块。所述的监测模块包括第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器、第一温度传感器、数据采集器和计算机测控***。第一压力传感器的检测口连接在减压阀与第一稳压容器之间。第二压力传感器和温度传感器的检测口均连接在第三截止阀与第二稳压容器之间。第三压力传感器的检测口与第二稳压器的内腔连接。第二稳压器上设置有第二温度传感器。第一压力传感器、第二压力传感器、第三压力传感器和第一温度传感器均将检测信号输送至数据采集器。数据采集器与计算机测控***通信。
作为优选，所述的监测模块还包括环境传感器。环境传感器检测所在外界环境的温度、湿度和气压，并传输至数据采集器。
作为优选，两个法兰通过螺栓螺母连接，并调节对连接件的压力。
作为优选，所述法兰和连接件的截面形状相同，均为圆形或多边形。
作为优选，连接件同一侧面上的各漏气路径沿连接件中心轴线周向均布。
作为优选，所述连接件的两个侧面均设置有漏气路径；连接件两个侧面的粗糙度不同。
作为优选，所述的密封圈设置在法兰内侧面上开设的环形凹槽中。
该泄漏率可调的气密性检测模拟实验装置的使用方法，具体步骤如下：
步骤一、在各漏气路径中选择与被研究漏气情况对应的那条漏气路径作为实验路径，旋转调整密封圈的位置，使得密封圈上的漏气区域与实验路径连接；调整实验本体的姿态，使得实验路径的朝向与被研究漏气情况对应；调整两个法兰对连接件的压力至被研究漏气情况对应的状态。
步骤二、加压模块对实验本体和保压模块进行加压。
步骤三、加压完毕后，观察保压模块是否存在气密性问题；若保压模块存在气密性问题，则在实验本体上涂抹肥皂液，保压模块向实验本体提供气流。实验本体内的气体从实验路径处泄漏，产生皂泡，获得被研究漏气情况与皂泡生成情况的关系。
本发明的有益效果为：
1、本发明通过在法兰和连接件的贴合处设置划痕，模拟设备上真实的漏气情况，并利用皂泡使得漏气情况能够直观观察和测量，从而获取不同类型、尺寸、位置的划痕在不同气压及其他影响因素下的漏气情况与皂泡生成情况的关系，基于该关系，即可利用在真实设备漏气处涂抹肥皂液后的皂泡生长情况反推设备内的漏气缺陷情况，实现故障的初步检测。
2、本发明可以通过研究不同重力、压力、倾斜度、湿度和温度下的气泡生成状态来深入研究气泡生成机理，从而为现场作业时漏点识别情况做好充分准备。
附图说明
图1为本发明提供的试验装置的***框图。
图2为本发明中实验本体的剖面示意图。
图3为本发明中连接件的端面示意图。
具体实施方式
以下内容将结合附图对本发明的技术方案进行完整、清晰地描述，本发明包括但不限于这一种类型的技术方案。
如图1所示，一种泄漏率可调的气密性检测模拟实验装置，包括加压模块1、实验本体2、保压模块3和监测模块。加压模块1包括依次连接的高压气源1-1、第一截止阀1-2、减压阀1-3、第一稳压容器1-4和第二截止阀1-5。保压模块3包括第三截止阀3-1和第二稳压容器3-2。第二稳压容器3-2上设置排气阀3-3。排气阀3-3用于在试验结束后快速排气，达到安全结束实验的目的。第三截止阀3-1连接在第二稳压容器3-2的通气口上。实验本体2的两端开口与第二截止阀1-5、第三截止阀3-1分别通过活接头连接，在保证气密性的同时使得安装拆卸过程简单。
监测模块包括第一压力传感器P1、第二压力传感器P2、第三压力传感器P3、第一温度传感器T1、数据采集器U1、环境传感器U2和计算机测控***U3。第一压力传感器P1的检测口连接在减压阀1-3与第一稳压容器1-4之间。第二压力传感器P2和温度传感器的检测口均连接在第三截止阀3-1与第二稳压容器3-2之间。第三压力传感器P3的检测口与第二稳压器的内腔连接。第二稳压器上设置有第二温度传感器。第二温度传感器采用玻璃温度计，设置在第二稳压容器3-2顶部的圆柱状凹槽中。环境传感器U2内集成温度传感器、压力传感器和湿度传感器，该三组传感器组成环境参数，对实验装置的数据进行校准，确保了实验的准确性。第一压力传感器P1、第二压力传感器P2、第三压力传感器P3、第一温度传感器T1和环境传感器U2均将检测信号输送至数据采集器U1。数据采集器U1与计算机测控***U3通信。数据采集器U1主要通过数据线与实验设备的传感器相连，将传感器的数据采集输送到计算机测控***U3，保证***实验参数的实时读取。计算机测控***U3与数据采集器U1通过数据线连接，利用窗口界面软件模拟的参数曲线，记录并保存实验过程中参数的变化情况。
实验本体2包括法兰2-1、连接件2-2、密封圈2-3、螺栓2-4和螺母2-5。两个法兰2-1通过连接件2-2隔开，且四个顶角位置设置螺栓2-4、螺母进行固定，作为调压机构存在。连接件2-2的两侧面与对应的法兰2-1之间均设置有密封圈2-3。密封圈2-3具体采用环形橡胶密封圈。法兰2-1和连接件2-2的截面形状相同，均为圆形或多边形。连接件2-2的非接触面部分制造成不同的粗糙程度，连接件2-2可以使用金属块、塑料和石料等可塑性材料；实验本体2设置多个定位销，保证两个多边形或圆形法兰2-1夹住一个多边形或圆形连接件2-2安装时位置准确；连接件2-2上开设有通孔；两个法兰2-1的相对侧面设置有储气腔。连接件2-2上的通孔和两个法兰2-1的储气腔连通，形成实验腔室2-6。实验本体2的两侧分别设置有圆形进风管2-7和出风管2-8，两个风管通过实验腔室2-6联通。两个风管与两个法兰2-1采用焊接的方式分别连接，以保证密封性。
两个法兰2-1的相对侧面上均开设有环形凹槽；环形凹槽用于放置密封圈2-3。密封圈2-3能够在环形凹槽内旋转调节。密封圈2-3的侧部同一区域开设有若干个漏气口；通过转动密封圈2-3，能够将通气口调整至与连接件2-2上的不同漏气缝对齐的状态，从而有效控制泄漏率大小与泄漏的方向。连接件2-2的两侧面上均开设有沿连接件2-2中心轴线的周向均布的十二条漏气路径2-9。漏气路径2-9的外端延伸至连接件2-2的外边缘，内端延伸至实验腔室2-6；漏气路径2-9的具体形式为划痕。不同漏气路径2-9的宽度、形状不相同。通过调整两个法兰2-1对连接件2-2的压力，密封圈2-3的通气口对应的漏气路径2-9，以及漏气口朝向，可以模拟不同情况下的漏点和泄漏率大小。
高压气源1-1由气体压缩机提供，可以实现常温气体的压缩制取，主要负责为容器内部制造压力环境来满足对漏点的检验方法需求。
减压阀1-3的作用是调整稳压后***内部气压大小；位于气体压缩机与减压阀1-3之间的第一截止阀1-2，用于节流和切断，并保证气密性；位于第一稳压容器1-4与减压阀1-3之间的第一压力表，用于观测压力范围。当需要改变装置重力、倾斜度、表面粗糙度等实验因素时，可以松开活接头与第二、第三截止阀3-1的连接，将中间的连接件2-2部分进行旋转或将实验本体2的可旋转式密封圈进行旋转。
该泄漏率可调的气密性检测模拟实验装置的使用方法，具体步骤如下：
步骤一、在各漏气路径2-9中选择与被研究漏气情况对应的那条漏气路径2-9作为实验路径，旋转调整密封圈2-3的位置，使得密封圈2-3上的各漏气口与实验路径连接；调整实验本体2的姿态，使得实验路径的朝向与被研究漏气情况对应；调整两个法兰2-1对连接件2-2的压力至被研究漏气情况对应的状态。
此时，若实验腔室2-6内气压大于外界标准大气压，则部分气体会从橡胶密封圈的小型通气孔中泄漏出去，经过连接件2-2上实验路径漏出后形成气流，达到模拟研究漏气情况的实验效果，漏气的程度根据提前涂抹肥皂液的实验本体2上产生的皂泡确定。
步骤二、利用高压气源1-1向实验本体2内部通入高压气体，高压气源1-1由气体压缩机提供，可以实现常温气体的压缩制取，为实验***制造一个高于大气压的压力环境。高压气体依次经过第一截止阀1-2、减压阀1-3、第一压力传感器P1、第二截止阀1-5后进入第一稳压容器1-4。截止阀、减压阀1-3、压力传感器分别用于维持压力、读取压力参数以及检测装置气密性，方便研究一定压力范围内材料本身缺陷处的皂泡发生情况，减压阀1-3可以有效控制气体压缩机送入的气体量，达到一定程度控制泄漏率的目的；
步骤三、高压气体的通入使得实验本体2的实验腔室2-6以及第二稳压容器3-2内的气压不断上升。由于气压效应，气体不断往装置中气压小的部分运动，当***内压力环境达到设定值时，关闭高压气源1-1和所有截止阀，使得实验本体2与两个稳压容器均断开。
步骤四、静置实验装置2小时，观察计算机测控***U3的数据情况，观察第二压力容器气压变化是否超过设定值，若超过则说明实验装置整体气密性差，需要检查装置气密性修复问题并且重新进行步骤二和三进行检验。若没有超出，则在实验本体2上涂抹肥皂液后，打开第三截止阀3-1使第二稳压容器3-2内的气体通入实验本体2开始实验。
步骤五、高压气体通过第二稳压容器3-2进入实验本体2中，实验本体2的实验路径处开始漏气；由于实验本体2上涂抹有肥皂液，故实验路径将产生皂泡；从而获得不同类型、尺寸、位置的划痕在不同气压及其他影响因素下的漏气情况与皂泡生成情况的关系。
同时，第二压力传感器P2和第一温度传感器T1开始检测实验本体2与第二稳压容器3-2之间的管路中的气压和温度，二者通过数据线将读取到的压力和温度参数传输至数据采集器U1，获取第二稳压容器3-2压力变化与气体泄漏的关系曲线。
环境传感器U2检测环境温度、压力和湿度，三者组成环境变量，经由数据采集器U1将数据送入计算机测控***U3，使得实验设备的数据具有准确性。计算机测控***U3利用界面软件模拟离散化的参数曲线，记录并保存实验过程中参数的变化情况读取实验装置内部气压、温度变换情况，生成实验过程中参数日志，记录不同压力、温度、湿度环境下对泄漏率的影响情况。
第二稳压容器3-2上的第三压力传感器P3和第二温度传感器检测到的数据通过数据采集器U1进入计算机测控***U3，其目的是较为准确了解当前***内部气压和***温度，保证实验过程的准确性和安全性，防止压力过高带来的风险。
步骤六、实验结束后，开启第二稳压容器3-2上的排气阀3-3，快速为第二稳压容器3-2减压，使得实验安全快速地结束。
Claims (9)
1.一种泄漏率可调的气密性检测模拟实验装置，包括加压模块（1）、实验本体（2）和保压模块（3）；其特征在于：所述的加压模块（1）用于对实验本体（2）和保压模块（3）进行加压；保压模块（3）用于在工作过程中向实验本体（2）持续提供气压；所述的实验本体（2）包括法兰（2-1）、连接件（2-2）、密封圈（2-3）、螺栓（2-4）和螺母；两个法兰（2-1）通过连接件（2-2）隔开；连接件（2-2）的其中一个侧面或两个侧面上设置有多条漏气路径（2-9）；漏气路径（2-9）全部或部分不相同；连接件（2-2）设有漏气路径（2-9）的侧面与对应的法兰（2-1）之间设置有密封圈；密封圈（2-3）上设置有漏气区域；密封圈（2-3）能够旋转调节位置，使得漏气区域能够与不同的漏气路径（2-9）对齐；两个法兰（2-1）通过螺栓螺母连接，并调节对连接件（2-2）的压力。
2.根据权利要求1所述的一种泄漏率可调的气密性检测模拟实验装置，其特征在于：所述的加压模块（1）包括依次连接的高压气源（1-1）、第一截止阀（1-2）、减压阀（1-3）、第一稳压容器（1-4）和第二截止阀（1-5）；保压模块（3）包括第三截止阀（3-1）和第二稳压容器（3-2）；第二稳压容器（3-2）上设置排气阀（3-3）；第三截止阀（3-1）连接在第二稳压容器（3-2）的通气口上；实验本体（2）的两端开口与第二截止阀（1-5）、第三截止阀（3-1）分别通过活接头连接。
3.根据权利要求2所述的一种泄漏率可调的气密性检测模拟实验装置，其特征在于：还包括监测模块；所述的监测模块包括第一压力传感器（P1）、第二压力传感器（P2）、第三压力传感器（P3）、第一温度传感器（T1）、数据采集器（U1）和计算机测控***（U3）；第一压力传感器（P1）的检测口连接在减压阀（1-3）与第一稳压容器（1-4）之间；第二压力传感器（P2）和温度传感器的检测口均连接在第三截止阀（3-1）与第二稳压容器（3-2）之间；第三压力传感器（P3）的检测口与第二稳压器的内腔连接；第二稳压器上设置有第二温度传感器；第一压力传感器（P1）、第二压力传感器（P2）、第三压力传感器（P3）和第一温度传感器（T1）均将检测信号输送至数据采集器（U1）；数据采集器（U1）与计算机测控***（U3）通信。
4.根据权利要求3所述的一种泄漏率可调的气密性检测模拟实验装置，其特征在于：所述的监测模块还包括环境传感器（U2）；环境传感器（U2）检测所在外界环境的温度、湿度和气压，并传输至数据采集器（U1）。
5.根据权利要求1所述的一种泄漏率可调的气密性检测模拟实验装置，其特征在于：所述法兰（2-1）和连接件（2-2）的截面形状相同，均为圆形或多边形。
6.根据权利要求1所述的一种泄漏率可调的气密性检测模拟实验装置，其特征在于：连接件（2-2）同一侧面上的各漏气路径（2-9）沿连接件（2-2）中心轴线周向均布。
7.根据权利要求1所述的一种泄漏率可调的气密性检测模拟实验装置，其特征在于：所述连接件（2-2）的两个侧面均设置有漏气路径（2-9）；连接件（2-2）两个侧面的粗糙度不同。
8.根据权利要求1所述的一种泄漏率可调的气密性检测模拟实验装置，其特征在于：所述的密封圈设置在法兰（2-1）内侧面上开设的环形凹槽中。
9.一种泄漏率可调的气密性检测模拟实验方法，其特征在于：使用如权利要求1-8中任意一项所述的泄漏率可调的气密性检测模拟实验装置；该方法具体如下：
步骤一、在各漏气路径（2-9）中选择与被研究漏气情况对应的那条漏气路径（2-9）作为实验路径，旋转调整密封圈（2-3）的位置，使得密封圈（2-3）上的漏气区域与实验路径连接；调整实验本体（2）的姿态，使得实验路径的朝向与被研究漏气情况对应；调整两个法兰（2-1）对连接件（2-2）的压力至被研究漏气情况对应的状态；
步骤二、加压模块（1）对实验本体（2）和保压模块（3）进行加压；
步骤三、加压完毕后，观察保压模块（3）是否存在气密性问题；若保压模块（3）存在气密性问题，则在实验本体（2）上涂抹肥皂液，保压模块（3）向实验本体（2）提供气流；实验本体（2）内的气体从实验路径处泄漏，产生皂泡，获得被研究漏气情况与皂泡生成情况的关系。
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