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CN107340101B - 一种密封装置气体微泄漏检测装置及方法 - Google Patents

一种密封装置气体微泄漏检测装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种密封装置气体微泄漏评价装置及方法，属于密封装置泄漏测试领域。本发明的装置包括腔体、密封装置、抽真空设备、真空表、真空显示器和电脑。腔体和密封装置通过连接接头连接，腔体和真空表通过连接接头连接，腔体和抽真空设备通过连接接头连接。真空表和真空显示器通过电缆连接，真空显示器和电脑通过电缆连接。连接接头上有截止阀。抽真空设备和电脑通过电缆连接。电脑安装有真空度测试及分析软件和抽真空控制软件。还公开基于气体微泄漏评价装置实现的一种密封装置气体微泄漏评价方法。本发明提供一种用于密封装置密封性能测试、评价的装置及方法，具有测试精度高、灵敏度高、灵敏度可调的优点，能够对微泄漏情况给出定量结果。

Description

一种密封装置气体微泄漏检测装置及方法
技术领域
本发明涉及一种密封装置气体微泄漏检测装置及方法，尤其是涉及一种应用于航空发动机的密封装置气体微泄漏检测装置及方法，属于密封装置泄漏测试及评价方法领域。
背景技术
在航空发动机密封技术研究、密封装置研制及生产中，均涉及到密封性能评价问题,特别是要对密封装置(如端面密封装置、圆周密封装置等)的气密特性进行检测及试验。开展密封装置气密特性检测及试验工作，现有技术主要是采用数气泡的方法来评价密封性能，在规定时间内气泡数不超过约定的个数认为产品密封性能合格(如某型号的航空发动机密封装置要求在5分钟内气泡数目低于10个)。此检测及试验方法对应的装置包括：标准起源、标准气罐、标准空气滤、标准开关、标准压力表1、标准压力表2、进气端密封腔体、密封装置、出气端密封腔体、连接管、烧杯，见图1。
数气泡的方法以及对应的装置在评价密封装置泄漏情况时存在测试精度不够高的问题，如不同的密封装置或相同装置在不同条件下气泡大小不同，气泡个数仅能给出定性的泄漏状态评价，而不能够给出准确的泄漏量数值。
随着航空发动机技术的进步，对密封装置的研制和生产及其试验技术研究提出更高的要求。航空发动机密封领域中，在提高密封性能的技术研究方面以及研制和生产微泄漏密封装置方面的需求日益显现出来。这些需求客观上要求研究微泄漏量、高精度测试方法及装置，并应用此方法及装置对密封装置的性能进行评价。
发明内容
本发明公开的一种密封装置气体微泄漏检测装置及方法要解决的技术问题是提供一种用于航空发动机密封装置密封性能测试装置及方法，具有测试精度高、灵敏度高、灵敏度可调的优点，且能够对微泄漏情况给出定量结果。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
本发明公开的一种密封装置气体微泄漏检测装置包括腔体、密封装置、抽真空设备、真空表、真空显示器和电脑。所述的腔体和密封装置通过连接接头连接，所述的腔体和真空表通过连接接头连接，所述的腔体和抽真空设备通过连接接头连接。所述的真空表和真空显示器通过电缆连接，所述的真空显示器和电脑通过电缆连接。所述的连接接头上有截止阀。所述的抽真空设备和电脑通过电缆连接。所述的电脑安装有真空度测试及分析软件和抽真空控制软件。
所述的真空度测试及分析软件具有如下两个功能：(一)做出真空度-时间关系曲线，存储真空度以及对应时间的数据文件；针对真空度-时间曲线进行特征计算以及提取，特征计算以及提取包括曲线拟合功能，切线斜率、割线斜率、曲边梯形面积计算功能，并以所述特征参数考察及评价密封装置的密封性能。(二)在选定时间段内气体泄漏率(摩尔/秒)的计算功能。
所述的抽真空控制软件具有如下功能：由抽真空控制软件发出命令,控制抽真空设备将腔体内的空气经过连接接头排出腔外。
基于本发明公开的一种密封装置气体微泄漏评价装置实现的一种密封装置气体微泄漏评价方法，工作时，打开连接接头上的截止阀，打开电脑上安装的抽真空控制软件，由抽真空控制软件控制抽真空设备将腔体内的空气经过连接接头排出腔外。当真空显示器显示真空度为预设压力值时，关闭连接接头上的截止阀，确保气体不会反向流入。腔体外部空气仅由密封装置的端面密封面和圆周密封面通过泄漏进入腔体，从而引起真空度的变化，采用真空度的方法来测试及评价密封装置的密封性能，所述的端面密封面和圆周密封面即为泄漏进气口。运行电脑的密封装置评价用真空度测试及分析软件，记录真空度与时间的关系曲线及对应数据。测试时间的长度依据航空发动机密封装置试验要求确定。以真空度与时间的关系曲线提取特征参数对航空发动机密封装置密封特性进行测试和评价。
所述的真空显示器显示真空度预设压力值优选为0.008Pa。
所述的采用真空度的方法来测试及评价密封装置的密封性能，具体实现方法如下：依据真空度与时间的关系曲线计算得到预设时间内任意时间段的泄漏量。所述的真空度与时间的关系曲线是依据试验数据经过拟合得到的,即真空度P与时间t的关系式为P＝f(t)，依据试验数据经过拟合得到试验过程中腔体内部气体温度T与时间t的关系为T＝Ф(t)。据此得到t1到t时间段内经过密封装置端面密封面及圆周密封面泄漏到腔体1内的泄漏率(单位以摩尔/秒表示)如式1)所示。
Figure GDA0002514629210000031
式1)中
Figure GDA0002514629210000032
Figure GDA0002514629210000033
将式2)和3)代入式1)，得到式4)
Figure GDA0002514629210000034
依据式4)结合试验数据得到密封装置的泄漏率。
所述的依据真空度与时间的关系曲线计算得到预设时间内任意时间段的泄漏量，为航空发动机密封装置的研制提供定量的泄漏量数据，进而评价拟安装于航空发动机密封装置的泄漏性能优劣,并为不同生产厂家和不同批次产品安装上发动机的选择提供定量参考。
在温度保持不变的条件下，由于现有密封泄漏方法在水容器中能够观察到气泡，为便于对比，设定对应现有密封泄漏评价方法泄漏一个气泡的体积，根据不同腔体的容积和现有密封泄漏方法泄漏一个气泡的体积计算得到真空度结果表。不同腔体的容积，在均对应现有密封泄漏评价方法一个气泡体积条件下，真空度变化值不同，容积越大，真空度变化越小；反之容积越小，真空度变化越大。针对不同航空发动机密封装置选择恰当的腔体容积能够实现泄漏量测试的灵敏度可调，调节出恰当的灵敏度并给出高精度的泄漏量测试结果。
有益效果：
1、本发明公开的一种密封装置气体微泄漏检测装置，具有结构简单，易于实现的优点。
2、与现有数气泡的密封泄漏评价方法相比，本发明公开的一种密封装置气体微泄漏检测装置及方法，基于测试得到的真空度-时间关系曲线能够定量评价密封装置的优劣，此外，针对不同航空发动机密封装置选择恰当的腔体容积能够实现泄漏量测试的灵敏度可调，具有测试精度高、灵敏度高、灵敏度可调的优点，且能够对微泄漏情况给出定量结果。
3、本发明公开的一种密封装置气体微泄漏检测装置及方法，能够对航空发动机密封装置微泄漏情况给出定量结果，对航空发动机密封装置的研制、测试、评价将有积极的支撑作用，也能够给航空发动机配件(密封装置)装机提供一个有效的性能比较手段及方法，用此装置及方法来评价拟安装于航空发动机密封装置的泄漏性能优劣,并为不同生产厂家和不同批次产品安装上发动机的选择提供定量参考。
附图说明
图1为背景技术中密封装置现有泄漏测试方法及对应的装置；
图2为本发明公开的一种密封装置气体微泄漏检测装置示意图。
具体实施方式
为了更好地说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
实施例1：
如图2所示，本实施例公开的一种密封装置气体微泄漏检测装置包括腔体1、密封装置2、抽真空设备5、真空表7、真空显示器9和电脑14。真空表7、真空显示器9采用成都正华电子仪器有限公司生产的微机型数显复合真空计，编号为ZDF-X-LED。所述的腔体1和密封装置2通过连接接头8连接，所述的腔体1和真空表7通过连接接头6连接，所述的腔体1和抽真空设备5通过连接接头3连接。所述的真空表7和真空显示器9通过电缆10连接，所述的真空显示器9和电脑14通过电缆11连接。所述的连接接头3上有截止阀。所述的抽真空设备5和电脑14通过电缆12连接。所述的电脑14安装有真空度测试及分析软件和抽真空控制软件。
所述的真空度测试及分析软件具有如下两个功能：(一)做出真空度-时间关系曲线，存储真空度以及对应时间的数据文件；针对真空度-时间曲线进行特征计算以及提取，特征计算以及提取包括曲线拟合功能，切线斜率、割线斜率、曲边梯形面积计算功能，并以所述特征参数考察及评价密封装置的密封性能。(二)在选定时间段内气体泄漏率(摩尔/秒)的计算功能。
所述的抽真空控制软件具有如下功能：由抽真空控制软件发出命令,控制抽真空设备5将腔体1内的空气经过连接接头3排出腔外。
基于本发明公开的一种密封装置气体微泄漏检测装置实现的一种密封装置气体微泄漏检测方法，工作时，打开连接接头3上的截止阀，打开电脑14上安装的抽真空控制软件，由抽真空控制软件控制抽真空设备5将腔体1内的空气经过连接接头3排出腔外。当真空显示器9显示真空度为0.008Pa时，关闭连接接头3上的截止阀，确保气体不会反向流入。腔体1外部空气仅由密封装置2的端面密封面和圆周密封面通过泄漏进入腔体1，从而引起真空度的变化，采用真空度的方法来测试及评价密封装置的密封性能，所述的圆周密封面及端面密封面即为泄漏进气口4。运行电脑14的密封装置评价用真空度测试及分析软件，记录真空度与时间的关系曲线及对应数据。测试时间的长度依据航空发动机密封装置试验要求确定。以真空度与时间的关系曲线提取特征参数对航空发动机密封装置密封特性进行测试和检测。
如拟对某型航空发动机端面密封装置进行测试及检测，将此端面密封装置通过特制的工装安装于本发明装置的密封装置2位置处，由电脑14上安装的抽真空控制软件发出命令，控制抽真空设备5将腔体1内的空气经过连接接头3排出腔外。待真空显示器9显示真空度为0.008Pa时，关闭连接接头3上的截止阀，确保气体不会反向流入。运行电脑14真空度测试及分析软件，保存真空度-时间关系数据，设定的采样时间为10分钟，采样频率为10秒，真空度测试及分析软件上显示出真空度-时间关系曲线，曲线上5分钟对应的真空度就可以反应出该型航空发动机端面密封装置的密封性能，真空度示值大表示该密封装置产品的密封性差，反之真空度示值小表示该密封装置产品的密封性优。
所述的采用真空度的方法来测试及检测密封装置的密封性能，具体实现方法如下：依据真空度与时间的关系曲线计算得到10分钟内任意时间段的泄漏量，为航空发动机密封装置的研制提供定量的泄漏量数据。设定测试得到的腔体1内真空度-时间曲线,其是依据试验数据经过拟合得到的,即真空度P与时间t的关系式为P＝f(t)，依据试验数据经过拟合得到试验过程中腔体内部气体温度T与时间t的关系为T＝Ф(t)。据此可以得到t1到t时间段内经过密封装置端面密封面及圆周密封面泄漏到腔体1内的泄漏率(单位以摩尔/秒表示)如式1)所示。
Figure GDA0002514629210000061
式1)中
Figure GDA0002514629210000062
Figure GDA0002514629210000063
将式2)和3)代入式1)，得到式4)
Figure GDA0002514629210000064
依据式4)结合试验数据得到密封装置的泄漏率。
在温度保持不变的条件下，由于现有密封泄漏检测方法在水容器中可以观察到气泡，为便于对比，设定对应现有方法泄漏一个气泡(假定气泡直径4mm，压强为1个大气压)的体积，针对不同腔体1的容积，计算得到真空度结果如下表1所示。
表1泄漏一个气泡腔体真空度变化
Figure GDA0002514629210000071
表1结果表明：不同的腔体容积，在均对应现有密封泄漏检测方法一个气泡体积条件下，其真空度变化值不同，容积越大，真空度变化越小；反之容积越小，真空度变化越大。因此本实施例方法及装置泄漏量测试的灵敏度可调，针对不同航空发动机密封装置可以选择恰当的腔体容积，给出恰当的灵敏度并给出高精度的泄漏量测试结果。
由表1也可以看出，应用本实施例公开的一种密封装置气体微泄漏评价装置及检测方法，在对应现有检测方法仅有一个气泡泄漏体积的条件下，即便在腔体1容积较大(21205750.412mm3)情况下，其灵敏度也是较高的，达到0.1596Pa。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种密封装置气体微泄漏检测方法，该方法采用的泄露检测装置包括腔体(1)、密封装置(2)、抽真空设备(5)、真空表(7)、真空显示器(9)和电脑(14)；所述的腔体(1)和密封装置(2)通过连接接头(8)连接，所述的腔体(1)和真空表(7)通过连接接头(6)连接，所述的腔体(1)和抽真空设备(5)通过连接接头(3)连接；所述的真空表(7)和真空显示器(9)通过电缆(10)连接，所述的真空显示器(9)和电脑(14)通过电缆(11)连接；所述的连接接头(3)上有截止阀；所述的抽真空设备(5)和电脑(14)通过电缆(12)连接；所述的电脑(14)安装有真空度测试及分析软件和抽真空控制软件；其特征在于：
密封装置气体微泄漏检测方法为：工作时，打开连接接头(3)上的截止阀，打开电脑(14)上安装的抽真空控制软件，由抽真空控制软件控制抽真空设备(5)将腔体(1)内的空气经过连接接头(3)排出腔外；当真空显示器(9)显示真空度为预设压力值时，关闭连接接头(3)上的截止阀，确保气体不会反向流入；腔体(1)外部空气仅由密封装置(2)的端面密封面和圆周密封面通过泄漏进入腔体(1)，从而引起真空度的变化，采用真空度的方法来测试及评价密封装置的密封性能，所述的圆周密封面及端面密封面即为泄漏进气口(4)；运行电脑(14)的密封装置评价用真空度测试及分析软件，记录真空度与时间的关系曲线及对应数据；测试时间的长度依据航空发动机密封装置试验要求确定；以真空度与时间的关系曲线提取特征参数对航空发动机密封装置密封特性进行测试和评价；
所述的采用真空度的方法来测试及评价密封装置的密封性能，具体实现方法如下，
依据真空度与时间的关系曲线计算得到预设时间内任意时间间隔段的泄漏量；所述的真空度与时间的关系曲线是依据试验数据经过拟合得到的,即真空度P与时间t的关系式为P＝f(t)，依据试验数据经过拟合得到试验过程中腔体内部气体温度T与时间t的关系为T＝Ф(t)；据此得到t1到t时间段内经过密封装置端面密封面及圆周密封面泄漏到腔体(1)内的泄漏率
如式1)所示；
Figure FDA0002553715290000011
式1)中
Figure FDA0002553715290000021
Figure FDA0002553715290000022
将式2)和3)代入式1)，得到式4)
Figure FDA0002553715290000023
依据式4)结合试验数据得到密封装置的泄漏率；
在温度保持不变的条件下，由于现有密封泄漏检测方法在水容器中能够观察到气泡，为便于对比，设定对应现有密封泄漏评价方法泄漏一个气泡的体积，根据不同腔体(1)的容积和现有密封泄漏方法泄漏一个气泡的体积计算得到真空度结果表；不同腔体(1)的容积，在均对应现有密封泄漏评价方法一个气泡体积条件下，真空度变化值不同，容积越大，真空度变化越小；反之容积越小，真空度变化越大；针对不同航空发动机密封装置选择恰当的腔体容积实现泄漏量测试的灵敏度可调，调节出恰当的灵敏度并给出泄漏量测试结果。
2.如权利要求1所述的一种密封装置气体微泄漏检测方法，其特征在于：所述的真空度测试及分析软件具有如下功能：做出真空度-时间关系曲线，存储真空度以及对应时间的数据文件；针对真空度-时间曲线进行特征计算以及提取，特征计算以及提取包括曲线拟合功能，切线斜率、割线斜率、曲边梯形面积计算功能，并以所述特征参数考察及评价密封装置的密封性能；在选定时间段内气体泄漏率的计算功能；
所述的抽真空控制软件具有如下功能：由抽真空控制软件发出命令,控制抽真空设备(5)将腔体(1)内的空气经过连接接头(3)排出腔外。
3.如权利要求2所述的一种密封装置气体微泄漏检测方法，其特征在于：所述的真空显示器(9)显示真空度为预设压力值选为0.008Pa。
4.如权利要求3所述的一种密封装置气体微泄漏检测方法，其特征在于：所述的依据真空度与时间的关系曲线计算得到预设时间内任意时间段的泄漏量，为航空发动机密封装置的研制提供定量的泄漏量数据，进而评价拟安装于航空发动机密封装置的泄漏性能优劣,并为不同生产厂家和不同批次产品安装上发动机的选择提供定量参考。
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