低温环境下承压零部件密封性检测方法和检测装置与流程

本发明涉及一种零部件质量检测方法和检测装置，尤其涉及一种低温环境下承压零部件密封性检测的检测方法和检测装置。

背景技术：

一些在低温环境下使用的承压零件或部件在使用前需要进行密封性试验，以测试其密封性能指标。这些性能指标包括：不同低温及不同压力下的密封性状态、零部件长期工作时的密封性指标变化，包括工作寿命测试等。这类零部件广泛应用于航天、航海、机械、化工等设备中，由于此类零部件承压且用于低温环境下，其性能指标决定着相关设备的安全性、可靠性和耐久性。此类零部件使用前一般需要进行相关检测。传统的检测方法是人工构建外部低温环境并维持此环境，然后向零部件中充入液体或气体等介质，对介质施加一定的工作压力，通过检测介质的泄露或工作压力的变化来判断零部件的是否合格。目前的检测方法和检测装置存在着以下不足之处：（1）需要构建外部低温环境，然后将零部件放入低温环境中进行加压测试，低温环境的构建和维持费用较昂贵；（2）如果要改变被测零部件的测试温度，只能先改变构建的外部环境温度来影响零部件温度，由于此控制过程比较缓慢，为节省费用和时间，检测装置一般只检测特定环境下，例如温度、压力是定值的指标数据，而零部件的实际使用环境中，温度和压力经常是变量，因此检测指标数据与零部件实际指标数据有可能存在误差。

技术实现要素：

基于以上目的，本发明提出一种低温环境下承压零部件密封性检测方法和检测装置，本发明的低温环境下承压零部件密封性检测方法的步骤如下：

（1）将被测承压零部件的输入端连接制冷机的制冷剂输出管，被测承压零部件的输出端连接制冷机的制冷剂回流管，在被测承压零部件和制冷机之间构建制冷循环通路，利用制冷机将液态的制冷剂注入被测承压零部件内部并循环，控制制冷剂在被测承压零部件的内部气化吸热，使被测承压零部件的温度降低到检测温度，从而构建低温环境；

（2）通过对制冷剂的流速、流量和压力的控制，使被测承压零部件内部的温度和承压按检测要求进行变化，模拟被测承压零部件的实际工作环境，包括温度和压力的周期或非周期变化；

（3）用制冷剂传感器监测泄露的制冷剂浓度，对被测承压零部件密封性能进行评价；

（4）通过对单个被测承压零部件长周期检测过程的数据自动采集，准确分析统计出被测零部件的额定工作寿命指标。

本发明的低温环境下承压零部件密封性检测装置包括控制器1、反应箱2、第一制冷剂传感器3、第一密封门4、第一舵机5、第二制冷剂传感器6、第二密封门7、第二舵机8、第三制冷剂传感器9、单向阀10、风筒11、风机12、输入管13、制冷机14、输入管压力传感器15、入口密封圈16、第四制冷剂传感器17、第一密封盖18、第一密封盖舵机19、第五制冷剂传感器20、温度传感器21、第二密封盖22、第二密封盖舵机23、第六制冷剂传感器24、第三密封盖25、第三密封盖舵机26、输出管27、输出管压力传感器28、出口密封圈29和密封盖30。

控制器1位于反应箱2外侧左下部；反应箱2为长方体箱式结构，内部有两块竖隔板将箱体内部竖直方向隔成三个独立子空间，在反应箱2的上端面上开设三个圆孔，每个圆孔分别对应箱体内部的三个子空间，在反应箱2的右侧壁下部和两块竖隔板的下部，分别开设一个圆孔，在反应箱2的左、右侧壁的上部和两块竖隔板的上部，分别开设圆孔；在反应箱2内部安装六个制冷剂传感器，分别是第一制冷剂传感器3、第二制冷剂传感器6、第三制冷剂传感器9、第四制冷剂传感器17、第五制冷剂传感器20、第六制冷剂传感器24，其中第一制冷剂传感器3和第六制冷剂传感器24在左侧子空间内，第二制冷剂传感器6和第五制冷剂传感器20在中间子空间内，第三制冷剂传感器9和第四制冷剂传感器17在右侧子空间内，且每个子空间内均为顶部安装一个，底部安装一个；在反应箱2内两块竖隔板的下部圆孔上，分别安装圆形的第一密封门4和第二密封门7，两个密封门的上端分别被第一舵机5和第二舵机8的机轴固定在两块竖隔板上，且两个密封门能够分别被两个舵机带动旋转；在反应箱2的右侧壁的下部圆孔上，安装一个单向阀10、单向阀10的右端安装风筒11，风筒11的右端连接风机12的出风口；在反应箱2的右侧壁的上部圆孔里，安装一根输入管13，输入管13的右端位于反应箱2的外侧，连接制冷机14的制冷剂输出管，管壁上安装一个压力传感器15，输入管13的左端位于反应箱2的右侧子空间内；在反应箱2的左侧壁的上部圆孔里，安装一根输出管27，输出管27的右端位于反应箱2的左侧子空间内，管壁上安装一个输出管压力传感器28，输出管27的左端位于反应箱2的外侧，且连接制冷机14的制冷剂回流管；在反应箱2的上端面的三个圆孔上，分别安装圆形的第一密封盖18、第二密封盖22、第三密封盖25，三个密封盖的一端分别被第一密封盖舵机19、第二密封盖舵机23、第三密封盖舵机26的舵机轴固定在上端面上，且三个密封盖能够分别被三个舵机带动旋转；对于左右单入单出型承压零部件，其中间主体部分被置于反应箱2的中间子空间内，输入和输出端分别穿过两块竖隔板上部的圆孔，伸入右侧子空间和左侧子空间内，右侧端口通过入口密封圈16和输入管13的左端口密封连接，左侧端口通过出口密封圈29和输出管27的右端口密封连接，入口密封圈16和出口密封圈29是非标零件，根据承压零部件的输入输出端的实际结构和形状进行定制，起到连接并密封的作用；承压零部件上安装一个温度传感器21；反应箱2内各子空间之间，各管路和圆孔内壁的接触处，各密封门、各密封盖和箱体之间，均进行密封处理。

密封盖30是非标零件，根据容器口的实际结构和形状进行定制，用以密封被测承压零部件。

本发明的主要特点：直接在被测零部件内部构建低温环境，此低温环境的构建和维持成本低；能够控制被测零部件内部的温度和压力按需快速变化，既能模拟零部件的实际工作环境，又能够测试零部件的耐低温、耐压力的极限指标；通过检测制冷剂是否泄露，进行密封性检测；本装置的数据自动采集模块和自动控制模块，能够在无人值守情况下长期全自动运行，以采集长周期内的检测数据，通过长周期数据的分析，准确统计出被测零部件的额定工作寿命指标。本发明结构简单，工作原理可靠，测试方法科学，测试结果准确，并且能够实现无人值守状态下的全自动安全运行。

附图说明

图1是本发明低温环境下承压零部件密封性检测装置的总体结构示意图；

图2是反应箱2的三维结构示意图；

图3是单入单出型承压零部件的结构示意图；

图4是多入多出型承压零部件的结构示意图；

图5是单口容器型承压零部件的结构示意图；

图6是单口容器型承压零部件的装配结构示意图；

图7是与图4所示被测承压零部件相匹配的输入管13结构示意图；

图8是与图4所示被测承压零部件相匹配的输出管27结构示意图。

具体实施例

承压零部件的形状是多种多样的。通过归纳总结，主要包括以下几种：图3所示的单入单出型，图4所示的多入多出型，其中图4所示实际为二入三出型，多入多出型以此示例，图5所示的单口容器型等；本发明以图3所示的单入单出型承压零部件的结构为案例进行空间结构的详细阐述，并对其它结构的承压零部件的检测方案进行了说明；本发明中低温环境指温度在0°以下，最低温度环境依制冷机所选用的制冷剂压焓特性确定。

本发明的低温环境下承压零部件密封性检测装置能够实现的检测方式包括：恒定低温环境或恒定压力环境下的密封性检测；变化低温环境或变化压力环境下的密封性检测；温度和压力的极限性能指标测定，以密封性破坏为基准；长周期的工作寿命的测定，以密封性破坏为基准。

本装置的工作环境：反应箱2置于常温常压环境即可，检测过程中箱内的空气和处于低温环境的被测零部件接触，空气温度会下降，但箱内空气温度肯定低于制冷剂的沸点温度，泄露到箱内的制冷剂肯定呈气态；检测过程中，箱体内空气的温度会低于箱外温度，也会发生热交换，为了节能，可以使用保温材料制造箱体板和隔板。

恒定低温环境或恒定压力环境下的检测方式：将待测零部件按要求装入反应箱2内，零部件的上端安装一个温度传感器21，右端口通过入口密封圈16和输入管13左端口密封连接，左端口通过出口密封圈29和输出管27右端口密封连接；在控制器1的控制下，第一密封门4、第二密封门7、第一密封盖18、第二密封盖22、第三密封盖25分别在第一舵机5、第二舵机8、第一密封盖舵机19、第二密封盖舵机23、第三密封盖舵机26控制下处于关闭状态，单向阀10通向箱体外的方向为断路；制冷机14工作，将液态制冷剂，以制冷剂为例，压入输入管13，流过入口密封圈16进入零部件内部，通过对制冷剂的输入压力（输入管压力传感器15实现数据采集）、流速、流量及回流压力（输出管压力传感器28实现数据采集）的控制，使液态制冷剂在零部件内部气化吸热，使零部件温度下降，气态制冷剂流过出口密封圈29流入输出管27并返回制冷机14内；温度传感器21监测被测零部件的温度，当温度达到预定值时，将控制信号传给制冷机14，制冷机14通过控制制冷剂的流速、流量、输入压力、回流压力，使被测零部件保持恒温或恒压；检测分别在反应箱2的三个子空间内独立实现，左侧子空间检测零部件输出端的密封性，中间子空间检测零部件主体部分的密封性，右侧子空间检测零部件输入端的密封性；如果被测零部件有缺陷，其内部的制冷剂会泄露到不同的密封子空间内，被六个制冷剂传感器检测到，通过分析各子空间内制冷剂浓度判断出密封性能状态；设置三个子空间的目的是为了能够较准确的检测到零部件的泄露位置，如果被测零部件较大，还可以设置更多的子空间，在多个子空间内独立检测；反应箱2的每个子空间的上、下部分别安装两个制冷剂传感器的原因在于：当泄露到反应箱2内的制冷剂含量很低时，由于反应箱2内的气态制冷剂和空气的密度不同，因此制冷剂和空气往往不是均匀混合分布，安装两个或更多的制冷剂传感器，通过求均值方法能够获得精确的数据。如果在规定检测时间内，未发现制冷剂泄露情况，在控制器1的指令下，制冷机14通过输出管27将制冷剂吸回，此时将被测零部件取出，换上新的被测零部件，然后在相应的舵机操作下旋转打开第一密封门4、第二密封门7、第一密封盖18、第二密封盖22、第三密封盖25，风机12开始工作，将空气通过风筒11和单向阀10吹入反应箱2内，更换箱体内的空气，使箱体内不含制冷剂，取出被测零部件时可能会有少许残留制冷剂泄露，然后重新关闭各密封门和密封盖，重复测试工作；如果在检测过程中出现制冷剂泄露，相应的制冷剂传感器将检测到的浓度信号传输给控制器1，记录下此零部件泄露数值，判断零部件密封性是否合格的依据，然后更换新的被测零部件，重复以上检测过程。

变化低温环境或变化压力环境下的密封性检测方式：通过控制器1的程序控制功能，使制冷机14控制制冷剂的输入压力、回流压力、流速、流量处于变化中，使被测零部件的温度和内部压力处于要求的变化即可，具体测试的过程没有变化。

温度和压力的极限性能指标测定：通过降低温度或增加压力，测量零部件密封性失效时的温度和压力值，获得温度和压力的极限性能指标。

长周期的工作寿命的测定：设定额度的温度和压力，可以是恒定的，也可以是受控变化的，测量长时间周期内的密封性数据，包括两种方式：（1）长时间周期内的连续数据测量：本装置连续工作，各个制冷剂传感器获得周期内的连续时间点的测量数据，直到被测零部件的密封性失效，获得其工作寿命；（2）长时间周期内的间断性数据测量：本装置连续工作，并通过控制各个密封门和密封盖、风机在预设的短周期时间内自动开闭一次，换空气后再重复测试，获得短周期时间内的测试数据，组成数据集合。

对于如图4所示的多入多出型承压零部件，在反应箱2内部利用隔板进行相应的空间隔离，改造出所需的子空间，同时设置相应数量和结构的输入管13，如图7所示，和输出管27，如图8所示，对应进行连接即可；对于如图5所示的单口容器型承压零部件，通过密封盖30将容器口密封，在密封盖30上开设两个圆孔，一个孔内伸入输入管13，一个孔内伸入输出管27，输入管13伸入至零部件内部，输出管27伸入至零部件端口处，构建制冷剂循环通道，如图6所示；密封盖30是非标零件，根据容器口的实际结构和形状进行定制。通过控制制冷剂在输入管13的输入压力、输出管27的回流压力、流速、流量，使制冷剂在单口容器内部气化吸热，构建低温和压力环境，并实现制冷剂的循环。

对于图4所示的多入多出型承压零部件，在反应箱2内部利用隔板进行相应的空间隔离，改造出所需的子空间；同时设置相应数量和结构的输入管13，如图7所示，和输出管27，如图8所示，与被测零部件的输入端和输出端对应连接。

对于如图5所示的单口容器型承压零部件，通过密封盖30将容器口密封，在密封盖30上开设两个圆孔，一个孔内伸入输入管13，一个孔内伸入输出管27，输入管13伸入至零部件内部，输出管27伸入至零部件端口处，构建制冷剂循环通道；密封盖30是非标零件，根据容器口的实际结构和形状进行定制，如图6所示。

自动保护功能：当任何一个制冷剂传感器检测到反应箱2内的制冷剂浓度超过预警值，时，控制器1控制制冷机14及各功能模块关闭。

本发明中所使用的制冷剂传感器型号依据制冷剂的型号确定。