密闭容腔气密性检查方法与流程

1.本发明涉及燃气涡轮发动机及其部件机匣测试领域，具体涉及气密性检查。


背景技术：

2.为了加工、装配等的需要，燃气涡轮发动机均设计有机匣，如进气机匣、前动力机匣、燃烧室机匣等，各机匣之间采用法兰连接。为了发动机工作、控制、监视等的需要，在机匣壁面上设置有大量的引气、燃油、滑油、电缆、机械等的安装座。在发动机工作时，如果机匣之间，或者机匣上的各类安装座密封性较差，则会导致燃气轮机内部的高温气体泄漏。泄漏的高温气体一方面会进入发动机舱，造成发动机舱温度过高，威胁舱内燃油、滑油、电缆等的安全工作；另一方面气体泄漏会导致发动机性能下降，如推力下降、耗油率增大、排气温度升高、使用寿命降低等。所以在发动机整机或部件装配完成后，一般均需要进行发动机气密性检查。
3.传统的发动机气密性检查方法是在可能的漏气位置(机匣安装边、安装座等)预先涂抹漏气显示剂(如肥皂泡，专用的显示剂等)，完成试车后再根据显示剂的显示情况进行气密性判断。该测试仅能判断漏气部位，对技术人员的经验要求较高，无法量化评价发动机密封性好坏程度。


技术实现要素：

4.针对传统密封检查无法定量评定密封程度的问题，本发明提供一种密闭容腔气密性检查方法，包括以下步骤：
5.采用充气设备给密闭容腔充气，直到密闭容腔压力达到预定值pt；
6.通过继续充气的方式保持密闭容腔压力为pt不变；
7.测量继续充气的充气质量流量wt，测量环境压力为p0、环境温度为t0；
8.计算泄漏气体的π(λ)值，再根据气动函数表查表求得对应的λ值和流量函数q(λ)值，其中
[0009][0010]
计算密闭容腔的有效漏气面积a，
[0011]km
为流量系数；
[0012]
用a进行该密闭容腔的气密性评估：a值越大，表示气密性越差。
[0013]
所述密闭容腔气密性检查方法采用充气设备给密闭容腔充气至密闭容腔压力达到pt的过程中，采用漏气显示剂检查密闭容腔的密封部位的密封情况，对于漏气位置进行密封处理。
[0014]
在密闭容腔压力到达pt之前，检查密闭容腔的密封部位的密封情况，该检查包括：
[0015]
暂停充气，采用压力传感器记录密闭容腔压力随时间的变化，通过记录的容腔压
力-时间曲线计算密闭容腔压力从ps降至pe的时间间隔dt，pt、ps、pe之间的关系为pt》ps》pe，如果dt《dtr，采用漏气显示剂检查密闭容腔的密封部位的密封情况，对于漏气位置进行密封处理，直至dt≥dtr，其中dtr为在充气压力为ps时密闭容腔压降至pe时可接受的时间间隔。
[0016]
所述密闭容腔气密性检查方法分多个阶段给密闭容腔充气，直到密闭容腔压力达到预定值pt，相邻阶段之间存在充气压力增幅，在每个所述阶段执行所述检查。
[0017]
pt小于密封设备能够承受的最大安全压力ptf。
[0018]
所述密闭容腔为进气口和出气口，以及被密封的燃气涡轮发动机或者部件机匣的封闭空间。
[0019]
上述密闭容腔气密性检查方法通过测量密闭容腔内的充气质量流量wt，测量环境压力为p0、环境温度为t0，计算泄漏气体的π(λ)值，再根据气动函数表查表求得对应的λ值和流量函数q(λ)值，从而计算出密闭容腔的有效漏气面积a，可使用漏气面积a量化评定气密性程度；同时对检测人员的技术要求较低，能够实现密闭容腔内气密性程度的便捷量化评估。
附图说明
[0020]
本实发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
[0021]
图1是密闭容腔气密性检查方法流程图。
[0022]
图2是密闭容腔内压力升至pt时的一种实施方式的示意图。
[0023]
图3是密闭容腔压力从ps降至pe的示意图。
具体实施方式
[0024]
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
[0025]
需要注意的是，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。
[0026]
在后述实施方式中所述密闭容腔以进气口和出气口，以及被密封的燃气涡轮发动机或者部件机匣组成的封闭空间为例进行说明，但密闭容腔气密性检查方法不限于此，也适合于其它密闭容腔结构。
[0027]
采用充气设备向发动机或部件机匣所形成的密闭容腔充气过程中，一种可选的实施方式是分多个阶段给密闭容腔充气，直到密闭容腔压力达到预定值pt，pt小于密封容腔能够承受的最大安全压力ptf。向密闭容腔充气的另一种可选的实施方式是一次性充气，密闭容腔内压力直接由0升至pt。
[0028]
在分多个阶段给密闭容腔充气的实施方式中，图2示出了密闭容腔内压力分多个阶段升至pt时的一种实施方式，相邻充气阶段之间的充气压力增幅均为dp。第一次向密闭容腔充气时密闭容腔压力由0升至p1；密闭容腔压力为p1时第二次向密闭容腔充气以增幅
dp升压至p2；压力为p2时第三次充气以增幅dp升压至p3，直到密闭容腔压力升至预定值pt。dp一般为0.5～3kpa。在其他分多个阶段给密闭容腔充气的可选的实施方式中，每个升压阶段的增幅dp也可以不一致，只要可以实现密闭容腔多阶段升压的过程即可。
[0029]
在密闭容腔的密封装置没有被施加，且需分多个阶段给密闭容腔充气的实施方式中，密闭容腔气密性检查的第一步如图1中步骤11所示，对密闭容腔进出口截面密封，例如采用密封板对被检查发动机进、出口，或者对被检查发动机部件机匣的进、出口截面进行密封，使进、出口密封板与被检查的发动机或其部件机匣形成密闭容腔。
[0030]
在密闭容腔压力达到pt前，每个充气阶段均需要检查密闭容腔的密封部位的密封情况。因此待发动机或部件机匣密封完毕后，进行初步的密封性检查，如图1中步骤100所示。首先进行步骤12向密闭容腔充气，压力达到p1，p1《pt，随后停止向密闭容腔充气，使用压力传感器记录密闭容腔压力随时间的变化。如图3所示，若密闭容腔的气密性不佳，则密闭容腔内的气压在停止充气后会逐渐下降，设定气压检测的两个基准值ps和pe，pt、ps、pe之间的关系为pt》ps》pe，可得到密闭容腔压力分别在ps和pe时的时刻ts和te，计算密闭容腔压力从ps降至pe的时间间隔dt。气压下降速度取决于漏气面积、密闭容腔温度等多种环境条件，图3中的压力-时间变化曲线仅示出在一种可能的环境条件下容腔内气压的下降轨迹，当环境条件发生改变时气压的下降轨迹也可能出现其他表现形式。继续设定另一个基准值dtr，定义为在密闭容腔充气压力由ps降至pe时可接受的时间间隔。在ps、pe和dtr设置完毕后进行步骤13，计算密闭容腔压力从ps降至pe时的时间间隔dt，随后进行步骤14，将计算得到的时间间隔dt与设定的基准值dtr比较。如果dt≥dtr，则表示密闭容腔内气压由ps下降到pe时的时间间隔较长，密闭容腔的气密性达到要求；如果dt《dtr，则表示密闭容腔内气压由ps下降到pe时的时间间隔较短，因此密闭容腔的气密性不佳。若dt≥dtr可进行下一步骤16向密闭容腔继续充气的操作，若dt《dtr则表明密闭容腔内气密性不满足要求，需要进行步骤15采用漏气显示剂检查密闭容腔的密封部位的密封情况，对于漏气位置进行密封处理。漏气显示剂可以选择常见的肥皂水，将肥皂水涂抹到可能的漏气位置，如机匣安装边、安装座等观察是否出现肥皂泡，也可以使用市场上出售的专用显示剂等。当使用漏气显示剂检查出漏气部位后，及时对漏气位置进行密封处理，如清洗密封零件、贴紧密封表面的摩擦副、更换老化密封零件或者调整密封体的定位等措施，确保检查出的漏气部位得到有效密封。在结束密封处理后再次进行步骤12向密闭容腔充气至气压达到p1，重复步骤13、14，重新计算密闭容腔压力从ps降至pe的时间间隔dt，观察是否满足dt≥dtr这一要求，如不满足则需要继续进行步骤15，直到dt≥dtr为止。
[0031]
在密闭容腔经步骤100初步密封性检查达到标准后，进行步骤16向密闭容腔继续充气至p2，p2》p1。由于p2没有达到预定值pt，因此仍需进行初步密封性检查，如步骤200所示。因此，当密闭容腔内压力达到p2时，暂停充气，采用压力传感器记录密闭容腔压力随时间的变化，并再次设定基准值pe、ps和可接受的时间间隔dtr，此时，pt、p2、ps、pe之间的关系为pt》p2》ps》pe。可接受的时间间隔dtr可以与前一充气阶段的设定值相同，也可以随不同压力阶段和不同基准值pe、ps的大小而变化。随后进行步骤17，通过记录的密闭容腔压力-时间变化曲线计算密闭容腔压力从ps降至pe的时间间隔dt。并在步骤18对dt和dtr进行比较，如果dt《dtr，则表示密闭容腔内气压由ps下降到pe时的时间间隔较短，密闭容腔的气密性不佳，需要进行步骤19采用漏气显示剂检查密闭容腔的密封部位的密封情况，对于漏
气位置进行密封处理，直至dt≥dtr，此时密闭容腔内气压由ps下降到pe时的时间间隔较长，密闭容腔的气密性达到要求。
[0032]
图1中步骤300表示由密封容腔内压力p2升至预定值pt的过程中还需进行的多个充气阶段，如p2升至p3，p3升至pt。在密闭容腔内压力达到预定值pt之前，由p2升至pt的充气各个阶段均需要重复步骤200或100的初步密封性检查操作，以使密闭容腔的气密性达到初步要求。
[0033]
当密闭容腔压力达到预定值pt后，通过继续充气的方式使密闭容腔压力稳定在pt，如步骤20所示。即便采用了密封装置，密闭容腔中或仍存在泄漏部位，并且泄漏部位不明，因此需继续充气以保持密闭容腔压力为pt不变。此时需不断调整继续充气流量的大小，以使密闭容腔内空气泄漏出的流量约等于继续充气的流量，密闭容腔内压力稳定在预定值pt，该压力应小于最大安全压力ptf。随后进行步骤21计算密闭容腔的有效泄漏面积a，测量出平衡状态下继续充气的质量流量wt，同时测量环境压力为p0、环境温度为t0，计算泄漏气体的π(λ)值：
[0034][0035]
其中λ为速度系数，定义为气流速度v与临界声速c之比：
[0036][0037]
当气体由密闭容腔向外泄漏时，λ的大小在0～1之间。
[0038]
求得π(λ)之后，可通过查气体动力学函数表求得λ的取值。关于λ数的气动函数具体形式和气体动力学函数表可查阅相关参考资料(如《气体动力学基础(2011年修订本)》，潘锦珊著，西北国防工业大学出版社，2012.07；《气体动力学》，何立明等著，国防工业出版社，2009.07)。
[0039]
在由气体动力学函数表查阅λ的取值后，可继续由气动函数表查阅流量函数q(λ)在该λ取值下的大小，计算密闭容腔的有效漏气面积a，
[0040][0041]km
为流量系数，对于常温空气，取值0.0404。
[0042]
在求得密闭容腔的有效漏气面积a后，用a进行该密闭容腔的气密性评估，当有效漏气面积a数值大于参考比较值时认为此时密闭容腔的漏气面积过大，气密性没有达到要求；当有效漏气面积a数值小于参考比较值时认为此时该密闭容腔的漏气面积可接受，气密性较佳。
[0043]
对于进出口截面密封后仅通过一次充气即使得密闭容腔内压力达到pt的实施方式，在采用充气设备给密闭容腔充气至压力达到pt的过程中，仍需要进行步骤100的操作，对密闭容腔进行初步的密封性检查，通过记录的容腔压力-时间曲线计算密闭容腔压力从ps降至pe的时间间隔dt，比较dt与dtr的大小，如果dt《dtr，采用漏气显示剂检查密闭容腔的密封部位的密封情况，对于漏气位置进行密封处理，直至dt≥dtr，以使密闭容腔的气密性达到初步要求。
[0044]
对于不需步骤11的已经密封好的密闭容腔，可直接进行步骤20和21。测量出密闭容腔内压力稳定在pt时的持续充气质量流量wt，同时测量环境压力为p0、环境温度为t0，计算泄漏气体的π(λ)值，查表求出q(λ)值，进而计算密闭容腔的有效漏气面积a。
[0045]
上述密闭容腔气密性检查方法能快速计算出密闭容腔的有效漏气面积a，并使用漏气面积a量化评定气密性程度，对检测人员的技术要求较低，可实现气密性程度的便捷评估。
[0046]
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。