典型雙密封結(jié)構(gòu)泄漏機(jī)理研究

　　使用氦質(zhì)譜吸槍檢漏法檢測(cè)航天器管路雙密封結(jié)構(gòu)螺接頭漏率時(shí)，常會(huì)發(fā)生漏率隨時(shí)間變化的情況。為了從理論上分析該問題的實(shí)質(zhì)，本文建立了兩種雙密封結(jié)構(gòu)泄漏過程的數(shù)學(xué)模型，分別考慮了分子流和粘滯流兩種狀態(tài)，并求解了數(shù)學(xué)模型的方程解析解，編制程序進(jìn)行數(shù)值模擬仿真，形象地顯示了雙密封結(jié)構(gòu)系統(tǒng)正壓泄漏情況下，漏率、壓力與泄漏時(shí)間關(guān)系的規(guī)律，及其影響泄漏時(shí)間長短的因素。并計(jì)算了不同初始條件下，雙密封結(jié)構(gòu)的漏率穩(wěn)定時(shí)間。這些研究結(jié)果可直接應(yīng)用于航天器管路雙密封結(jié)構(gòu)螺接頭漏率測(cè)試候檢時(shí)間評(píng)估計(jì)算，并對(duì)雙密封結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和泄漏安全評(píng)估，從理論上提供指導(dǎo)意義。

　　航天產(chǎn)品管路系統(tǒng)的連接方式常用柱塞式密封接頭形式(如圖1 所示)，該密封方式由兩道密封環(huán)節(jié)組成，屬于典型的雙密封結(jié)構(gòu)。在使用氦質(zhì)譜檢漏儀對(duì)密封接頭進(jìn)行吸槍單點(diǎn)檢漏或者真空法檢漏時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)測(cè)試漏率緩慢升高的現(xiàn)象，并且緩升的時(shí)間長，難以確定具體讀數(shù)時(shí)間。這是由雙密封結(jié)構(gòu)的泄漏特點(diǎn)決定的，泄漏介質(zhì)首先經(jīng)過第一道密封環(huán)節(jié)進(jìn)入雙道密封之間的空間，然后再經(jīng)過第二道密封環(huán)節(jié)進(jìn)入外界環(huán)境，被檢漏儀檢測(cè)。泄漏過程與雙道密封之間空間的體積、密封環(huán)節(jié)漏率、介質(zhì)壓力等等有關(guān)系，因此真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)認(rèn)為有必要從理論和數(shù)值模擬仿真分析該泄漏過程，為合理的讀取數(shù)據(jù)，確定產(chǎn)品漏率提供依據(jù)。

圖1 密封方式原理圖

　　1、數(shù)學(xué)模型建立

　　1.1、數(shù)學(xué)模型參量定義

　　根據(jù)雙密封結(jié)構(gòu)的泄漏特點(diǎn)，假定從純氦端流入容積V 的氦氣會(huì)迅速擴(kuò)散，不計(jì)算擴(kuò)散時(shí)間(因擴(kuò)散時(shí)間遠(yuǎn)小于觀察時(shí)間)。理論設(shè)定的模型示意圖如圖2，參數(shù)參量與解釋見表1�？紤]泄漏過程的不同流態(tài)，可以分為分子流和粘滯流兩種流態(tài)下進(jìn)行數(shù)學(xué)模型建立。

圖2 雙密封結(jié)構(gòu)示意圖

　　1.2、分子流流態(tài)下數(shù)學(xué)模型

　　當(dāng)考慮漏孔泄漏過程為分子流流態(tài)時(shí)，漏孔的漏率與漏孔兩端壓力差成正比，因此可有如下分析：

2、結(jié)語

　　目前對(duì)于雙密封結(jié)構(gòu)漏率檢測(cè)的候檢時(shí)間確定，穩(wěn)定漏率的判斷存在較大的困難。本文主要通過對(duì)典型雙密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡單的模型建立、理論分析和數(shù)值仿真，揭示了雙密封結(jié)構(gòu)中各個(gè)因素對(duì)漏率穩(wěn)定時(shí)間影響的規(guī)律。實(shí)際應(yīng)用中可首先初步判斷雙道密封環(huán)節(jié)的初始漏率，再利用數(shù)值仿真程序?qū)β┞蕶z測(cè)候檢時(shí)間進(jìn)行初步計(jì)算和判斷，以此來指導(dǎo)時(shí)間的檢漏過程，提高檢漏數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，并在指導(dǎo)雙密封結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和泄漏安全評(píng)估方面具有重要意義。