串聯(lián)密封構(gòu)造的泄漏規(guī)律分析

1、串聯(lián)密封構(gòu)造的泄漏規(guī)律分析 以串聯(lián)雙密封構(gòu)造為研究對象,建立了串聯(lián)密封構(gòu)造系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,通過理論分析和數(shù)值計(jì)算,揭露了串聯(lián)密封構(gòu)造系統(tǒng)正壓泄漏的漏率、漏量與泄漏時(shí)間關(guān)系的規(guī)律及其影響因素。串聯(lián)密封構(gòu)造的泄漏規(guī)律可用于串聯(lián)密封構(gòu)造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、檢漏和泄漏安全評估。 為提*封系統(tǒng)的密封性和安全可靠性,許多密封系統(tǒng)常常采用多道密封構(gòu)造串聯(lián)形式。串聯(lián)密封構(gòu)造的氣體介質(zhì)泄漏過程與單密封構(gòu)造不同。以雙密封構(gòu)造泄漏過程為例,泄漏介質(zhì)首先經(jīng)第一道密封進(jìn)入兩道密封之間的寄生容積,然后再經(jīng)第二道密封進(jìn)入外界環(huán)境(工作狀態(tài)) 或氦質(zhì)譜儀(檢漏狀態(tài)) 。由于兩道密封構(gòu)造之間存在一定體積(氣容) ,使得二者的泄漏特性不

2、同。本文主要研究串聯(lián)密封構(gòu)造的泄漏過程,建立串聯(lián)密封構(gòu)造的數(shù)學(xué)模型,總結(jié)串聯(lián)密封構(gòu)造的泄漏規(guī)律。 1、氣路模型及元件特性 與電路系統(tǒng)類似,氣路系統(tǒng)由氣路元件構(gòu)成,包括氣壓源、氣流源、氣阻、氣容等。二者有類似的模型,遵循相似的規(guī)律,如下表1 所示。 表1 氣路模型 (1) 氣量:一定溫度下,氣體的壓強(qiáng)P 與體積V的乘積表示氣體量,用G 表示。 (2) 氣流:單位時(shí)間內(nèi)流過管道截面的氣量, 用Q 表示, Q = d G/ dt 。 (3) 氣容:指密封空間的容積, 表示對氣體的容納能力,用V 表示, V = G/ P ,單位為m3 。根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程,氣容的G/ P 特性是線性關(guān)系。 (4)

3、 流阻與流導(dǎo):管道兩端的壓強(qiáng)差與通過的氣流的比值為流阻, 用R 表示, R = P/ Q , 單位s/ m3 。 剛性漏孔的R 是與管道的幾何形狀和尺寸以及氣體種類和流動狀態(tài)有關(guān)的量,其壓強(qiáng)/ 氣流特性關(guān)系為線性或非線性。與電學(xué)中的電阻與電導(dǎo)的關(guān)系一樣,流導(dǎo)等于流阻的倒數(shù)用C 表示, C = 1/ R = Q/P ,單位為m3/ s ,流導(dǎo)的物理意義表示管道對氣體的導(dǎo)通能力。各種管道在不同的氣體流動狀態(tài)下的流導(dǎo)(或流阻) 均有相應(yīng)的計(jì)算公式1 。 真空領(lǐng)域中把氣體在漏孔中流動界定為四種情況:分子流狀態(tài)、粘滯流狀態(tài)、湍流狀態(tài)、聲速流狀態(tài)。并認(rèn)為在分子流狀態(tài)下漏率Q 與壓差P 成正比,與分子量的平

4、方根成反比;粘滯流狀態(tài)下漏率與壓力的平方差成正比。這種氣流狀態(tài)的劃分又取決于漏孔的直徑、長度和氣體分子的平均自由程,而分子的平均自由程又是氣體溫度、氣體粘度、氣體壓強(qiáng)的函數(shù)。文獻(xiàn)2指出,漏率小于1 10 - 7 Pam3/s 時(shí)屬于分子流狀態(tài)。 密封系統(tǒng)密封件的漏孔可視為氣阻元件( 管道) 。漏孔的流量稱為漏率。密封空間實(shí)際上是有零輸入的氣容,當(dāng)氣容的容積非常大或(和) 其漏孔的流阻非常大時(shí),該密封空間也可簡化為理想的氣壓源。外界大氣環(huán)境等效于壓強(qiáng)為P0 (1.01 105Pa) 的理想氣壓源。 利用氣路模型及相關(guān)約束理論, 可以方便地建模和求解密封系統(tǒng)氣體泄漏問題。 6、結(jié)束語 本文通過理論分析和數(shù)值計(jì)算,建立了串聯(lián)雙密封構(gòu)造系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,揭露了雙密封構(gòu)造正壓泄漏規(guī)律。真空(負(fù)壓) 泄漏過程與此類似。在具體的工程應(yīng)用中,還要適當(dāng)考慮泄漏氣體平均分子量和泄漏氣流狀態(tài)對泄漏規(guī)律的影響。 本文拋磚引玉,串聯(lián)多密封構(gòu)