水密试验

水密试验（精选四篇）

水密试验 篇1

关键词：飞机,水密试验,结构设计

1 概述

作为水陆两栖飞机, 非常重要的功能就是在水上的起降和停泊。机体结构具有良好的水密性能对飞机的安全性、可靠性及腐蚀防护具有重要的影响。机身内部渗漏水及溅水会使机身局部重量大幅增加, 造成飞机失衡, 一些设备无法正常使用, 水引起的腐蚀还可能造成结构和系统的损伤, 危及飞行安全。水陆两栖飞机水密试验是一项考核飞机水密结构的重要试验。

2 水密试验

通过某型水陆两栖飞机的水密试验, 验证了该型飞机水密结构。该型飞机机身海损线加半个抗浪波高以下为水密结构, 分为三个水密舱, 中部水密舱中最低点安装一排水泵, 前后水密舱在最低位置设置排水孔, 非水密框上设置排水通道。为提高飞机抗沉性, 中部水密舱地板以下空间填充泡沫块。船底采用全金属铆接结构。

2.1 密封材料的选用

考虑良好的粘附力、硫化后有一定的弹性、配置难易及可涂覆性等, 选用HM109 系列改性聚硫密封剂。

2.2 典型水密结构

机体水密典型结构形式见图1, 图2, 图3。结构水密封包括贴合面密封, 缝外连续密封, 紧固件湿装配和周边连续缝外密封等。

2.3 水密试验验证

分别进行了静载和动载水密试验, 对机身船体、浮筒的结构设计及水密铆接、螺接质量进行检查。

2.4密封失效形式及修理

典型结构密封失效如下:

a.缝内、缝外密封胶处渗漏

因密封面清洁不彻底、结构形式等, 使密封剂粘接强度不够;密封剂在下陷等处未充满, 形成渗漏通道。

b. 紧固件处渗漏

紧固件松动引起密封剂脱掉或出现缝隙。

当发现结构渗漏, 对渗漏应分析渗漏原因, 确定漏源, 按要求进行局部密封修理或完善结构密封形式, 密封修理后应检查密封质量。修理用密封剂应与原有胶层相容。修理时尽量将漏源及漏点处的密封剂进行清除, 必要时应包括渗漏路线上的密封剂一并清除。清除失效密封剂时, 不应损伤结构。当结构表面的氧化膜损伤时, 应用阿洛丁氧化处理后再进行密封。修理时应严格按照施工要求进行。

3 水密结构分析

结构形式选择和受载分析对结构水密有重要影响。机体水密结构设计主要考虑以下几个方面。

3.1 密封结构的应合理布局, 易于密封连接部位的施工, 保证装配质量。密封结构的工艺分离面应有利于装配, 密封和加温硫化 (尤其应该注意断阶的影响) 。

3.2 避免在密封关键区采用合页式铰链, 其不易密封且易腐蚀;蒙皮尽量采用搭接, 少采用对接;相邻构件之间应保留一段距离作为缝外密封的敷胶空间;结构件间避免出现对接间隙进行密封, 如图4 所示;避免在密封关键区零件层数过多。断阶处受力较大, 结构件应协调合理, 尽量减少零件数量, 如图5 所示。

3.3 装配面应简单, 贴合良好, 避免强迫装配, 以免产生装配应力和装配缝隙。舭桁处最易渗漏水, 舭桁与蒙皮的搭接处尽量采用双排铆钉铆接;减小结构挠曲影响, 保证各密封接缝和毗连的密封紧固件在最大使用载荷情况下不发生滑动或明显的分离。结构件在密封连接部位最好具有相似的刚度[1];应控制船底铆钉变形。

3.4 良好的维护通路。对于小型飞机, 因内部空间小, 为了便于修理和排除密封缺陷, 在每个密封舱上, 设置检查口盖尤为重要。必要时要在水密框上布置人能通过的密封口盖。

3.5 不能忽视规定线以上的结构密封。要考虑飞机在水上高速滑行时, 飞溅的水花造成的进水及重心偏离造成入水位置的升高;机身机翼对接处做好密封, 防止水从底部溅入, 增加机身水密难度。

结束语

结合水密试验, 本文总结了飞机结构设计在水密方面应注意和考虑的问题, 为水密结构设计提供一些方法和思路。金属铆接结构的机体, 特别是船底, 在外形比较复杂的情况下, 要实现完全的水密, 难度比较大。为改善密封工艺, 提高密封的可靠性, 对结构连接形式和材料等方面仍需深入的研究和探索。

参考文献

水密试验 篇2

救生舱用于矿难发生后的紧急避难,放置于矿山井下作业面附近。在遇险人员无法及时安全地撤离危险区域时可以迅速躲进救生舱,救生舱无需外部能源补给,即可帮助幸存人员躲避有毒有害气体、 浓烟烟尘及氧气缺乏等危害,提供一定时间的生命生存保障。对于挽救井下幸存人员的生命具有积极而重大的意义[1]。

国外救生舱研究起步较早,进展快,技术相对成熟,并已有多次成功营救案例。国内救生舱的研究起步较晚,但研究发展比较迅速,技术渐趋成熟。目前救生舱抵御爆炸冲击、高温烟气、有毒有害气体的防护性能已趋成熟,但其水密及承压性能及其检验方法的研究[2]。本文以某型号救生舱为例,采用数值模拟与现场试验等技术手段,介绍了一种救生舱水密及承压性能的检验方法。

1试验准备

1.1试验条件

试验用主要系统及设备包括新型防水型救生舱、水压试验中心、蓄水池、应变检测系统及其它附属设备。

1) 防水型救生舱

舱体采用Q620钢材,舱总长度在7300mm左右,外直径为2000mm,舱筒体平均壁厚为10mm,封头最大壁厚为24mm; 正门洞处厚度为10mm,直径为800m; 顶门突出 筒体部分 为600mm,厚度为10mm。另外,为受力均匀,有四个舱托,每个长度为500m[3,4,5]。防水型救生舱外观如图1所示。

2) 水压试验中心

水压试验中心基本参数: 设计压力3. 6MPa; 工作压力2. 5MPa; 设计温度50℃; 介质为洁净水; 主要材质为Q345R; 全容积为100m3; 净重50t; 设备运行质量150t。

水压试验中心如图2所示。

1.2试验原理

将水注入水压试验中心,通过加压,在内部制造一个高压的水环境; 注水加压系统用来将蓄水池的水注入水压测试平台中,并且通过试压泵进行升压, 整套设备配有自动控制系统; 应变监测系统包括应变片与应变仪,用来将舱体的应变信号,转换成数字信号,这样既可读出舱体实时的应变信息; 附属系统主要用来完成救生舱的吊装移动,以及耐压舱门的开闭等[6,7,8,9]。

1.3试验步骤

试验过程主要分为五个步骤。

1) 舱体应变数值模拟

1模型建立

防水舱模型分成舱体外壳、封头、法兰、加强筋与开孔五部分。模型采用SHELL181与SOLID187两种单元,舱体外壳与封头为壳体SHELL181单元, 法兰与加强筋采用实体的SOLID187单元。

2划分网格

先对SHELL单元进行划分平面网格,然后对SOLID单元划分实体网格,共划分842082个单元。

3施加载荷

在防水型救生舱整体的外表面施加均布的2. 25MPa的静载荷。

经过ANSYS分析计算后,得到整舱的应力云图,见图3。

2) 在舱体贴应变片

分析整舱数值模拟结果,考虑到仪器最大通道数所限,只对舱体应力值偏大或者特殊的部位进行重点应变监测,本次试验共布置了32个测点。

确定测点后,对舱体进行贴片,经过四次防水处理后,完成舱体贴片工作。图4为救生舱外部应变贴片。

3) 将救生舱放入水压测试平台中,固定救生舱,防止救生舱在注水加压过程中漂浮晃动。将应变信号线从水压测试平台顶部引出,封闭耐压舱。

4) 利用注水加压系统向水压测试平台内部进行注水加压

首先将压力升至1. 5MPa,随后保压1. 5h,保压稳定后,逐级升压至2MPa,2. 5MPa,3MPa等,每级递增0. 5MPa,并且每个压力均保压0. 5h。直至监测的舱体应变值过大,接近或超过理论值时,停止升压,并以此作为救生舱的耐压极限。

试验过程中,如果发生压力骤变,极有可能是舱体发生大变形或者发生泄漏,需要立即终止升压,并启动泄压。

5) 对救生舱关键点的应变值进行实时监测

通过应变采集系统将救生舱体的形变量,变成数字信号读出。同时通过自动控制系统对实时压力进行监测[10,11]。

2试验结果与分析

试验结束后,将水压测试平台内部的水排入蓄水池,进入水压测试中心内部,观察舱体受压情况。

对救生舱环肋圆柱壳、舱首、舱尾、焊缝、法兰、 门孔以及泄压阀等关键部位进行检查,并未发现有明显塑性变形,舱体耐压效果良好。

救生舱内部关键部位无明显形变,应急门密封垫有被部分被浸湿,法兰密封垫未被浸湿。舱内情况正常,救生舱的耐水压性能良好。见图5。

通过目测检查过舱体之后,可以初步确认舱体的耐压性能良好,在3MPa的水压下,未发生明显形变。

为了得出救生舱具体受力状况,需要对仪器采集到的应变数据进行计算分析。分析发现,在32个测点中,共得到五个应变较大的点,其应变值见表1,其应变变化规律如图6所示。水压试验中心压力实时曲线见图7。

图中各测点数据应变值为负表示受压,为正表示受拉。且均出现四段平台,其对应的时间段分别为保压1. 5MPa、2MPa、2. 5MPa、3MPa时,由曲线可以看出,应变仪所测应变值变化平稳,与水压变化趋势完全一致,数据可靠。通过应变值可以分析救生舱表面复杂的应力状况,为测试其承压性能提供可靠的依据。

整个试验中,压力未出现波动或失压,假定舱内出现泄漏或者大变形,压力将出现波动,由此可以说明救生舱与水压模拟设备的承压与水密性能良好。

所得的最大的应变量 - 1401με,折算成应力约为压应力288. 6MPa,位于观察窗附近,属于跨中横剖面应力,经计算,舱体材料为Q620,跨中横剖面的许用应力约为527MPa,强度足够。

3结论

水密试验 篇3

南水北调干线工程输水箱涵为单联3孔或2孔布置。箱涵每15 m设置变形缝1条, 内设止水带1道, 迎水侧设聚硫密封胶嵌缝材料1道。止水带为中埋式橡胶止水带, 起主要内外方向上的止水作用;填缝材料为聚乙烯闭孔泡沫塑料板, 厚度3 cm, 嵌缝材料为单组分聚氨酯密封胶, 均布置在迎水侧, 断面尺寸3 cm×3 cm, 主要起内水方向上的止水作用。中墙、边墙变形缝止水结构布置形式如图1所示。

根据NSBD12—2009《南水北调箱涵工程施工质量评定验收标准》规定, 箱涵工程主体完工后, 应对全部箱涵变形缝进行水密性检验, 以免由于橡胶止水带安装不到位或止水带周边混凝土振捣不密实致使渗漏而造成危害。

变形缝作为箱涵水密性的薄弱环节, 决定了箱涵整体水密性的质量。对箱涵变形缝进行水密性检验的目的, 在于检查变形缝的施工质量, 从而确定箱涵的抗渗能力是否满足设计要求。

1 检验方法选择及装置

1.1 水密性检验方法分析

(1) 目前对于管道整体检漏技术较为成熟, 接缝检验在高压预制管道 (如PCCP) 等的技术上也相对成熟, 但涉及输水箱涵类型的接缝检验技术, 从结构设计到检验手段, 行业内尚未形成相应系统性的规定和统一检验标准。

(2) 对于小型管道:一般采用“直接充水加压法”检验。对于大型管道或箱涵:一般采用“内张式机架加压法”或“整体充水法”检验。“内张式机架加压法”, 由于机架整体为预加工, 故此方法要求被检对象具有相同的结构尺寸。

(3) 由于机架检验设备不能适应箱涵结构尺寸间的变化, 造成设备对各变形缝的混凝土面难以挤密而漏水的检验困难。在南水北调中线穿黄工程和天津市内配套工程中所进行的实验性检验, 表明“内张式机架加压法”难以适应箱涵水密性检验的要求。

同时, 由于天津干线输水箱涵体积较大, 很难具备整体充水条件, 因此, 采用“整体充水法”检验变形缝水密性也具有一定的困难。

1.2 检验方案的确定

鉴于“内张式机架加压法”或“整体充水法”难以适应箱涵变形缝的水密性检验, 通过现场勘查、调研, 在充分了解箱涵结构特点及变形缝水密性检验要求的基础上, 根据设计单位对变形缝水密性检验的技术要求, 拟定了采用“简易注水加压法”进行变形缝水密性检验的方案, 并研制出相应的仪器检验系统, 在南水北调工程某输水箱涵内进行变形缝水密性试验性检验。

检验采用常规压水试验方法进行, 将压力水注入嵌缝材料和止水带之间, 利用嵌缝材料和止水带的封闭作用, 通过观测压力变化来估计其止水效果。检验过程中的水压标准、加压方式、压水孔布置等执行设计单位水密性检验实验技术要求的规定。

1.3 检验装置

箱涵变形缝水密性检验试验装置由中水北方勘测设计研究有限公司工程技术研究院研制。试验系统由空压机、空气开关、压力表、调节阀、储水罐、气动连接件、胶皮软管、注水枪、注水嘴等部分组成。系统布置示意图如图2所示。

检验系统由空压机提供加载压力, 调节阀控制水压。采取分级加压方式, 即0.05 MPa与0.1MPa两级加压。

第1级 (0.05 MPa) 加压完成后, 当确定嵌缝止水无破坏时再进行下级加压。当预计嵌缝有失稳情况下, 应采取措施加固嵌缝材料不至于造成下级加压破坏后, 再进行第2级 (0.1 MPa) 加压。

当第1级加压中嵌缝材料渗漏时, 应停止检验, 待嵌缝止水重新修复后, 再进行重新检验。

2 现场检验及成果

2.1 现场检验

(1) 钻孔。根据设计要求, 沿墙面打Φ14 mm斜孔到伸缩缝, 并穿过嵌缝材料聚乙烯闭孔泡沫塑料板。在伸缩缝的上端打一个排气孔。注水孔布设如图3所示。

(2) 检查与清理。压水孔成孔后, 首先检查孔的深度, 然后用空压机压气吹净孔内灰尘, 再用清水清洗, 防止灰尘与杂屑堵在孔内。

(3) 埋设注水嘴。注水嘴采用封闭性、牢固性好的金属嘴。该嘴利用环压紧固的原理, 使用简单, 密闭性能好, 无需封埋。

(4) 注水。将注水管连接在注水嘴上, 打开空压机, 调节压力为0.02 MPa, 观察进水与伸缩缝状态, 当进水平稳后, 调节压力为0.05 MPa, 在5~10 min内测定压力下降情况。

当第1级加压中嵌缝材料渗漏时, 应停止检验, 待嵌缝止水重新修复后, 再进行重新检验。

若在压力为0.05 MPa试验后, 伸缩缝状态正常, 进行第2级0.1 MPa加压。在5~10 min内测定压力下降情况。在测定时间内, 压力下降超过10%以上时, 检验结论为不满足要求。

(5) 记录。检验过程中, 详细填写检验记录。

2.2 检验成果

现场对5条变形缝进行了水密性试验性检验, 检验成果如表1所示。

3 结论及建议

3.1 结论

(1) 输水箱涵变形缝水密性检验系统, 在检验方法、加压方式、水压控制、系统本身密封性等方面均满足设计技术要求, 且操作方便, 数据准确, 能够较好地进行输水箱涵变形缝水密性检验。

(2) 在箱涵变形缝水密性检验过程中, 聚硫密封胶表面及边缘存在渗水现象。

3.2 建议

水密试验 篇4

我国现代城市轨道交通是以1965年7月1日开工建设的北京地铁为开端, 发展至今已有50年的历史。随着我国经济的发展和城市化进程的加快, 大城市及特大城市都在走一条以轨道交通系统为骨干, 以公共交通为主体, 多种交通方式相互协调的综合智能化交通系统。随着城市轨道交通建设的发展, 以车辆为代表的技术体系也实现了现代化。通过国际技术交流合作, 引进先进技术, 实现设计制造技术的现代化。在与国际接轨的过程中形成了具有中国特色的城市轨道交通政策、法规和标准体系。

1994年11月20日由法国标准化协会会长批准执行的NF F31-054, 专门用于城市及郊区铁路网运输的客车车门特性-启闭-检测和实验, 其中, 客车车门水密性试验 (我们习惯称之为淋雨试验) 是该标准中一项重要的操作实验[1]。

市场上淋雨试验装置种类繁多, 没有统一的规定。但是, 所有淋雨试验装置中都必不可少的是淋雨喷嘴装置。整个淋雨试验的成功关键也在于淋雨喷嘴的设计制作。各种淋雨喷嘴的结构形式也有很多, 本文主要研究其中一种结构:螺旋槽式的淋雨喷嘴结构。

1 NF F31-05标准关于淋雨试验要求解读

1994年11月20日执行的NF F31-05标准关于客车车门淋雨试验要求如下:

该试验在正常大气条件下进行, 接受试验的车门安装在接触面与车厢接触面相同的结构上。车门关闭上闩。

门的外表面接受喷头喷水, 同时加以保护以免水喷到内表面上。

10个喷嘴规则地安装在垂直栏杆上, 第1个位于门槛上, 最后一个在门体顶部密封层的上方, 垂直于车门, 距车门 (300±10) mm。

每个喷嘴在垂直面上的喷射角度为 (50±2) °。

在两喷嘴喷水覆盖区域的重叠区域的喷水图案的水为卵球形, 长轴为垂直方向, 喷射宽度为 (45±5) mm。

栏杆与车门的相对位移速度为 (3±0.15) cm/s。

水压值为 (300±10) KPa, 即水压值为3bar.

每个喷嘴的最小流量 (包括两端喷嘴) 为7L/min。

与1994年执行的NF F31-054标准相对应的是2005年德国标准化研究所编制并由拜尔特出版社有限责任公司出版的欧洲标准EN 14752:2005, 该标准由欧洲标准化委员会 (CEN) 成员国比利时、丹麦、德国、爱沙尼亚、芬兰、法国、希腊、冰岛、爱尔兰、意大利、拉脱维亚、立陶宛、卢森堡、马耳他、荷兰、挪威、奥地利、波兰、葡萄牙、瑞士、瑞典、斯洛伐克、斯洛文尼亚、西班牙、捷克共和国、匈牙利、英国和塞浦路斯国家标准局一致通过并实施至今, 为世界上很多铁路同行所采用。EN 14752:2005标准是在NF F31-054的基础上形成的, 其中关于淋雨试验要求项目, EN 14752:2005标准与NF F31-05标准相比, 喷嘴流量由7L/min变更为14L/min, 流量成倍增加, 其余的要求基本无变化[2]。

2 淋雨喷嘴设计:

2.1 淋雨喷嘴设计必须同时满足标准中的以下几个条件:

(1) 水压值为 (300±10) KPa, 即水压值为3bar.

(2) 每个喷嘴在垂直面上的喷射角度为 (50±2) °

(3) 每个喷嘴的最小流量 (包括两端喷嘴) 为7L/min。

2.2 喷嘴总体结构

喷嘴总体结构由喷嘴体、喷嘴芯、喷嘴盖三部分组成。喷嘴体起连接作用, 喷嘴体一端连接给水装置, 另一端连接喷嘴盖。喷嘴芯装在喷嘴体内, 喷嘴芯上带螺旋槽。

2.3 确定喷嘴盖上小孔直径

由于喷嘴盖厚度较薄, 孔径相对于喷嘴长度尺寸的比例符合液压原理上的薄壁小孔流量规律, 因此此处喷嘴盖的小孔直径确定套用液压原理上的小孔薄壁流量公式[3]。

10个喷嘴每分钟最小流量是70L, 根据这个要求, 利用压力、流量、薄壁小孔流量函数关系先确定出每个喷嘴盖上的小孔直径:

式中, d为喷嘴小孔直径, 单位:mm;p为喷射压力, 单位:bar;q为喷射流量, 单位:L/min;n为喷嘴个数。此处取1;

η为喷嘴效率系数, 此处η=1.2~1.3, 此处取1.3。

可以得出喷嘴小孔直径:d=3.2mm。

2.4 确定喷芯螺旋槽相关尺寸

在喷嘴流量及喷射角度确定的情况下, 反推确定喷芯螺旋槽结构的相关参数。此处螺旋升角理论数据应为25°, 由于制造误差及摩擦阻力因数的影响, 此处螺旋升角选择为30°。为了保持喷芯在喷嘴体内平稳, 螺旋槽头数设计为3。螺旋槽深度及宽度尺寸根据单位流量即可确定。

由于理论计算与实际工作环境有一定的误差, 因此喷嘴设计并制作出来后, 还要经过试喷及修正参数的过程, 最终才能实现喷射压力、喷射流量、喷射角度的完美统一 (见图1) 。

2.5 两淋雨喷嘴喷水重叠区域图案为卵球形的验证

如图2所示, 由于两喷嘴喷出水的形状均为圆锥体, 两个圆锥体相交的相贯线即为卵球形。

设两淋雨喷嘴碰水重叠区域交叉点距离喷嘴出水口的距离为L, 单位为mm,

喷水轮廓线与中心线的角设为α, 单位为度。

由几何关系可得:

代入相关数据即可得出:

即从理论上讲, 两喷嘴喷出的圆锥体水柱在距离喷嘴536.48mm处开始相交, 形成卵球形图案。当然由于外界因素, 如喷嘴制造误差、风向等的影响, 两水柱的交汇距离L可能不是536.48mm, 是一个变化值。但这不影响整个淋雨试验的结论 (见图3) 。

3 结语

本文通过对法国NF F31-054中关于客车车门水密性试验要求的解读, 参照液压控制系统理论技术及螺旋槽理论原理, 设计并制作出了螺旋槽式淋雨喷嘴, 为NF F31-054水密性试验装置喷嘴设计起到了抛砖引玉的作用。作者主导研制出来的淋雨试验装置完全符合相关标准要求, 得到了法国阿尔斯通等国际知名车辆制造公司的验收认可。

摘要：本文通过对法国铁路标准NF F31-054的解读, 利用液压控制理论知识及螺旋槽结构原理, 设计出了螺旋槽式淋雨喷嘴。并以作者主导研制出来的淋雨试验装置通过国际知名客户验收认可为实例验证。

关键词：法国铁路标准NF F31-054,水密性 (淋雨) 试验,液压控制原理, 螺旋槽原理

参考文献

[1]NF F 31-054 Railwayapplications-Rolling stock Testingof rolling stock on completion ofconstruction and before entry intoservice, 1994.

[2]EN 14752-2005 Rail-way applications-Bodyside en-trance systems, 2005.