該文針對某型裝備結(jié)構(gòu)的防水密封要求，根據(jù)密封的原理對泄漏的主要相關(guān)因素進(jìn)行分析，并通過試驗(yàn)進(jìn)行分析研究，最終經(jīng)浸水試驗(yàn)的方法進(jìn)行了實(shí)體驗(yàn)證。該文的研究成果和測試方法對實(shí)裝的研制具有直接的指導(dǎo)意義。

引言

　　某型訓(xùn)練系統(tǒng)，通過加裝在實(shí)裝武器上，讓戰(zhàn)士可在真實(shí)的野外環(huán)境下，開展對抗交戰(zhàn)訓(xùn)練。這是目前世界上主要軍事強(qiáng)國普遍采用的一種訓(xùn)練方式，通過這種實(shí)戰(zhàn)化高強(qiáng)度的對抗訓(xùn)練，有效提高了部隊(duì)的作戰(zhàn)訓(xùn)練水平。隨著部隊(duì)訓(xùn)練需求的發(fā)展，對訓(xùn)練裝備的環(huán)境適應(yīng)性也提出了更高的要求。針對渡河、渡海等涉水訓(xùn)練的要求，原來的防雨淋性能已經(jīng)不能滿足新戰(zhàn)術(shù)的需求，要求新型裝備必須具有防浸水嚴(yán)格密封的性能。

　　涉水情況出現(xiàn)時較為復(fù)雜，有的可能濺射沾水，也有可能長時間浸泡入水中， 有時溫度也會出現(xiàn)冷暖不一等狀況。為了達(dá)到嚴(yán)格防水密封的要求，在深度浸水條件下，能滿足規(guī)定時間不漏水的測試，對裝備的整體設(shè)計(jì)必須遵循密封設(shè)計(jì)的規(guī)范， 對材料選用、結(jié)構(gòu)樣式、密封件確定以及相關(guān)的工藝過程等各方面進(jìn)行分析、計(jì)算、試驗(yàn)和驗(yàn)證，才能使得新研制產(chǎn)品滿足涉水使用的要求。

1、密封結(jié)構(gòu)的原理分析

　　1.1、密封與泄漏

　　泄漏是指氣體、液體、固體或它們的混合物，從一個空間進(jìn)入另一個我們不希望發(fā)生的現(xiàn)象。要達(dá)到裝備件浸水后不漏水，也即裝備件的密封達(dá)到預(yù)期要求。要實(shí)現(xiàn)密封，就是要控制相應(yīng)的泄漏。在工程中，常用密封性或緊密性來評價密封狀態(tài)的有效性，產(chǎn)品的密封性可用泄漏率的大小來評定。泄漏率通常用體積流率、質(zhì)量流率以及PV 流率等來表示，常用單位是cm3/s、Pa·m3/s 等。

　　1.2、密封基本方法

　　密封的本質(zhì)是要阻止不希望的流體、固體或其混合物進(jìn)入被密封的空間內(nèi)，如裝備件中要阻止灰塵、雨水、河水或海水的進(jìn)入。通常密封的方法有如下幾種：盡量減少密封部位，在裝備件的設(shè)計(jì)時，統(tǒng)籌考慮結(jié)構(gòu)樣式，進(jìn)行規(guī)整合并，減少部件外表裝合數(shù)量和尺寸。由此盡可能少設(shè)置密封部位。

　　堵塞或隔離泄漏通道，在密封部位設(shè)置密封圈、使用密封膠，可大大提高連接的密封性。在裝備件的設(shè)計(jì)和制造中，通常較多使用密封圈的形式，有利于生產(chǎn)的工藝性提高。

　　增加泄漏通道中的流動阻力， 改善密封件的密封區(qū)域的深度，即改變泄漏通道的長度，提高密封圈的密封比壓，使得泄漏可能性降低，泄漏現(xiàn)象難以發(fā)生。采用永久性或半永久性的連接，主要是指用焊接、使用膠黏劑等可形成永久性或半永久性的密封連接形式。

2、密封結(jié)構(gòu)的分析與測試

　　2.1、密封結(jié)構(gòu)分析與觀測

　　1)影響裝備結(jié)構(gòu)密封效果的主要因素造成泄漏的根本原因是由于裝備件組裝結(jié)合面因結(jié)構(gòu)形式及加工精度等因素的影響， 接觸配合的部位上必然存在微間隙，就會出現(xiàn)結(jié)合面的不完整吻合，而結(jié)合面兩側(cè)的壓力差(p2>p1)則是泄漏的推動力，從而產(chǎn)生泄漏(見圖1)。

圖1 結(jié)合面的泄漏微間隙

　　由于墊片或密封件具有良好的變形特性， 容易與被連接元件表面貼合，填滿表面的微間隙，堵塞或減小被密封流體的泄漏通道，可實(shí)現(xiàn)密封。

　　要減少泄漏，就必須使得結(jié)合面最大程度地接觸，減小泄漏通道的橫截面積增加泄漏阻力。當(dāng)泄漏阻力大于泄漏的推動力時，泄漏現(xiàn)象將被阻止發(fā)生。

　　增加密封面的壓緊載荷，從而產(chǎn)生壓緊應(yīng)力，可提高密封面的接觸程度， 當(dāng)應(yīng)力達(dá)到使得密封圈產(chǎn)生彈性或塑性變形時，變形部分就可填充結(jié)合面的間隙，從而堵塞了泄漏的通道。

　　2)裝備件結(jié)合面的測試分析

　　為了分析結(jié)合面的實(shí)際嵌合狀態(tài)， 我們設(shè)計(jì)了與裝備件相同的試驗(yàn)分析件(見圖2)，通過底蓋和橡膠密封圈的配合，形成密閉空腔。在分析件中，可以通過觀察窗口清晰地看到接觸的狀態(tài)。

圖2 試驗(yàn)分析件

　　測試件上設(shè)計(jì)了密封圈觀察窗、電器接插件座、進(jìn)氣口、氣壓測試口等結(jié)構(gòu)。電器接插件座則是對裝備中實(shí)際使用的電纜插頭插座， 可進(jìn)行實(shí)際測試防水泄漏性能的密封效果。進(jìn)氣口等可與氣閥連接，對試驗(yàn)腔體進(jìn)行正壓氣泡或負(fù)壓查漏等測試。氣密性的檢測目前已經(jīng)較為普遍，也出現(xiàn)了更精確、靈敏的技術(shù)手段。在圖3 中， 將試驗(yàn)分析件的玻璃窗口正對工具顯微鏡，通過顯微鏡目鏡，能觀察到密封圈在不同預(yù)緊壓力下的變形狀態(tài)，由于工具顯微鏡具有測量的功能，可對密封圈變形后的接觸區(qū)尺寸、微粒大小等進(jìn)行測量記錄。

圖3 工具顯微鏡觀測分析

　　在圖4 中， 可以清楚地看到密封圈的壓縮變形接觸區(qū)， 同時我們還能清楚地看到接觸區(qū)內(nèi)夾雜了細(xì)小顆粒和線狀纖維物， 另外對金屬表面的加工紋路等表面質(zhì)量也能清楚看出。經(jīng)測量， 圖中的纖維物直徑為18 微米，顆粒物的直徑為20～50 微米之間。當(dāng)細(xì)小顆粒和纖維物在結(jié)合面形成泄漏通道時， 對密封將會產(chǎn)生破壞。

圖4 顯微鏡下密封圈的接觸情況

　　介質(zhì)通過泄漏通道時會遇到阻力，流動阻力與泄漏通道的長度成正比，與泄漏通道的分子流當(dāng)量半徑的3 次方成反比。對密封圈來說， 增加密封結(jié)合面寬度，即增加泄漏通道長度，提高密封圈的密封比壓，即減小泄漏通道的當(dāng)量半徑可增加泄漏阻力， 改善結(jié)合面的密封效果。金屬表面光潔度和微小物的影響原理相同， 因此對結(jié)合面部位的工件表面光潔度是重要的一個考慮因素，在很多的情況下經(jīng)常會被忽略，給密封效果起到了不小的負(fù)面作用。結(jié)合面的表面缺陷如裂紋、劃傷等，對消除密封間隙有較大的困難。由于此類缺陷的尺寸微小，密封圈的彈性體由于自身張力作用，不易進(jìn)入這部分縫隙，因此要消除此類型的泄漏通道，也可以采用流體形式的密封膠等方法解決。

　　通過上述實(shí)物樣件的觀測及分析， 實(shí)際密封件的加工和裝配應(yīng)對表面質(zhì)量、結(jié)合面的潔凈度提出明確的要求。

　　2.2、密封狀態(tài)的測試

　　所有裝備件的最終成品， 必須經(jīng)過規(guī)定要求的浸水試驗(yàn)檢驗(yàn)，以證實(shí)產(chǎn)品的防水密封能力。為了便于開展產(chǎn)品的浸水試驗(yàn)，我們設(shè)計(jì)了專用的浸水試驗(yàn)機(jī)。本機(jī)可以用來檢測確定完整產(chǎn)品殼體及裝配后密封性能。試驗(yàn)機(jī)能通過參數(shù)設(shè)定，進(jìn)行不同水深壓力的浸水試驗(yàn)。

　　如圖5 所示，在浸水試驗(yàn)罐中，產(chǎn)品固定在水中，頂部到水面有一定高度h，當(dāng)罐體中氣體壓力為p0時，產(chǎn)品承受的水壓為：

p=p0+h·γ

　　式中γ———水的密度;h———產(chǎn)品沒頂深度;p0———罐體中氣體壓力。

　　產(chǎn)品實(shí)際使用時水深壓力為：p=H·γ， 由此得產(chǎn)品密封耐浸水深為：

H=(p0+h·γ)/γ

圖5 浸水試驗(yàn)機(jī)原理圖

　　實(shí)際浸水機(jī)為三個主體部分：空氣壓縮機(jī)、控制柜機(jī)和罐體。由于空壓機(jī)噪聲和罐體需進(jìn)排水，故三個部分分設(shè)在不同室內(nèi)。具體樣式見圖6 所示。

圖6 浸水試驗(yàn)機(jī)實(shí)物連接

　　對于設(shè)計(jì)研制的新裝備產(chǎn)品， 經(jīng)過上述浸水機(jī)的實(shí)際檢測，都可靠地驗(yàn)證了密封的技術(shù)指標(biāo)要求，為確保裝備的防水密封性能要求提供了有效的檢測手段。

3、結(jié)論

　　在防水密封裝備件的設(shè)計(jì)中， 解決關(guān)鍵的密封防泄漏難題，要對密封與泄漏的基本原理有清晰的認(rèn)識，對泄漏的根本原因進(jìn)行逐一分析， 從而有針對性地進(jìn)行技術(shù)設(shè)計(jì)。本文從密封技術(shù)的原理分析入手，對重要的密封結(jié)合面的狀態(tài)進(jìn)行觀測， 得出若干直接關(guān)系到密封效果的重要因素， 對裝備產(chǎn)品的密封設(shè)計(jì)具有實(shí)用性的指導(dǎo)意義。以壓力為參數(shù)的浸水機(jī)可靠便捷，可對產(chǎn)品的密封性能進(jìn)行準(zhǔn)確數(shù)據(jù)檢測。