0 引 言

磁翻柱液位計不僅在航天和軍事領域應用廣泛，在民用方面也是一種重要的功能控制元件，在各增壓系統或動力系統中起到穩定系統工作的重要作用。磁翻柱液位計的主要功能是對密閉系統額定壓差進行控制，即對規定的較高和較低壓力進行安全控制。當密閉系統內的壓力超出規定較高壓力值時液位計自動打開，從溢出口將密閉系統內的氣體或液體卸出，當密閉系統內的壓力下降至規定壓力以下時液位計自動關閉，保證系統內工作壓力在規定的正常安全范圍內。

 

1 液位計低壓漏氣故障分析

1.1 液位計低壓漏氣現象

常見磁翻柱液位計，在一次系統氣密試驗過程中，當密閉系統放氣至0.07 MPa時，檢查液位計主閥氣密性，出現漏氣現象且漏氣量超過允許范圍。要分析液位計低壓漏氣現象，首先從液位計各工作段的性能和漏氣量進行試驗，復核相關數據。此型 活 門 設計打開壓力值為0.5 MPa、關閉壓力值為0.27 MPa，對該液位計進行相關試驗，在試驗過程中液位計打開、關閉動作正常。檢查液位計主閥氣密性，在0.27 MPa時主閥氣密性良好，無漏氣現象，繼續放氣至0.07 MPa，漏氣率為260 泡/min，出現漏氣現象。

 

1.2 建立模擬試驗系統

在試驗室建立模擬試驗系統，將液位計裝在300 L試驗容器上進行復測工作，試驗室試驗狀態如圖2所示。按液位計試驗室試驗狀態：先手動調節打開1次，再用手動開關從液位計外給容器放氣至0.27 MPa，檢查主閥活塞氣密性，繼續手動開關放氣至0.07 MPa ，檢查主閥活塞氣密性。結果均為0 泡/min。

模擬正式使用測試狀態試驗：在液位計出口處加應急堵蓋（帶放氣小孔）限制放氣流量，液位計強制放氣至0.27MPa及0.07 MPa，并進行氣密檢查，結果為：0.27 MPa 時主閥活塞氣密性良好；0.07 MPa 時主閥活塞處出現連續漏氣（漏氣量無法精確統計），從0.07 MPa 開始為容器增壓，容器壓力升至0.15 MPa時，液位計漏氣現象消失。產品故障得到復現，同時說明如下問題：試驗室狀態下液位計試驗狀態與正式使用測試狀態不一致，導致試驗室狀態無法及時發現液位計存在的低壓漏氣問題，將故障產品流入到了交付使用程序。

 

1.3 低壓漏氣影響因素

從機理上分析液位計主閥活塞低壓漏氣有5個可能因素：1）密封面上有多余物；2）密封圈光潔度差、材料破裂等質量問題；3）殼體止口質量問題；4）彈簧力不足；5）止口處密封比壓不足。

對以上各可能因素進行檢查與分析：1）經分解檢查，液位計密封面無多余物；2）密封圈光潔度好，無破損；3）分解后檢查殼體止口質量，止口表面完整，未發現鋸齒和碰傷；4） 復測主閥彈簧力滿足設計要求；5）活塞止口處密封力滿足密封壓力要求。

1.4 低壓漏氣故障分析

活塞止口處密封力由氣體壓力、彈簧力、摩擦力等共同決定，彈簧力經檢查符合設計要求。在此液位計模擬使用狀態測試試驗后進行分解檢查，發現當拆除指揮閥、液位計主彈簧、液位計殼體后，活塞桿從強制腔推出時有明顯回彈情況，進一步分析后確認活塞桿上兩道密封圈之間存在夾氣現象。為分析夾氣現象對活塞止口處密封力的影響，對自由狀態與夾氣狀態下兩道密封圈與活塞桿間摩擦力進行比對試驗，測試結果見表1。

自由狀態為直接裝配（未強制打開）兩道密封圈時狀態，夾氣狀態為液位計強制5 min后兩道密封圈間出現夾氣時狀態。

由試驗結果可以看出：與自由狀態相比，當兩道密封圈間存在夾氣現象時，密封圈與活塞桿間摩擦力明顯增大。為進一步明確夾氣現象對活塞氣密性能的影響，對夾氣狀態下活塞止口處實際密封狀態進行分析。由表2可以看出：夾氣狀態下，受密封圈與活塞桿間摩擦力影響，0.07MPa氣檢時活塞止口處實際密封力已無法滿足設計密封需求，活塞止口處因密封力不足而出現漏氣現象。為進一步弄清兩道密封圈間夾氣現象的產生機理，對涉及密封圈密封的各零件尺寸進行復測并計算，結果見表3。由 表 3可 以 看 出 ，密 封 圈 要 求 壓 縮 率 為 15.52% ～26.79%，實際壓縮率為20.86%～21.41%，滿足設計要求。密封圈要求拉伸率為1.055～1.070，實際拉伸率為1.032～1.042，實際拉伸率偏小，造成內圈脹緊量不足，使密封圈內圈與活塞桿間的脹緊壓力偏小，無法達到密封要求。當強制腔通入氣體時，高壓氣體由密封圈內圈與活塞桿間縫隙進入兩道密封圈間空腔，強制腔卸壓后仍有部分氣體無法溢出并較終造成夾氣現象。

夾氣現象出現后，兩道密封圈間空腔內夾氣壓力從側面擠壓兩道密封圈，使兩道密封圈與活塞桿間脹緊壓力增大，導致強制動作后活塞復位時活塞桿與兩道密封圈間摩擦力增加，使活塞在低壓氣檢時因密封力不足出現漏氣。

為進一步確認問題原因，將遠離強制腔一側的1件密封圈進行返修：在其小徑內部壓緊面處修圓弧形槽3處（槽深0.3～0.5 mm均布），以避免出現夾氣現象，重新裝配后模擬使用狀態進行氣密檢查，氣密性能良好。經過以上分析及對比驗證，可以確認活塞桿上兩道密封圈之間存在夾氣現象是造成液位計低壓漏氣的直接原因。

 

2 低壓漏氣改進措施

根據試驗的數據和結果對液位計設計進行完善，更改遠離強制腔一側密封圈的設計狀態，將密封圈小徑內部壓緊面處修圓弧形槽3處，以徹底消除夾氣現象。為驗證上述措施的可行性，進行如下驗證工作：液位計夾氣現象出現后，將液位計中靠近強制腔一側密封圈更換為新狀態產品，重新裝配后進行500次動作試驗，每50次模擬使用狀態進行1次氣密檢查，分別強制放氣至0.27 MPa、0.07 MPa后進行氣密性檢測，液位計低壓氣密性能良好，漏氣現象消失。試驗后分解檢查開槽密封圈狀態良好，且無多余物產生。通過上述驗證試驗，說明采用遠離強制腔一側密封圈小徑內部開槽的方法可以有效消除夾氣現象，避免液位計因夾氣而低壓漏氣。

 

3 結 論

某型磁翻柱液位計由于原始設計和生產裝配過程存在不足，使液位計不能滿足使用要求。通過以上對液位計性能和不足的分析，對漏氣現象進行了密封結構的重新設計和改進，解決了液位計漏氣現象，使其滿足相關使用要求，為提高產品整體質量和后續發展提供了研究改進的基礎。