制冷系統(tǒng)密封性試驗方法

楊雙 蔡寧

中家院（北京）檢測認證有限公司 北京 100176

1 引言

制冷系統(tǒng)的密封性對于整機產(chǎn)品的安全可靠運行至關(guān)重要，特別是隨著制冷劑替代進程的加速，可燃制冷劑工質(zhì)的應(yīng)用越發(fā)廣泛。因制冷系統(tǒng)密封性的不可靠引起的制冷劑泄漏可能帶來火災(zāi)、爆炸及毒性等嚴重安全隱患，如何保證制冷產(chǎn)品（如冰箱、空調(diào)器、熱泵等）在使用過程中不會因為制冷劑泄漏而引起安全事故是值得我們深入思考的問題。目前，我國制冷空調(diào)行業(yè)已有的產(chǎn)品標準基本均涉及到相關(guān)的密封性試驗，如GB/T 7725-2004中規(guī)定空調(diào)器制冷系統(tǒng)密封性試驗是采用靈敏度為1×10-6Pa·m3/s的檢漏儀測試正常制冷劑充灌量下的泄漏率，各處無泄漏即可[1]。國際上大多采用ISO 14903-2017[2]作為制冷系統(tǒng)密封性判定的依據(jù)，本文將詳細介紹該標準中對于密封性判定施加的各種應(yīng)力條件及評價指標。

2 試驗要求

2.1 測試對象

該標準主要針對的測試對象是制冷系統(tǒng)中所應(yīng)用的密封性或密閉性的組件及接頭，其中接頭的最大管徑為DN50，組件的最大內(nèi)部容積為5 L，最大重量為50 kg。對于類別不同的組件或接頭，如是否永久性連接（釬焊、焊接等）、是否同一種本體材質(zhì)（不銹鋼、銅、鋁等），需要施加的應(yīng)力條件各不一樣，試驗之前需要對測試樣品按照標準的分類要求來確定試驗項目。所有的測試樣品需要按照標準要求或制造商要求進行組裝以滿足試驗要求。

2.2 測試流程

密封性試驗涉及的測試流程如圖1所示，需要注意的是，對應(yīng)不同的測試項目，采用的樣品數(shù)量不同，且運行模擬與壓力溫度振動試驗（PTV）必須采用同一樣品，其他試驗則可采用不同樣品。同時，對于接頭需要在規(guī)定的扭矩條件下開展測試。

3 試驗條件分析

3.1 氣密控制等級要求

密封性試驗是否合格的判定條件是：通過考核應(yīng)力施加前后氣密等級測試水平是否能夠滿足規(guī)定控制等級要求，主要分A1、A2、B1、B2四個等級，具體要求如表1至表3所示。

3.2 氣密控制等級測試

氣密控制等級測試可采用三種方法來進行：

圖1 測試流程圖

圖2示蹤氣體法測試原理

圖3 壓力溫度振動測試原理圖

表1 接頭氣密控制等級

表2 組件氣密控制等級

表3 氣密控制等級對應(yīng)的等效測試氣體流量

（1）示蹤氣體法；

（2）壓力法；

（3）氣泡法。

其中示蹤氣體法最為復(fù)雜，但測試精度相對較高；壓力法是可用于組件泄漏率測量的一種方法；氣泡法采用的測試設(shè)備相對簡單，但是僅適用于氣密控制等級為B級的被測件。此處以氦示蹤氣體法作示例說明，測試原理如圖2所示（圖中1為示蹤氣體；2為抽空；3為質(zhì)譜檢漏儀；4為被測物體；5為標準漏孔）。根據(jù)被測件類型確定測試所需的氦氣壓力，氦氣打壓之前，被測件和真空箱都需要進行抽空處理，并測試真空箱的氦氣本底濃度。向被測件內(nèi)部充入規(guī)定壓力條件的氦氣，然后測試真空箱內(nèi)氦氣濃度。需要注意的是，當接頭和組件組合試驗時，需要按照參與測試的組件或接頭中最高氣密控制等級的要求來進行結(jié)果考核及判定。

3.3 壓力溫度振動測試

壓力溫度振動測試可通過兩種方式來實施，一種是將溫度、壓力及振動三個應(yīng)力條件同時施加于被測件上，測試原理如圖3(a)方法1所示；第二種方法是將溫度、壓力應(yīng)力施加與振動應(yīng)力施加分開，測試原理如圖3(b)方法2所示。兩種方法在測試條件上略有不同，方法1將三種應(yīng)力同時施加的測試條件對于被測件來說更為嚴苛，因此方法2將循環(huán)次數(shù)以及振動強度加強，以補償壓力損失，且需要進行溫度壓力脈沖及恒溫壓力脈沖兩種測試，振動試驗需要分別進行三個方向的隨機測試及正弦測試，以確保方法1和方法2測試效果上的一致性及有效性。因為測試溫度范圍最低可至-40℃，兩種測試方法中的壓力試驗介質(zhì)均不可為液體，一般可采用氮氣或壓縮空氣。

測試過程中需要關(guān)注的條件主要有以下幾點：

（1）試驗前首先需要確定測試的溫度及壓力測試范圍，即Pmax，Pmin，tmax，tmin四個參數(shù)；

（2）溫度脈沖測試狀態(tài)在最高溫及最低溫試驗點，需要在保證偏差小于25 K的條件下維持2 min；

（3）PTV試驗前，除先進行氣密控制等級測試外，還需要對每個進行PTV測試的被測件進行運行模擬操作。

3.4 冷凍測試

冷凍測試的試驗對象是在0℃以下使用的接頭，試驗前需要將接頭連管的兩端都密封，以防止試驗過程中有水通過端口進入管件內(nèi)部而影響結(jié)果判定。注水過程中需要確保測試樣品各部分完全浸入水中，且樣品是按照最不利方向放置在試驗艙內(nèi)，以保持進入樣品縫隙中的水分。在試驗艙空間足夠的前提下，可以同時對多個樣品進行測試以節(jié)省試驗周期，但是需要保證試驗過程中每個樣品的溫度都能達到-15℃或者更低。冷凍測試原理圖如圖4所示（圖中1為管件；2為接頭；3為水；P為壓力；T為溫度）。

3.5 氣密連接的附加壓力測試

附加壓力測試即耐壓試驗針對的試驗對象是密封連接件，測試壓力需要達到至少五倍的設(shè)計壓力，需要注意的是此處壓力為設(shè)計壓力而非最大壓力。試驗介質(zhì)應(yīng)使用油或者水等液體。管件作為測試樣品的一個基本組成部分，長度不要過長且試驗壓力需要考慮其承壓能力。

耐壓試驗在給壓初期可以快速增壓，當壓力值較為接近設(shè)定壓力條件時則需要緩慢加壓，以使實際壓力值無限趨近于目標壓力，且高壓時間需維持1 min。

3.6 氣密連接的疲勞測試

圖4 冷凍測試原理圖

圖5 兼容性試驗裝置示例

疲勞測試的試驗對象是密封連接件，且需按照制造商的說明進行組裝，疲勞試驗僅可采用水作為試驗介質(zhì)。試驗需施加至少250000次的壓力脈沖，脈沖壓力范圍為大氣壓至最大允許壓力，脈沖頻率為20次/分鐘～60次/分鐘，則整個試驗周期可長達3～10天左右。

3.7 真空測試

真空試驗的試驗條件為達到6.5 kPa絕對壓力且能夠維持1 h內(nèi)壓力回升小于200 Pa即可。因為溫度的變化將對壓力值產(chǎn)生影響，試驗過程中需要考慮溫度補償以保證測試結(jié)果的準確度，或者可在恒溫的環(huán)境條件下進行本試驗以消除溫度波動的干擾。

3.8 兼容性測試

兼容性測試主要考核制冷系統(tǒng)中密封材料與制冷劑、潤滑油的相容性，涉及的測試對象包括橡膠及熱塑性密封材料。試驗前首先需要確定測試液體的組成，油劑混合液體需要充注至達到試驗腔體容積的75%左右。試驗過程中需要將被測件及油劑混合液體加熱至50℃并維持一定的試驗周期，對于橡膠密封材料的試驗周期至少為14天，對于熱塑性密封材料則為42天。需要注意的是，如果實際制冷劑的臨界溫度低于45℃，則試驗溫度需要比該制冷劑的臨界溫度低5℃左右。通過對施加應(yīng)力與未施加應(yīng)力的樣品在硬度、體積、重量以及外觀（如是否起泡或開裂）等指標進行比對分析，來確定材料與油劑混合液的相容性情況。兼容性測試原理如圖5所示（圖中：1為液態(tài)制冷劑；2為試驗元件；P為壓力；T為溫度），試樣在試驗艙內(nèi)應(yīng)互不接觸，也不可接觸試驗艙壁，且試樣表面應(yīng)完全浸入液態(tài)制冷劑中，同時需要對試驗過程中的溫度和壓力進行監(jiān)測。

4 總結(jié)

本文介紹了ISO 14903-2017中關(guān)于制冷系統(tǒng)密封性判定的試驗方法及注意事項，為企業(yè)及第三方檢測機構(gòu)開展相關(guān)的測試項目提供參考。通過更為嚴苛的試驗條件來考核整機或部件性能，能進一步提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低危險隱患，為消費者提供更安全的制冷產(chǎn)品。