防水透氣閥對(duì)設(shè)備內(nèi)部凝露影響分析

包凌杰，秦星星

(長(zhǎng)園深瑞繼保自動(dòng)化有限公司，廣東 深圳 518057)

在戶外密封設(shè)備應(yīng)用中，由于天氣變化等各種原因，導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)外產(chǎn)生長(zhǎng)期循環(huán)變化的壓差，形成呼吸效應(yīng)，加大設(shè)備封面膠條失效導(dǎo)致進(jìn)水的風(fēng)險(xiǎn)及影響。在設(shè)備上設(shè)計(jì)防水透氣閥，可以達(dá)到平衡氣壓的作用。在諸多的研究及分析論證中，對(duì)于防水透氣閥，重點(diǎn)關(guān)注其透氣量、防水、鹽霧性能等環(huán)境適應(yīng)性能，而忽視了重要的一點(diǎn)，就是其透氣性能對(duì)裝置內(nèi)部自然凝露所造成的影響。

1 防水透氣閥介紹

防水透氣閥利用氣體分子與液體及灰塵顆粒的體積大小數(shù)量級(jí)差，讓氣體分子通過，而液體、灰塵無法通過，從而實(shí)現(xiàn)防水透氣達(dá)到平衡內(nèi)外氣壓的作用，同時(shí)具有防水、防塵、防鹽霧等特點(diǎn)，可以在戶外惡劣環(huán)境下長(zhǎng)期可靠工作。防水透氣閥的設(shè)計(jì)方法一般先根據(jù)設(shè)備腔體大小，外部氣壓變化范圍及變化速率，選擇適配的透氣量及透氣速率；最后根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用環(huán)境，選擇防水透氣閥的防鹽霧、IP 等級(jí)等特性需求。

2 設(shè)備內(nèi)部凝露理論分析

2.1 防水透氣閥的透氣性能

防水透氣膜最小可以捕捉到0.1 微米的顆粒。它使水分等液體無法通過的同時(shí)，允許空氣包括水蒸氣順利通過。從理論上來說，裝有防水透氣閥設(shè)備的外部濕度增大后內(nèi)部濕度也會(huì)增大，會(huì)增加凝露的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 密閉腔體凝露位置

空氣凝露的原理主要是因?yàn)榭諝庵械乃魵怙柡?，溫度再持續(xù)降低的情況下，空氣無法容納的水蒸氣形成凝露。所以，對(duì)于密閉腔體，凝露位置一般發(fā)生在溫度隨外部空氣溫度變化最快的位置。主要包括內(nèi)部箱壁，與外部連接的線纜處。

3 凝露影響試驗(yàn)驗(yàn)證

試驗(yàn)以智能電網(wǎng)就地化保護(hù)裝置為試驗(yàn)對(duì)象，該設(shè)備應(yīng)用于戶外，使用硅膠密封結(jié)構(gòu)，使用帶防水透氣閥及不帶防水透氣閥兩種設(shè)備進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證。

3.1 裝置氣密性檢測(cè)

該實(shí)驗(yàn)主要是驗(yàn)證在密封裝置在內(nèi)外壓差的情況下是否存在氣體交換。

試驗(yàn)方法：使用不帶防水透氣閥設(shè)備，檢測(cè)密封膠條安裝，排除安裝問題。用空壓機(jī)對(duì)設(shè)備加壓至穩(wěn)定值，壓力值分別設(shè)置為：1kPa,5kPa,10kPa,20kPa,50kPa，保持時(shí)間1min，觀察漏氣量。設(shè)置保持時(shí)間5min，重復(fù)上述試驗(yàn)，觀察漏氣量，試驗(yàn)結(jié)果如表1。

表1 氣密測(cè)試結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)論：使用膠條進(jìn)行密封且未安裝防水透氣閥的設(shè)備，在長(zhǎng)期內(nèi)外壓差的情況下，水蒸氣仍然可以通過膠條連接處進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部。漏氣量與壓差大小及時(shí)間有關(guān)。

3.2 水蒸氣穿透試驗(yàn)

驗(yàn)證帶與不帶防水透氣閥的設(shè)備，在外部濕度變化的情況下，設(shè)備內(nèi)部濕度變化及凝露情況。

試驗(yàn)方法：使用帶及不帶防水透氣閥的兩套設(shè)備進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，置于高低溫濕熱試驗(yàn)箱中，外接透明管連接呼吸模擬器，呼吸模擬器按周期5 秒循環(huán)進(jìn)行加正/負(fù)壓，加速模擬自然界氣壓變化。

通過設(shè)備內(nèi)部濕度傳感器遠(yuǎn)程監(jiān)控內(nèi)部濕度變化。通過試驗(yàn)箱外部的透明氣管，可以模擬裝置在溫度下降時(shí)的凝露情況（試驗(yàn)箱外部空氣溫度低于內(nèi)部空氣溫度）。

設(shè)備放置到高低溫箱（初始溫度55℃，98%RH），設(shè)備上電，啟動(dòng)濕度監(jiān)測(cè)；放置2h 后啟動(dòng)呼吸模擬器，循環(huán)施加正負(fù)壓力；3h 后將溫箱濕度降至30%RH，4h 后實(shí)驗(yàn)結(jié)束。試驗(yàn)過程中觀察設(shè)備內(nèi)部濕度變化情況及凝露情況，試驗(yàn)結(jié)果圖1。

圖1 不帶防水透氣閥內(nèi)部濕度曲線

試驗(yàn)結(jié)果看出：?jiǎn)?dòng)呼吸模擬后，設(shè)備內(nèi)部濕度緩慢上升，減小設(shè)備外部濕度后，設(shè)備內(nèi)部濕度緩慢下降。

帶防水透氣閥的設(shè)備啟動(dòng)呼吸模擬后，設(shè)備內(nèi)部濕度迅速上升，減小設(shè)備外部濕度后，設(shè)備內(nèi)部濕度迅速下降（如圖2）。

不帶防水透氣閥設(shè)備凝露模擬情況（與內(nèi)部相連的透明氣管，因?yàn)樵囼?yàn)箱外部空氣比內(nèi)部空氣低而產(chǎn)生凝露），產(chǎn)生凝露后降低設(shè)備外部濕度，凝露狀態(tài)基本不變，無減少跡象（如圖3）。

圖2 帶防水透氣閥內(nèi)部濕度曲線

圖3 不帶防水透氣閥凝露情況

圖4 帶防水透氣閥凝露情況

帶防水透氣閥的設(shè)備同樣會(huì)形成凝露，凝露量目測(cè)與不帶防水透氣閥設(shè)備一致；在減小外部濕度后（3h），部分凝露已經(jīng)揮發(fā)，有明顯減少趨勢(shì)（如圖4）。

試驗(yàn)結(jié)論：（1）在有呼吸作用的情況下，水蒸氣可以通過防水透氣閥快速進(jìn)入及排出設(shè)備。未安裝防水透氣閥的設(shè)備同樣會(huì)有水蒸氣進(jìn)入，速度相對(duì)較緩。（2）設(shè)備內(nèi)部空氣在局部溫度變低的地方都會(huì)形成凝露，帶有防水透氣閥的設(shè)備在外部濕度下降的情況下凝露會(huì)較為迅速地蒸發(fā)并排出。未帶防水透氣閥的設(shè)備內(nèi)部濕度變化非常緩慢，凝露蒸發(fā)速度也比有防水透氣閥裝置慢（試驗(yàn)中無蒸發(fā)跡象）。

4 結(jié)語

經(jīng)過理論分析及試驗(yàn)結(jié)果表明，加裝防水透氣閥，將使密封設(shè)備內(nèi)部濕度迅速跟隨外部濕度變化，在凝露情況不可避免的情況下，可以迅速排出凝露，將凝露量控制在較小范圍而不影響設(shè)備運(yùn)行。而不帶防水透氣閥的設(shè)備由于凝露的長(zhǎng)期累積對(duì)設(shè)備可靠性運(yùn)行產(chǎn)生較大風(fēng)險(xiǎn)。所以，對(duì)于戶外運(yùn)行的設(shè)備，加裝防水透氣閥有利于長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，同時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該注意箱壁及與外部連接線纜的可靠性處理。