0 引　言

近年来，随着装备数量增加，因舱外密封电子设备呼吸效应导致凝露、积水出现腐蚀的情况随着设备使用时间的延长，问题暴露的越来越多，因为受海洋盐雾气体影响，积水中氯化钠含量高，会导致设备器件表面产生电化学腐蚀^[1-2]，甚至打火酿成事故^[3]，导致战术技术指标下降以致失效的事例屡见不鲜^[4]。防水透气阀可有效消除因为温度变化，密封设备产生内外压差出现呼吸现象和凝露的问题，降低电子元器件的腐蚀和故障,提高设备可靠性、安全性^[5-8]。但有些“防水透气阀”产品，对于内部空间大的设备，存在适装性差、可靠性低，湿气单向过滤功能不明显,在极端的潮湿、寒冷的夜晚，ePTFE膜会因为液体的覆着或者表面的结霜（冰），而失去透气功能^[5]，或被灰尘覆盖，防潮透气功能效率下降。

针对上述防水透气阀存在的问题，本文结合科技创新和质量改进课题项目，提出用防潮湿调压装置代替常规 “防水透气阀”改进措施，并通过了模拟环境试验验证。

1 密封设备呼吸凝露产生及腐蚀危害原因

舱外设备尤其是大容积设备（腔体内部空间远大于内装器件体积总和），腔体内很难做到气密性密封，例如舱外天线罩如按GJB150.3A/GJB 150.4A-2009军用设备环境试验方法：高温试验/低温试验，取值温度范围−40 ℃～+70 ℃^[9-10]，假设天线罩在−40 ℃打开维修并重新密封好，当夏天来到时，天线罩内部温度上升到70 ℃，根据克拉伯龙方程PV/T=R(常数)，在天线罩内部完全气密、体积不变前提下，温度从−40 ℃升到+70 ℃，极端压强之比大于1.472，内外天线罩可产生0.482 kg/cm²的正压差，在这么大的压差下，由玻璃钢等非金属材料制成的天线罩在经过几年风吹日晒老化使用后，一般是承受不了的。

具体计算如下：

经查询全国各地主要城市海拔高度及大气压参考数据可知，海拔为0时，大气压>100 kPa，且冬季大气压高于夏季。

假设在−40 ℃，取舰船所处环境大气压值为100 kPa，即

P₁ = 100 kPa = 1 bar = 1.02 kg/cm²（1 bar=1.02 kg/cm²），T₁ = 273−40 = 233 K，T₂ = 273+70 = 343 K，

根据克拉伯龙方程PV/T=R(常数)P₂/P₁= T₂/T₁ = 343/233 = 1.472，压差 = P₂−P₁ = P₁（T₂ − T₁）/T₁ = 1.02（343−233）÷ 233 = 0.482 kg/cm²。

上述虽然是在极端情况，但是即使在常规情况下，随着季节、日夜的变化，天线罩某一时刻内外压差也是很大的。比如一般情况下，天线罩在+30 ℃装配后交付使用在威海的舰船，在冬季夜晚−10 ℃（威海在2016年1月25日，最低温度为−13.9 ℃）的温度下，天线罩如果仍然保护气密状态，则天线罩可产生极端压强之比大于0.868和0.135 kg/cm²的负压差。

具体计算如下：

经查询30 ℃时，扬州大气压P₁ = 999 hPa=99.9 kPa = 0.999 bar = 1.02×0.999 kg/cm²= 1.019 kg/cm²，

T₁=273+30=303 K，

T₂= 273−10=263 K，

根据克拉伯龙方程PV/T=R(常数)，

P₂/P₁ = T₂/T₁ = 263/303 = 0.868，压差 = P₂−P₁ = P₁（T₂−T₁）/T₁ = 1.019（263−303）÷303 = −0.135 kg/cm²。

天线罩内部和外部0.135 kg/cm²的负压差相当于将天线罩置于1.35 m水下所承受的压力，目前尚无查到任何针对性的军用标准来对此进行试验和检查，接近这方面的军用标准GJB150.14A-2009军用装备试验室环境试验方法 浸渍试验，试验方法应用明确定义为：主要适用于在工作或不工作的情况下可能部分或完全地浸渍的设备，试验主要是检查装备防水密封性，而非检查密封装备温度变化对性能的影响，即使这样，也鲜有单位按此方法将装备置于1 m水下进行检查，而是按可靠性比其低的冲水试验代替。因为冲水试验方向的局限性，无法确定装备是否水密或者气密，故浸渍试验可以代替冲水试验，但冲水试验不可以代替浸渍试验。另外浸渍试验时间也非常有限,一般时间小于30 min，远小于实际内外压差每日发生的累积时间，这也是天线罩等舱外密封电子设备因为试验方法不当，设备装船时，可能就处于非水密或非气密状态，造成屡次发生内部进水原因之一。还有一种可能，设备装船时，的确处于水密或气密状态，但因为时间导致材料老化，性能下降，再加上温度环境因素，密封设备内外压强差距过大，导致后期装备密封失效。

舰载舱外密封电子设备，因为密闭前和工作时的温度不同或者每天日夜温差不同，密封电子设备内部和外部大气会产生压力差，密闭壳体内空气无法排出或者吸入平衡内外部压力差时，外壳上最薄弱的环节比如天线罩厚度最薄处，密封绳接头处因为内外压强相差很大，再加上时间、日光辐射导致材料老化性能下降而产生损伤，天线罩出现微小裂缝和小孔，密封绳接头处漏气，导致密封失效。一旦气密失效，腔内的压力随温度发生变化,使腔内外空气或进或出,称为呼吸作用^[7]。当吸入的潮湿空气达到一定量, 在露点温度附近，设备内部器件上就会形成水雾或凝露，密封腔体的呼吸效应除了呼吸大气外, 还可以吸进缝隙或小孔附近的液体,形成吸水效应^[6]。舰载舱外设备处于海洋环境，积水中氯化钠含量高，其不仅提供了电化学反应所需的电解质，而且会妨碍或破坏金属的钝化，起到了阳极去极化作用^[11] ，导致设备器件表面产生电化学腐蚀，再加上夏天高温、高湿环境，更加剧了腐蚀速度。因此如何排除舱外密封电子设备因为呼吸作用产生凝露和积水现象，平衡设备内外部压力差已成为结构设计人员必须面对和需要解决的问题。

2 常规防水透气阀介绍

针对密封电子设备容易产生凝露和内外部压力差的问题，一些公司根据市场需求推出了防水透气阀系列产品，虽然各公司防水透气阀结构封装形式各异，但防水透气阀进、出气孔、透气膜位置及安装方式类似，图1为防水透气阀典型结构形式图。

对各公司产品功能介绍归纳总结后，主要有如下2点相同点：

1）防水透气阀产品可以有效阻拦水滴、灰尘、盐分和其他腐蚀性液体，防止密封产品内部结雾或凝露；

2）防水透气阀产品可以有效散热，平衡密封设备内外部压力差，提高产品完整性。

注意事项主要有：

1）安装扭力不能超过规定范围；

2）避免暴露于极端温度或温度波动大的范围。

通过对该类型产品咨询及相关资料查阅，结合对其结构分析，该产品比较适用于体积小、温度高于0 ℃且温度波动范围小的具有气密要求的设备（除防水透气阀对外气体交换通口外，其余部位应完全处于气密状态），但不适用于严寒温度的环境，也不适用于体积大、温度波动大，对设备内部湿度要求更高的舱外密封电子设备。

市场上的防水透气阀主要核心零件是膨体聚四氟乙烯(EPTFE) 透气薄膜，该膜具有独特的三维立体网状微孔结构，每个微孔直径在0.1～3.0 µm，是灰尘和水滴的1/1000，是水分子的700多倍^[6-7]，利用气体分子与水汽及灰尘微粒的体积大小数量级差及对水汽的吸附捕获能力，让气体分子通过，较大直径的水汽与灰尘无法通过，透气膜最小可以捕捉到0.1 µm的颗粒，从而达到有效阻拦水滴、灰尘、盐分和其他腐蚀性液体，防止密封产品内部结雾或凝露，平衡密封设备内外部压力差的目的。但是膨体聚四氟乙烯(EPTFE) 透气膜对于直径小于0.1 µm，且具有较大动能的水汽不能做到100%捕获或阻止进入设备内部，尤其是如图1所示结构设计简单的防水透气阀产品。

3 防潮湿调压装置 3.1 防潮湿调压装置组成

防潮湿调压装置如图2和图4所示，主要由壳体1、壳体2、内腔、螺套、防水透气膜、密封圈、接头、软管等组成。壳体1上有和壳体2相连接的4个安装光孔和透气小孔，壳体2上有和壳体1相连接的4个安装螺丝孔和透气小孔。内腔2面开有透气矩形孔，矩形孔外沿四周有矩形截面凹槽，凹槽内可安装密封圈，内腔中间为十字加强筋结构，将腔体内部分成4个空间，4个空间有通孔相通，内腔一面有安装软管的凸出接头，接头中心有和内腔相通的通孔，透气膜安装在壳体1、壳体2和密封圈之间，通过4个螺套将壳体1、透气膜、密封圈、内腔、壳体2组装成一体。螺套轴心为通孔，可以借用此通孔将防潮湿调压装置固定在设备内部。

3.2 防潮湿调压装置工作原理

防潮湿调压装置和常规如图1所示“防水透气阀”产品明显不同之处在于：透气膜面积不受对外安装孔径约束，可以任意设计，为了提高防护等级，透气膜面积一般比常规“防水透气阀”面积大10倍以上，透气膜可以设置多层。防潮湿调压装置对安装方向和导管有一定的要求，最佳安装形式为如图3所示进气口在下方，进气胶管不能呈积水段形状。

当设备内部气体压强小于外部气体压强时，外部气体如图4所示向设备内部流动，气体中包含的水蒸气通过穿墙接头小孔径时，因为通道变小，速度及动能被逐渐加大，在穿过弯曲的软管时，尺寸、动能较大的水蒸气会撞击到软管壁而附在上面形成水珠。一部分继续上升碰撞到内腔上部壁后附在上面，尺寸较小的另一部分向透气膜方向移动，因水蒸气进入内腔时的初始速度方向和透气膜安装面成平行状态，且速度逐渐减弱，增加了这部分水蒸气和透气膜微观网状结构相碰撞被捕获的几率，只有数量微少的水蒸气穿过多层透气膜后，可能进入设备内部，而空气中的氮气、氧气等其他气体因为分子直径和膨体聚四氟乙烯薄膜孔径相比小许多，容易通过透气膜进入设备内部^[8]。

反之设备内部压强大于外部时，内部气体如图5所示会通过透气小孔向装置内部流动，气体中所含的湿气通过通气孔时速度会突然加大，由于惯性作用及速度方向和透气膜安装面成垂直状态，减少了水蒸气和透气膜微观网状结构相碰撞被捕获的几率，水蒸气相比前者比较容易穿过防水透气膜进入内腔后向设备外部排出^[8]。

综上所述，经过昼夜温差变化，设备通过防潮湿调压装置，内外部气体进行了交换，内部湿度没有增加，设备内外部压强差进行了缩小、平衡，有效降低了设备（比如设备罩及密封圈）因内外部压力差而产生的损伤及早期失效，延长了寿命，同时还可避免密封设备盖板、门或罩当外部压力大于内部压力时难打开的弊端，达到了防潮湿调压的目的。

3.3 主要技术创新点

1）防潮湿调压装置和一般“防水透气阀”相比，具有湿气难进易出单向功能，和对外安装在设备上相同孔径的防水透气阀相比，透气量大数倍。

2）和一般产品安装在设备外部，防水透气阀直接暴露在空气中相比，装在设备内部的防潮湿调压装置通过一根软管、接头和设备外空气连通，灰尘和凝露不易附着在透气膜上，有效防止了一般防水透气阀产品ePTFE膜因为液体的覆着或者表面的结霜（冰），而失去透气功能产生的隐患。

3）防潮湿调压装置采取O型密封圈压紧透气膜结构形式，代替了市场采用的胶接、透气膜直接焊接在注塑件、透气膜与金属外壳通过特殊工艺结合组装在一起等其它工艺，结构形式、产品维修性、可靠性相对前者要好些，适用于温度波动大的环境，方便透气膜损坏后多次更换，产品可以反复使用。

4）现有大容积舱外密封装备质量改进，如安装外购防水透气阀，孔径一般要大于M16，现场攻丝螺纹孔施工困难，适装性差。而采用防潮湿调压装置，安装在对外的接头只需打直径φ6 mm的光孔，固定防潮湿调压装置只需攻丝M3的螺纹孔即可，方便已装舰的舱外密封装备进行质量改进。

4 防潮湿调压装置试验方法及结果

1）温度试验

按GJB150.3A、4A-2009《军用设备环境试验方法 低温/高温试验》规定的方法进行，防潮湿调压装置满足GJB1448A-2005规定的环境温度要求。在试验箱体除防潮湿调压装置对外接口外，其他部位处于密封状态，在表1的环境温度下，试验箱体内部最大压强始终满足小于1 kPa的试验指标。试验结束后检查，内置变色硅胶干燥剂颜色无明显变化，防潮湿调压装置透气膜未损坏和脱落。

2）湿热试验

湿热试验按GJB150.9A-2009《军用设备环境试验方法 湿热试验》规定方法进行。试验条件为：温度：下限30℃，上限60℃；相对湿度：95±3%；试验周期数：10个周期240小时GJB150.9A-2009湿热交变试验^[12]过程中，试验箱体内部最大压强始终满足小于1 kPa的试验指标，试验结束后检查，结果试验箱体内部干燥，变色硅胶颜色未有觉察变化，而箱体外的变色硅胶颜色已成粉红色。

3）随机振动、冲击

安装在试验箱体、天线内部防潮湿调压装置在频率范围20～2000 Hz，功率谱密度0.04 g²/Hz，三方向各振动时间5 min半正弦波，峰值加速度300 m/s²，脉冲持续时间11 ms，三方向各6次试验结束后检查，防潮湿调压装置工作正常。

4）浸渍试验

安装在试验箱体、天线内部防潮湿调压装置在完全浸没1 m深水，时间持续15 min试验结束后检查，无水进入。

5 结　语

1）防潮湿调压装置课题已通过验收、结题评审，并在某质量改进项目上进行了验证，各项性能指标满足设计要求。

2）通过查询专利及文献，防潮湿调压装置具有独创性和先进性，尤其防潮湿调压装置和常规产品“防水透气阀”相比，具有透气量大，调压反应速度快，防潮湿单向阀功能效果好，可有效防止ePTFE膜因为液体的覆着或者表面的结霜(冰)而失去透气功能，结构形式、工艺技术成熟，可靠性、维修性好，适用于温度波动大环境的舰载舱外密封电子设备，方便已装舰的装备质量改进。

3）通过试验过程中的失败原因发现：要使防潮湿调压装置正常工作，确保设备只能通过防潮湿调压装置进行气体流通交换，必要的气密检查是必须的，否则其他地方漏气无法察觉，防水透气阀就会形同虚设。