呂建路，趙希芳，劉加增

(南京電子技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210039)

相控陣?yán)走_(dá)天線陣面過(guò)線管孔密封研究*

呂建路，趙希芳，劉加增

(南京電子技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210039)

相控陣?yán)走_(dá)天線陣面上的電纜或水管在穿過(guò)陣面箱壁時(shí)的過(guò)孔處易引發(fā)陣面漏水問(wèn)題，為了解決這一問(wèn)題，總結(jié)了目前已有的可應(yīng)用于過(guò)線管孔處密封的技術(shù)，指出采用模塊化密封系統(tǒng)是一種密封可靠、安裝更換與擴(kuò)容方便、外形美觀的密封方式，并采用了模塊化密封系統(tǒng)中焊接與螺接形式的密封件分別制造了試驗(yàn)件，進(jìn)行了淋雨試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，焊接形式的密封件不易發(fā)生螺接形式中由于密封墊片選型設(shè)計(jì)不當(dāng)導(dǎo)致的漏水問(wèn)題，且節(jié)省安裝空間，是一種適于天線陣面上過(guò)線管孔處的密封方式。天線陣面在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，可根據(jù)密封與成本等要求靈活選用各種密封方式，但在有嚴(yán)格的密封要求、便于安裝更換與擴(kuò)容等情況下，宜優(yōu)先采用焊接形式的模塊化密封系統(tǒng)。

天線陣面；孔；密封；模塊化密封系統(tǒng)

引 言

相控陣?yán)走_(dá)的天線陣面主要為板式箱體結(jié)構(gòu)，箱體內(nèi)部裝有各種電子電氣設(shè)備及冷卻管路。電子電氣設(shè)備與箱體外部設(shè)備需通過(guò)多種形式的電纜互聯(lián)，冷卻管路與箱體外部的冷卻機(jī)組也需通過(guò)水管互聯(lián)[1-3]。電纜與水管均需穿過(guò)箱壁，即需在箱壁上開(kāi)孔用于穿電纜與水管。由于箱體內(nèi)部裝有沒(méi)有密封性的電子電氣設(shè)備，因此，箱體整體必須具有密封性[4]。電纜與水管在穿過(guò)箱壁時(shí)，需保證電纜或水管的外側(cè)與箱壁上開(kāi)孔之間的密封性。

在安裝空間等實(shí)際情況允許時(shí)，可以通過(guò)安裝有電連接器或水管轉(zhuǎn)接器的轉(zhuǎn)接板來(lái)避免電纜或水管直接穿過(guò)箱壁的情況，這樣將電纜或水管的外側(cè)與箱壁上的開(kāi)孔之間的密封問(wèn)題轉(zhuǎn)化為容易實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)接板與箱壁之間的密封[5-9]。但是，在空間緊張、不能有較大電磁損耗、需要電磁屏蔽、過(guò)硬水管等情況下，不能采用轉(zhuǎn)接板，必須在箱壁上直接穿過(guò)電纜或水管?？梢?/p>

采用2個(gè)半圓形夾子將電纜或水管固定在箱壁上防止電纜或水管竄動(dòng)，再在密封面之間涂覆密封膠來(lái)保證密封的方法，但是這種方法密封效果的可靠性不高，且會(huì)占用一定空間。因此，需要對(duì)天線陣面中過(guò)線管孔的密封進(jìn)行專門(mén)研究。本文介紹了目前過(guò)線管孔的密封現(xiàn)狀和可應(yīng)用的密封技術(shù)，提出解決方法，并設(shè)計(jì)了試驗(yàn)件進(jìn)行了試驗(yàn)研究。

1 天線陣面中過(guò)線管孔的密封現(xiàn)狀

在天線陣面中，過(guò)線管孔的密封如圖1所示，屬于圓柱面密封。用于穿電纜或水管的開(kāi)孔大小是固定的，孔的直徑一般略大于電纜或水管的外徑，電纜或水管的外側(cè)與孔壁之間必然存在間隙，不易實(shí)現(xiàn)密封。在實(shí)際條件允許時(shí)，可將圖 1中的密封方式轉(zhuǎn)換為圖2所示的采用轉(zhuǎn)接板的密封方式。在轉(zhuǎn)接板上安裝電連接器或水管轉(zhuǎn)接器，將電纜或水管在轉(zhuǎn)接板處斷開(kāi)，通過(guò)電連接器或水管轉(zhuǎn)接器轉(zhuǎn)接。這樣可將不易實(shí)現(xiàn)的圓柱面密封轉(zhuǎn)換為容易實(shí)現(xiàn)的平面密封。對(duì)于平面密封，可采用密封墊片或截面為O形的密封條，能取得可靠的密封效果。但采用這種方式，一是需要足夠的安裝空間，不能用于空間緊張的情況；二是需要將電纜斷開(kāi)，會(huì)造成電磁損耗，不易滿足電磁屏蔽等要求；三是不能通過(guò)硬水管，需要在轉(zhuǎn)接處先將硬水管轉(zhuǎn)換為軟水管才能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)接。

圖1 電纜或水管與箱壁之間的密封示意圖

圖2 采用轉(zhuǎn)接板形式的密封示意圖

在密封面處涂覆密封膠是一種常用的密封方法。對(duì)于穿過(guò)箱壁的電纜或水管，如果不加任何固定裝置，讓電纜或水管處于自由狀態(tài)，則電纜或水管容易發(fā)生竄動(dòng)。在這種情況下，在電纜或水管的外側(cè)與孔壁之間的間隙處涂覆密封膠，顯然不能可靠地保證密封。目前，常用的方法是先采用如圖3所示的夾子將電纜或水管固定在箱壁上，避免電纜或水管自由竄動(dòng)，再在電纜或水管外側(cè)與夾子的內(nèi)側(cè)之間及夾子與箱壁的接觸面之間涂覆密封膠，來(lái)實(shí)現(xiàn)密封。這種密封方法可應(yīng)用于對(duì)密封性要求不高、空間足夠的情況。對(duì)于密封要求嚴(yán)、空間有限、外觀要求高的情況，需要考慮更可靠的密封方式。

圖3 固定電纜或水管的夾子

2 應(yīng)用于過(guò)線管孔的密封技術(shù)

針對(duì)過(guò)線管孔處的密封問(wèn)題，已有的相關(guān)技術(shù)有充氣式密封系統(tǒng)、電纜夾套式密封件、模塊化密封系統(tǒng)等[10]。這些密封系統(tǒng)主要通過(guò)電纜或水管外側(cè)與密封系統(tǒng)中帶有開(kāi)孔的密封件之間的擠壓，來(lái)消除接觸面之間的間隙，從而實(shí)現(xiàn)密封。

2.1 充氣式密封系統(tǒng)

充氣式密封系統(tǒng)是一種在電纜或管道外壁與孔內(nèi)壁之間的間隙處放置氣封袋，通過(guò)對(duì)氣封袋充氣，使氣封袋與電纜或管道外壁及孔內(nèi)壁產(chǎn)生擠壓，填充間隙，從而實(shí)現(xiàn)密封的密封系統(tǒng)。充氣式密封系統(tǒng)實(shí)際安裝的情況如圖4所示。它主要由充氣袋、橡膠襯套和專用充氣工具等組成，如圖5所示。充氣式密封系統(tǒng)是一種相對(duì)簡(jiǎn)單粗糙的電纜管道密封系統(tǒng)，目前主要用于建筑墻體的穿墻密封，能滿足防水的要求。充氣式密封系統(tǒng)可用于需要基建的地面固定式雷達(dá)在墻體上的電纜管道穿墻密封，但是其工作原理導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)形式不能做到外觀上的整齊美觀，也不能滿足天線陣面工作環(huán)境對(duì)密封、振動(dòng)與可靠性等性能的要求，因此這種密封系統(tǒng)不適合用于天線陣面過(guò)線管孔的密封。

圖4 充氣式密封系統(tǒng)

圖5 充氣式密封系統(tǒng)配件

2.2 電纜夾套式密封

電纜夾套是一種用于固定電纜，并實(shí)現(xiàn)電纜與箱壁之間密封的結(jié)構(gòu)件。典型的電纜夾套如圖6所示，由帶有密封圈的殼體與鎖緊螺母組成。實(shí)際安裝時(shí)，在箱壁上開(kāi)螺紋孔，將殼體擰入，實(shí)現(xiàn)殼體與箱壁之間的密封；再將電纜穿過(guò)殼體中的通孔與鎖緊螺母，擰緊鎖緊螺母，實(shí)現(xiàn)電纜與電纜夾套之間的密封。通過(guò)上述方式，實(shí)現(xiàn)了電纜與箱壁之間的密封。電纜夾套將實(shí)現(xiàn)起來(lái)有難度的電纜與箱壁之間的密封轉(zhuǎn)換為容易實(shí)現(xiàn)的夾套與箱壁之間的密封以及夾套與電纜之間的密封。夾套與電纜之間的密封，可以通過(guò)對(duì)夾套的合理設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，通過(guò)對(duì)夾套的合理設(shè)計(jì)，可實(shí)現(xiàn)電纜與箱壁之間方便快捷可靠的密封。

圖6 電纜夾套

電纜夾套根據(jù)制造材料可分為塑料、鍍鎳黃銅及不銹鋼等類型；根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合可分為用于光伏行業(yè)、制冷行業(yè)、無(wú)鹵環(huán)境、需防塵及需電磁屏蔽環(huán)境等夾套類型。目前市場(chǎng)上已有德國(guó)纜普(LAPP)、日本歐姆(OHM)等公司的電纜夾套產(chǎn)品，可以根據(jù)應(yīng)用情況選用。

電纜夾套可應(yīng)用于天線陣面中部分過(guò)線管孔的密封，但由于電纜夾套大部分應(yīng)用于單根電纜穿過(guò)箱壁的密封情況，且對(duì)電纜直徑的尺寸有一定的限制，在需要通過(guò)多根電纜、電纜直徑過(guò)大或電纜需要擴(kuò)容和更換時(shí)，電纜夾套不適用。

2.3 模塊化密封系統(tǒng)

模塊化密封系統(tǒng)是一種采用可變徑模塊化的密封件(MCT)、框架及可實(shí)現(xiàn)鎖緊功能的楔形緊塊等附件組合進(jìn)行密封的密封系統(tǒng)。一種典型的采用方形框架的模塊化密封系統(tǒng)如圖7所示，主要由CM密封模塊、C-S型框架及包含緊塊、隔層板和潤(rùn)滑脂在內(nèi)的附件組成，其中CM密封模塊是關(guān)鍵部件，用于穿過(guò)不同直徑的電纜或管道。模塊化密封系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)密封的總的思路與電纜夾套類似，即將電纜或管道與箱壁之間的密封分解為密封系統(tǒng)與箱壁之間的密封以及密封系統(tǒng)與電纜或管道之間的密封。密封系統(tǒng)與電纜或管道之間采用密封模塊、框架及緊塊等附件實(shí)現(xiàn)密封，密封系統(tǒng)與箱壁之間通過(guò)常規(guī)的焊接、使用了密封墊片的螺接形式密封。

圖7 采用C-S型框架的模塊化密封系統(tǒng)

目前，模塊化密封系統(tǒng)已有成熟的產(chǎn)品，在世界上主要有烙克賽克(Roxtec)與MCT Brattberg兩家公司。相對(duì)而言，烙克賽克公司的密封模塊采用可剝芯層的橡膠制造，具有獨(dú)有的多徑特性，更適應(yīng)電纜或管道外徑的變化，使用便捷。此外，烙克賽克公司的產(chǎn)品類型相對(duì)更加豐富。根據(jù)形狀分類，烙克賽克密封系統(tǒng)主要有矩形(如圖7所示)和圓形(如圖8、圖9所示)2種框架的產(chǎn)品類型。圖8所示的產(chǎn)品是用于穿過(guò)單根電纜或管道的，其中C-RS密封件同時(shí)起到密封模塊與緊塊的作用；圖9所示的產(chǎn)品是用于穿過(guò)多根電纜或管道的，采用CM密封模塊進(jìn)行組合排布，其中C-R型框架起到緊塊的作用。

圖8 采用C-RS密封件的模塊化密封系統(tǒng)

圖9 采用C-R型框架的模塊化密封系統(tǒng)

適用于天線陣面的密封系統(tǒng)與箱壁之間的連接方式主要有焊接和螺接2種，上述3幅圖所示均為焊接形式，圖10所示為螺接形式。螺接形式主要是將原來(lái)直的套筒或框架改為帶法蘭的套筒或框架，在法蘭與箱壁之間增加密封墊片，并用螺栓固定。烙克賽克密封系統(tǒng)對(duì)不同直徑的電纜或管道的適應(yīng)性好，便于電纜或管道的更換或擴(kuò)容，密封可靠，外形整齊美觀，適合用于天線陣面上。

圖10 螺接形式示意圖

3 過(guò)線管孔密封試驗(yàn)與討論

通過(guò)對(duì)目前已有的可應(yīng)用于過(guò)線管孔密封的技術(shù)進(jìn)行調(diào)研，可知烙克賽克密封系統(tǒng)是一種非常適用于天線陣面上的密封方式。為了檢驗(yàn)烙克賽克密封系統(tǒng)應(yīng)用于天線陣面的可行性及密封效果，設(shè)計(jì)制造了密封試驗(yàn)件，并進(jìn)行了密封試驗(yàn)。

3.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)件是六面箱體，實(shí)物如圖11所示，其中一面安裝有一個(gè)大蓋板，用于在對(duì)箱體進(jìn)行淋雨試驗(yàn)后，打開(kāi)蓋板觀察箱體內(nèi)部的漏水情況。使用箱體中的3個(gè)面，分別安裝烙克賽克的C-RS型密封件、C-R型密封件、C-S型密封件及C-KFO型密封件，如圖12 ～ 圖14所示。C-RS型密封件與C-R型密封件中的套筒均同時(shí)采用了用于焊接的直套筒和用于螺接的帶法蘭套筒2 種，C-S型密封件與C-KFO型密封件安裝在同一個(gè)面上，C-S型密封件是焊接形式，C-KFO型密封件是螺接形式。

圖11 密封試驗(yàn)件實(shí)物

圖12 C-RS型密封件

圖13 C-R型密封件

圖14 矩形密封件

烙克賽克密封系統(tǒng)將電纜或管道與箱壁之間的密封分解為密封系統(tǒng)與箱壁之間的密封以及密封系統(tǒng)與電纜或管道之間的密封。密封系統(tǒng)與電纜或管道之間的密封由密封件自身的性能保證，對(duì)于焊接形式的密封件，密封件與箱壁之間的密封性主要靠焊接性能保證；對(duì)于螺接形式的密封件，密封件與箱壁之間的密封性主要靠密封墊片保證。采用螺接形式的C-RS型密封件、C-R型密封件及C-KFO型密封件的墊片采用航空橡膠板1142制作。

3.2 試驗(yàn)方法

為了保證試驗(yàn)件能反映天線陣面使用環(huán)境，淋雨試驗(yàn)方法參照陣面密封設(shè)計(jì)指南。采用軟管從自來(lái)水龍頭處接水，以自來(lái)水龍頭的最大水量從多種角度對(duì)箱體上C-RS型、C-R型、C-S型及C-KFO型密封件淋雨，重點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)密封界面處淋雨，如密封墊片處、密封模塊相互之間的接觸處、密封模塊與套筒或框架之間的接觸處等，每個(gè)密封件的淋雨時(shí)間不小于30 min，實(shí)際淋雨情況如圖15所示。

圖15 淋雨試驗(yàn)

淋雨結(jié)束后，打開(kāi)大蓋板，檢查箱體內(nèi)部和各密封件密封部位。如果有漏水現(xiàn)象，則表明密封件不滿足密封要求，需排查原因并改進(jìn)，再重新進(jìn)行試驗(yàn)，直到?jīng)]有漏水現(xiàn)象為止。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

淋雨結(jié)束后，打開(kāi)大蓋板，箱體內(nèi)部如圖16所示，發(fā)現(xiàn)有明顯的漏水現(xiàn)象。經(jīng)過(guò)排查，發(fā)現(xiàn)漏水部位為螺接的C-RS型、C-R型密封件及C-KFO型密封件的套筒和框架與密封墊片、箱體之間的接觸處。箱體與法蘭之間的密封性主要取決于密封墊的材質(zhì)、形式及固定螺釘?shù)拈g距，但由于套筒和框架的形式已固定，密封墊的形式與固定螺釘?shù)拈g距都是不可變的，而采用的航空橡膠板1142硬度偏大，對(duì)密封性可能存在不利影響。改用相對(duì)于航空橡膠板1142更為柔軟的硅橡膠板6144制作密封墊片，并重新安裝螺接的C-RS型、C-R型密封件及C-KFO型密封件。再次采用上述試驗(yàn)方法進(jìn)行淋雨，結(jié)束后，打開(kāi)大蓋板觀察，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象，證明各密封件密封效果滿足要求。

圖16 淋雨試驗(yàn)后箱體內(nèi)部情況

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，可知烙克賽克密封件與電纜或管道之間的密封性由產(chǎn)品自身性能保證，其具有優(yōu)異的密封性和可靠性，容易發(fā)生問(wèn)題的在于密封件與箱壁之間的密封。對(duì)于2種安裝方式的密封件，可得到如表1所示的結(jié)論。

表1 烙克賽克密封件的焊接與螺接形式對(duì)比

安裝方式優(yōu)點(diǎn)不足焊接形式節(jié)省安裝空間；密封系統(tǒng)與箱壁之間的密封靠焊接性能保證，一般無(wú)密封隱患需事先在箱壁上焊接好套筒或框架螺接形式只需在箱壁上開(kāi)對(duì)應(yīng)的孔，無(wú)需焊接套筒或框架的法蘭占用一定的空間；易發(fā)生由于密封墊片選型不當(dāng)導(dǎo)致的漏水

目前的有源相控陣天線陣面內(nèi)部設(shè)備量大，要求密封系統(tǒng)的安裝空間盡量小。天線陣面的主要受力結(jié)構(gòu)件為陣面骨架，主要采用鋼板經(jīng)焊接制成，可以先根據(jù)電纜或管道的排布在對(duì)應(yīng)的位置開(kāi)孔，在制造陣面骨架時(shí)，一并焊接管套或框架，不必再增加額外的工序。此外，管套或框架直接焊接到陣面骨架中的箱壁上，密封性能得到有效保證，無(wú)須再考慮密封墊片的選型等設(shè)計(jì)工作，也避免了由此帶來(lái)的漏水問(wèn)題。因此，天線陣面上的過(guò)線管孔密封更適于采用焊接形式的烙克賽克密封件。類似于烙克賽克密封件之類的模塊化密封系統(tǒng)的成本一般較高，但特別適用于對(duì)密封性、安裝更換與擴(kuò)容的快速便捷性及外形的美觀程度等要求嚴(yán)格的情況，在設(shè)計(jì)時(shí)需綜合考慮性能它與成本的要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

雷達(dá)天線陣面的密封性是雷達(dá)可靠運(yùn)行的重要保障，天線陣面上過(guò)線管孔處是漏水問(wèn)題的易發(fā)點(diǎn)。文中總結(jié)了目前天線陣面中常用來(lái)解決過(guò)線管孔處密封的方法，并對(duì)現(xiàn)有的其他解決過(guò)線管孔處密封的技術(shù)進(jìn)行了調(diào)研，指出模塊化密封系統(tǒng)是一種密封可靠、安裝更換與擴(kuò)容方便、外形美觀的密封方式，尤其是烙克賽克密封系統(tǒng)以獨(dú)有的多徑特性和豐富的產(chǎn)品類型更適于應(yīng)用在天線陣面上。密封試驗(yàn)件分別采用了焊接和螺接形式的密封件，通過(guò)淋雨試驗(yàn)證明焊接形式的密封件不易發(fā)生螺接形式中由于密封墊片選型不當(dāng)導(dǎo)致的漏水問(wèn)題，且節(jié)省安裝空間，是一種更適于天線陣面上過(guò)線管孔的密封方式。天線陣面在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可根據(jù)密封情況、成本等要求靈活選用各種密封方式，但在有嚴(yán)格的密封要求情況下，為便于安裝更換與擴(kuò)容，宜優(yōu)先采用焊接形式的模塊化密封系統(tǒng)。

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呂建路(1986-)，男，工程師，主要研究方向?yàn)橄嗫仃嚴(yán)走_(dá)天線陣面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

Research on Seal of Holes Opened on Antenna Array ofPhased Array Radar for Threading the Cable and Pipes

LV Jian-lu，ZHAO Xi-fang，LIU Jia-zeng

(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology,Nanjing210039,China)

The holes opened on the wall of the antenna array used for the threading of the cables and pipes in the active phased array radar can easily cause the leakage of the array. To solve the problem, this paper summarizes the existing technologies which can be used for the seal of the holes, and puts forward that adopting modularized sealing system is a reliable and good-looking sealing way, which is convenient to assemble and easy to change and expand. The test device with welded and bolt-connected sealing elements of the modularized sealing system is designed and fabricated. Raining test for the device is carried out. It indicates that leakage never occurs in the welded sealing element, whereas easily occurs in the bolt-connected sealing element caused by improper model selection and design of the sealed gasket. Besides, the installation space can be saved using the welded sealing element. It is concluded that during the actual design of the antenna array, the sealing way can be selected flexibly according to the sealing and cost requirement, while the welded sealing element of the modularized sealing system is recommended in the situation requiring strict sealing property of the hole, convenient changing and expanding of the cables and pipes.

antenna array; hole; seal; modularized sealing system

2016-09-14

TN958.92；TN957.2

A

1008-5300(2017)01-0039-05