黑龙江测震台站密封机柜的研究

徐建权，龚 飞，郭悦力，王 宁，闫 峰

（1.黑龙江省地震局，黑龙江 哈尔滨 150090；2.五大连池火山监测站，黑龙江 五大连池 164100）

黑龙江测震台站密封机柜的研究

徐建权1，龚 飞1，郭悦力1，王 宁1，闫 峰2

（1.黑龙江省地震局，黑龙江 哈尔滨 150090；2.五大连池火山监测站，黑龙江 五大连池 164100）

为改善台站测震设备运行环境，提高设备运行质量与使用寿命，针对部分台站存在观测环境湿度过大问题，结合黑龙江省设备维护实践经验，研制了适用于本省台站测震设备的防潮密封机柜。根据应用与环境特点，在机柜选材设计上采用质量轻且耐腐蚀的玻璃钢材质。对动、静密封部位及机柜承压、稳定性做了针对性的设计。

玻璃钢；动密封；静密封；主动维护

0 引言

密封是防止流体或固体微粒从相邻结合面间泄露以及防止外界杂质如灰尘与水分等侵入机器设备内部的零部件或措施[1]。

测震设备由于反应灵敏易受震动干扰以及拾振器监测需要裸露基岩的特点，基本被放置在偏远山区进行长期独立的地震观测。目前我省有无人值守台站51个，均处于偏远山区，山区水量丰富，雨水渗入山体从而进入观测房、山洞后不易蒸发和流通，因此造成设备周围长期潮湿的环境，出现地面返潮，墙体结露等。我省属于高寒地区，季节性温湿度和早晚温湿度变化很大，因此设备受山洞渗水、摆坑渗水、观测房防盗门和塑钢门密封性能差、冷热空气对流、低温影响严重，导致数据不正常，传输不稳定、硬件表面结露腐蚀、设备死机等故障，例如宝清台湿度除冬季外基本达到100%，墙体多处发霉，尼尔基台地震计被水淹没，引龙河台积水达半米深并结冰等。而设备长年在无人养护的情况下运行，因此设备周围的环境湿度变化及其对设备的影响很难及时察觉，易引发故障。不同程度上影响数据质量，损耗仪器寿命，增加维护支出。如图1、图2为受潮的台站和设备。

图1 墙漆受潮脱落Fig.1 Stripped wall paint because of damp

图2 蓄电池电极受潮生锈Fig.2 Battery terminal rusting because of damp

基于我省部分台站观测室的环境不理想、对设备保护的针对性不强、设备周围的温湿度不够稳定或超出其承受范围的现状，为台站设备的进一步规范和养护，研制一种适宜设备长期运行的防潮密封机柜。密封机柜通过针对性的设计和实地密封试验得出了密封性能评估结果。

1 设计理念

研制防潮密封机柜从设备维护的角度而言属于主动维护中的改进性维护。是针对设备及故障隐患对现有设施进行改装和升级，是维护工作的扩展。由此不但可在设备发生故障或事故前及时排除隐患，也可提高设备性能。在最小程度或不影响设备正常运行的基础上，达到维护目的。而被动维护虽然最终也可达到维护目的，但首先将破坏设备性能，影响其正常运行，很可能损失故障期间的数据，给科学研究和地震应急带来很大不便，其被动维护的费效比也要高于主动维护。

2 密封防潮机柜材质选择及其特性

密封机柜采用FRP材质制作，也指玻璃纤维或其织物增强的塑料，俗称玻璃钢[2]。玻璃钢密封机柜重量轻；成本低；针对性强；密封性能显著。便于维护且能有效地减小设备受潮湿、温度、灰尘、动物的影响。适用于测震台站设备的运行、存放。本研究所采用的玻璃钢手糊成型工艺流程如图3所示。

图3 玻璃钢成型工艺流程Fig.3 Fiber reinforced polymer moulding process

3 密封防潮机柜设计

本研究对密封防潮机柜进行了精细的结构设计。首先根据我省测震台站在运行设备的尺寸和摆放位置，设计机柜整体长50cm、宽50cm、高160cm（可根据现场空间预制），底轮高5cm，箱体高度155cm。内部空间分为五层，底部两层高度均为35cm用来放置A、B两组（4块）电瓶，第三层高25cm专门放置智能电源，第四层高30cm放置地震数据采集器，顶层高30cm，放置网络通讯设备，如交换机、光电转换器等。

机柜采用加有固化剂的树脂混合液为基体，以玻璃纤维及其井字形织物为增强材料，在涂有脱模剂的模具上以手工铺放结合，逐层使二者粘接在一起制成5mm厚的玻璃钢板。用模具将机柜上下左右框架一次成形，以增强静密封效果。前后门均为玻璃钢板，前门侧边以折页与柜体相连，背板用6枚螺丝固定于柜体内部的铁架上，前后门板与柜体之间按缝隙尺度加装密封条，通过动密封技术使两者更加紧密的结合。密封机柜顶端镶嵌O形穿线密封橡胶圈，台站环境符合橡胶密封件适用条件：p＜35Mp，v＜6m/s,t=-40～200℃[1]。机柜内部的插排接线、数据采集器GPS天线以及智能电源的短信天线均由此穿出。操作完毕后锁紧穿线胶圈，既防潮又方便维护。

机柜内4块隔板，为使机柜内部温湿度更均匀，用台钻将隔板统一打孔，放置在机柜内部的钢架上，隔板靠机柜背板的一角统一预留穿线孔，使机柜内走线规则整齐。机柜底层隔板加厚至15mm，底板下部平行镶嵌两条钢梁，起到辅助承担电瓶重量和加固机柜的作用。机柜的4只底轮的螺丝及金属部分采用不锈钢材质，底轮螺丝与机柜底板镶嵌的钢梁以螺扣方式相接合，避免螺丝穿透底板，潮气渗入箱体内。

玻璃钢材质不导电，所以机柜内所有设备的接地就由柜体底部的钢制导体来完成，将设备接地线统一固定在接地导体上，导体另一端出漏在机柜外并连接观测房的避雷地线，由此完成机柜内设备的避雷接地。接地导体穿过机柜底板，为防止潮气通过导体与机柜底板的缝隙渗入柜体内，接地体与机柜底板采用嵌入式连接，在制作过程中一次成型。图4为玻璃钢密封机柜设计及实物图。

图4 玻璃钢密封机柜设计与实物图Fig.4 Design and picture of the GFRP sealed cabinet

机柜内外分别放置两台我省测震台站专用的集供电、通信、远程控制功能为一体的野外智能电源，在电源上安装环境温湿度传感器及其模块，通过当地台站现有的传输信道远程监测及保存实验现场实时的温湿度数据。

4 试验场地及方式

防潮密封机柜的实验在五大连池地区引龙河地震台站观测房内进行。引龙河农场位于五大连池火山群东侧边缘，该地区绝大部分属于第四纪沉积的黄粘土和砂砾层土，海拔在275～465m之间。引龙河台地处中高纬度地区，属温带大陆性季风气候区。季节差别显著，冬季漫长寒冷，春季风大少雨，夏季高温多雨，秋季气温日差较大并多变，降水量减少，冬季漫长而寒冷，多积雪。年平均气温在-0.5～1.5℃之间，一月份最冷，平均气温在-25.1～26℃，极端最低气温达-44℃。七月份气温最热，平均气温在19～21℃之间，极端最高气温可达35℃。全年平均降雨量在480～550mm之间，全年降雨量70%集中在六至八月份，年平均湿度为7.5%。而台站观测房坐落于山腰上，换季室内结露，雨后渗水甚至积水，室内常年湿度在95%左右，适合防潮密封机柜的实地试验。

密封试验采用实地应用的方式，将台站在运行的所有测震设备按照供电、采集、通讯的顺序依次放入玻璃钢密封机柜内相应位置，波形数据及电源日志全部正常后，固定天线及电线，将设备避雷全部接地，在机柜内、外各放置一台智能电源，用来实事监测机柜内外的环境及设备温湿度变化。最后封闭柜门，开始测试、记录。测试时间从2016年8月29日至2017年2月28日。

5 机柜试验数据对比

通过截取35天的实地应用监测数据得到对比结果如下图：图5为密封机柜内外环境温度对比，纵坐标为环境温度，横坐标为测试时间。

图5 防潮机柜内外环境温度对比Fig.5 Comparison of environmental temperature inside and outside damp proof cabinet

图6为机柜内外的环境湿度对比，纵坐标为环境湿度，横坐标为测试时间。

通过图表数据证明机柜内部环境温、湿度均比机柜外稳定，湿度减小至20%左右，且在设备最佳运行范围内。

图6 防潮机柜内外环境湿度对比Fig.6 Comparison of humidity inside and outside of damp proof cabinet

6 与台站现用机柜的对比

我省台站在用机柜基本为图腾钢制机柜，以SPCC冷轧钢板制成，重量大、成本高且无密封措施 ，观测房设备不同程度受到灰尘、潮湿、鼠害等环境影响。本次研制的玻璃钢机柜以玻璃纤维增强不饱和聚酯、环氧树脂与酚醛树脂为材料制成，重量轻、成本较低，在动密封与静密封方面采取了针对性的措施。

表1 玻璃钢机柜参数

试验数据与观测房湿度常年在95%左右的宝清台做对比，如表1所示，玻璃钢机柜2016年8月至2016年10月，内部最大湿度82%在设备运行允许范围内。宝清台的图腾不锈钢机柜2016年8月至2016年11月湿度在92%以上，影响设备寿命及运行。而两者的内部环境温度均在设备运行允许范围内。

7 功能拓展

基于目前试验所得的密封成果，在今后的应用中可以视情增加机柜的功能：（1）前门板中间镶嵌中空玻璃，可通过观测室摄像头监视机柜内设备现实参数及情况。将机柜内框架安装滑道，将隔板分层置于滑道上，维护时可抽拉隔板，便于维护；（2）为防止停电影响维护或监视，机柜内部加装12V照明设备；（3）在密封柜内安装温湿度监测装置和加温装置，自动触发加温功能，当密封箱内温度≤0度时，自动触发加温功能，恢复预定范围后自动或远程手动关闭加温功能。

8 结论

通过对防潮密封机柜内、外部温湿度半年的观测数据对比发现，防潮密封机柜内的温湿度对测震设备而言明显优于外部温湿度，且稳定保持在理想数值范围内。该研究表明，科学有效的防护，可较好提高设备保养水平、减少环境问题造成的故障率，从而提升台站数据质量和观测质量等，此外，由此节约设备维护费用和观测房防潮费用等，为该研究产生了一定的经济效益。

[1]黄志坚.密封原理.应用与维护[M].北京：化学工业出版社，2013：68.

[2]邹宁宇,姜肇中,庞爱飞.玻璃钢词典[M].北京：化学工业出版社，2008：386.

Abstract：In order to improve the seismic station equipment operating environment，and the service life of equipment and operation quality, to solve the high humidity problems of the observation environment in some stations, the seismic stations equipment moisture sealing cabinet was developed. Combined with practical experience in equipment maintenance in Heilongjiang province. According to the application and environmental characteristics, the insulation and corrosion resisting FRP material is adopted in the selection of the material for the cabinet. This design is designed for the dynamic and static seals and the stability of the cabinet.

Key words：Glass fiber reinforced polymer；dynamic seal；static seal；active maintenance

Study on Sealing Cabinet of Heilongjiang Seismic Station

XU Jian-quan1，GONG Fei1，GUO Yue-li1，WANG Ning1，YAN Feng2
（1. Earthquake Administration of Heilongjiang Province，Heilongjiang Harbin 150090，China 2. Volcano Monitoring Station of Wudalianchi， Heilongjiang wudalianchi 164100，China）

P315.62

A

10.13693/j.cnki.cn21-1573.2017.03.012

1674-8565（2017）03-0068-05

黑龙江省地震局一般性课题（201501）资助

2017-02-05

2017-06-16

徐建权（1985-），男，黑龙江省哈尔滨市人，2010年毕业于吉林大学，本科，助理工程师，现主要从事地震监测与设备维护工作。E-mail：xujianquan2008@126.com