СПОСОБ ПРОВЕРКИ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННОЙ КРИОПОЛОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1998 года по МПК G01M3/02 

Изобретение относится к криовакуумной технике, в частности к способам испытаний вакуумных систем на герметичность.

Известен способ испытаний вакуумных систем на герметичность, где испытывающую систему подсоединяют к течеискателю, откачивают ее внутреннюю полость и прерывисто обдувают предполагаемые места неплотностей пробным газом, попадание которого в систему фиксируется регистрирующим прибором [1].

Наиболее близким техническим решением является способ проверки герметичности полости, включающий достижение в ней заданной глубины вакуума при постоянной быстроте откачки и проверку герметичности путем сравнения величины потока натекания с допустимой [2].

Известное устройство, выбранное в качестве прототипа заявляемого устройства, содержит вакуумный трубопровод, соединяющий откачное средство с теплоизоляционной криополостью, запорную арматуру [2].

Недостаток известного способа и устройства заключается в том, что они не обеспечивают малого времени проверки герметичности. Согласно известному способу для сравнения потока натекания требуется понизить давление в криополости до рабочего. Произведя после этого сравнение, можно сказать о герметичности криополости.

Длительность достижения рабочего давления обуславливает продолжительность проверки герметичности.

Для вычисления потока натекания необходимо длительное время замерять возрастающее давление, так как при низких давлениях натекание, как правило, незначительно. Погрешность замера давлений при глубоком вакууме высока из-за погрешности регистрирующих приборов. Поэтому для точного вычисления потока натекания давление в криополости должно подняться хотя бы на порядок, что занимает продолжительное время. Длительность определения величины потока натекания обуславливает продолжительность проверки герметичности.

В случае обнаружения вакуумной течи давление поднимают до атмосферного. Устраняют найденную течь и вновь вакуумируют до рабочего давления, только после чего можно сказать о степени герметичности криополости. Необходимость каждый раз достичь минимального (рабочего) давления для того, чтобы убедиться в герметичности или негерметичности криополости, удлиняет проверку герметичности.

Задача изобретения состоит в уменьшении времени проверки негерметичности за счет повышения уровня давления, при котором сравнивают величину потока натекания с допустимой, а также за счет отказа от непосредственного вычисления величины потока натекания взамен на сравнение текущего давления с заданным.

Поставленная задача достигается тем, что в способе проверки герметичности теплоизоляционной криополости, включающем достижение в ней заданной глубины вакуума при постоянной быстроте откачки и проверку герметичности, согласно изобретению проверку герметичности осуществляют путем сравнения текущего давления P₂ в криополости с заданной глубиной вакуума P₁, а во время сравнения вакуумируют криополость с быстротой откачки S, где
S = Q_o • K/P₁
Q_o - допустимый поток натекания при рабочей глубине вакуума, Па • м³/с;
Q₁ - допустимый поток натекания при давлении P₁ в герметичной криополости, Па•м³/с;
K = Q₁/Q₀ - коэффициент.

Поставленная задача достигается также тем, что устройство для осуществления способа проверки герметичности, содержащее вакуумный трубопровод, соединяющий откачное средство с теплоизоляционной криополостью, запорную арматуру, установленную на трубопроводе, согласно изобретению трубопровод выполнен в виде двух параллельных линий, на одной из которых установлена запорная арматура, а во второй - диафрагма с пропускной способностью S', а запорная арматура выполнена в виде запорного вентиля.

Именно заявленная пропускная способность диафрагмы, ее размещение во второй параллельной линии трубопровода между откачным средством и криополостью обеспечивает согласно способу вакуумирование с быстротой откачки S во время сравнения давления P₂ с давлением P₁ и тем самым достижение цели изобретений. Это позволяет сделать вывод, что заявляемые изобретения связаны между собой единым изобретательским замыслом.

Достижение поставленной цели по сравнению с прототипом заключается в следующем. Для сравнения величины потока натекания с допустимой необходимостью необходимо понизить давление до величины P₁, где
P₁>>P_раб.
Давление P₁, как правило, выбирается несколько ниже давления тройной точки той примеси, которая может находиться в криополости. Часто это вода, для которой P₁ будет определена в 600 Па. Действительно для криогенной теплоизоляции P_раб. = 10^-2 - 10^-4 Па, откуда всегда P₁>>P_раб.. Такое значение величины P₁ выбирается из расчета, чтобы вся влага, дающая значительное натекание в криополость, была удалена перед началом сравнения потоков натекания. Принципиально значение P₁ может выбираться и из других соображений, например, когда известна величина коэффициента K для заданного уровня вакуума. Более быстрое достижение давления P₁ по отношению к давлению P_раб. позволяет уменьшить время проверки герметичности.

Сравнение между собой давлений P₁ и P₂ не требует прямого вычисления потока натекания, что значительно упрощает процедуру проверки герметичности. Если текущее значение давления P₂ увеличивается по отношению к заданной величине P₁, то криополость негерметична, если уменьшается - герметична. Отказ в необходимости непосредственного вычисления потока натекания уменьшает время проверки герметичности.

Если величина герметичности равна допустимой, то в процессе вакуумирования с быстротой откачки S будет выполняться соотношение
P₁=P₂.

Таким образом величина S определяет ту быстроту откачки при давлении P₁, при которой откачиваемый газовый поток равен допустимому газовому потоку натекания при давлении P₁. Действительно, если на уровне вакуума P_раб. существует допустимый поток натекания Q_o, то на любом другом уровне вакуума P₁ будет существовать свой допустимый поток натекания Q₁=K•Q_o.

Величина коэффициента K определяется экспериментально и одинакова для всей партии типовых криополостей. Существует возможность построить зависимость K=f(V_n; P), где V_n - объем теплоизоляционной полости, P - произвольное давление в криополости, обозначающее величину P₁ при реализации способа. Очевидно, что Q₁>>Q_o. Это позволяет регистрировать отклонение P₂ от P₁. Вакуумирование с быстротой откачки S позволяет нейтрализовать гажение материалов криополости и допустимую негерметичность, тем самым оставив нам для сравнения оставшийся поток натекания, вызванный негерметичностью выше нормы. Вакуумирование криополости с быстротой откачки S во время сравнения потоков натеканий позволяет реализовать предлагаемый способ.

На фиг. 1 изображено схематически заявляемое устройство для осуществления способа проверки герметичности; на фиг. 2 - способ проверки герметичности в координатах время - давление, сплошной линией показан график предлагаемого способа, пунктирной - график прототипа.

Устройство состоит (фиг. 1) из вакуумного трубопровода 1, имеющего две параллельные линии, на одной из которых размещена запорная арматура, а во второй диафрагма 2 с пропускной способностью S'. Запорная арматура 3 выполнена в виде запорного вентиля.

На трубопроводе 1 размещен вакуумметр 4. Трубопровод 1 соединяет откачное средство 5 с теплоизоляционной криополостью 6.

Устройство работает следующим образом.

Включают откачное средство 5 и вакуумируют криополость 6. Запорная арматура 3 открыта. Газ из криополости 6 поступает в трубопровод 1, разветвляется на два потока: основной проходит через линию с запорной арматурой, малый - через линию с диафрагмой. Понижают давление до величины P₁ по показаниям вакууметра 4. Достигнув величины P₁, закрывают запорную арматуру 3. Газовый поток поступает из криополости 6 через линию с диафрагмой. Наблюдая за показанием вакууметра 4, регистрируют давление P₂. Если давление начинает подниматься от первоначального значения P₁, т.е. P₂>P₁, то криополость негерметична, если наоборот, то герметична.

Способ проверки герметичности происходит следующим образом (фиг. 2).

Вакууммируют криополость от атмосферного давления P_атм до заданной глубины вакуума P₁ (участок 1). Затем уменьшают быстроту откачки криополости до значения S. Давление в криополости либо увеличивается (участок II), что означает негерметичность, либо уменьшается (участок III), что означает герметичность.

Использование предлагаемого способа проверки герметичности теплоизоляционной криополости и конструкции устройства позволяет по сравнению с существующим раньше обнаружить степень герметичности, что уменьшает время на 15 - 25%.

Не требуется вычисления потока натекания. Герметичность криополости определяется по показанию вакуумметра больше - меньше. Это значительно упрощает способ.

В случае герметичности криополости, когда давление P₂ понижается, запорную арматуру открывают и вакууммируют до величины P_раб., т.е. в этом случае давление в криополости все время понижали. У прототипа же даже и в этом случае давление требуется повысить (участок IV, фиг. 2), что увеличивает время достижения давления P_раб. в криополости для создания работоспособного состояния.

Заявляемое устройство отличается универсальностью. Имея для каждой серии криополостей по одной калиброванной диафрагме, имеется возможность устанавливать эту калиброванную диафрагму на стационарной откачной магистрали. Замена диафрагмы на другую при смене криополости с другим объемом позволяет осуществлять новый процесс без каких-либо изменений в конструкции вакуумного откачного стенда, так как производится замена только диафрагмы.

Простота конструкции устройства и реализации самого способа не требуют дополнительных затрат на осуществление предложенного процесса проверки герметичности.

Способ и устройство могут быть использованы в криовакуумной технике, в частности, при испытаниях вакуумных систем на герметичность. Вакуумируют криополость до заданной глубины вакуума при постоянной быстроте откачки. Проверку герметичности осуществляют путем сравнения текущего давления P₂ с заданной глубиной вакуума P₁, а во время сравнения вакуумируют криополость с быстротой откачки S, где S = Q₀•K/P₁, Q₀ - допустимый поток натекания при рабочей глубине вакуума, Па•м³/с; Q₁ - поток натекания при давлении P₁ в герметичной криополости, Па•м³/с; K = Q₁ / Q₀ - коэффициент. Давление в криополости либо увеличивается, что означает негерметичность, либо уменьшается, что означает герметичность. Устройство состоит из вакуумного трубопровода, имеющего две параллельные линии, на одной из которых размещена диафрагма пропускной способности S', а на другой - запорная арматура. На трубопроводе размещен вакуумметр. Трубопровод соединяет откачное средство с криополостью. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

1. Способ проверки герметичности теплоизоляционной криополости, включающий достижение в ней заданной глубины вакуума при постоянной быстроте откачки и проверку герметичности, отличающийся тем, что проверку герметичности осуществляют путем сравнивания текущего давления P₂ в криополости с заданной глубиной вакуума P₁, а во время сравнения вакуумируют криополость с быстротой откачки S, где S = O₀•k/P₁; Q₁ - допустимый поток натекания при давлении P₁ в герметичной криополости, Па•м³/c; Q₀ - допустимый поток натекания при рабочей глубине вакуума, Па•м³/с; - коэффициент. 2. Устройство для проверки герметичности теплоизоляционной криополости, содержащее вакуумный трубопровод, соединяющий откачное средство с теплоизоляционной криополостью, запорную арматуру, установленную на трубопроводе, отличающееся тем, что трубопровод выполнен в виде двух параллельных линий, на одной из которых установлена запорная арматура, а во второй - диафрагма с пропускной способностью S¹, причем запорная арматура выполнена в виде запорного вентиля.