Проверить утечку вакуума

Во всех вакуумных камерах будет натекание воздуха с течением времени, в результате чего вакуум будет ухудшаться. Термин «скорость утечки» используется для определения того, насколько быстро воздух возвращается в эту вакуумную камеру. Конечно, воздух содержит в себе кислород, попадание которого при некоторых технологических процессах отрицательно отражается на качестве этих процессов. Воздух также содержит влагу, которая также является источником кислорода. К примеру, влага может стать проблемой на паяных металлических поверхностях, поскольку адсорбированная влажность часто очень трудно удаляется с поверхности металла (это может быть проблемой в алюминиевой вакуумной пайке).

Скорость натекания должна контролироваться до очень низких уровней, часто допускается натекание в диапазоне от 2 до 10 миллиторр в час, чтобы гарантировать хорошое протекание технологических процессов.

Поэтому одной из основных обязанностей персонала вакуумной установки является контроль натекания в вакуумной камере путем регулярного контроля скорости натекания, и если скорость натекания становится недопустимой, то необходимо найти источник утечки и устранить эту утечку.

Обычным способом обнаружения утечки в вакуумной камере является использование гелиевого течеискателя. Существует два метода, а именно метод гелиевого щупа или методом обдува. В методе гелиевого щупа вакуумная камера должна быть заполнена гелием, а щупом производился поиск течи. Это не работает для многих вакуумных камер, так как требуется, чтобы она была под давлением, а многие из них не способны выдерживать положительные давления.

Типичный пистолет, используемый при течеискании

При методе гелиевого обдува происходит противоположное: вакуумная камера откачивается до рабочего вакуума, а затем гелий распыляется на все внешние стыки и соединения. Гелиевый течеискатель, который подключен к вакуумной камере, контролирует концентрацию гелия внутри. Для пайки я настоятельно рекомендую использовать только технологию гелиевого распыления.

Обнаружение утечки методом обдува.

Оборудование для этого метода состоит из переносного гелиевого течеискателя, в том числе баллон с гелием, регулятор потока газа и шланга с гелиевым пистолетом. Обратите внимание, что используемый масс-спектрометр – это тот, который обнаруживает только гелий.

Фото типичного гелиевого течеискателя

Проще говоря, вакуумная камера откачивается до рабочего уровня вакуума. И она, очевидно, будет втягивать внешний воздух внутрь через любую небольшую течь, которая может присутствовать в любом из уплотнений, соединений и т. д. Гелий затем распыляется вокруг каждого из потенциальных мест утечек, обычно начиная с двери, поскольку она является наиболее распространенным источником течи. Когда крошечные атомы гелия сталкиваются с небольшой точкой, через которую воздух входит внутрь, газообразный гелий также быстро входит в вакуумную камеру в этой точке. В то время как оператор проверки герметичности медленно перемещает гелиевый пистолет вокруг каждого из фитингов, масс-спектрометр постоянно отбирает газ из вакуумной камеры через испытательное отверстие. Когда в него попадут какие-то атомы гелия, автоматически пройдёт сигнал тревоги.

Временная задержка между попаданием гелия внутрь и попаданием этого атома гелия в блок масс-спектрометра очень коротка и в зависимости от размера вакуумной печи обычно измеряется от долей секунды, до нескольких секунд.

Когда звучит сигнал тревоги, оператор течеискателя останавливается и очень медленно перемещает пистолет с гелием вокруг области уплотнения / прокладки, до тех пор, пока точное местонахождение течи не будет найдено.

После обнаружения течи персонал по техническому обслуживанию должен устранить эту утечку, заменив уплотнение, тщательно очистив область соединения между двумя соединениями и вставив новую прокладку. Если утечка обнаруживается в любом из других соединений, обслуживающий персонал просто уплотняет эту течь вакуум-герметиком.

Наличие в вакуумных системах течей представляет собой, как правило, весьма сложную задачу, решение которой, заключающееся в обнаружении, локализации и ликвидации течи, часто требует значительных усилий и времени.

Что касается сверхвысоковакуумных систем, то в этом случае даже предельно малые течи крайне нежелательны. К счастью, ввиду высокой степени разрежения, а также использования в этих системах высокочувствительных вакуумметров, обнаружение и локализация малых течей по сравнению с системами более грубого вакуума во многих случаях значительно упрощается.

Наличие течи в системе проявляется в невозможности достижения предельного разрежения, на которое рассчитана данная вакуумная система. Для выяснения причины плохого вакуума следует изолировать систему от насоса и следить за нарастанием давления в ней. Если сначала давление газа растет быстро, а затем достигает предела, то причиной плохого вакуума является, вероятнее всего, выделение газа со стенок системы или присутствие загрязняющих веществ с высоким давлением паров. Если же давление продолжает непрерывно расти, то в этом случае следует искать в системе течь.

Наличие в системе клапанов позволяет последовательно (посекционно) проверять на течь различные ее участки, тем самым сужая зону поиска. Время, необходимое для выявления малых течей, может быть весьма значительным, так что при невозможности достичь требуемого разрежения следует в первую очередь воспользоваться указанным методом определения течи, а не искать какие-либо иные причины натекания газа в систему.

Для определения малых течей через стенки вакуумных элементов наиболее часто применяют пластиковый чехол с пробным газом, которым охватывают отдельные участки оболочки. Прошедший сквозь течь пробный газ регистрируется помещенным внутри системы датчиком. Чувствительность датчика зависит от рода газа, а его показания по мере проникновения пробного газа сквозь течь изменяются.

Чувствительность ионизационных вакуумметров различна для разных газов; так, для вакуумметра Байярда — Альперта (ВБА) чувствительность по гелию в 5 раз хуже, чем по азоту. ВБА наиболее широко используется в системах сверхвысокого вакуума и представляет собой достаточно подходящий датчик для обнаружения течей при использовании гелия в качестве пробного газа.

Для поиска течи можно также воспользоваться ионным насосом в тех системах, где он применяется. Для этого измеряют падение тока в насосе, обусловленное изменением состава откачиваемого газа. Однако следует отметить, что ни один из указанных методов не обладает достаточной чувствительностью для определения экстремально малых течей, которые требуют применения специальных устройств.

Таким устройством является специально сконструированный для обнаружения течей масс-спектрометр, анализатор которого настроен на пробный газ для обеспечения максимальной чувствительности. Главным преимуществом высокочувствительного масс-спектрометрического течеискателя является его универсальность. Течеискатели этого типа, наряду с анализатором, обычно снабжены собственной системой откачки, а также электронной системой регистрации и контроля. Течеискатели выпускаются либо в стационарном варианте для проверки на герметичность отдельных вакуумных элементов систем, либо в переносном — для подсоединения в нужном месте вакуумной системы с целью проверки ее герметичности.

После обнаружения течи для ее локализации стенки вакуумной системы обдувают пробным газом с помощью наконечника с соплом. Однако при перемещении наконечника по поверхности течь можно пропустить вследствие слишком кратковременного обдува места течи. Поэтому на поиск места течи иногда затрачивается слишком много времени.

Предварительная проверка на герметичность элементов конструкции вакуумной установки, а также прогнозирование возможных мест течи, основанное на практическом опыте, могут значительно ускорить поиск. Для повышения чувствительности можно воспользоваться методом аккумулирования пробного газа в той части установки, где ведется поиск течи.

При значительной течи, когда давление остаточного газа довольно высокое, влияние пробного газа, проходящего через течь, на общий ток в датчике может быть незначительным, особенно если пробный газ разбавлен воздухом. В этом случае лучше использовать ацетон. Быстрое испарение ацетона или даже возможная закупорка им относительно небольших течей приводит к существенному изменению давления.

Способ устранения течи в каждом конкретном случае зависит от причин, ее вызвавших. Так, если течь возникла в разборном уплотнении, то подтягивание крепежных болтов или замена прокладки может быть вполне достаточным для ликвидации течи. Если же течь возникла в результате дефектов в материале некачественной сварки или повреждения неразъемного соединения различных материалов, то необходима замена бракованной детали на новую. Известен ряд материалов, которые могут быть использованы для устранения небольших течей; эти материалы, нанесенные в жидком виде на, место течи, в результате диффузии проникают в канал течи и закупоривают его.

Хотя получающееся уплотнение способно выдерживать нагрев до не слишком высоких температур, оно может быть использовано лишь временно, когда по каким-либо причинам невозможно сразу заменить некачественную деталь на новую. Если течь возникла в неразъемном соединении, то для устранения течи может быть достаточным проведение повторной технологической операции сварки или пайки соединяемых деталей.

При проектировании любого вакуумного аппарата обычно задается величина допустимого натекания атмосферного воздуха внутрь аппарата через неплотности.

Например, для высоковакуумных и сверхвысоковакуумных насосов и агрегатов допустимую величину натекания выбирают из соотношения:

где S — средняя скорость откачки насоса (или агрегата); р0— предельное давление. Натекание газа через стенки вакуумной системы и через уплотнения в местах соединений, а также газоотделение (десорбция) зависят от материалов, из которых изготовлен аппарат, и от качества его изготовления. За единицу натекания обычно принимают 1 л*мкм рт. ст./с, т. е. величину натекания, равную 1 л/с при давлении в системе 1 мкм или 10-3 мм рт. ст.

Величина допустимого натекания зависит от технологических требований к аппарату, объема вакуумной системы и производительности откачивающих аппаратов. Нужно учесть, что при работе промышленных вакуумных аппаратов воздух откачивается вакуумными насосами непрерывно, т. е. здесь имеем динамическую вакуумную систему. Величину допустимого натекания следует выбрать такой, чтобы принятая система насосов успевала откачивать натекающий в систему газ. При очень больших объемах аппаратов достижение малых значений натекания представляет значительные трудности.

Жесткий режим натекания может быть оправдан только при необходимости получения очень низкого давления, когда большое значение приобретает десорбция газов внутри самой вакуумной системы.

При проектировании следует также задать величину минимального давления р1, до которого нужно откачать систему, прежде чем производить проверку натекания.

Все детали и узлы вакуумного аппарата до сборки следует проверять на натекание. Для определения величины натекания проверяемый узел должен быть надежно уплотнен с помощью заглушек и присоединен к вакуумному насосу. Внутри проверяемой системы откачкой вакуумным насосом создается давление P1, после чего систему отсоединяют от насоса и давление в замкнутой системе повышается из-за натекания через неплотности.

По истечении времени т с измеряют давление р2 в системе и величину натекания подсчитывают по формуле

где Pi и р2 — выражены в мм рт. ст.; V— объем откачиваемой системы в л.

Чтобы устранить влияние разоотделения, перед проверкой натекания следует производить длительную откачку системы, а также применять манометры с охлаждаемыми ловушками. Если ловушки нет, можно обмотать стеклянную трубку, соединяющую манометр с системой, ватой и залить ее жидким азотом.

Способы отыскания течей в вакуумных системах. Для отыскания течей применяют различные способы, дающие хорошие результаты и не требующие дорогостоящего оборудования. Однако для обнаружения очень малых Течей,особенно в крупных металлических вакуумных системах, применяют специальные течеискатели.

Если внутри испытуемого объекта создано избыточное по сравнению с атмосферным давление воздуха или азота, то при наличии больших течей слышно шипение газа, выходящего через отверстие, а пламя горелки, поднесенной к месту течи, колышется. Более мелкие течи можно обнаружить с использованием мыльной пленки. Если деталь не очень велика, то ее погружают в мыльный раствор; более крупные вакуумные системы покрывают снаружи мыльной водой.

Внутрь системы нагнетается воздух или какой-либо другой газ под избыточным давлением 1,1—7 кгс/см2 (в зависимости от механической прочности аппарата), который, проникая через неплотности, образует мыльные пузырьки на внешней поверхности аппарата. Таким способом можно обнаружить течи до 3•1O-3 л мм рт. ст./мин. Можно также деталь, внутри которой создано избыточное давление, погружать в воду и наблюдать за появлением в воде пузырьков. Такой способ менее чувствителен, чем способ с применением мыльной пленки.

Если внутри вакуумной системы находится под повышенным давлением углекислый газ, а для нахождения течи применяют аммиак, или наоборот, то место натекания можно обнаружить, так как вблизи него образуется дым. Чувствительность этого способа примерно та же, что и способа мыльной пленки.

Внутри вакуумной системы разрежение создается с помощью вращательного масляного насоса. Затем незаземленным концом провода вторичной обмотки трансформатора Тесла прикасаются к поверхности вакуумной системы снаружи. В газе, находящемся внутри системы, возбуждается тлеющий электрический разряд. Свечение происходит при давлениях от нескольких миллиметров до 5•1O-2 мм рт. ст.

Наблюдать за разрядом можно только при наличии смотрового стекла. Кроме того, система должна быть изготовлена из электроизоляционного материала, поэтому способ применяют в основном для систем из стекла. Если конец провода (электрод) катушки Тесла окажется вблизи отверстия в стекле, то с конца провода внутрь системы через это отверстие пробьется яркая искра; тем самым точно устанавливается место течи. Следует иметь в виду, что при длинной искре и длительном воздействии трансформатора на одну точку системы возможен пробой стеклянной стенки. Течь можно найти, если на расстоянии нескольких сантиметров от нее нет металлических частей установки, в противном случае возникнет искра между металлом и концом катушки.

Для проверки герметичности в месте соединения металла со стеклом следует возбудить в системе газовый разряд и провести снаружи ватой, смоченной бензином или метиловым спиртом. При наличии течи пары этих веществ проникнут внутрь системы и изменится цвет газового разряда. Такой способ следует применять только в случае очень малых течей, так как проникающие через большую течь органические пары загрязняют вакуумную систему. Можно также возбудить в системе газовый разряд трансформатором Тесла, а затем обдувать систему снаружи светильным или углекислым газом. При попадании в систему углекислого газа цвет разряда становится синевато-зеленым, при попадании светильного газа — белым.

Искровой течеискатель ИО 60-010 отечественного производства предназначен для проверки герметичности стеклянных вакуумных систем и для определения степени достигнутого разрежения. Его применяют и в металлических системах при наличии в них деталей из стекла или при установке специального стеклянного разрядника.

Разряд возбуждается прикосновением электрода течеискателя к стеклу или к металлическому стержню, впаянному в стекло. Течи в шлифовых соединениях, как и в металлических частях системы, могут быть обнаружены при давлениях от 1 до 5•1O мм рт. ст. по изменению цвета разряда при проникновении сквозь них пробного вещества.

Течеискатель выполнен в виде небольшого блока с присоединенным через гибкий шланг высокочастотным электродом. Гибкий металлический стержень электрода снабжен пластмассовой рукояткой.

Недостатком способа является невозможность его применения в цельнометаллических системах, а также ограниченная область давлений.Определение течи с помощью разрядной трубки. Способ разрядной трубки применим для вакуумных систем, изготовленных из любого материала. Если включить разрядную трубку в высоковакуумную систему между диффузионным и механическим форвакуумным насосом, а затем обдувать систему пробным газом (углекислым газом, метаном, парами спирта, ацетона, бензина, эфира), то при попадании газа через течь внутрь вакуумной системы цвет разряда изменится. Наиболее чувствительным индикатором является углекислый газ.

При отсутствии легколетучих углеводородов можно опрыскивать систему водой; при попадании паров воды в разрядную трубку свечение становится голубым. Углекислый газ дает также голубое свечение, водород — красное. Чувствительность такого метода можно повысить применением спектроскопа для наблюдения за разрядом. Если в системе отсутствует высоковакуумный диффузионный насос, то разрядную трубку подключают к трубопроводу, идущему от системы к механическому насосу. Для отыскания течей таким методом наиболее пригодны давления 0,1—1 мм рт. ст.

Не следует забывать о возможности взрыва водорода в присутствии электрической искры. Гелий имеет такую же проникающую способность, как и водород, но менее взрывоопасен.Проверка герметичности путем временного уплотнения отдельных участков системы. Вакуумную систему откачивают до высокого вакуума

и затем отсоединяют от насоса. После отсоединения участка системы от насоса давление в нем постепенно повышается. Если в этот момент место течи снаружи покрыть вакуумной замазкой (например, пластилином), то скорость повышения давления уменьшается.

Применяют иногда и окраску наружной поверхности. Этот способ более чувствителен, так как время наблюдения за изменением давления может быть сколь угодно большим. Такой метод наиболее прост (с точки зрения оснащения приборами). Однако у него есть существенный недостаток. Вакуумная замазка или красящее вещество заполняют поры и трещины, но такое уплотнение непрочно и при эксплуатации отверстие, куда попала замазка, может снова стать источником натекания.

При таком способе отыскания течи уменьшают давление над тем участком наружной поверхности вакуумной системы, где предполагают наличие течи. При снижении внешнего давления над течью уменьшается давление внутри системы, которая в это время непрерывно откачивается насосом. Внешнюю поверхность испытуемого объекта необходимо плотно соединить с колпаком, из которого откачивается воздух механическим насосом.

Способы обнаружения мест натекания с помощью манометров. Если, например, обдувать вакуумную систему струей водорода, то при наличии течи давление в системе резко повысится, так как водород проникает в систему значительно быстрее воздуха. При измерении давления тепло-электрическим манометром для обдувания системы следует выбирать газ или пар, имеющий по сравнению с воздухом значительно большую или значительно меньшую теплопроводность. В этом отношении водород имеет преимущество, так как его теплопроводность значительна и при попадании его в манометрическую лампу температура нити понижается. С помощью теплоэлектрического манометра можно обнаружить натекание до 10-2 л-мкм рт. ст/с.

Во время отыскания течи необходима непрерывная откачка системы вакуумным насосом.Манометр сопротивления следует расположить между диффузионным и форвакуумным насосом. Для нахождения течи применяют дифференциальный манометр сопротивления (рис. 530).

Две одинаковые манометрические лампы включены в два плеча моста, но одна из них присоединена к вакуумной системе через охлаждаемую ловушку. Если смачивать систему с наружной стороны спиртом, ацетоном, бензином, водой, то в систему, а’ следовательно, в баллон лампы, не имеющей ловушки, попадут пары этих веществ, проходящие через неплотности в вакуумной системе, и равновесие моста нарушится. Дифференциальным манометром сопротивления можно обнаружить натекание до 1 * 10-3 л*мкм рт. ст./с. По этому принципу работает портативный течеискатель ТП-49. При давлении ниже 5•1O-4 мм рт. ст. можно использовать ионизационный манометр, который позволяет обнаружить течи размером до 1О-4 л-мкм рт. ст./с.

Если в ионизационный манометр попадут водород, пары ацетона или эфира, то ионный ток возрастет; если же пробным газом является гелий,
имеющий более высокий ионизационный потенциал, чем воздух, то ионный ток
в лампе уменьшится. С помощью специального ионизационного манометра,
чувствительного к водороду, находят весьма малые течи.

Люминесцентный способ обнаружения течей. Испытываемый прибор погружают в раствор люминофора. Раствор проникает в течь, и после испарения растворителя можно обнаружить светящуюся точку, образуемую в месте течи накопившимся люминофором. Место свечения обнаруживается облучением ультрафиолетовыми лучами. Способ применяют в производстве электровакуумных приборов.

Действие галоидных течеискателей основано на свойстве платины, накаленной до 800—900° С, увеличивать эмиссию положительных ионов в присутствии галоидов. Эффект наблюдается как при атмосферном давлении, так и в вакууме. Это позволяет обнаруживать течь по натеканию в нее галоидов, а также позволяет обнаруживать утечки в системах, содержащих галоиды.

Чувствительный элемент галоидного течеискателя представляет собой платиновый диод с анодом прямого накала, навитым на керамическую трубку. Эмитируемые анодом ионы воспринимаются вторым электродом — коллектором, соединенным с усилителем постоянного тока. Стрелочный прибор на выходе усилителя регистрирует увеличение ионного тока при попадании галоидов в межэлектродное пространство чувствительного элемента. Сигнал дублируется звуковым индикатором.

Внешний вид галоидного течеискателя

Отечественные галоидные течеискатели состоят из датчика течеискателя,содержащего чувствительный элемент, и измерительного блока. Переносный течеискатель ГТИ-3 обнаруживает течи в системах, заполненных изнутри галоидосодержащей газовой смесью. Чувствительность течеискателя составляет 2,4*10-3 л-мкм рт. ст./с фреона-12, что позволяет установить утечку в атмосферу 0,5 г фреона-12 в год.

Натекание фреона 2,4-10-3 л-мкм рт. ст/с вызывает отклонение стрелки не менее чем на 30% самой чувствительной шкалы. Чтобы обнаружить большие течи, следует уменьшить накал датчика.

Датчик течеискателя ГТИ-3 выполнен в виде щупа-пистолета. Непосредственно за чувствительным элементом, расположенным в передней части щупа, размещено вентиляционное устройство, благодаря которому воздух проходит через межэлектродное пространство датчика. Щуп перемещается вдоль испытываемой поверхности. При повышении концентрации галоидов вблизи течи течеискатель подает сигнал.

При работе с галоидным течеискателем фоновые сигналы могут вызывать пары растворителей и конструкционных материалов, содержащих галоиды. Течеискатель нельзя поэтому использовать в помещении, содержащем газы с примесью галоидов. Загрязнения, составляющие 6—10%, могут вывести прибор из строя.

Вакуумно-атмосферный галоидный течеискатель ВАГТИ-4 предназначен не только для проверки вакуумных систем на герметичность путем создания внутри этих систем избыточного давления галоидосодержащего газа, также и для проверки путем обдувания оболочек вакуумных систем галоидами. Соответственно этому течеискатель снабжен двумя датчиками — атмосферным и вакуумным.

Атмосферный датчик предназначен для обследования опрессованных систем, выполнен в виде щупа-пистолета и аналогичен датчику течеискателя ГТИ-3.

Вакуумный датчик течеискателя выполнен в виде отрезка трубопровода с фланцами, внутри которого размещен чувствительный элемент. Датчик включается в трубопровод предварительного разрежения. Проникая через течь в вакуумную систему во время обдувания ее галоидосодержащим газом, пробный газ попадает и в чувствительный элемент, что вызывает в нем изменение ионного тока, регистрируемое индикаторами.

Чувствительность течеискателя регулируется переключением сопротивлений во входной цепи усилителя. Три диапазона имеют кратность 10. Переход на последнюю, самую чувствительную шкалу отвечает пятикратному увеличению чувствительности по сравнению с предыдущей. Первая, самая грубая шкала предусмотрена для измерения фонового тока, определяемого общим уровнем парциального давления галоидов. Наблюдение за содержанием галоидов необходимо в связи с тем, что длительное их воздействие на работающий чувствительный элемент приводит к отравлению эмиттера. При больших фоновых токах следует обеспечить очистку помещений от галоидов. Восстановления характеристик эмиттера можно достичь прокаливанием чувствительного элемента в чистой атмосфере.

Чувствительность течеискателя с вакуумным датчиком характеризуется минимально индицируемым парциальным давлением фреона 5- 10-8 мм рт. ст. Такое давление вызывает отклонение стрелки выходного прибора не менее чем на 20% самой чувствительной шкалы и соответствует потоку фреона через датчик 5•10-8 л*мкм рт. ст./с при эффективной скорости его откачки 1 л/с.

Вакуумный датчик предназначен для работы при давлениях от 10-2 до 1 мм рт. ст.

С помощью атмосферного датчика-щупа течеискатель обнаруживает истечение в атмосферу 2,5•1O-3 л-мкм рт. ст./с фреона (Ф-12 или Ф-22). Постоянная времени измерительного блока меняется от 2,5 до 5 с при переходе с грубой на самую чувствительную шкалу.

Техническая характеристика течеискателя ВАГТИ-4

Батарейный галоидный течеискатель БГТИ-5 предназначен для работы ев
помещениях и на открытом воздухе. Его применяют для испытаний больших
объемов, находящихся под избыточным давлением пробного газа. Питание_от
батареи аккумуляторов. В выносном щупе имеется чувствительный элемент, аналогичной применяемому в течеискателях ГТИ-3 и ВАГТИ-4, и вентиляционное устройство. Течеискатель хорошо работает в полевых условиях благодаря расширенному диапазону рабочих температур, нечувствительности приборов к запыленности воздуха и к ветру. Для обеспечения возможности длительных испытаний течеискатель БГТИ-3 комплектуется зарядным устройством для одновременной зарядки всех аккумуляторов в батарее.

Чувствительность течеискателя к утечкам фреона Ф-12 или Ф-22 не менее 1,5 г в год. Соответствующий этой утечке поток 7 •10 л-мкм рт. ст./с составляет по крайней мере 30% шкалы на самом чувствительном диапазоне. Постоянная времени течеискателя без удлинительных насадок не превышает 3 с. С насадкой длиной 750 мм постоянная времени увеличивается до 10 с.

Техническая характеристика течеискателя БГТИ-5

При работе с аккумуляторами КНГК-ЮД нижняя граница изменения температур составляет 0° С.Течеискатель ГТИ-6 предназначен для проверки герметичности систем, поддающихся испытаниям опрессовкой галоидосодержащим газом, а также вакуумных систем в диапазоне давлений 10—1 мм рт. ст.Чувствительность течеискателя при работе по методу опрессовки с выносным щупом к потоку фреона не менее 1•1O-3 л*мкм рт. ст./с, а чувствительность с вакуумным датчиком к парциальному давлению фреона 10-8 мм рт. ст. Постоянная времени течеискателя с выносным щупом менее 1,5 с.

Масс-спектрометрический течеискатель выделяет пробный газ из общей смеси поступающих в него газов благодаря разделению ионов газа по массам под действием электрического и магнитного полей. Течеискатель отбирает газовую смесь из испытываемого объема, подвергаемого извне воздействию пробного газа. Если снаружи через течь внутрь вакуумной системы попадет пробный газ, то он попадет и в течеискатель, который в этот момент подаст соответствующий сигнал. Может быть и наоборот — течеискатель отбирает газовую смесь из пространства, окружающего испытываемый объем, впрессованный изнутри пробным газом.

Попадающая в течеискатель газовая смесь поступает в ионный источник, где газ ионизируется и формируется ионный пучок. В анализаторе происходит разложение этого пучка на компоненты по массам и выделение пучка ионов пробного вещества. В приемном устройстве регистрируется и измеряется ток выделенных ионов.

Таким образом, пробное вещество регистрируется вне зависимости от присутствия других газов.

Передвижные масс-спектрометрические течеискатели ПТИ-6 и ПТИ-7 представляют собой масс-спектрометры, настроенные на регистрацию гелия, применяемого в качестве пробного газа. Масс-спектрометрический анализ газов в течеискателях производится в магнитном анализаторе, работающем в
однородном магнитном поле, направленном перпендикулярно движению ионов.

Ионы образуются электронной бомбардировкой. Моноэнергетический пучок формируется электрическим полем, созданным между электродами источника ионов. Выделенный в анализаторе пучок ионов гелия поступает на коллектор, связанный с электрометрическим усилителем постоянного Тока. Усилитель позволяет измерять токи от 10″10 до 10~14 А, что обеспечивает индикацию парциальных давлений гелия от 5- 10-8 до 5-10-12 мм рт. ст.

Течеискатель имеет собственную вакуумную систему, состоящую из механического и пароструйного насосов с воздушным охлаждением. Он также имеет ловушки, предохраняющие от загрязнения масс-спектрометрический анализатор. Вакуумная система позволяет прокачивать через течеискатель поток газа 2 л-мкм рт. ст./с при давлении в анализаторе 2-10″4 мм рт. ст. Регистрация в этих условиях парциального давления гелия 5 • 10″12 мм рт. ст. определяет способность течеискателей индицировать концентрацию гелия, равную 2,5-10-8 л-мкм рт. ст./с.

Вакуумная система течеискателей сообщается с испытываемыми объемами через дросселирующий вентиль Ду 32, позволяющий плавно регулировать давление в камере анализатора. В течеискателях предусмотрена возможность изоляции масс-спектрометрического анализатора от вакуумной системы при размораживании охлаждаемой ловушки и для ремонта при работающей вакуумной системе.

Гелиевый масс-спектрометрический течеискатель СТИ-8 предназначен для высокочувствительной проверки герметичности систем с малым газоотделением. Вакуумная система течеискателя выполнена на металлических уплотнениях. В течеискателе возможны два режима проверки герметичности: режим предварительных испытаний с откачкой пароструйным насосом и режим высокочувствительных испытаний при откачке цеолитовым насосом.

Минимальная течь, обнаруживаемая течеискателей в режиме высокочувствительных испытаний, составляет от 5-10-10 до 5-10-11 л-мкм рт. ст./с при подаче гелия соответственно от 1 до 10 мин. Выбор гелия в качестве пробного газа объясняется почти полным его отсутствием в окружающей атмосфере и среди газов, выделяемых стенками вакуумной аппаратуры, а также хорошим проникновением его даже в самые незначительные течи.

Промышленные испытания изделий больших габаритов на плотность показали, что вакуумные испытания гелиевым течеискателей значительно эффективнее и дешевле, чем воздушные и водородные. Воздушные и водородные испытания изделий больших габаритов очень трудоемки и громоздки, а также не безопасны для обслуживающего персонала. Испытания гелиевым течеискателей позволяют определить неплотность в любом аппарате независимо от его габаритов. Наиболее рационально этим методом можно определить неплотность при остаточных давлениях от 5 до 0,1 мм рт. ст.

Обнаруженные неплотности быстро устраняются электросваркой, если аппарат находится под разрежением. При проверке и откачке больших объемов следует применять для предварительной откачки от атмосферного давления вращательные многопластинчатые, поршневые или водокольцевые насосы, а вращательные масляные насосы включать после создания предварительного давления порядка десятых долей атмосферы.

На рис. 531 приведена схема установки для определения течи методом гелиевого щупа. Откачиваемый объем 8 заполняется гелиево-воздушной смесью с концентрацией гелия от 5% и выше. В шланге 6 создается разрежение (откачка производится насосом 2), в результате чего гелий, проникающий через неплотность и попадающий в щуп 9, засасывается через шланг 6 в течеискатель. Величина минимальной течи, которую можно обнаружить щупом, зависит от длины и диаметра шланга 6, от пропускной способности
самого щупа, от концентрации гелия в объекте и от чувствительности
течеискателя.

Чувствительность повышается при замене воздуха, окружающего испытываемый объект, газовой средой, не содержащей гелия. Существенно повысить чувствительность удается при замене воздуха азотом в камерах, окружающих испытываемый предмет. Система отбора газа для анализа с применением щупа усложняет измерения из-за значительных фоновых эффектов, в связи с чем предложен порционный метод отбора, предусматривающий перепуск гелия в течеискатель после удаления всех других газов цеолитовым насосом.

Качество испытаний обдуванием вакуумной системы гелием (рис. 532) и испытаний способом щупа может быть проверено способом избыточного давления. Он позволяет определить очень малую негерметичность объекта с большим внутренним газовыделением (рис. 533). В барокамере 3 создается вакуум, а в испытываемый объект 9 подается гелий.

Проверка на утечку вакуумом (число прочтений – 15840 )

Как обнаружить утечки сжатого воздуха, газа и вакуума и найти скрытую прибыль

Системы сжатого воздуха, газа и вакуума являются жизненно важным источником преобразованной энергии на заводах и промышленных предприятиях. Компрессоры проще в использовании, чем другие ресурсы, такие как электричество, поэтому на современных заводах они используются повсеместно. Они обеспечивают работу станков, инструментов, робототехники, лазеров, систем перемещения товаров и многого другого.

Тем не менее, обслуживание многих систем сжатого воздуха, газа и вакуума осуществляется недостаточно качественно, кроме того, они подвержены износу, что приводит к постоянным утечкам. Утечки могут быть скрытыми: они могут находиться за станками, в точках подключения, над закрепленными трубами, в треснувших трубах или в изношенных шлангах. Потери быстро увеличиваются и даже могут привести к простою.

Высокая стоимость потерянного воздуха

По данным Министерства энергетики США, одна утечка 1/8 дюйма (3 мм) в линии сжатого воздуха может стоить более 2500 долларов в год. По оценкам Министерства энергетики США, средний завод в США, на котором не осуществляется надлежащее техническое обслуживание, может терять 20 % от общей производственной мощности сжатого воздуха из-за утечек. По оценкам, выполненным правительством Новой Зеландии в рамках проекта по устойчивому развитию, из‑за утечек система сжатого воздуха может терять от 30 до 50 % своей производственной мощности. Быстрое обнаружение утечек сжатого воздуха, газа и вакуума является одной из ключевых операций, необходимых для поиска скрытых доходов. Утечки воздуха также могут привести к значительным расходам, ремонту, простоям или снижению качества, а также к увеличению расходов на техническое обслуживание.

Для компенсации потери давления из-за утечек операторы часто приобретают компрессор большего размера, чем это необходимо, что приводит к значительным дополнительным расходам и увеличивает затраты на электроэнергию. Утечки в системе также могут привести к неисправности оборудования, работающего на сжатом воздухе, из‑за низкого давления в системе. Это может привести к задержкам производства, незапланированным простоям, проблемам с качеством, сокращению срока службы и увеличению объема технического обслуживания из‑за излишней работы компрессоров.

Менеджер по техническому обслуживанию в одной производственной компании в США, например, говорит, что низкое давление в каком‑либо пневматическом инструменте для затяжки может привести к дефектам продукции. «Недостаточная или чрезмерная затяжка может привести к отзыву продукции. Это также приводит к тому, что тратится больше человеко-часов, чем это было бы необходимо в обычных условиях», — говорит он. «Из-за упущенной прибыли и продукции с дефектами деньги тратятся впустую. В худшем случае мы рискуем потерять спрос из‑за того, что не смогли доставить продукцию вовремя».

Неудивительно, что электростанции, а также промышленные и правительственные предприятия рассматривают системы сжатого воздуха в качестве потенциального источника экономии. Утечки приводят к напрасным расходам. Устранение этих утечек может сэкономить средства и предотвратить необходимость увеличения мощности системы.

Поиск и устранение утечек — непростая задача

Многие предприятия не имеют собственной системы обнаружения утечек. Поиск и устранение утечек — непростая задача. Чтобы определить объем потерь и расходов, необходимы услуги специалистов или консультантов по электроэнергии, которые, с помощью специальных анализаторов и регистраторов электроэнергии, выполняют проверку пневматических систем. Благодаря систематическому расчету ежегодной экономии в результате устранения утечек они могут составить действующую модель для подобного проекта.

Энергетические аудиты систем сжатого воздуха часто проводятся в сотрудничестве с промышленными, государственными и неправительственными организациями (НПО). Одной из таких организаций является организация Compressed Air Challenge (CAC), осуществляющая добровольное сотрудничество. Одной из ее задач является предоставление нейтральной информации и образовательных материалов, которые помогают промышленным предприятиям создавать и использовать системы сжатого воздуха с максимальной экологической эффективностью.

Почему ультразвуковое обнаружение утечек неэффективно

К сожалению, распространенные методы обнаружения утечек являются довольно примитивными. Один из проверенных временем методов — прислушиваться к шипящим звукам, что практически невозможно на многих объектах, и распылять мыльную воду на область предполагаемой утечки, что создает беспорядок и может привести к поскальзыванию.

На данный момент распространенным прибором для поиска утечек в компрессорах является ультразвуковой акустический детектор — это портативное электронное устройство, которое распознает высокочастотный звук, возникающий при утечках воздуха. Типичные ультразвуковые детекторы помогают обнаруживать утечки, но их использование требует много времени, и ремонтные бригады могут использовать их только во время плановых простоев, когда осуществляется техническое обслуживание других критически важных машин. При использовании этих устройств также необходимо, чтобы при обнаружении утечек оператор находился рядом с оборудованием, поэтому ультразвуковые детекторы сложно использовать в труднодоступных местах, например на потолке или за другим оборудованием.

Помимо времени, необходимого для обнаружения утечек с помощью мыльной воды или ультразвуковых детекторов, при использовании этих методов существуют угрозы безопасности при поиске утечек сверху или под оборудованием. Подниматься по лестницам или ползать рядом с оборудованием может быть опасным.

Революционный прибор для обнаружения утечек сжатого воздуха

Что если бы существовала технология обнаружения утечек, которая позволяла бы точно определять место утечки на расстоянии до 50 метров, в шумной обстановке, без отключения оборудования? Компания Fluke разработала именно такой промышленный течеискатель. Менеджеры по техническому обслуживанию промышленных объектов называют промышленный визуально‑акустический течеискатель Fluke ii900 «революционным» устройством для поиска утечек сжатого воздуха.

Новый промышленный визуально‑акустический течеискатель, способный работать с более широким диапазоном частот, чем традиционные ультразвуковые устройства, использует новую технологию SoundSight™, которая обеспечивает улучшенное визуальное сканирование утечек воздуха, подобно тому, как тепловизоры обнаруживают нагретые зоны.

Прибор ii900 оснащен акустическим массивом крошечных чувствительных микрофонов, которые обнаруживают как звуковые, так и ультразвуковые волны. Течеискатель ii900 распознает источник звука в месте возможной утечки, а затем использует собственные алгоритмы, которые интерпретируют звук как утечку. В результате получается изображение SoundMap™ — цветная карта, наложенная на изображение в видимом спектре, показывающая точное место утечки. Результаты отображаются на 7‑дюймовом ЖК‑экране в виде неподвижного изображения или видео в режиме реального времени. Течеискатель ii900 может сохранять до 999 файлов изображений или 20 видеофайлов для документирования или обеспечения соответствия нормативным требованиям.

Большие области можно быстро сканировать, что позволяет обнаруживать утечки гораздо быстрее, чем при использовании других методов. Прибор также позволяет выполнять фильтрацию по диапазонам интенсивности и частоты. Команда специалистов на одном из крупных производственных предприятий недавно использовала два прототипа ii900 для обнаружения 80 утечек сжатого воздуха за один день. Менеджер по техническому обслуживанию сказал, что, используя традиционные методы, для обнаружения такого количества утечек им потребовалось бы несколько недель. Благодаря быстрому поиску и устранению утечек команде также удалось предотвратить потенциальный простой, который на данном предприятии может стоить около 100 000 долларов в час из‑за потери производительности.

Где искать утечки:

Сколько воздуха вы теряете?

Первый шаг в управлении утечками в системах сжатого воздуха, газа и вакуума — оценка нагрузки утечек. Определенный уровень утечек (менее 10 %) является нормой. Все, что превышает этот уровень, считается напрасными потерями. Первый шаг — определить текущую нагрузку утечек, чтобы использовать ее в качестве эталона для оценки улучшений.

Лучший способ оценки нагрузки утечек — использовать вашу систему управления. Если ваша система управления оснащена органами пуска/останова, просто запустите компрессор, когда нагрузка на систему отсутствует — это можно сделать по окончании рабочей смены. Затем снимите несколько показаний во время работы компрессора, чтобы определить среднее время разгрузки системы под нагрузкой. Если оборудование не работает, разгрузка системы происходит из‑за утечек.

Утечка (%) = (T x 100) ÷ (T + t)T = время загрузки (минуты), t = время разгрузки (минуты)

Чтобы оценить нагрузку утечек в системах с более сложными алгоритмами управления, установите манометр на выходе (V, в кубических футах), включая все вторичные ресиверы, сеть и трубопроводы. Когда в системе отсутствует какая-либо другая нагрузка, кроме нагрузки утечки, создайте в системе нормальное рабочее давление (P1, в фунтах/кв. дюйм (изб.)). Выберите второе давление (P2, около половины значения P1) и измерьте время (T, в минутах), которое требуется системе для снижения давления до P2.

Множитель 1,25 корректирует утечку до нормального давления в системе, таким образом обеспечивая снижение утечки при уменьшении давления в системе.

Эффективное устранение утечек может привести к существенному сокращению затрат в компаниях, активно использующих пневматическое оборудование. Компании не только могут экономить на электроэнергии за счет устранения утечек, но и могут повысить уровень производства и увеличить срок службы оборудования.

Есть вопросы? Заполни форму и мы вам поможем

Поделитесь этой страницей с друзьями и коллегами