В целом о вакууме и вакуумных системах

Свойства вакуума
Особенности вакуумных систем

Вакуумные материалы и уплотнители

Вакуумные материалы
Уплотнители и и смазки

На заметку

Способы течеискания
Измерение и контроль вакуума - Течеискание и течеискатели

Негерметичность вакуумной системы характеризуют количеством газа, проникающего извне через малые случайные каналы — течи:

B=VdP/dL (126)

Величину В (л*мтор/сек) называют натеканием и относят к стандартным условиям: внешнее давление 760 тор, проходящий газ — воздух. Натекание выражается скоростью роста давления при неработающих насосах. Натекание ограничивает предельный вакуум, достижимый в системе Pnp = B/S, где S — быстрота откачки насосов в условиях динамического равновесия.

Приведем выражения для натекания в произвольных условиях через величину В:

(127)

Здесь η и М — вязкость и молекулярный вес произвольного газа; Р2 и P1 — внешнее и внутреннее давление. Характер потока через течь трудно установить. Условно считают, что при истечении из атмосферы в вакуум при В<10-4 л*мтор/сек режим молекулярный, особенно для легких газов (Не, На); при В=10-2 л*мтор/сек — режим промежуточный (ближе к молекулярному для легких газов); при В>1 л*мтор/сек режим считают вязкостным.

Требования к герметичности зависят от назначения и характера вакуумной системы. Если в динамических системах с непрерывной откачкой известны насосы (SH) и необходимое давление Рпр, то суммарное натекание через все течи должно удовлетворять условию

(128)

желательно с некоторым запасом. Для статических (отпаянных) систем без откачки задается срок службы t до допустимого предела повышения давления из-за течей Рщ, и требование к натеканию имеет вид

(129)

Пусть в динамической системе SH=10 л/сек, Рпр= 10-7 тор, тогда B≤10-3 л*мтор/сек; если же Лгр= 10-* тор, SН=10 000 л/сек, то S≤10+3 л*мтор/сек. Требования к герметичности динамических систем широко различаются в зависимости от рабочих условий. Для статической системы со сроком службы tСл = 3 года (108 сек) и с объемом V= 1 см3 при Pпр=10-4 тор получаем Вс≤10-12 л*мтор/сек. В статических системах требования к герметичности более жесткие из-за отсутствия постоянной откачки.

Если в системе не удается достичь необходимого низкого давления, перед поиском течей желательно доказать, что именно течи, а не газоотделение препятствуют откачке. Этот вывод можно сделать в результате наблюдения за характером повышения давления носле остановки насосов. Затем определяют ориентировочное местонахождение течи с точностью «до узла», разделяя объем системы на узлы с помощью вентилей (если они есть) и наблюдая за давлением в каждом узле.

Обычно отверстия течей столь малы, что их невозможно обнаружить на глаз. Даже сравнительно крупная течь (В=10-2 л*мтор/сек) имеет пропускную способность С=1,3*10-8 л/сек, что ориентировочно соответствует условному диаметру отверстия порядка 10-2 мм. Природа течей различна; это могут быть трещины, поры, неплотности в сварных швах, складки резины в уплотнениях, даже диффузия газа через толщу материала. Методы течеискания могут быть вакуумными и невакуумными в зависимости от состояния системы во время поисков течей. Невакуумные методы требуют перерыва в нормальной работе системы.

Большинство методов течеискания основано на избирательной способности некоторых устройств реагировать на пробные газы. Когда пробный газ проникает в течь, индикатор дает сигнал Наиболее совершенны масс-спектрометрические течеискатели, выделяющие пробный газ на фоне воздуха.

Наиболее простым из невакуумных методов является метод опрессовки, когда в систему подают воздух под давлением, большим атмосферного. Подозреваемые на течь места смазывают мыльным раствором или погружают систему целиком в воду. Появление пузырьков указывает местонахождение течи. Оценим чувствительность этого метода, т. е. определим минимальную обнаруживаемую течь.

В момент отрыва пузырька внутреннее давление в нем Pвн = Qto/V0 равно сумме внешних давлений — поверхностного натяжения Рпн, столба жидкости h и атмосферы:

(130)

Здесь QT — поток газа через течь; U — время образования пузырька; V=πD3/6 — его объем. Считая Рп н + ρgh<<Pa, получаем

(131)

Оператору трудно заметить пузырьки диаметром менее D = 0,5 мм, появляющиеся реже чем через r0 = 30 сек. Поэтому из (131) получаем QT мин= 1,7*10-3 л*мтор/сек.

Диаметр пузырька в момент отрыва определяется из равенства удерживающей силы поверхностного натяжения 2πrσ архимедовой выталкивающей силе πD3gp/6:

(132)

Здесь г — радиус отверстия течи; σ — коэффициент поверхностного натяжения; р — плотность жидкости. Чувствительность метода можно повысить, если увеличить избыточное давление Ропр.

Из формулы

(133)

получаем, что при Ропр=1,01 ат Вмин=10-1 л*мтор/сек, а при 3 ат—3*10-4 л*мтор/сек. Если откачать воздух над поверхностью воды, то для тех же условий можно получить Qмин = 8,6x10-5 л*мтор/сек. Уменьшение поверхностного натяжения жидкости и учет увеличения размера пузырька при подъеме позволяют оценить предельную чувствительность метода опрессовки величиной 3,4*10-5 л*мтор/сек.

Недостаток метода опрессовки — это опасность работы при высоком давлении; кроме того, многие вакуумные установки не допускают внутри давления больше атмосферного из-за обратного направления силы, воздействующей на стенки.

Манометрический метод течеискания использует зависимость показаний манометров от рода газа. При замещении воздуха пробным газом резко меняется отсчет манометра в момент попадания пробного вещества в течь.

Пробные вещества лучше применять в жидкой фазе, так как через одинаковые течи жидкости поступает больше, чем газа. Обычно при покрытии извне течи пробной жидкостью показание манометра увеличивается. Картина явлений в манометре при этом довольно сложная, изменение показаний кроме роста давления вызывается изменением чувствительности манометра и (предположительно) разложением на горячем вольфрамовом катоде сложных органических молекул на множество простых.

Количественная оценка показывает, что при давлении порядка 10-7 тор с помощью водорода манометром ЛМ-2 могут быть обнаружены течи менее 10-3л*мтор/сек.

При люминесцентном методе течеискания жидкость— люминофор покрывает поверхность объема, под действием капиллярных сил проникает в течь и затем обнаруживается по свечению. При выдержке в течение 40—50 суток обнаруживаются течи 10-7 л*мтор/сек. Аналогичным образом при радиоактивном методе производят выдержку деталей под избыточным давлением радиоактивною газа и последующую проверку на активность Этим методом обнаруживаются течи до 10-8 л*мтор,сек Катарометрический течеискатель применяется для системы под избыточным давлением. Он основан на принципе сравнения теплопроводности воздуха и вытекающего из течи пробного газа. Для течеискания можно применять динамические масс-спектрометры, например омегатрон в приборе ТИО-1 при настройке на гелий позволяет обнаружить течи до 2*10-7 S  л*мтор/сек, где S — быстрота откачки испытуемого объема по гелию.

Чувствительность течеискателя можно также охарактеризовать минимальным парциальным давлением или минимальной концентрацией пробного газа в течеиска-теле; чувствительность можно выразить отношением парциального давления к отсчету (тор на деление). Для проверки чувствительности течеискателей их калибруют по стандартным течам, использующим диффузию гелия через кварц.

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Сейчас на сайте

Сейчас на сайте находятся:
 167 гостей на сайте
=
Рейтинг@Mail.ru