CN103389187A - 低温冷漏检漏的系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低温冷漏检漏的系统及方法，该低温冷漏检漏的系统包括配气系统、预冷系统、冷箱、灌注系统、检漏仪、真空泵以及多个通路阀门；预冷系统、灌注系统、检漏仪、真空泵分别与冷箱相连接；配气系统通过预冷系统与冷箱形成预冷通路和回气通路；灌注系统与冷箱连接形成低温液体通路和高压气体通路；真空泵与冷箱连接形成抽真空通路；检漏仪与冷箱连接形成检漏通路。本发明通过提供一种全新的低温冷漏检漏的系统及方法，能够检测待测件在液氮、液氢温区的冷漏情况，保证了待测件在液氮、液氢温区下的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及低温冷漏检漏，尤其涉及液氮、液氢温区的冷漏检漏。
背景技术
低温冷漏是指焊缝缺陷在室温下检验的泄漏率指标很高而到例如液氮等低温下出现泄漏率急剧增大的现象。在制作低温换热器、纯化器、低温杜瓦等低温设备过程中，由于材料的材质、焊料、焊缝、结构应力等引起的低温冷漏现象，是低温工程中一个经常遇到的麻烦问题。很多低温装置因冷漏问题解决不了，价值数百万的设备也往往作报废处置。这些装置在常温下没有任何漏的迹象或者漏率极小，但在液氮至液氢温区出现了较大的漏率，造成这些装置在低温下无法正常使用。如上海BOC气体工业有限公司一种低温超导磁光物理装置，在常温下漏率为1×10-9PaL/s，而在液氢温区漏率达到1×10-4PaL/s。因此，有必要通过有效的低温检漏及补漏使得该装置达到可以使用的水平。
另外，对于真空获得来说，最常遇到的问题是只有当设备冷却时，漏孔才显现出来，即冷漏现象。在常温下存在的漏率很小的漏孔，即使采用高灵敏度检漏仪也检验不出来。当系统长时期承受冷、热冲击后，特别是在使用低温液体(液氮、液氢等)冷却后，由于材料的胀缩率不同，加之较高的气体密度和较低的粘性系数，造成低温下泄漏率急剧增大的现象。1×10-9Pa·m3/s以下的小漏孔在常温下是难以检查出来的，而在低温下利用冷漏现象很容易判断出来漏孔的位置。
还有一种情况，新的设备可能漏率合格，但经过一段时间的使用后，由于多次冷热交替变化，会引起材料疲劳造成新的泄漏。通过冷漏检验，可以确定冷漏漏孔的位置，进行提前补救，避免设备安装到系统上造成的损失。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是提供一种低温冷漏检漏的系统及方法，实现了对液氮和液氢温区待测件的冷漏检漏。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种低温冷漏检漏的系统，其包括配气系统、预冷系统、冷箱、灌注系统、检漏仪、真空泵以及多个通路阀门；预冷系统、灌注系统、检漏仪、真空泵分别与冷箱相连接；其中配气系统通过预冷系统与冷箱形成预冷通路和回气通路，灌注系统与冷箱连接形成低温液体通路和高压气体通路，真空泵与冷箱连接形成抽真空通路，检漏仪与冷箱连接形成检漏通路。
其中，所述预冷系统包括低温液体容器、位于低温液体容器内的换热器以及与换热器连接的回热器。
其中，所述预冷系统的低温液体容器内存储着液氮或液氢。
其中，所述换热器为盘管换热器。
其中，所述配气系统包括气罐、与气罐连接的压缩机。
其中，所述压缩机为无油式压缩机。
其中，所述配气系统的气罐存储氮气或氦气。
其中，所述预冷通路包括第一预冷通路和第二预冷通路；第一预冷通路依次包括气罐、通路阀门中的第一控制阀门、预冷系统中的换热器和回热器、通路阀门中的低温气体入口阀和冷箱；第二预冷通路依次包括气罐以及通路阀门中的第二控制阀门。
其中，第二预冷通路与第一预冷通路在回热器与低温气体入口阀之间连通。
其中，所述回气通路依次包括冷箱、通路阀门中的低温气体回气阀、回热器、压缩机以及气罐，并与预冷通路一起形成循环通路。
其中，所述冷箱具有真空绝热夹层，并包括有指示冷箱内液体容积量的液位计。
其中，所述检漏仪为氦质谱检漏仪，所述检漏通路依次包括氦质谱检漏仪、通路阀门中的检漏仪阀和检漏工艺阀以及冷箱。
其中，所述抽真空通路包括第一抽真空通路，该第一抽真空通路依次包括真空泵、通路阀门中的冷箱夹层真空阀以及冷箱。
其中，所述抽真空通路还包括第二抽真空通路，该第二抽真空通路依次包括所述真空泵、通路阀门中的泵切换阀和检漏工艺阀以及冷箱。
其中，所述灌注系统通过低温液体通路向冷箱灌注液氮或液氢。
其中，所述灌注系统通过高压气体通路向冷箱灌注高压氦气。
其中，所述通路阀门包括低温液体泄流阀和与灌注系统相连的灌注阀。
其中，所述低温冷漏检漏的系统用于对待测件进行冷漏检漏，该待测件在检漏过程中设于冷箱中。
本发明还提供一种采用上述低温冷漏检漏的系统进行低温冷漏检漏的方法，该方法包括如下步骤：
S1、对冷箱中的待测件进行预冷降温，达到检验冷漏的条件；
S2、向冷箱中灌注低温液体，直到液位计达到上限；
S3、将待测件抽真空；
S4、用检漏仪对待测件进行检漏。
其中，在步骤S1中，包括以下步骤：
S11、由气罐流出的气体通过预冷系统进行预冷；
S12、预冷后的低温气体通过低温气体入口阀进入冷箱，对待测件进行逐步降温，直到达到检漏温度。
其中，在步骤S11中，包括以下步骤：
S111、由气罐流出的气体分成两路，一路经过预冷系统预冷后流向冷箱，另一路直接流向冷箱，两路气体在进入冷箱之前进行混合。
其中，在步骤S12中，包括以下步骤：
S121、气体进入冷箱后，在待测件达到检漏温度之前，气体依次通过低温气体回气阀、回热器而流回压缩机，并由压缩机压缩后进入气罐。
其中，所述气罐中的气体为氮气或氦气。
其中，步骤S2中的低温液体为液氮或液氢。
其中，步骤S3中抽真空度达到5Pa以下。
其中，在步骤S4中，包括以下步骤：
S41、将高压氦气注入冷箱中，并因此将低温液体排出冷箱；
S42、随着低温液体的降低，由上到下对待测件进行检漏；
S43、如果出现冷漏，记录待测件的冷漏纬线；
S44、将待测件旋转90度并重复上面的步骤，以确定待测件的冷漏经线，冷漏纬线与冷漏经线交界处为冷漏点处。
(三)有益效果
本发明通过提供一种全新的低温冷漏检漏的系统及方法，能够检测待测件在液氮、液氢温区的冷漏情况，保证了待测件在液氮、液氢温区下的可靠性。通过冷漏检验，确定冷漏漏孔的位置，进行提前补救，避免设备安装到系统上造成的损失。
以上说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明低温冷漏检漏的系统的示意图。
图2是本发明低温冷漏检漏的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本发明涉及一种低温冷漏检漏的系统及方法，用来检测待测件的冷漏点，尤其是检测液氮、液氢温区时待测件的冷漏情况，下面以液氮温区为例，进行详细说明。
请参照图1，一种低温冷漏检漏的系统，用于对待测件9进行冷漏检漏，其包括配气系统、预冷系统、冷箱3、灌注系统4、检漏仪5、真空泵6以及多个通路阀门，预冷系统、灌注系统、检漏仪5、真空泵6分别与冷箱3相连接。其中，配气系统通过预冷系统与冷箱3形成预冷通路和回气通路；灌注系统4与冷箱3连接形成低温液体通路和高压气体通路；真空泵6与冷箱3连接形成抽真空通路；检漏仪5与冷箱3连接形成检漏通路。
所述预冷系统包括低温液体容器21、位于低温液体容器21内的盘管型换热器22以及与盘管型换热器22连接的回热器23。所述预冷系统的低温液体容器21内存储着液氮或液氢。所述配气系统包括气罐11、与气罐11连接的压缩机12。所述压缩机12为无油式压缩机，而所述气罐11存储着氮气或氦气。
所述预冷通路包括第一预冷通路和第二预冷通路；第一预冷通路依次包括气罐11、通路阀门中的第一控制阀门71、预冷系统中的盘管型换热器22和回热器23、通路阀门中的低温气体入口阀73和冷箱3；第二预冷通路依次包括气罐11以及通路阀门中的第二控制阀门72。第二预冷通路与第一预冷通路在回热器23与低温气体入口阀73之间连通。所述回气通路依次包括冷箱3、通路阀门中的低温气体回气阀74、预冷系统中的回热器23、压缩机12以及气罐11，并与预冷通路形成一个循环通路。
所述冷箱3具有真空绝热夹层31，并包括有指示冷箱3内液体容积量的液位计32。
所述检漏仪5为氦质谱检漏仪，所述检漏通路依次包括氦质谱检漏仪、通路阀门中的检漏仪阀75和检漏工艺阀76以及冷箱3。
所述抽真空通路包括第一抽真空通路，该第一抽真空通路依次包括真空泵6、通路阀门中的冷箱夹层真空阀77以及冷箱3，第一抽真空通路用以对真空绝热夹层31抽真空。所述抽真空通路还包括第二抽真空通路，该第二抽真空通路依次包括所述真空泵6、通路阀门中的泵切换阀78和检漏工艺阀76以及冷箱3。
所述灌注系统4先通过低温液体通路向冷箱3灌注液氮或液氢，本实施例中，主要是通过通路阀门中的灌注阀79进行灌注液氮。所述灌注系统还可以通过高压气体通路向冷箱3灌注高压氦气，本实施例中，高压氦气由通路阀门中的灌注阀79向冷箱3灌注，而此前灌注的液氮则通过低温液体泄流阀80流出。灌注系统4仅是灌注低温液体和高压气体，为比较习知技术，这里就不详细说明。
请参照图2，下面对于本发明的低温冷漏检漏的方法进行说明。
该低温冷漏检漏的方法，其包括如下步骤：
S1、冷箱中的待测件进行预冷降温，降温至80～100K，达到检验冷漏的条件；
S2、向冷箱中灌注低温液体，直到液位计达到上限；
S3、将待测件抽真空；
S4、检漏仪对待测件进行检漏。
在步骤S1中，包括以下步骤：
S11、由气罐流出的气体通过预冷系统进行预冷；
S12、预冷后的低温气体通过低温气体入口阀进入冷箱，对待测件进行逐步降温，直到达到检漏温度。
在步骤S11中，包括以下步骤：
S111、气罐分两路流出气体，一路经过预冷系统预冷后流向冷箱，另一路直接流向冷箱，两路气体在进入冷箱之前进行混合。
在步骤S12中，包括以下步骤：
S121、气体进入冷箱后，在待测件达到检漏温度之前，气体依次通过低温气体回气阀、回热器而流回压缩机，并由压缩机压缩后进入气罐。
所述气罐中气体为氮气或氦气，在步骤S2中的低温液体为液氮或液氢，而步骤S3中抽真空度达到5Pa以下。
在步骤S4中，包括以下步骤：
S41、将高压氦气注入冷箱中，并因此将低温液体排出冷箱；
S42、随着低温液体的降低，由上到下对待测件进行检漏；
S43、如果出现冷漏，记录待测件的冷漏纬线；
S44、将待测件旋转90度重复上面的步骤(在这里，“上面的步骤”是S44之前的所有步骤)，以确定待测件的冷漏经线，冷漏纬线与冷漏经线交界处为冷漏点处。
请同时参照图1和图2，下面对整个流程进行详细说明，也以液氮温区为例，流程大致可以分为降温过程和定位检漏过程。
降温过程中：高纯氮气由气罐11中泄出，分为两路，其中一路经第一控制阀门71流向低温液体容器21和盘管型换热器22，并换热降低至80K进入回热器23，另一路经第二控制阀门72流向冷箱3，在进入冷箱3之前，两路气体进行混合，经低温气体入口阀73进入冷箱3，并进一步进入待测件9内部通道进行降温。为进一步回收冷量，进行降温后的氮气依次经过低温气体回气阀74、回热器23进入压缩机12，压缩后进入气罐11，完成循环。待测件9降温所需要的冷量由低温液体容器21内的液氮提供。为了避免突然冷却对待测件9造成钎焊焊缝的损伤，整个降温速度一般不超过2K/min。随着待测件9整体温度的降低，通过低温液体容器21的氮气流量不断加大，直到最后流经低温气体入口阀73的温度接近80K为止。此时待测件9的温度接近液氮温度，85％以上的应力变形已经完成，达到检验冷漏的条件，这时以上各阀门、压缩机12等可以关闭。
具体定位检漏过程：打开灌注阀79，向冷箱3中灌注液氮，直至液位计32到达上限。然后关闭以前用以抽真空的冷箱夹层真空阀77、打开泵切换阀78和检漏工艺阀76，对待测件9的内部进行抽真空，真空度达到5Pa以下时，关闭泵切换阀78，这时检漏工艺阀76还保持通路，并打开检漏仪阀75，开启检漏仪5进行检漏。此时打开灌注阀79，将高压氦气注入冷箱3中，通过低温液体泄流阀80排出液氮，随着液氮液位的降低，由上至下对待测件9的竖向侧面进行检漏，一旦冷漏出现，则氦质谱检漏仪就会显示出漏率。如果多个高度出现冷漏，氦质谱检漏仪的漏率值不断增大，记录液位高度即冷漏纬线。将待测件9旋转90度，重复上面的步骤以确定沿冷漏经线的泄漏面，也即待测件9恢复到检漏前状态，又再一次重复所有的检漏步骤。经纬线的交界处即为可能泄漏的冷漏点。检测到冷漏点之后，予以补焊。
本发明通过冷漏检验，可以确定冷漏漏孔的位置，进行提前补救，避免设备安装到系统上造成的损失。由于液氮温度下各种金属材料的冷收缩已经完成85％以上，因此在实际操作中将设备冷却到液氮温度即可进行检漏。如果有进一步的要求，也可将液氢替代液氮，实现4K量级的冷漏检验。
本发明通过提供一种全新的低温冷漏检漏的系统及方法，能够检测待测件在液氮、液氢温区的冷漏情况，保证了待测件在液氮、液氢温区下的可靠性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
Claims (26)
1.一种低温冷漏检漏的系统，其特征在于：包括配气系统、预冷系统、冷箱、灌注系统、检漏仪、真空泵以及多个通路阀门；预冷系统、灌注系统、检漏仪、真空泵分别与冷箱相连接；其中配气系统通过预冷系统与冷箱形成预冷通路和回气通路，灌注系统与冷箱连接形成低温液体通路和高压气体通路，真空泵与冷箱连接形成抽真空通路，检漏仪与冷箱连接形成检漏通路。
2.根据权利要求1所述的低温冷漏检漏的系统，其特征在于：所述预冷系统包括低温液体容器、位于低温液体容器内的换热器以及与换热器连接的回热器。
3.根据权利要求2所述的低温冷漏检漏的系统，其特征在于：所述预冷系统的低温液体容器内存储着液氮或液氢。
4.根据权利要求2所述的低温冷漏检漏的系统，其特征在于：所述换热器为盘管换热器。
5.根据权利要求2所述的低温冷漏检漏的系统，其特征在于：所述配气系统包括气罐、与气罐连接的压缩机。
6.根据权利要求5所述的低温冷漏检漏的系统，其特征在于：所述压缩机为无油式压缩机。
7.根据权利要求5所述的低温冷漏检漏的系统，其特征在于：所述配气系统的气罐存储氮气或氦气。
8.根据权利要求5所述的低温冷漏检漏的系统，其特征在于：所述预冷通路包括第一预冷通路和第二预冷通路；第一预冷通路依次包括气罐、通路阀门中的第一控制阀门、预冷系统中的换热器和回热器、通路阀门中的低温气体入口阀和冷箱；第二预冷通路依次包括气罐以及通路阀门中的第二控制阀门。
9.根据权利要求8所述的低温冷漏检漏的系统，其特征在于：第二预冷通路与第一预冷通路在回热器与低温气体入口阀之间连通。
10.根据权利要求5所述的低温冷漏检漏的系统，其特征在于：所述回气通路依次包括冷箱、通路阀门中的低温气体回气阀、回热器、压缩机以及气罐，并与预冷通路一起形成循环通路。
11.根据权利要求1所述的低温冷漏检漏的系统，其特征在于：所述冷箱具有真空绝热夹层，并包括有指示冷箱内液体容积量的液位计。
12.根据权利要求1所述的低温冷漏检漏的系统，其特征在于：所述检漏仪为氦质谱检漏仪，所述检漏通路依次包括氦质谱检漏仪、通路阀门中的检漏仪阀和检漏工艺阀以及冷箱。
13.根据权利要求1所述的低温冷漏检漏的系统，其特征在于：所述抽真空通路包括第一抽真空通路，该第一抽真空通路依次包括真空泵、通路阀门中的冷箱夹层真空阀以及冷箱。
14.根据权利要求13所述的低温冷漏检漏的系统，其特征在于：所述抽真空通路还包括第二抽真空通路，该第二抽真空通路依次包括所述真空泵、通路阀门中的泵切换阀和检漏工艺阀以及冷箱。
15.根据权利要求1所述的低温冷漏检漏的系统，其特征在于：所述灌注系统通过低温液体通路向冷箱灌注液氮或液氢。
16.根据权利要求1所述的低温冷漏检漏的系统，其特征在于：所述灌注系统通过高压气体通路向冷箱灌注高压氦气。
17.根据权利要求1所述的低温冷漏检漏的系统，其特征在于：所述通路阀门包括低温液体泄流阀和与灌注系统相连的灌注阀。
18.根据权利要求1所述的低温冷漏检漏的系统，其特征在于：所述低温冷漏检漏的系统用于对待测件进行冷漏检漏，该待测件在检漏过程中设于冷箱中。
19.一种采用权利要求1-18中任一项所述的低温冷漏检漏的系统进行低温冷漏检漏的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1、对冷箱中的待测件进行预冷降温，达到检验冷漏的条件；
S2、向冷箱中灌注低温液体，直到液位计达到上限；
S3、将待测件抽真空；
S4、用检漏仪对待测件进行检漏。
20.如权利要求19所述的低温冷漏检漏的方法，其特征在于：在步骤S1中，包括以下步骤：
S11、由气罐流出的气体通过预冷系统进行预冷；
S12、预冷后的低温气体通过低温气体入口阀进入冷箱，对待测件进行逐步降温，直到达到检漏温度。
21.如权利要求20所述的低温冷漏检漏的方法，其特征在于：在步骤S11中，包括以下步骤：
S111、由气罐流出的气体分成两路，一路经过预冷系统预冷后流向冷箱，另一路直接流向冷箱，两路气体在进入冷箱之前进行混合。
22.如权利要求20所述的低温冷漏检漏的方法，其特征在于：在步骤S12中，包括以下步骤：
S121、气体进入冷箱后，在待测件达到检漏温度之前，气体依次通过低温气体回气阀、回热器而流回压缩机，并由压缩机压缩后进入气罐。
23.如权利要求19所述的低温冷漏检漏的方法，其特征在于：所述气罐中的气体为氮气或氦气。
24.如权利要求19所述的低温冷漏检漏的方法，其特征在于：步骤S2中的低温液体为液氮或液氢。
25.如权利要求19所述的低温冷漏检漏的方法，其特征在于：步骤S3中抽真空度达到5Pa以下。
26.如权利要求19所述的低温冷漏检漏的方法，其特征在于：在步骤S4中，包括以下步骤：
S41、将高压氦气注入冷箱中，并因此将低温液体排出冷箱；
S42、随着低温液体的降低，由上到下对待测件进行检漏；
S43、如果出现冷漏，记录待测件的冷漏纬线；
S44、将待测件旋转90度并重复上面的步骤，以确定待测件的冷漏经线，冷漏纬线与冷漏经线交界处为冷漏点处。
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