CN111024335A - 容器真空试验用静态升压冷冻测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及容器密封测量技术领域，具体公开了容器真空试验用静态升压冷冻测量装置及方法，容器通过抽空管道与真空泵相连，在抽空管道上引出一路支管，与U型管的一端相连，U型管的另一端与热偶真空计相连；所述U型管的U型弯置于液氮池中，液氮池中充满液氮；方法包括以下步骤：步骤1：抽空；步骤2：第一次冷冻测量；步骤3：计算两次冷冻测量间隔时间；步骤4：第二次冷冻测量。本发明采用静态升压冷冻法，冷冻测量时温度恒定，排除了环境温度变化对测量造成的影响，同时还排除了材料放气、环境温度变化、液态水蒸发等虚漏因素，测量准确性高，一致性好。

Description

容器真空试验用静态升压冷冻测量装置及方法
技术领域
本发明属于容器密封测量技术领域，具体涉及容器真空试验用静态升压冷冻测量装置及方法。
背景技术
在容器制造行业，容器制造完成后，除了需要进行压力试验、气密性试验外，因部分产品密封性要求高，还需要进行真空试验。
常用的真空试验方法有静态升压法、氦罩检漏法等。静态升压法未排除虚漏对容器压力的影响，若要验证一个可靠性高的结果需测量长达数天，且测量过程受干扰的可能性较大，容易引起测量结果的不准确，因此不适用于容器的批量真空试验。喷氦法检漏法不能测量出容器的总体漏率，而氦罩法要消耗大量的氦气，成本较高，不适用于容器批量真空试验。
如何在最短的时间内，完成对1000L及更大体积检测对象的密封性能的可靠、量化测量，成为目前容器密封性能测试的一大难题。
发明内容
本发明的目的在于提供容器真空试验用静态升压冷冻测量装置及方法，能够排除虚漏因素，在最短的时间内完成密封性能量化测量。
本发明的技术方案如下：
容器真空试验用静态升压冷冻测量装置，用于测量容器的密封性能，包括容器阀门、DN3阀门、U型管、热偶真空计、液氮池、真空阀门、抽空管道和真空泵；
所述的容器通过抽空管道与真空泵相连，在抽空管道上引出一路支管，与U型管的一端相连，U型管的另一端与热偶真空计相连；
所述U型管的U型弯置于液氮池中，液氮池中充满液氮；
在所述的抽空管道上、支管引出点的前方设有容器阀门，在抽空管道上、支管引出点的后方设有真空阀门，在支管上、液氮池的前方设有DN3阀门。
所述的U型管为铜管。
容器真空试验用静态升压冷冻测量方法，基于所述的容器真空试验用静态升压冷冻测量装置，包括以下步骤：
步骤1：抽空
开启容器阀门、DN3阀门和真空阀门，采用真空泵对容器抽真空；抽空完毕后，关闭真空阀门和真空泵，使容器内的压力与U型管内的压力充分平衡；
步骤2：第一次冷冻测量
当热偶真空计显示的压力稳定后，关闭DN3阀门，将U型管的U型弯完全放置在液氮池中进行冷冻；待冷冻完成，热偶真空计的示数不再变化时，读取此时的冻后U型管内压力，记为p0冻；
步骤3：计算两次冷冻测量间隔时间
将第二次冷冻测量记录的冻后U型管内压力记为p1冻，两次冷冻测量间隔时间记为Δt，漏率计算公式：
Figure BDA0002345659130000021
其中，Q为容器真空试验合格漏率值，单位为Pa·L/s，根据容器设计图纸规定的真空试验合格标准取值；
V为容器的容积，单位为L；
由公式(1)可知，Q和V是已知量，p1冻-p0冻与测量时间Δt成正比，即：
Figure BDA0002345659130000031
步骤4：第二次冷冻测量
待Δt时间后重新将U型管与容器连通进行压力平衡，重复步骤2，记录冻后U型管内压力实际值为p1冻’；
如冻后测得的实际压力升高值p1冻’-p0冻≤p1冻-p0冻，则判定容器真空试验合格；
如冻后测得的实际压力升高值p1冻’-p0冻＞p1冻-p0冻，则说明容器本体存在漏孔或连接部位存在漏点，利用氦质谱检漏仪对容器以及冷冻测量装置的各个连接点进行检漏，消漏后回到步骤1重新开始测量，直至容器真空试验合格为止。
步骤2和步骤4中，U型管冷冻后会将内部的杂质、水蒸气、材料放气等冷冻为非气态，排除了材料放气的虚漏因素。
步骤2中，为了缩短测量时间Δt，选取热偶真空计的最小分度值0.1Pa作为p1冻-p0冻的理论值。
步骤1中，当热偶真空计实时读数值低于11Pa时，抽空完毕。
本发明的显著效果在于：
(1)本发明采用了静态升压冷冻法，冷冻测量时温度恒定，排除了环境温度变化对测量造成的影响，同时还解决了自然环境下第一次和第二次测量时被测量容器温度的不同可能造成测量结果不准确的难题，测量效果最为准确。同时，冷冻法还排除了材料放气、环境温度变化、液态水蒸发等虚漏因素，测量的准确性高，一致性好。
(2)由于本发明采用了连通器的原理，仅根据冷冻测量装置中U型管的真空度，就能判定整体容器的漏率，简单、准确、高效，在实际生产中大幅度提高了生产效率，可以用作容器批量真空试验。
附图说明
图1为冷冻测量装置示意图。
图中：1.容器；2.容器阀门；3.DN3阀门；4.U型管；5.热偶真空计；6.液氮池；7.真空阀门；8.抽空管道；9.真空泵。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示的容器真空试验用静态升压冷冻测量装置，用于测量容器1的密封性能，包括容器阀门2、DN3阀门3、U型管4、热偶真空计5、液氮池6、真空阀门7、抽空管道8和真空泵9。
所述的容器1通过抽空管道8与真空泵9相连，在抽空管道8上引出一路支管，与U型管4的一端相连，U型管4的另一端与热偶真空计5相连。所述U型管4的U型弯置于液氮池6中，液氮池6中充满液氮。所述的U型管4为铜管。
在所述的抽空管道8上、支管引出点的前方设有容器阀门2，在抽空管道8上、支管引出点的后方设有真空阀门7，在支管上、液氮池6的前方设有DN3阀门3。
容器真空试验用静态升压冷冻测量方法，采用上述装置进行测量，包括以下步骤：
步骤1：抽空
开启容器阀门2、DN3阀门3和真空阀门7，采用真空泵9对容器1抽真空；当热偶真空计5实时读数值低于11Pa时，抽空完毕，关闭真空阀门7和真空泵9，使容器1内的压力与U型管4内的压力充分平衡。
步骤2：第一次冷冻测量
当热偶真空计5显示的压力稳定后，关闭DN3阀门3，将U型管4的U型弯完全放置在液氮池6中，待冷冻完成，热偶真空计5的示数不再变化时，读取此时的冻后U型管4内压力，记为p0冻。
U型管4冷冻后会将内部的杂质、水蒸气、材料放气等冷冻为非气态，排除了材料放气的虚漏因素，因此p0冻是排除了虚漏因素后容器1内实际干燥气体压力。
步骤3：计算两次冷冻测量间隔时间
将第二次冷冻测量记录的冻后U型管4内压力记为p1冻，两次冷冻测量间隔时间记为Δt，漏率计算公式：
Figure BDA0002345659130000051
其中，Q为容器真空试验合格漏率值，单位为Pa·L/s，根据容器设计图纸规定的真空试验合格标准取值；
V为容器1的容积，单位为L；
由公式(1)可知，Q和V是已知量，p1冻-p0冻与测量时间Δt成正比，即：
Figure BDA0002345659130000052
为了缩短测量时间Δt，选取热偶真空计5的最小分度值0.1Pa作为p1冻-p0冻的理论值；
步骤4：第二次冷冻测量
待Δt时间后重新将U型管4与容器1连通进行压力平衡，重复步骤2，记录冻后U型管4内压力实际值为p1冻’，同理，p1冻’也是排除了虚漏因素后容器1内实际干燥气体压力；
如冻后测得的实际压力升高值p1冻’-p0冻≤0.1Pa，则判定容器1真空试验合格；如冻后测得的实际压力升高值p1冻’-p0冻＞0.1Pa，则说明容器本体存在漏孔或连接部位存在漏点，利用氦质谱检漏仪对容器1以及冷冻测量装置的各个连接点等进行检漏，消漏后回到步骤1重新开始测量，直至容器1真空试验合格为止。
本发明能够将容器的真实泄露和材料放出的气体、水蒸气、杂质等迅速分开，排除了因材料放气导致压力升高的虚漏因素，能够快速验证容器是否真空试验合格，同时，测量时间符合生产实际，可以作为容器批量真空试验的方法。
实施例1
容器真空试验用静态升压冷冻测量方法，其中容器1的体积为1000L，包括以下步骤：
步骤1：抽空
开启容器阀门2、DN3阀门3和真空阀门7，采用真空泵9对容器1抽真空；当热偶真空计5实时读数值低于11Pa时，抽空完毕，关闭真空阀门7，使容器1内的压力充分与U型管4内的压力进行平衡。
步骤2：第一次冷冻测量
当热偶真空计5显示的压力稳定后，关闭DN3阀门3，将U型管4的U型弯完全放置在液氮池6中，待冷冻完成，热偶真空计5的示数不再变化时，读取此时的冻后U型管4内压力，记为p0冻。
U型管4冷冻后会将内部的杂质、水蒸气、材料放气等冷冻为非气态，排除了材料放气的虚漏因素，因此p0冻是排除了虚漏因素后容器1内实际干燥气体压力。
步骤3：计算两次冷冻测量间隔时间
将第二次冷冻测量记录的冻后U型管4内压力记为p1冻，两次冷冻测量间隔时间记为Δt，漏率计算公式：
Figure BDA0002345659130000071
其中，Q为容器真空试验合格漏率值，为1.33×10-2Pa·L/s；
V为容器的容积，为1000L；
选取热偶真空计最小分度值0.1Pa作为p1冻-p0冻的理论值，则：
Figure BDA0002345659130000072
步骤4：第二次冷冻测量
待2.09h后重新将U型管4与容器1连通进行压力平衡，重复步骤2，记录冻后U型管4内压力为p1冻’，同理，p1冻’也是排除了虚漏因素后容器1内实际干燥气体压力。
如冻后测得的实际压力升高值p1冻’-p0冻≤0.1Pa，则可判定容器1真空试验合格；如冻后测得的实际压力升高值p1冻’-p0冻＞0.1Pa，则说明容器本体存在漏孔或连接部位存在漏点，利用氦质谱检漏仪对容器1以及冷冻测量装置的各个连接点等进行检漏，消漏后重复上述步骤，直至冻后压力升高值不超过0.1Pa，可视为容器真空试验合格。
实施例2
容器真空试验用静态升压冷冻测量方法，其中容器1的体积为2500L，包括以下步骤：
步骤1：抽空
开启容器阀门2、DN3阀门3和真空阀门7，采用真空泵9对容器1抽真空；当热偶真空计5实时读数值低于11Pa时，抽空完毕，关闭真空阀门7，使容器1内的压力充分与U型管4内的压力进行平衡。
步骤2：第一次冷冻测量
当热偶真空计5显示的压力稳定后，关闭DN3阀门3，将U型管4的U型弯完全放置在液氮池6中，待冷冻完成，热偶真空计5的示数不再变化时，读取此时的冻后U型管4内压力，记为p0冻。
U型管4冷冻后会将内部的杂质、水蒸气、材料放气等冷冻为非气态，排除了材料放气的虚漏因素，因此p0冻是排除了虚漏因素后容器1内实际干燥气体压力。
步骤3：计算两次冷冻测量间隔时间
将第二次冷冻测量记录的冻后U型管4内压力记为p1冻，两次冷冻测量间隔时间记为Δt，漏率计算公式：
Figure BDA0002345659130000081
其中，Q为容器真空试验合格漏率值，为1.33×10-2Pa·L/s；
V为容器的容积，为2500L；
选取热偶真空计最小分度值0.1Pa为p1冻-p0冻的理论值，则：
Figure BDA0002345659130000082
步骤4：第二次冷冻测量
待5.22h后重新将U型管4与容器1连通进行压力平衡，重复步骤2，记录冻后U型管4内压力为p1冻’，同理，p1冻’也是排除了虚漏因素后容器1内实际干燥气体压力。
如冻后测得的实际压力升高值p1冻’-p0冻≤0.1Pa，则可判定容器1真空试验合格；如冻后测得的实际压力升高值p1冻’-p0冻＞0.1Pa，则说明容器本体存在漏孔或连接部位存在漏点，利用氦质谱检漏仪对容器1以及冷冻测量装置的各个连接点等进行检漏，消漏后重复上述步骤，直至冻后压力升高值不超过0.1Pa，可视为容器真空试验合格。
实施例3
容器真空试验用静态升压冷冻测量方法，其中容器1的体积为3000L，包括以下步骤：
步骤1：抽空
开启容器阀门2、DN3阀门3和真空阀门7，采用真空泵9对容器1抽真空；当抽空管道8中的压力低于11Pa时，抽空完毕，关闭真空阀门7，使容器1内的压力充分与U型管4内的压力进行平衡。
步骤2：第一次冷冻测量
当热偶真空计5显示的压力稳定后，关闭DN3阀门3，将U型管4的U型弯完全放置在液氮池6中，待冷冻完成，热偶真空计5的示数不再变化时，读取此时的冻后U型管4内压力，记为p0冻。
步骤3：计算两次冷冻测量间隔时间
将第二次冷冻测量记录的冻后U型管4内压力记为p1冻，两次冷冻测量间隔时间记为Δt，漏率计算公式：
Figure BDA0002345659130000091
其中，Q为容器真空试验合格漏率值，为1.33×10-2Pa·L/s；
V为容器的容积，为3000L；
选取热偶真空计最小分度值0.1Pa作为p1冻-p0冻的理论值，则：
Figure BDA0002345659130000092
步骤4：第二次冷冻测量
待6.27h后重新将U型管4与容器1连通进行压力平衡，重复步骤2，记录冻后U型管4内压力为p1冻’，同理，p1冻’也是排除了虚漏因素后容器1内实际干燥气体压力。
如冻后测得的实际压力升高值p1冻’-p0冻≤0.1Pa，则可判定容器1真空试验合格；如冻后测得的实际压力升高值p1冻’-p0冻＞0.1Pa，则说明容器本体存在漏孔或连接部位存在漏点，利用氦质谱检漏仪对容器1以及冷冻测量装置的各个连接点等进行检漏，消漏后重复上述步骤，直至冻后压力升高值不超过0.1Pa，可视为容器真空试验合格。

Claims (6)

1.容器真空试验用静态升压冷冻测量装置，其特征在于：用于测量容器(1)的密封性能，包括容器阀门(2)、DN3阀门(3)、U型管(4)、热偶真空计(5)、液氮池(6)、真空阀门(7)、抽空管道(8)和真空泵(9)；
所述的容器(1)通过抽空管道(8)与真空泵(9)相连，在抽空管道(8)上引出一路支管，与U型管(4)的一端相连，U型管(4)的另一端与热偶真空计(5)相连；
所述U型管(4)的U型弯置于液氮池(6)中，液氮池(6)中充满液氮；
在所述的抽空管道(8)上、支管引出点的前方设有容器阀门(2)，在抽空管道(8)上、支管引出点的后方设有真空阀门(7)，在支管上、液氮池(6)的前方设有DN3阀门(3)。
2.如权利要求1所述的容器真空试验用静态升压冷冻测量装置，其特征在于：所述的U型管(4)为铜管。
3.容器真空试验用静态升压冷冻测量方法，基于如权利要求2所述的容器真空试验用静态升压冷冻测量装置，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：抽空
开启容器阀门(2)、DN3阀门(3)和真空阀门(7)，采用真空泵(9)对容器(1)抽真空；抽空完毕后，关闭真空阀门(7)和真空泵(9)，使容器(1)内的压力与U型管(4)内的压力充分平衡；
步骤2：第一次冷冻测量
当热偶真空计(5)显示的压力稳定后，关闭DN3阀门(3)，将U型管(4)的U型弯完全放置在液氮池(6)中进行冷冻；待冷冻完成，热偶真空计(5)的示数不再变化时，读取此时的冻后U型管(4)内压力，记为p0冻；
步骤3：计算两次冷冻测量间隔时间
将第二次冷冻测量记录的冻后U型管(4)内压力记为p1冻，两次冷冻测量间隔时间记为Δt，漏率计算公式：
Figure FDA0002345659120000021
其中，Q为容器真空试验合格漏率值，单位为Pa·L/s，根据容器设计图纸规定的真空试验合格标准取值；
V为容器(1)的容积，单位为L；
由公式(1)可知，Q和V是已知量，p1冻-p0冻与测量时间Δt成正比，即：
Figure FDA0002345659120000022
步骤4：第二次冷冻测量
待Δt时间后重新将U型管(4)与容器(1)连通进行压力平衡，重复步骤2，记录冻后U型管(4)内压力实际值为p1冻’；
如冻后测得的实际压力升高值p1冻’-p0冻≤p1冻-p0冻，则判定容器(1)真空试验合格；
如冻后测得的实际压力升高值p1冻’-p0冻＞p1冻-p0冻，则说明容器本体存在漏孔或连接部位存在漏点，利用氦质谱检漏仪对容器(1)以及冷冻测量装置的各个连接点进行检漏，消漏后回到步骤1重新开始测量，直至容器(1)真空试验合格为止。
4.如权利要求3所述的容器真空试验用静态升压冷冻测量方法，其特征在于：步骤2和步骤4中，U型管(4)冷冻后会将内部的杂质、水蒸气、材料放气等冷冻为非气态，排除了材料放气的虚漏因素。
5.如权利要求4所述的容器真空试验用静态升压冷冻测量方法，其特征在于：步骤2中，为了缩短测量时间Δt，选取热偶真空计(5)的最小分度值0.1Pa作为p1冻-p0冻的理论值。
6.如权利要求5所述的容器真空试验用静态升压冷冻测量方法，其特征在于：步骤1中，当热偶真空计(5)实时读数值低于11Pa时，抽空完毕。
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