CN111213043B - 用于检查待测物体的密封性的泄漏检测器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于检查待测物体的密封性的泄漏检测器，该泄漏检测器包括：用于连接待测物体的检测入口；泵送装置，它包括(i)包括第一驱动电机、串联安装在入口与出口之间的至少一个第一泵送级和一个第二泵送级的第一粗真空泵，(ii)包括第二驱动电机、串联安装在入口与出口之间的至少一个第一泵送级和一个第二泵送级的至少一个第二粗真空泵，第一和第二粗真空泵的入口借助于第一隔离阀并行连接检测入口，和(iii)其出口借助于第二隔离阀连接在第一隔离阀与第一和第二粗真空泵的入口之间的涡轮分子真空泵；和连接涡轮分子真空泵的气体检测器。该泄漏检测器的特征在于，所述至少一个第二粗真空泵的出口在第一粗真空泵的两个串联的泵送级之间连接第一粗真空泵。

Description

用于检查待测物体的密封性的泄漏检测器

技术领域

本发明涉及一种用于检测待测物体的密封性的泄漏检测器。

背景技术

所谓的喷射式泄漏检测技术包括借助于泄漏检测器将待测物体内部的气体排空至低压。然后通过喷雾在物体周围形成富含示踪气体的气氛。泄漏检测器检查所吸入的气体中是否存在任何示踪气体。

该方法依赖于对示踪气体通过待测物体中的任何泄漏部位的检测。通常使用氦气或氢气作为示踪气体，因为这些气体由于它们的分子尺寸小且移动速度快而比其它气体更容易通过小泄漏部位。

为了降低待测物体中的压力，泄漏检测器包括泵送系统，该泵送系统可以包括粗真空泵和安装在粗真空泵的上游并与之串联的涡轮分子真空泵。涡轮分子真空泵首先与待测物体隔离，以使用粗真空泵降低待测物体中的压力，然后在压力越过下限阈值之后连接到待测物体。

为了获得良好的测量灵敏度，泵送系统所实现的极限真空压力必须尽可能低。粗真空泵的泵送速度还必须足以将待测物体内部的压力迅速降低到尽可能低的水平。

为了降低极限真空压力，一种解决方案包括使用具有串联安装的大量泵送级的粗真空泵。然而，此构型不能提高排空期间的泵送速度。

为了提高泵送速度，一种解决方案是将第二粗真空泵与第一粗真空泵并行连接。然而，该解决方案无法降低极限真空压力。这会产生明显的背景噪声，从而使对弱氦信号的检测变得困难。

此外，粗真空泵、尤其是隔膜真空泵的泵送性能会随着老化而降低，从而提高了可以实现的极限真空压力。这会阻碍越过下限压力阈值而使泵送能够切换到涡轮分子真空泵。

一种解决方案是使用附加涡轮分子真空泵，它插置在主涡轮分子真空泵与粗真空泵之间。该附加涡轮分子真空泵在于大气压下抽空物体时连接到待测物体。然而，该解决方案可能相对昂贵。另外，必须由该附加涡轮分子真空泵吸收的重复进气口可能会成为故障的来源。

发明内容

本发明的一个目的是提出一种泄漏检测器，该泄漏检测器能够实现低的极限真空压力，同时在大气压下具有高泵送速度，该泄漏检测器必须随着时间的流逝而具有稳健性，并且具有合理的成本和尺寸。

为此，本发明涉及一种用于检查待测物体的密封性的泄漏检测器，该泄漏检测器包括：

-用于连接待测物体的检测入口，

-泵送设备，该泵送设备包括：

--第一粗真空泵，其包括第一驱动电机、串联安装在入口与出口之间的至少一个第一和一个第二泵送级，

--至少一个第二粗真空泵，其包括第二驱动电机、串联安装在入口与出口之间的至少一个第一和一个第二泵送级，这些粗真空泵的入口借助于第一隔离阀并行地连接到检测入口，

--涡轮分子真空泵，其具有借助于第二隔离阀连接在第一隔离阀与粗真空泵的入口之间的出口，

-连接到涡轮分子真空泵的气体检测器，

其特征在于，所述至少一个第二粗真空泵的出口在第一粗真空泵的两个串联的泵送级之间连接到第一粗真空泵。

本发明背后的思想是通过将一个粗真空泵的出口连接在另一粗真空泵的泵送级之间而对通常用于在环境压力下排出待泵送气体的粗真空泵进行创新性使用。将第二粗真空泵连接在第一粗真空泵的泵送级之间使得既可以获得所述至少两个粗真空泵的第一泵送级的泵送速度，又可以降低由第二粗真空泵的泵送级和第一粗真空泵的最后泵送级产生的极限真空压力。在极限真空下，通过这样的第二粗真空泵的泵送级进行泵送是有效的，即，在连接第二粗真空泵的出口之后向其上添加第一粗真空泵的至少一个最后的泵送级。这种布置结构是违背直觉的。宁愿认为所获得的极限真空压力将与使用单个粗真空泵获得的压力相同。

因此可以降低待测物体的极限真空压力。这使得可以减少背景示踪气体，并因此可以显着提高测量灵敏度。

极限真空压力的降低还可以获得关于可以由粗真空泵的老化引起的性能损失的余量。因此，关于泵的老化，获得了提高的稳健性。

根据单独或组合看待的泄漏检测器的一个或多个特征：

-所述至少一个第二个粗真空泵的出口连接在第一粗真空泵的倒数第二个泵送级和最后一个泵送级之间，

-所述至少两个粗真空泵是隔膜泵，

-第一粗真空泵的泵送级的隔膜构造成借助于第一驱动电机移动，第二粗真空泵的泵送级的隔膜构造成借助于第二驱动电机移动，

-所述至少两个粗真空泵是螺杆泵或涡旋泵，

-所述至少两个粗真空泵包括两个转子，例如罗茨转子，

-所述至少两个粗真空泵包括两个转子，这些转子构造成被驱动为在每个泵送级中沿相反方向以同步方式旋转，

-第一粗真空泵的转子构造成由第一驱动电机驱动，第二粗真空泵的转子构造成由第二驱动电机驱动，

-所述至少两个粗真空泵具有相同的泵送级构型，

-至少一个粗真空泵包括至少两个并行安装的第一泵送级，

-至少一个粗真空泵包括至少三个串联安装的泵送级，

-该泄漏检测器包括净化(吹扫)装置，该净化装置构造成在第二粗真空泵的两个泵送级之间供应净化气体。

附图说明

通过阅读下面连同附图一起对本发明的特定的但决非限制性的实施例的描述，本发明的其它优点和特征将变得显而易见，在附图中：

图1示出了根据第一实施例的泄漏检测器的概略图。

图2示出了以最大转速泵送和以降低的转速泵送的曲线图，显示了对于两个根据本发明的隔膜粗真空泵(曲线A)和两个具有公共入口和公共出口的隔膜粗真空泵(曲线B)根据时间(以秒为单位)获得的连接到泄漏检测器的待测试物体的压降(以毫巴为单位)。

图3示出了根据另一实施例的泄漏检测器的概略图。

在附图中，相同的元件具有相同的附图标记。

具体实施方式

下面的实施例为示例。尽管描述引用了一个或多个实施例，但这不一定是意味着每次引用涉及同一实施例或特征仅适用于一个实施例。不同实施例的简单特征也可以组合或互换以提供其它实施例。

粗真空泵是指正排量真空泵，它吸入、转移并且然后排出要泵送的气体。在常规使用中，粗真空泵构造成使得它可以在环境压力下排出待泵送的气体。

“上游”用于描述关于气体流动方向放置在另一元件之前的元件。相反，“下游”用于描述关于待泵送气体的流动方向放置在另一元件之后的元件，位于上游的元件的压力低于位于下游的元件的压力。

“极限真空”是指在不引入气流(任何可忽略的背景气流除外)时由真空泵获得的最小压力。

图1示出了用于例如通过示踪气体喷射来检查待测物体的密封性的泄漏检测器1。

该泄漏检测器1包括用于连接到待测物体的检测入口2、泵送装置3和气体检测器4。

泵送装置3包括第一粗真空泵5、至少一个第二粗真空泵6、涡轮分子真空泵7、第一和第二隔离阀8、9以及至少一个采样阀10a、10b。

气体检测器4连接到涡轮分子真空泵7，例如连接到其进气口11。气体检测器4包括例如质谱仪。

涡轮分子真空泵7的出口17借助于第二隔离阀9连接到粗真空泵5、6的入口12、14。

泄漏检测器1的检测入口2借助于至少一个采样阀10a、10b例如连接到涡轮分子真空泵7的中间级。泵送装置3包括例如至少两个采样阀10a、10b，每个阀10a、10b连接到涡轮分子真空泵7的单独的中间级，使得可以将采样流量调节到泄漏速率的水平，采样阀10a、10b连接到布置在检测入口2与第一隔离阀8之间的真空管线16的管道的旁路上。

第二隔离阀9在第一隔离阀8与粗真空泵5、6的入口12、14之间连接到真空管线16。

关闭采样阀10a，10b并且任选地关闭第二隔离阀9使得当第一隔离阀8打开时，可以使用粗真空泵5、6来排空连接到检测入口2的待测物体。

第一粗真空泵5包括至少一个第一泵送级T1、T2和一个第二泵送级T3，它们彼此前后串联安装在第一粗真空泵5的入口12和出口13之间，待泵送的气体可以在它们中流动。第一粗真空泵5包括第一驱动电机21。第一粗真空泵5的泵送级T1、T2、T3、T4布置在第一粗真空泵5的第一外壳22中。

第二粗真空泵6包括至少一个第一泵送级T1’、T2’和一个第二泵送级T3’，它们彼此前后串联安装在第二粗真空泵6的入口14和出口15之间，待泵送的气体可以在它们中流动。第二粗真空泵6包括第二驱动电机23。第二粗真空泵6的泵送级T1’、T2’、T3’、T4’布置在第二粗真空泵6的第二壳外壳24中。

第一驱动电机21和第二驱动电机23是彼此独立的。

每个泵送级T1-T4、T1’-T4’包括各自的入口和出口。

同一粗真空泵的泵送级可以并行连接，入口彼此连接，出口彼此连接。

同一粗真空泵的泵送级可以通过各自的级间通道逐一串联地连接，这些级间通道将前一个泵送级的出口(或排出口)或多个前面的泵送级的公共出口连接到后一级的入口(或进口)或多个后续泵送级的公共入口。

同一粗真空泵的泵送级T1-T4、T1’-T4’具有这样的扫掠容积(即所泵送的气体的体积)，即，它们随着串联安装的泵送级而减小(或相同)，第一泵送级T1、T2、T1’、T2’具有最大的扫掠容积，最后一个泵送级T4、T4’具有最小的扫掠容积。

在该实施例中，第一粗真空泵5包括并行安装的两个第一泵送级T1、T2。这些第一泵送级T1、T2与第二泵送级T3串联安装并且安装在该第二泵送级的上游，第二泵送级T3与第三泵送级T4串联安装并且安装在该第三泵送级的上游。

第二粗真空泵6包括并行安装的两个第一泵送级T1’、T2’。这两个第一泵送级T1’、T2’与第二泵送级T3’串联安装并且安装在第二泵送级的上游，第二泵送级T3’与第三泵送级T4’串联安装并且安装在该第三泵送级的上游。

粗真空泵5、6的入口12、14借助于第一隔离阀8通过泵送装置3的真空管线16的管道并行地连接到检测入口2。

在该第一实施例中，粗真空泵5、6是隔膜泵。每个泵送级都包括由偏心轮驱动的隔膜，使得入口和出口瓣阀所伴随的隔膜的移动允许泵送气体。

在第一粗真空泵5中，使泵送级T1-T4的隔膜移动的偏心轮由第一驱动电机21旋转。

在第二粗真空泵6中，使泵送级T1’-T4’的隔膜移动的偏心轮由第二驱动电机23旋转。

两个粗真空泵5、6是具有相同泵送级构型的隔膜真空泵：泵送速度相同，每个粗真空泵具有三个串联的泵送级，第一泵送级具有两个并联的泵送级。

第二粗真空泵6的出口15在第一粗真空泵5的两个串联的泵送级T3、T4之间、例如在倒数第二个泵送级T3与最后一个泵送级T4之间连接到第一粗真空泵5。出口15例如连接到第一粗真空泵5的最后一个级间通道。

本发明背后的思想是通过将一个粗真空泵的出口连接在另一粗真空泵的泵送级之间而对通常用于在环境压力下排出待泵送气体的粗真空泵进行创新性使用。将第二粗真空泵6连接在第一粗真空泵5的泵送级T3、T4之间使得既可以使泵送流量翻倍，又可以降低极限真空压力。在极限真空下，通过第二粗真空泵6的三个泵送级T1’-T4’有效地泵送，所述泵送级被添加了第一粗真空泵5的最后一个泵送级T4。这种布置结构是违背直觉的。通常认为所获得的极限真空压力将与使用单个粗真空泵获得的压力相同。

泄漏检测器1可以包括净化装置18，该净化装置构造成在第二粗真空泵6的两个泵送级T3’、T4’之间、例如在倒数第二个泵送级T3’与最后一个泵送级T4’之间供应净化气体。因此，单个净化装置18使得可以净化第二粗真空泵6的最后一个泵送级T4’和第一粗真空泵5的最后一个泵送级T4两者。

可以在真空管线16中布置压力传感器，以测量连接所述至少一个采样阀10a、10b、隔离阀8、9和检测入口2的管道中的压力。

隔离阀8、9和采样阀10a、10b例如是电磁阀，其可以由泄漏检测器1的控制单元控制。泄漏检测器1的控制单元包括一个或多个控制器或微控制器或计算机，其包括存储器以及适用于尤其是根据在真空管线16中测得的压力来控制电磁阀8、9、10a、10b并且适用于管理泄漏检测器1的用户界面如遥控器和/或控制面板的程序。

现在将描述泄漏检测器1的使用示例。

最初，认为待测物体已连接到检测入口2，并且认为隔离阀8、9和采样阀10a、10b是关闭的。

用户开始一个测量循环。

使插置在检测入口2与粗真空泵5、6的入口12、14之间的第一隔离阀8打开。

然后，泄漏检测器1获得两个粗真空泵5、6的泵送流量，相当于四个泵送级T1、T2、T1’、T2’并行地从待测物体吸入气体。

真空管线16中的压力迅速降低。

当在真空管线16中测定的压力小于或等于低压阈值、例如小于或等于500Pa(或5毫巴)时，控制第一隔离阀8使之关闭。控制第二隔离阀9和采样电磁阀10a、10b之一使之打开，以将涡轮分子真空泵7和气体检测器4连接到检测器入口2。

然后，泄漏检测器1获得相当于五个串联的泵送级T1’、T2’、T3’、T4’、T4的两个粗真空泵5、6的泵送流量。

用户可以通过在待测物体周围喷射示踪气体来查找泄漏。当待测物体中存在泄漏时，气体检测器4测量到示踪气体的增加。

泄漏检测器1还可以用于借助于所谓的“嗅探”测试对待测物体进行密封性测试。为此，待测物体被预先充填示踪气体、例如加压的示踪气体。嗅探探头连接到泄漏检测器1的检测入口2，以吸入待测物体周围的气体。然后，由气体检测器4分析一些以这种方式采样的气体，其中可能包含揭示泄漏的示踪气体。

当泄漏检测器1例如在预定时间之后不再使用时，可以提供待机模式，在该待机模式中，粗真空泵5、6的转速降低。粗真空泵5、6的转速的降低使得可以减少泄漏检测器1在不使用时的电力消耗。该模式可以手动触发，也可以由控制单元检测和控制。

通过查看图2中的曲线图，可以更清楚地理解本发明所提供的优点，该曲线图示出了对于两个隔膜式粗真空泵5、6、例如上述的隔膜式粗真空泵—其中第二粗真空泵6的出口15连接在第一粗真空泵5的倒数第二个泵送级T3和最后一个泵送级T4之间获得的泵送性能(曲线A)，以及对于两个常规使用的具有公共入口和公共出口的隔膜式粗真空泵获得的泵送性能(曲线B)。

曲线A、B针对以粗真空泵的最大转速V1获得的泵送和以降低的转速V2(约为最大转速的8-9％)获得的泵送显示了待测物体中随时间变化的压降。

在该示例中将注意到，对于高于3毫巴的高压力，泵送流量对于根据本发明的粗真空泵5、6与对于两个与公共出口并行安装的粗真空泵相同。因此，根据本发明的泄漏检测器1获得了两个粗真空泵5、6的第一泵送级T1，T2，T1’，T2’的泵送速度。在第一粗真空泵5的倒数第二个泵送级T3和最后一个泵送级T4之间连接第二粗真空泵6的出口15不会降低两个粗真空泵5、6在高压力下的泵送性能。

在极限真空下，应注意到，根据本发明的利用粗真空泵5、6以最大速度V1获得的压力达到0.7毫巴，而利用具有公共出口的粗真空泵获得的压力稳定在约2.2毫巴。因此，极限真空压力降低了大约三倍。

在降低的转速V2下，通过根据本发明的粗真空泵5、6获得的极限真空压力达到0.5毫巴，而对于具有公共出口的粗真空泵，压力稳定在约1毫巴的极限真空压力左右。因此，极限真空压力可以降低两倍。

因此可以降低待测物体的极限真空压力。这使得可以减少背景示踪气体，并因此可以显著提高测量灵敏度。

极限真空压力的降低还使得可以获得相对于可能由于粗真空泵5、6的老化而引起的性能损失的余量。因此，相对于泵的老化获得了提高的稳健性。

图3示出了另一实施例，其中第一和第二粗真空泵19、20包括两个转子，这些转子被驱动成使得它们在每个泵送级T1-T2、T1’-T2’中沿相反的方向以同步方式旋转。粗真空泵19、20包括例如五个串联安装的泵送级。在第一粗真空泵19中，保持转子的轴在依次串联安装的泵送级T1-T5中延伸。它们由第一粗真空泵19的第一驱动电机25驱动。泵送级T1-T5也布置在第一粗真空泵19的第一外壳26中。

在第二粗真空泵20中，保持转子的轴在依次串联安装的泵送级T1’-T5’中延伸。它们由第二粗真空泵20的第二驱动电机27驱动。泵送级T1’-T5’也布置在第二粗真空泵20的第二外壳28中。

这些转子例如具有轮廓相同的叶片，例如罗茨型(八角形或豆形横截面)叶片。这些转子在角度上偏移并被驱动成使得它们在每一级中沿相反的方向以同步方式旋转。在旋转期间，从进气口吸入的气体被捕获在由转子和定子形成的空间中，然后由转子携带到下一级。这些粗真空泵被称为“干式”真空泵，因为在运行期间，转子在定子内部旋转而不与定子进行任何机械接触，这使得泵送级中可以完全没有油。

如前一实施例中那样，第二粗真空泵20的出口15在第一粗真空泵19的两个串联泵送级T4、T5之间、例如在倒数第二个泵送级T4与最后一个泵送级T5之间连接到第一粗真空泵19。

将第二粗真空泵20连接在第一粗真空泵19的泵送级T4、T5之间使得既可以获得双倍的泵送流量，又可以降低极限真空压力。在极限真空下，通过被增加了第一粗真空泵19的最后一个泵送级T5的第二粗真空泵20的五个泵送级T1’-T5’进行泵送是有效的。

本发明还适用于包括两个转子的其它类型的多级粗真空泵，例如爪形泵或使用类似排量真空泵原理的泵，例如涡旋或螺杆真空泵。

Claims (10)

1.一种用于检查待测物体的密封性的泄漏检测器(1)，所述泄漏检测器(1)包括：

-用于连接到待测物体的检测入口(2)，

-泵送装置(3)，该泵送装置包括：

-第一粗真空泵，它包括第一驱动电机、串联安装在该第一粗真空泵的入口(12)与该第一粗真空泵的出口(13)之间的至少一个第一泵送级和一个第二泵送级，

-至少一个第二粗真空泵，它用于在环境压力下排出待泵送气体，并且包括第二驱动电机、串联安装在第二粗真空泵的入口(14)与第二粗真空泵的出口(15)之间的至少一个第一泵送级和一个第二泵送级，所述第一粗真空泵的入口(12)与所述第二粗真空泵的入口(14)借助于第一隔离阀(8)并行地连接到所述检测入口(2)，

-涡轮分子真空泵(7)，它具有借助于第二隔离阀(9)连接在所述第一隔离阀(8)与所述第一粗真空泵的入口(12)和所述第二粗真空泵的入口(14)之间的出口(17)，

-连接到所述涡轮分子真空泵(7)的气体检测器(4)，

其特征在于，所述至少一个第二粗真空泵的出口(15)在所述第一粗真空泵的两个串联的泵送级之间连接到所述第一粗真空泵。

2.根据权利要求1所述的泄漏检测器(1)，其特征在于，所述第二粗真空泵的出口(15)连接在所述第一粗真空泵的倒数第二个泵送级和最后一个泵送级之间。

3.根据权利要求1或2所述的泄漏检测器(1)，其特征在于，所述第一粗真空泵和第二粗真空泵是隔膜泵，所述第一粗真空泵的泵送级的隔膜构造成借助于所述第一驱动电机移动，所述第二粗真空泵的泵送级的隔膜构造成借助于所述第二驱动电机移动。

4.根据权利要求1或2所述的泄漏检测器(1)，其特征在于，所述第一粗真空泵和第二粗真空泵各自包括两个转子，所述两个转子构造成被驱动成使得它们在每个泵送级中沿相反的方向以同步方式旋转，所述第一粗真空泵的转子构造成由所述第一驱动电机驱动，所述第二粗真空泵的转子构造成由所述第二驱动电机驱动。

5.根据权利要求4所述的泄漏检测器(1)，其特征在于，所述转子是罗茨型转子。

6.根据权利要求1或2所述的泄漏检测器(1)，其特征在于，所述第一粗真空泵和第二粗真空泵是螺杆泵或涡旋泵。

7.根据权利要求1或2所述的泄漏检测器(1)，其特征在于，所述第一粗真空泵和第二粗真空泵具有相同的泵送级构型。

8.根据权利要求1或2所述的泄漏检测器(1)，其特征在于，所述第一粗真空泵和第二粗真空泵中的至少一者包括至少两个并行安装的第一泵送级。

9.根据权利要求1或2所述的泄漏检测器(1)，其特征在于，所述第一粗真空泵和第二粗真空泵中的至少一者包括至少三个串联安装的泵送级。

10.根据权利要求1或2所述的泄漏检测器(1)，其特征在于，它包括净化装置(18)，所述净化装置构造成在所述第二粗真空泵的两个泵送级之间供应净化气体。

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