CN113252251A - 一种降低高温下大型真空室本底漏率装置 - Google Patents

一种降低高温下大型真空室本底漏率装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于真空应用技术领域，具体涉及一种降低高温下大型真空室本底漏率装置。本发明中，干泵、反应炉、液氮换热器安装在箱体的内部，干泵固定安装在箱体内的底部，干泵、反应炉、液氮换热器通过管道并联连接；进气口一端伸出箱体，另一端连接在液氮换热器的管路上；出气口同时与液氮换热器的管路、反应炉的管路连接；干泵用于对除氢系统的整体管道进行排气并达到低真空；反应炉作为气体的反应容器，其内部设有吸气剂材料；液氮换热器与屏蔽块热氦检漏设备中出来的高温气体进行热交换，降低高温气体温度。本发明能有效降低高温下大型真空室本底漏率，提升整套热氦检漏测试系统的检测灵敏度，以满足更严格的检漏需求。

Description

一种降低高温下大型真空室本底漏率装置
技术领域
本发明属于真空应用技术领域，具体涉及一种降低高温下大型真空室本底漏率装置。
背景技术
因为泄漏会造成严重后果，航天器、聚变堆真空室内承压部件、有毒有害易爆及放射性物质的存储容器/运输管道等，对泄漏有极为严格的要求，因此氦检漏测试在石油化工、核电、航空航天、汽车、包装运输、空调、空间堆、动力电池等广大领域大量应用。其中空间站高温截止阀及相关管道焊缝、核电燃料包壳管、聚变堆真空室内部件等都需进行高温氦检漏，而火箭及其他航天器、导弹弹体及弹头等，在发射过程中将面临高温，核电蒸发器(如传热管)和各类换热器管道及阀门等不仅工作在高温下，而且内部还具有高压流体，上述部件最近几年开始大量采用冷氦检漏，但与实际运行的高温或高压环境不一致，不能评价设备/部件在服役条件下的泄漏风险，致使维护检修成本巨大，在未来均可能会采用贴近实际工况的热氦检漏方法来测试部件漏率。
根据研究和试验，真空室在高温下本底漏率很难提升的主要原因是真空室内表面积较大，致使大量的表面吸附气体在高温下释放出来，这些残余气体中含有氢氦等小分子气体，会形成非泄漏原因造成的基础本底漏率，严重影响真空室的本底漏率，导致氦检漏设备的本底漏率无法降低和检测系统灵敏度无法进一步提高，会对热氦检漏测试结果带来较大影响。
所以真空室在高温下本底漏率达到瓶颈的主要原因是因为在高温下材料表面氢气释放量较大且难以除掉，且检测温度要求越高，氢气释放量越大，真空室的本底漏率和系统灵敏度将会越差，从而无法满足更广泛产品的热氦检漏需求。
真空氦检漏法是真空应用领域常用的检漏方法，目前制约高温氦检漏的瓶颈主要是高温下真空室本底漏率很难降低，这将会影响检测系统灵敏度。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种降低高温下大型真空室本底漏率装置，能有效降低高温下大型真空室本底漏率，提升整套热氦检漏测试系统的检测灵敏度，以满足更严格的检漏需求。
本发明采用的技术方案：
一种降低高温下大型真空室本底漏率装置，包括干泵、反应炉、吸气剂材料、分子泵、液氮换热器，干泵、反应炉、液氮换热器安装在箱体的内部，干泵固定安装在箱体内的底部，干泵、反应炉、液氮换热器通过管道并联连接；进气口一端伸出箱体，另一端连接在液氮换热器的管路上；出气口同时与液氮换热器的管路、反应炉的管路连接；干泵用于对除氢系统的整体管道进行排气并达到低真空；反应炉作为气体的反应容器，其内部设有吸气剂材料；液氮换热器与屏蔽块热氦检漏设备中出来的高温气体进行热交换，降低高温气体温度。
所述干泵连接有高真空挡板阀A，能够实现干泵的启停。
所述反应炉内部设有加热丝，用于对反应炉中吸气剂材料进行加热，使吸气剂材料达到指定温度。
所述反应炉内部设有过滤网，用于防止吸气剂材料进入真空管道。
所述进气口与出气口之间设有高真空挡板阀E，出气口与氦质谱检漏仪连接。
所述反应炉的两端分别设有高真空挡板阀C、高真空挡板阀G。
所述液氮换热器一端连接有分子泵，用于对除氢系统的整体管道进行排气并达到高真空。
在管路上设有皮拉尼规，用于显示内部管道实时真空度。
所述液氮换热器的两端分别安装有热电偶A、热电偶C，反应炉上安装有热电偶B。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明提供一种降低高温下大型真空室本底漏率装置，能有效降低高温(500℃下)大型真空室本底漏率，提升整套热氦检漏测试系统的检测灵敏度，以满足更严格的检漏需求。
(2)本发明提供一种降低高温下大型真空室本底漏率装置，能够进一步降低真空室的本底漏率(常温至500℃)，提高氦检漏设备的检漏精度。
(3)本发明提供一种降低高温下大型真空室本底漏率装置，高温下(150℃以上)有效降低真空室本底漏率1个数量级以上，可从10-10Pa·m3/s量级降低至10-11Pa·m3/s，能满足绝大多数条件下的极端检漏要求。
(4)本发明提供一种降低高温下大型真空室本底漏率装置，安装于真空室所连分子泵与氦检漏仪之间，入口的液氮冷却装置能大大降低从真空室抽出的气体温度，使之以常温进入反应炉；分子泵能够提升气体压缩比，提高吸气剂的吸附效果；通过非蒸散性吸气剂对进入反应炉的气体进行吸附，该吸气剂能有效吸附氢气但并不会吸附氦气，能够大大减少进入氦检漏仪中的氢气，提高检漏仪的检测灵敏度；吸气剂能够通过高温烘烤使吸气剂中吸附的氢气脱附，从而实现重复使用的功效。
(5)本发明提供一种降低高温下大型真空室本底漏率装置，设有单独回路，不使用本装置时可以单独开启独立回路，则从分子泵出来的气体将直接进入氦检漏仪，避免装置反复拆装导致的泄漏等问题。
附图说明
图1为本发明提供的一种降低高温下大型真空室本底漏率装置结构示意图；
图中：1-万向福马轮、2-干泵、3-高真空挡板阀A、4-皮拉尼规A、5-反应炉、6-加热丝、7-吸气剂材料、8-过滤网、9-高真空挡板阀B、10-高真空挡板阀C、11-分子泵、12-皮拉尼规B、13-热电偶A、14-液氮换热器、15-热电偶B、16-热电偶C、17-高真空挡板阀D、18-进气口、19-高真空挡板阀E、20-出气口、21-高真空挡板阀F、22-高真空挡板阀G。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种降低高温下大型真空室本底漏率装置作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种降低高温下大型真空室本底漏率装置，包括干泵2、反应炉5、加热丝6、吸气剂材料7、分子泵11、液氮换热器14，
干泵2、反应炉5、加热丝6、吸气剂材料7、分子泵11、液氮换热器14安装在箱体的内部，干泵2固定安装在箱体内的底部，其上连接有高真空挡板阀A3，高真空挡板阀A3与三通管路连接，三通管路一端连接有皮拉尼规A4，皮拉尼规A4主要用于显示内部管道实时真空度，另一端与第二个三通管路连接；
第二个三通管路的一端连接有高真空挡板阀B9，另一端与第三个三通管路连接；
第三个三通管路的一端连接有高真空挡板阀F21，另一端连接有高真空挡板阀G22；
高真空挡板阀B9的另一端与第四个三通管路连接，第四个三通管路的一端与分子泵11连接，另一端连接有高真空挡板阀C10；
反应炉5安装在高真空挡板阀C10和高真空挡板阀G22之间；
分子泵11的另一端与液氮换热器14连接，其连接管路上设有皮拉尼规B12，液氮换热器14的另一端连接有高真空挡板阀D17；
高真空挡板阀F21与第五个三通管路连接，第五个三通管路的一端连接有高真空挡板阀E19，另一端与出气口20连接，出气口与氦质谱检漏仪连接.
高真空挡板阀D17与高真空挡板阀E19设有第六个三通管路，第六个三通管路的另一端与进气口18连接，进气口与检漏设备上的分子泵连接.
液氮换热器14的两端分别安装有热电偶A13、热电偶C16，反应炉5上安装有热电偶B15；
反应炉5内部设有加热丝6、吸气剂材料7，在靠近高真空挡板阀C10的一端设有过滤网8。
箱体的底部设有若干个万向福马轮1。
干泵2主要作用对除氢系统的整体管道进行排气并达到低真空；
反应炉5主要作用是装填吸气剂材料，作为吸气剂材料与气体的反应容器；
加热丝6主要作用是对反应炉5中吸气剂材料进行加热，使吸气剂材料达到指定温度；
吸气剂材料7主要作用是与气体反应，吸附杂质气体，主要是氢气；
过滤网8的主要作用是防止吸气剂材料进入真空管道污染阀门、泵等；
分子泵11主要作用是对除氢系统的整体管道进行排气并达到高真空；
液氮换热器14主要作用是与屏蔽块热氦检漏设备中出来的高温气体进行热交换，降低高温气体温度。
启动本装置的操作流程如下：
本装置可以在检漏前连接至氦检漏设备上，在检漏过程中可以根据氦质谱检漏仪的本底漏率读数决定是否启用本装置，启用本装置时，具体操作流程如下：
1.确保热氦检漏设备连接正常，将本装置连接至热氦检漏设备上的分子泵与氦质谱检漏仪之间；
2.打开干泵2，大约60S之后，待干泵运行正常，依次打开高真空挡板阀A3、高真空挡板阀B 9、高真空挡板阀C10。等待皮拉尼规A4、皮拉尼规B12真空规管读数小于5Pa时，关闭高真空挡板阀A3、高真空挡板阀B 9阀门与干泵2。
3.打开高真空挡板阀D17、高真空挡板阀G 22，等待皮拉尼规B12真空规管读数小于5Pa时，打开分子泵11。
如不启用本装置，其不会对氦检漏设备产生任何影响，不影响检测结果的准确性，具体操作流程如下：
1.确保设备硬件连接正常，所有真空阀门与分子泵处于关闭状态；
2.打开高真空挡板阀E19，使进气口18与出气口20直接连通。
本装置吸气剂材料烘烤再生流程：
1.确保设备硬件连接正常，所有真空阀门与分子泵处于关闭状态；
2.设定好温度(400℃以上)后加热炉开始加热，等待一段时间后到达指定温度，打开干泵2，大约60S之后，待干泵运行正常，依次打开高真空挡板阀A3、高真空挡板阀F 21、高真空挡板阀G 22前级阀门，对吸气剂材料进行排气，烘烤时间为2小时以上。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应该涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种降低高温下大型真空室本底漏率装置，其特征在于：包括干泵(2)、反应炉(5)、吸气剂材料(7)、分子泵(11)、液氮换热器(14)，干泵(2)、反应炉(5)、液氮换热器(14)安装在箱体的内部，干泵(2)固定安装在箱体内的底部，干泵(2)、反应炉(5)、液氮换热器(14)通过管道并联连接；进气口(18)一端伸出箱体，另一端连接在液氮换热器(14)的管路上；出气口(20)同时与液氮换热器(14)的管路、反应炉(5)的管路连接；干泵(2)用于对除氢系统的整体管道进行排气并达到低真空；反应炉(5)作为气体的反应容器，其内部设有吸气剂材料(7)；液氮换热器(14)与屏蔽块热氦检漏设备中出来的高温气体进行热交换，降低高温气体温度。
2.根据权利要求1所述的一种降低高温下大型真空室本底漏率装置，其特征在于：所述干泵(2)连接有高真空挡板阀A(3)，能够实现干泵(2)的启停。
3.根据权利要求1所述的一种降低高温下大型真空室本底漏率装置，其特征在于：所述反应炉(5)内部设有加热丝(6)，用于对反应炉(5)中吸气剂材料(7)进行加热，使吸气剂材料(7)达到指定温度。
4.根据权利要求1所述的一种降低高温下大型真空室本底漏率装置，其特征在于：所述反应炉(5)内部设有过滤网(8)，用于防止吸气剂材料(7)进入真空管道。
5.根据权利要求2所述的一种降低高温下大型真空室本底漏率装置，其特征在于：所述进气口(18)与出气口(20)之间设有高真空挡板阀E(19)，出气口(20)与氦质谱检漏仪连接。
6.根据权利要求5所述的一种降低高温下大型真空室本底漏率装置，其特征在于：所述反应炉(5)的两端分别设有高真空挡板阀C(10)、高真空挡板阀G(22)。
7.根据权利要求6所述的一种降低高温下大型真空室本底漏率装置，其特征在于：所述液氮换热器(14)一端连接有分子泵(11)，用于对除氢系统的整体管道进行排气并达到高真空。
8.根据权利要求1所述的一种降低高温下大型真空室本底漏率装置，其特征在于：在管路上设有皮拉尼规，用于显示内部管道实时真空度。
9.根据权利要求1所述的一种降低高温下大型真空室本底漏率装置，其特征在于：所述液氮换热器(14)的两端分别安装有热电偶A(13)、热电偶C(16)，反应炉(5)上安装有热电偶B(15)。
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