CN113532759A - 一种精密热氦检漏用电加热元件和检漏方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于元器件技术领域，具体涉及一种精密热氦检漏用电加热元件和检漏方法。本发明中，电加热元件安装在加热棒套筒内部，加热棒套筒开口部设有电加热棒连接法兰，与内部的电加热棒连接；加热棒套筒的外壁上安装有套筒连接法兰，在电加热棒连接法兰与套筒连接法兰之间的加热棒套筒上，连接有三通接头，三通接头与加热棒套筒内部连通，另一端连接至氦气输入口；真空室底部开有通孔，通孔上设有与套筒连接法兰相配合的安装基础，加热棒套筒插入通孔内，通过套筒连接法兰与真空室固定安装。本发明能有效降低电加热元件高温下的漏率并能实现大型真空腔室内被检工件均匀高效升温的技术要求，满足大型真空腔室真空室加热系统的使用需求。

Description

一种精密热氦检漏用电加热元件和检漏方法
技术领域
本发明属于元器件技术领域，具体涉及一种精密热氦检漏用电加热元件和检漏方法。
背景技术
电加热元件是广泛应用于机械制造行业加热领域的。电加热元件根据使用范围和使用情况的不同，常常具有不同的形状尺寸特征。第一壁、包层和偏滤器是核聚变反应堆的核心部件，在运行中承受高热负荷和强中子沉积的核热，属真空室内部件。为及时将热量移出，使部件材料工作在允许温度范围内，部件内部设计了复杂的气体或液体冷却通道，以在运行中均匀冷却部件，避免部件材料承受不可接受的热应力。为维持核聚变等离子体稳定燃烧，冷却介质是不允许有些许泄漏的。对于国际热核实验堆(ITER)，要求真空室内部件冷却通道的氦泄漏率低于1x10-10Pa.m3/s。只有当真空热氦检漏系统的检测灵敏度优于该水平时，才能给出部件的准确漏率，成为世界上最严的检漏要求，超出以往2个数量级以上。这些部件的冷却通道含有许多封闭的焊缝，在完成制造、水压试验后，需要对其进行高温高压下的真空氦检漏试验，以验证真空室内部件在正常工作条件下的密闭性和可靠性。试验时，ITER要求部件需经历一次高温循环(<80℃至250±20℃再至<80℃)和冷却通道内部氦气压力的多次循环(100Pa至4.2±0.2MPa)，以防加工制造过程中的某些外来物质堵塞冷却通道壁中的缺陷而造成误判。在整个热循环中需监测部件的漏率值，并满足要求。
在整个热氦检漏测试过程中，需对被测工件均匀升温(工件内外温差不大于55℃)，这类被测工件尺寸较大，所需真空室体积也较大(10m3左右)，因此该电加热元件需实现大型真空腔室内被检工件均匀稳定升温功效。由于裸露电加热丝会在高温下出现离子发射或固体高温升华蒸汽，对真空系统有影响，因此要用管式加热器。这样就存在其本身的密封性问题以及同样的与真空室壁的接口密封问题。普通的管式加热器在高温下有较高的漏率，且无法被检漏，放入真空室后在高温下将极大地影响真空室高温下的本底漏率，使其无法满足热氦检漏的要求，因此需对电加热元件重新设计以降低其在高温下的漏率，并且使其能单独检漏，避免电加热元件影响大型真空室高温下本底漏率。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种精密的热氦检漏用电加热元件，能有效降低电加热元件高温下的漏率并能实现大型真空腔室内被检工件均匀高效升温的技术要求，满足大型真空腔室真空室加热系统的使用需求。
本发明采用的技术方案：
一种精密热氦检漏用电加热元件，包括电加热棒、加热棒套筒、电加热元件连接法兰、套筒连接法兰、金属密封圈，加热棒套筒为一端封闭一端开孔的棒状结构，电加热元件安装在加热棒套筒内部，加热棒套筒开口部设有电加热棒连接法兰，与内部的电加热棒连接；加热棒套筒的外壁上安装有套筒连接法兰，在电加热棒连接法兰与套筒连接法兰之间的加热棒套筒上，连接有三通接头，三通接头与加热棒套筒内部连通，另一端连接至氦气输入口；真空室底部开有通孔，通孔上设有与套筒连接法兰相配合的安装基础，加热棒套筒插入通孔内，通过套筒连接法兰与真空室固定安装。
所述套筒连接法兰与安装基础之间设有金属密封圈。
所述真空室的外壁上分别连接有真空泵组和氦质谱检漏仪；真空室的外壁上还安装有全量程规和热电偶，全量程规实时检测真空室内部真空度，热电偶实时检测真空室内部温度。
所述真空泵组对真空室进行排气并达到低真空。
所述氦质谱检漏仪对电加热棒进行检漏。
所述电加热棒连接法兰对电加热棒进行固定和密封。
所述真空室提供加热棒检漏场所。
所述加热棒套筒主要作用是作为保护套加装在加热棒外部，密封加热棒且能被检漏，内部能冲入惰性气体提高本电加热元件的加热效率。
一种精密热氦检漏用电加热元件检漏方法，包括如下步骤：
步骤1，初步检测真空室内本底漏率
将电加热元件连接至真空室上，开启真空泵组、全量程规，待真空室真空度稳定后，开启氦质谱检漏仪，记录稳定后的真空室本底漏率；
步骤2，通过外接真空泵组将加热棒套筒抽至低真空；
步骤3，检测常温状态下的电加热元件漏率
向加热棒套筒冲入氦气，通过氦质谱检漏仪测得该电加热元件常温下的漏率；
步骤4，检测工作状态下的电加热元件漏率
通过电加热元件连接法兰启动电加热元件并加热至工作温度，通过氦质谱检漏仪测得该电加热元件高温下的漏率；
步骤5，在完成检漏确保该电加热元件满足高温下的漏率要求后，向加热棒套筒冲入惰性气体，完成本电加热元件的安装及检漏工作。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明提供一种精密热氦检漏用电加热元件，能够降低其在高温下(最高500℃)的漏率，降低至1x10-12Pa.m3/s以下，避免电加热元件对大型真空室高温下本底漏率的影响。
(2)本发明提供一种精密热氦检漏用电加热元件检漏方法，能对该电加热元件单独进行高温检漏，检漏精度可达1x10-12Pa.m3/s。
(3)本发明提供一种精密热氦检漏用电加热元件，结构为长棒状，长度与真空腔室长度相近，能够有效实现真空腔室首尾之间的均匀加热。然后由50根该结构的电加热棒在真空腔室圆周上均匀分布，实现被检工件由外而内的均匀升温。
(4)本发明提供一种精密热氦检漏用电加热元件，在套管内充惰性气体，能够更好的传导热量，实现被检工件的高效加热。
附图说明
图1为本发明提供一种精密热氦检漏用电加热元件结构示意图；
图中：1-高真空挡板阀A、2-真空泵组、3-氦质谱检漏仪、4-高真空挡板阀B、5-高真空挡板阀C、6-三通接头、7-电加热棒连接法兰、8-电加热棒、9-套筒连接法兰、10-真空室、11-加热棒套筒、12-全量程规、13-金属密封圈、14-热电偶。
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精密热氦检漏用电加热元件和检漏方法作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种精密热氦检漏用电加热元件，包括电加热棒8、加热棒套筒11、电加热元件连接法兰7、套筒连接法兰9、金属密封圈13。
加热棒套筒11为一端封闭一端开孔的棒状结构，电加热元件8安装在加热棒套筒11内部，加热棒套筒11开口部设有电加热棒连接法兰7，与内部的电加热棒8连接；加热棒套筒11的外壁上安装有套筒连接法兰9，在电加热棒连接法兰7与套筒连接法兰9之间的加热棒套筒11上，连接有三通接头6，三通接头6与加热棒套筒11内部连通，另一端通过高真空挡板阀C5连接至氦气输入口；
真空室10底部开有通孔，通孔上设有与套筒连接法兰9相配合的安装基础，加热棒套筒11插入通孔内，通过套筒连接法兰9与真空室10固定安装，套筒连接法兰9与安装基础之间设有金属密封圈13；真空室10的外壁上分别连接有真空泵组2和氦质谱检漏仪3，连接管路上分别设有高真空挡板阀A1和高真空挡板阀B4；真空室10的外壁上还安装有全量程规12和热电偶14。
高真空挡板阀1、4、5主要作用是通过控制阀门开启闭合来控制气路的通断。
真空泵组2主要作用是对真空室进行排气并达到低真空。
氦质谱检漏仪3主要作用是对加热棒进行检漏。
三通接头6主要作用是可以往套筒内冲入氦气检漏。
电加热棒连接法兰7主要作用是对电加热棒8进行固定和密封。
电加热棒8主要作用是提供加热。
套筒连接法兰9主要作用将加热棒套筒11固定在真空室上。
真空室10主要作用是提供加热棒检漏场所。
加热棒套筒11主要作用是作为保护套加装在加热棒外部，密封加热棒且能被检漏，内部能冲入惰性气体提高本电加热元件的加热效率。
全量程规12主要作用是实时检测真空室内部真空度。
金属密封圈13主要作用是作为法兰间密封件提供密封效果。
热电偶14主要作用是实时检测真空室内部温度。
本发明提供的一种精密热氦检漏用电加热元件检漏方法，包括如下步骤：
步骤1，初步检测真空室10内本底漏率
如图1所示，将电加热元件连接至真空室10上，开启高真空挡板阀A1和真空泵组2，全量程规12，待真空室10真空度稳定后，开启高真空挡板阀B4和氦质谱检漏仪3，记录稳定后的真空室10本底漏率。
步骤2，开启高真空挡板阀C5，通过外接真空泵组将加热棒套筒11抽至低真空。
步骤3，检测常温状态下的电加热元件漏率
向加热棒套筒11冲入氦气，通过氦质谱检漏仪3测得该电加热元件常温下的漏率。
步骤4，检测工作状态下的电加热元件漏率
通过电加热元件连接法兰7启动电加热元件并加热至工作温度(最高可达500℃)，通过氦质谱检漏仪3测得该电加热元件高温下的漏率。
步骤5，在完成检漏确保该电加热元件满足高温下的漏率要求后，通过高真空挡板阀C5向加热棒套筒11冲入惰性气体，以提高本电加热元件的加热效率，关闭高真空挡板阀C5，完成本电加热元件的安装及检漏工作。
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)

1.一种精密热氦检漏用电加热元件，其特征在于：包括电加热棒(8)、加热棒套筒(11)、电加热元件连接法兰(7)、套筒连接法兰(9)、金属密封圈(13)，加热棒套筒(11)为一端封闭一端开孔的棒状结构，电加热元件(8)安装在加热棒套筒(11)内部，加热棒套筒(11)开口部设有电加热棒连接法兰(7)，与内部的电加热棒(8)连接；加热棒套筒(11)的外壁上安装有套筒连接法兰(9)，在电加热棒连接法兰(7)与套筒连接法兰(9)之间的加热棒套筒(11)上，连接有三通接头(6)，三通接头(6)与加热棒套筒(11)内部连通，另一端连接至氦气输入口；真空室(10)底部开有通孔，通孔上设有与套筒连接法兰(9)相配合的安装基础，加热棒套筒(11)插入通孔内，通过套筒连接法兰(9)与真空室(10)固定安装。
2.根据权利要求1所述的一种精密热氦检漏用电加热元件，其特征在于：所述套筒连接法兰(9)与安装基础之间设有金属密封圈(13)。
3.根据权利要求2所述的一种精密热氦检漏用电加热元件，其特征在于：所述真空室(10)的外壁上分别连接有真空泵组(2)和氦质谱检漏仪(3)；真空室(10)的外壁上还安装有全量程规(12)和热电偶(14)，全量程规(12)实时检测真空室内部真空度，热电偶(14)实时检测真空室内部温度。
4.根据权利要求1所述的一种精密热氦检漏用电加热元件，其特征在于：所述真空泵组(2)对真空室进行排气并达到低真空。
5.根据权利要求1所述的一种精密热氦检漏用电加热元件，其特征在于：所述氦质谱检漏仪(3)对电加热棒(8)进行检漏。
6.根据权利要求1所述的一种精密热氦检漏用电加热元件，其特征在于：所述电加热棒连接法兰(7)对电加热棒(8)进行固定和密封。
7.根据权利要求1所述的一种精密热氦检漏用电加热元件，其特征在于：所述真空室(10)提供加热棒检漏场所。
8.根据权利要求1所述的一种精密热氦检漏用电加热元件，其特征在于：所述加热棒套筒(11)主要作用是作为保护套加装在加热棒外部，密封加热棒且能被检漏，内部能冲入惰性气体提高本电加热元件的加热效率。
9.一种精密热氦检漏用电加热元件检漏方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤(1)，初步检测真空室(10)内本底漏率
将电加热元件连接至真空室(10)上，开启真空泵组(2)、全量程规(12)，待真空室(10)真空度稳定后，开启氦质谱检漏仪(3)，记录稳定后的真空室(10)本底漏率；
步骤(2)，通过外接真空泵组将加热棒套筒(11)抽至低真空；
步骤(3)，检测常温状态下的电加热元件漏率
向加热棒套筒(11)冲入氦气，通过氦质谱检漏仪(3)测得该电加热元件常温下的漏率；
步骤(4)，检测工作状态下的电加热元件漏率
通过电加热元件连接法兰(7)启动电加热元件并加热至工作温度，通过氦质谱检漏仪(3)测得该电加热元件高温下的漏率；
步骤(5)，在完成检漏确保该电加热元件满足高温下的漏率要求后，向加热棒套筒(11)冲入惰性气体，完成本电加热元件的安装及检漏工作。
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