CN209841472U

CN209841472U - 一种真空设备放气取样装置

Info

Publication number: CN209841472U
Application number: CN201920389517.2U
Authority: CN
Inventors: 赫梓宇; 王永华; 赵伟利; 李震
Original assignee: Research Institute of Physical and Chemical Engineering of Nuclear Industry
Current assignee: Research Institute of Physical and Chemical Engineering of Nuclear Industry
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2019-03-26
Publication date: 2019-12-24
Anticipated expiration: 2029-03-26

Abstract

本实用新型公开了一种真空设备放气取样装置，包括高真空设备，所述高真空设备与放气量测量组件相连，所述放气量测量组件包括与高真空设备连通的Ⅱ号阀门、Ⅰ号真空计、Ⅲ号阀门，所述Ⅲ号阀门与Ⅰ号分子泵连通，所述Ⅰ号分子泵与ⅩⅢ号阀门、Ⅺ号阀门、Ⅱ号真空计、放气量测量容器串联。本实用新型能够获得高真空设备单位时间内等效标准环境条件下放气量。本发实用新型能够进行高真空设备内放出气体成分的全收集。本实用新型使用分子泵及液氮冷阱，有效减少了装置内的油蒸汽等污染物，同时通过除气，减少了装置放气对测量、取样的影响。

Description

一种真空设备放气取样装置

技术领域

本实用新型属于真空设备放气测量及取样技术领域，具体涉及一种真空设备放气取样装置。

背景技术

任何材料处于真空环境都会产生气体的释放。放出气体的多少可以用放气量这一指标衡量，通常放气量测量方法有定容法、定压法、固定流导法、收集法和称重法等。而对放气成分分析的方法，通常有在被测设备上安装分析仪器进行分析（在线分析）和采集设备放出气体样（取样）再通过专业仪器分析两种方法。

对于高真空设备，当存在转动及运动部件时，内部产生的气体流动，压力呈不均匀分布，这时使用定容法、定压法、固定流导法等无法准确的获得放气量。而采用收集法、称重法等，需要收集高真空设备内部释放出的全部气体，因此，需要将高真空设备原有抽空管路隔断，这一过程可能会导致高真空设备内压力的升高，损害高真空设备。对于高真空设备放气成分分析，如果采用在线分析，由于高真空设备内部压力非均匀分布，处于高真空设备内部各部位的气体成分及含量可能不同，无法准确分析放气成分及含量。而采用取样分析的方法，必须解决将高真空设备原有抽空管路隔断后真空度破坏问题。与此同时，还需要解决气体收集不完全的问题。

对于如何在保证高真空设备真空要求前提下，达到放气量准确测量及取样获得全部放气成分的装置，通过查阅相关文献，未见描述。

发明内容

本实用新型为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种真空设备放气取样装置。

本实用新型的技术方案是：一种真空设备放气取样装置，包括高真空设备，所述高真空设备与放气量测量组件相连，所述放气量测量组件包括与高真空设备连通的Ⅱ号阀门、Ⅰ号真空计、Ⅲ号阀门，所述Ⅲ号阀门与Ⅰ号分子泵连通，所述Ⅰ号分子泵与ⅩⅢ号阀门、Ⅺ号阀门、Ⅱ号真空计、放气量测量容器串联。

所述放气量测量容器两端并联有取样组件，所述取样组件包括依次串联的Ⅲ号真空计、Ⅳ号阀门、取样器、Ⅴ号阀门。

所述取样器置于液氮罐中。

所述高真空设备、Ⅰ号分子泵、Ⅱ号真空计、放气量测量容器、取样器还与抽真空组件连通。

所述抽真空组件包括机械泵，所述机械泵与Ⅱ号分子泵连通，所述Ⅱ号分子泵通过Ⅵ号阀门、Ⅶ号阀门与液氮冷阱连通，所述液氮冷阱通过Ⅸ号阀门、Ⅹ号阀门与放气量测量容器连通。

所述取样组件一端与ⅩⅢ号阀门、Ⅺ号阀门之间的管路接通，另一端与Ⅸ号阀门、Ⅹ号阀门之间的管路接通。

所述Ⅵ号阀门、Ⅶ号阀门之间设置有抽真空支管路，所述抽真空支管路另一端与Ⅱ号阀门、Ⅲ号阀门之间的管路连通。

所述抽真空支管路上设置有ⅩⅣ号阀门、Ⅷ号阀门。

所述抽真空支管路上还设置有Ⅰ号分支管和Ⅱ号分支管，所述Ⅰ号分支管上设置有Ⅻ号阀门。

所述Ⅰ号分支管与ⅩⅢ号阀门、Ⅺ号阀门之间的管路接通，所述Ⅱ号分支管与Ⅸ号阀门、Ⅹ号阀门之间的管路接通。

本实用新型能够获得高真空设备单位时间内等效标准环境条件下放气量。本发实用新型能够进行高真空设备内放出气体成分的全收集。本实用新型使用分子泵及液氮冷阱，有效减少了装置内的油蒸汽等污染物，同时通过除气，减少了装置放气对测量、取样的影响。

附图说明

图1 是本实用新型的连接示意图；

其中：

1 原高真空泵机组 2 Ⅰ号阀门

3 高真空设备 4 Ⅱ号阀门

5 Ⅰ号真空计 6 Ⅲ号阀门

7 Ⅰ号分子泵 8 Ⅳ号阀门

9 液氮罐 10 取样器

11 Ⅴ号阀门 12 机械泵

13 Ⅱ号分子泵 14 Ⅵ号阀门

15 Ⅶ号阀门 16 Ⅷ号阀门

17 液氮冷阱 18 Ⅸ号阀门

19 Ⅹ号阀门 20 放气量测量容器

21 Ⅱ号真空计 22 Ⅺ号阀门

23 Ⅲ号真空计 24 Ⅻ号阀门

25 ⅩⅢ号阀门 26 ⅩⅣ号阀门。

具体实施方式

以下，参照附图和实施例对本实用新型进行详细说明：

如图1所示，一种真空设备放气取样装置，包括高真空设备3，所述高真空设备3与放气量测量组件相连，所述放气量测量组件包括与高真空设备3连通的Ⅱ号阀门4、Ⅰ号真空计5、Ⅲ号阀门6，所述Ⅲ号阀门6与Ⅰ号分子泵7连通，所述Ⅰ号分子泵7与ⅩⅢ号阀门25、Ⅺ号阀门22、Ⅱ号真空计21、放气量测量容器20串联。

所述高真空设备3通过Ⅰ号阀门2与原高真空泵机组1相连通。

所述放气量测量容器20两端并联有取样组件，所述取样组件包括依次串联的Ⅲ号真空计23、Ⅳ号阀门8、取样器10、Ⅴ号阀门11。

所述取样器10置于液氮罐9中。

所述高真空设备3、Ⅰ号分子泵7、Ⅱ号真空计21、放气量测量容器20、取样器10还与抽真空组件连通。

所述抽真空组件包括机械泵12，所述机械泵12与Ⅱ号分子泵13连通，所述Ⅱ号分子泵13通过Ⅵ号阀门14、Ⅶ号阀门15与液氮冷阱17连通，所述液氮冷阱17通过Ⅸ号阀门18、Ⅹ号阀门19与放气量测量容器20连通。

所述取样组件一端与ⅩⅢ号阀门25、Ⅺ号阀门22之间的管路接通，另一端与Ⅸ号阀门18、Ⅹ号阀门19之间的管路接通。

所述Ⅵ号阀门14、Ⅶ号阀门15之间设置有抽真空支管路，所述抽真空支管路另一端与Ⅱ号阀门4、Ⅲ号阀门6之间的管路连通。

所述抽真空支管路上设置有ⅩⅣ号阀门26、Ⅷ号阀门16。

所述抽真空支管路上还设置有Ⅰ号分支管和Ⅱ号分支管，所述Ⅰ号分支管上设置有Ⅻ号阀门24。

所述Ⅰ号分支管与ⅩⅢ号阀门25、Ⅺ号阀门22之间的管路接通，所述Ⅱ号分支管与Ⅸ号阀门18、Ⅹ号阀门19之间的管路接通。

高真空设备3在未连通装置前，由原高真空泵机组1维持高真空环境，通过Ⅰ号阀门2实现高真空设备3与原高真空泵机组1的通断。

本实用新型由三部分组成。分别为放气量测量组件、取样组件、抽真空组件。

抽真空组件由Ⅰ号真空计5、ⅩⅣ号阀门26、Ⅻ号阀门24、Ⅹ号阀门19、Ⅴ号阀门11、Ⅸ号阀门18、液氮冷阱17、Ⅷ号阀门16、Ⅶ号阀门15、Ⅵ号阀门14、Ⅱ号分子泵13、机械泵12组成。

放气量测量组件由Ⅲ号阀门6、Ⅰ号分子泵7、ⅩⅢ号阀门25、Ⅺ号阀门22、Ⅱ号真空计21、放气量测量容器20组成。

取样组件由Ⅲ号真空计23、Ⅳ号阀门8、液氮罐9、取样器10组成。

上述放气取样装置，单点漏率要求小于10^-10Pa·m³/s。

上述放气取样装置，经过抽空除气自身放气量要求小于10^-6Pa·m³/s。

上述放气取样装置，所使用Ⅰ号真空计5、Ⅱ号真空计21、Ⅲ号真空计23量程范围为0~10Torr，测量误差小于0.5%。

上述放气取样装置，Ⅰ号分子泵7及Ⅱ号分子泵13抽气速率要求大于100L/s，极限真空要求优于10^-3Pa，Ⅰ号分子泵7及Ⅱ号分子泵13要求具有相同抽速。

上述放气取样装置，可测量高真空设备3放气量范围为2×10^-6Pa·m³/s至1×10^- ⁴Pa·m³/s。

上述放气取样装置，取样器10自身可以完全封闭。

上述放气取样装置，取样器10浸入液氮罐9的容积要求达到其总容积的1/2以上。

上述放气取样装置，封闭Ⅳ号阀门8、Ⅹ号阀门19、Ⅻ号阀门24、ⅩⅢ号阀门25，开启Ⅺ号阀门22后，由Ⅳ号阀门8、Ⅹ号阀门19、放气量测量容器20、Ⅱ号真空计21、Ⅺ号阀门22、Ⅲ号真空计23、Ⅻ号阀门24、ⅩⅢ号阀门25组成的容积V为已知参数。

上述放气取样装置中所述高真空设备3放气量为等效标准环境条件放气量。

上述放气取样装置，使用前装置阀门均处于关闭状态，维持室温（20±2）℃且保持恒定。

本实用新型中各部分的使用方法如下：

测试放气取样装置抽空除气，使其满足放气本底要求，包括以下步骤：

1.向液氮冷阱17中注入液氮使其完全冷冻，直至测量取样结束。取样器10维持常温状态。

2.启动机械泵12，依次开启Ⅵ号阀门14、Ⅷ号阀门16、Ⅻ号阀门24、ⅩⅣ号阀门26、Ⅹ号阀门19、Ⅺ号阀门22、ⅩⅢ号阀门25、Ⅲ号阀门6、待Ⅰ号真空计5压力降至100Pa以下，关闭Ⅷ号阀门16，开启Ⅶ号阀门15、Ⅸ号阀门18转由经过液氮冷阱17进行抽空，以阻止机械泵12返油污染装置。开启Ⅳ号阀门8、Ⅴ号阀门11，连通取样组件，打开取样器10。待Ⅲ号真空计23压力降至100Pa以下，启动Ⅱ号分子泵13对装置进行深抽除气。

3.待除气完成后，关闭Ⅳ号阀门8、Ⅴ号阀门11、取样器10，封闭取样旁路。启动Ⅰ号分子泵7抽空。Ⅰ号分子泵7升至额定转速稳定运行且Ⅱ号真空计21读数P不再变化后，关闭Ⅲ号阀门6、Ⅹ号阀门19、Ⅻ号阀门24，形成封闭容器。

4.记录此时Ⅱ号真空计21读数P后，立刻开始计时，测量指定时间t。达到指定时间t后，关闭ⅩⅢ号阀门25。待Ⅱ号真空计21读数稳定后，记录此时Ⅱ号真空计21读数P _b，使用公式Q _b=（P _b-P）V/t计算装置放气量本底Q _b。

5.如果Q _b大于10^-6Pa·m³/s，则开启Ⅹ号阀门19、ⅩⅢ号阀门25，继续进行抽空除气，除气完成后，封闭Ⅹ号阀门19。继续按上一步的方法测量和计算放气量本底，直至Q _b小于10^-6Pa·m³/s。重复测试放气量本底，直至两次测量数据相差小于10%。

进行放气量测量，包括以下步骤：

1.当获得稳定放气本底后，依次开启Ⅹ号阀门19、ⅩⅢ号阀门25，待Ⅰ号真空计5读数小于0.1Pa，开启Ⅱ号阀门4，观察高真空设备3无异常后，封闭Ⅰ号阀门2。

2.待Ⅰ号真空计5读数不再下降，开启Ⅲ号阀门6，同时关闭ⅩⅣ号阀门26、Ⅹ号阀门19。记录此时Ⅱ号真空计21读数P _f0后，立刻开始计时，测量指定时间t _f。达到指定时间t _f后，关闭ⅩⅢ号阀门25。开启ⅩⅣ号阀门26，关闭Ⅲ号阀门6。待Ⅱ号真空计21读数稳定后，记录此时Ⅱ号真空计21读数P _f，使用公式Q _f=（P _f- P _f0）V/t _f计算高真空设备放气量Q _f。

3.测试完成后，开启Ⅰ号阀门2，封闭Ⅱ号阀门4。开启25、Ⅹ号阀门19，对装置进行抽空除气。当Ⅱ号真空计21读数降至0.1Pa以下，关闭Ⅹ号阀门19、Ⅺ号阀门22结束除气。

进行放气成分取样，包括以下步骤：

1.在放气量测量完成封闭取样组件后，使用液氮罐9将取样器10完全冷冻。

2.根据高真空设备3放气量Q _f、需要采集的气体样品压力P _q及取样器容积V _q计算取样时间t _c，其公式为t _c= P _q V _q/Q _f。

3.依次开启Ⅳ号阀门8、取样器10、Ⅱ号阀门4，封闭Ⅰ号阀门2。

4.开启Ⅲ号阀门6，关闭ⅩⅣ号阀门26，开始计时，当时间达到t _c时，关闭Ⅳ号阀门8、取样器结束取样。

以上过程结束后开启Ⅰ号阀门2，封闭Ⅱ号阀门4。关闭装置上所有阀门，停止Ⅰ号分子泵7、Ⅱ号分子泵13。当分子泵停止运转后，关闭机械泵12。

本实用新型的放气取样方法包括以下步骤：

ⅰ.向液氮冷阱17中注入液氮使其完全冷冻，直至测量取样结束，取样器10维持常温状态。

ⅱ.启动机械泵12，依次开启Ⅵ号阀门14、Ⅷ号阀门16、Ⅻ号阀门24、ⅩⅣ号阀门26、Ⅹ号阀门19、Ⅺ号阀门22、ⅩⅢ号阀门25、Ⅲ号阀门6、当Ⅰ号真空计5压力降至100Pa以下，关闭Ⅷ号阀门16，开启Ⅶ号阀门15、Ⅸ号阀门18转由经过液氮冷阱17进行抽空。

ⅲ.开启Ⅳ号阀门8、Ⅴ号阀门11，打开取样器10，待Ⅲ号真空计23压力降至100Pa以下，启动Ⅱ号分子泵13对装置进行长时间深抽除气。

ⅳ.待除气完成后，关闭Ⅳ号阀门8、Ⅴ号阀门11、取样器10，封闭取样组件。

ⅴ.启动Ⅰ号分子泵7抽空。Ⅰ号分子泵7升至额定转速稳定运行且Ⅱ号真空计21读数P不再变化后，关闭Ⅲ号阀门6、Ⅹ号阀门19、Ⅻ号阀门24，形成封闭容器。

ⅵ.记录此时Ⅱ号真空计21读数P，开始计时，测量时间t，达到指定时间t后，关闭ⅩⅢ号阀门25。待Ⅱ号真空计21读数稳定后，记录此时Ⅱ号真空计21读数P _b，使用公式Q _b=（P _b-P）V/t计算装置放气量本底Q _b。

ⅶ.计算Q _b小于10^-6Pa•m³/s。重复测试放气量本底Q _b，两次测量数据相差小于10%，获得稳定放气本底。

ⅷ.依次开启Ⅹ号阀门19、ⅩⅢ号阀门25，当Ⅰ号真空计5读数小于0.1Pa，开启Ⅱ号阀门4，观察高真空设备3无异常后，封闭Ⅰ号阀门2。

ⅸ.待Ⅰ号真空计5读数不再下降，开启Ⅲ号阀门6，同时关闭ⅩⅣ号阀门26、Ⅹ号阀门19。此时Ⅱ号真空计21读数为P _f0，开始计时，测量时间t _f。达到指定时间t _f后，关闭ⅩⅢ号阀门25。

ⅹ.开启ⅩⅣ号阀门26，关闭Ⅲ号阀门6。待Ⅱ号真空计21读数稳定后，记录此时Ⅱ号真空计21读数P _f，使用公式Q _f=（P _f- P _f0）V/t _f计算高真空设备放气量Q _f。

ⅹⅰ.测试完成后，开启Ⅰ号阀门2，封闭Ⅱ号阀门4。开启ⅩⅢ号阀门25、Ⅹ号阀门19，对装置进行深抽除气，当真Ⅱ号真空计21读数降至0.1Pa以下且不再下降，关闭Ⅹ号阀门19、Ⅺ号阀门22结束除气。

ⅹⅱ.在步骤ⅳ封闭取样组件后，使用液氮罐9将取样器10完全冷冻。

ⅹⅲ.根据高真空设备3放气量Q _f、需要采集的气体样品压力P _q及取样器容积V _q计算取样时间t _c，公式为t _c=P _q V _q/Q _f。

ⅹⅳ.依次开启Ⅳ号阀门8、取样器10、Ⅱ号阀门4，封闭Ⅰ号阀门2。

ⅹⅴ.开启Ⅲ号阀门6，关闭ⅩⅣ号阀门26开始计时，当时间达到t _c时，关闭Ⅳ号阀门8及取样器结束取样。

ⅹⅵ.以上过程结束后开启Ⅰ号阀门2，封闭Ⅱ号阀门4，关闭所有阀门，停止Ⅰ号分子泵7、Ⅱ号分子泵13，当分子泵完全停止运转，关闭机械泵12。

Claims

1.一种真空设备放气取样装置，包括高真空设备（3），其特征在于：所述高真空设备（3）与放气量测量组件相连，所述放气量测量组件包括与高真空设备（3）连通的Ⅱ号阀门（4）、Ⅰ号真空计（5）、Ⅲ号阀门（6），所述Ⅲ号阀门（6）与Ⅰ号分子泵（7）连通，所述Ⅰ号分子泵（7）与ⅩⅢ号阀门（25）、Ⅺ号阀门（22）、Ⅱ号真空计（21）、放气量测量容器（20）串联。

2.根据权利要求1所述的一种真空设备放气取样装置，其特征在于：所述放气量测量容器（20）两端并联有取样组件，所述取样组件包括依次串联的Ⅲ号真空计（23）、Ⅳ号阀门（8）、取样器（10）、Ⅴ号阀门（11）。

3.根据权利要求2所述的一种真空设备放气取样装置，其特征在于：所述取样器（10）置于液氮罐（9）中。

4.根据权利要求3所述的一种真空设备放气取样装置，其特征在于：所述高真空设备（3）、Ⅰ号分子泵（7）、Ⅱ号真空计（21）、放气量测量容器（20）、取样器（10）还与抽真空组件连通。

5.根据权利要求4所述的一种真空设备放气取样装置，其特征在于：所述抽真空组件包括机械泵（12），所述机械泵（12）与Ⅱ号分子泵（13）连通，所述Ⅱ号分子泵（13）通过Ⅵ号阀门（14）、Ⅶ号阀门（15）与液氮冷阱（17）连通，所述液氮冷阱（17）通过Ⅸ号阀门（18）、Ⅹ号阀门（19）与放气量测量容器（20）连通。

6.根据权利要求5所述的一种真空设备放气取样装置，其特征在于：所述取样组件一端与ⅩⅢ号阀门（25）、Ⅺ号阀门（22）之间的管路接通，另一端与Ⅸ号阀门（18）、Ⅹ号阀门（19）之间的管路接通。

7.根据权利要求6所述的一种真空设备放气取样装置，其特征在于：所述Ⅵ号阀门（14）、Ⅶ号阀门（15）之间设置有抽真空支管路，所述抽真空支管路另一端与Ⅱ号阀门（4）、Ⅲ号阀门（6）之间的管路连通。

8.根据权利要求7所述的一种真空设备放气取样装置，其特征在于：所述抽真空支管路上设置有ⅩⅣ号阀门（26）、Ⅷ号阀门（16）。

9.根据权利要求8所述的一种真空设备放气取样装置，其特征在于：所述抽真空支管路上还设置有Ⅰ号分支管和Ⅱ号分支管，所述Ⅰ号分支管上设置有Ⅻ号阀门（24）。

10.根据权利要求9所述的一种真空设备放气取样装置，其特征在于：所述Ⅰ号分支管与ⅩⅢ号阀门（25）、Ⅺ号阀门（22）之间的管路接通，所述Ⅱ号分支管与Ⅸ号阀门（18）、Ⅹ号阀门（19）之间的管路接通。