DE3124205A1

DE3124205A1 - Leak-locating system

Info

Publication number: DE3124205A1
Application number: DE19813124205
Authority: DE
Inventors: Hermann 9496 Balzers Mennenga
Original assignee: BALZERS HOCHVAKUUM GmbH; Balzers Hochvakuum 6200 Wiesbaden GmbH; Balzers Hochvakuum GmbH
Current assignee: OC Oerlikon Balzers AG
Priority date: 1981-06-19
Filing date: 1981-06-19
Publication date: 1982-12-30
Also published as: DE3124205C2

Abstract

In known leak-locating systems for finding leaks on vacuum vessels with the aid of a test gas which penetrates through leak points from the outside, having a turbo vacuum pump (1), the test gas which is to be continuously pumped out of the vessel (9) which is to be tested is, according to the invention, in contrast fed to the output side of an intermediate stage of the turbo vacuum pump. In this way, it is ensured that the partial pressure of the gases which are stored in the oil reservoir of the output-side bearing of the turbo vacuum pump (1) and of the fore pump can be kept substantially lower in the detector (2), which leads to a shortening of the time constant in order to achieve again complete detectability after a peak of the test gas. It is advantageous to construct the mouth as an annular channel (10) in the housing of the turbo vacuum pump, which channel (10) surrounds the respective intermediate stage. <IMAGE>

Description

Lecks uchanordnungLeak detection arrangement

Die Erfindung betrifft eine Lecksuchanordnung zur Auffindung von Lecks an Vakuumgefässen mit Hilfe eines durch Leckstellen in das Gefäss von aussen eindringenden Prüfgases, mit einer Turbovakuumpumpe an deren Eingangsseite ein Detektor für das Prüfgas und an deren Ausgangsseite eine Vorpumpe angeschlossen ist, und wobei eine Zuleitung zur Zuführung von aus dem zu prüfenden Gefäss abgesaugtem Prüfgas zur Turbovakuumpumpe vorgesehen ist.The invention relates to a leak detection arrangement for finding leaks on vacuum vessels with the help of a leak that penetrates the vessel from the outside Test gas, with a turbo vacuum pump on its inlet side a detector for the Test gas and a backing pump is connected to its output side, and one Supply line for supplying test gas extracted from the vessel to be tested to the Turbo vacuum pump is provided.

Aehnliche Anordnungen sind bekannt, z.B. aus DP 16 48 648 und Schweizer Patent 519 137..Sie arbeiten nach dem sogenannten Gegenstromprinzip: Das in das zu prüfende Gefäss eingedrungene Prüfgas gelangt über die Zuleitung an die Ausgangsseite einer Turbovakuumpumpe und entgegen deren Förderrichtung zu dem an deren Eingangsseite angeschlossenen Detektor, und wird durch diesen nachgewiesen. Eine Anordnung, welche anstelle einer Turbovakuumpumpe eine Diffusionspumpe als Gegenstrompumpe verwendet, ist aus USP 36 90 151 bekannt.Similar arrangements are known, e.g. from DP 16 48 648 and Schweizer Patent 519 137 ... They work according to the so-called countercurrent principle: The in the Test gas that has penetrated the vessel to be tested reaches the outlet side via the supply line a turbo vacuum pump and opposite to its conveying direction to the one on its input side connected detector, and is detected by it. An arrangement which Instead of a turbo vacuum pump, a diffusion pump is used as a countercurrent pump, is known from USP 36 90 151.

Voraussetzung für die erfolgreiche Anwendung des Gegenstromprinzips ist, dass eine Gegenstrompumpe zur Verfügung steht, die für das Prüfgas einen stabilen Kompressionsfaktor einzustellen gestatten, der kleiner ist als der Kompressionsfaktor für andere aus dem Prüfling abgepumpte und den Nachweis des Prüfgases durch den Detektor störende Gase. Der Kompressionsfaktor für das Prüfgas ist dabei so klein zu wählen, dass dieses entgegen der Pumprichtung zum Detektor vordringen und in diesem einen messbarei Partialdruck aufbauen kann. Der Kompressionsfaktor für die übrigen Gase sollte dagegen möglichst hoch sein, damit ihr Beitrag zum Störuntergrund klein bleibt. Turbovakuumpumpen sind wegen ihres vom Molekulargewicht der gepumpten Gassorte abhängigen Kompressionsfaktor als Gegenstrompumpen besonders geeignet.Prerequisite for the successful application of the countercurrent principle is that a countercurrent pump is available, which provides a stable one for the test gas Allow you to set the compression factor that is smaller than the compression factor for others pumped out of the test item and the verification of the test gas by the Detector interfering gases. The compression factor for the test gas is so small to choose that this penetrate against the pumping direction to the detector and in this can build up a measurable partial pressure. The compression factor for the other gases, on the other hand, should be as high as possible so that their contribution to the interference background remains small. Turbo vacuum pumps are the most pumped because of their molecular weight Gas type-dependent compression factor particularly suitable as countercurrent pumps.

Ein Nachteil des Gegenstromprinzips in bekannten Anordnungen war jedoch der damit mit der Notwendigkeit einer besonderen Gegenstrompumpe verbundene, verhältnismässig hohe Aufwand, weshalb sich die Anwendung dieses Prinzips bisher in vielen Fällen aus wirtschaftlichen Gründen verbot.However, there was a disadvantage of the countercurrent principle in known arrangements the one associated with the need for a special countercurrent pump, relatively high effort, which is why the application of this principle so far in many cases prohibited for economic reasons.

Schwerwiegender noch ist aber der weitere Nachteil, dass nach jedem stärkeren Anstieg (peak) des Prüfgaspartialdrucks im Detektor eine relativ lange Erholungszeit erforderlich war, bis die volle Nachweisempfindlichkeit für nachfolgende schwächere Prüfgassignale wieder erreicht werden konnte. Diese Beschränkung ergab sich meistens daraus, dass für das Absaugen des Prüfgases aus dem Detektor und/oder dem Rezipienten im wesentlichen nur das Saugvermögen der Vorpumpe ausschlaggebend war.More serious, however, is the further disadvantage that after each one a relatively long rise (peak) of the test gas partial pressure in the detector Recovery time was required until the full detection sensitivity for subsequent weaker test gas signals could be achieved again. This restriction resulted mostly from the fact that for the suction of the test gas from the detector and / or For the recipient, essentially only the pumping speed of the backing pump is decisive was.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zu Grunde, eine Lecksuchanordnung der eingangs genannten Art zur Lecksuche mittels einer Turbovakuumppumpe anzugeben, wobei die Anordnung mit geringerem Aufwand als bisher aufgebaut werden kann, indem eine einzige Turbovakuumpumpe mit Vorpumpe zu ihrem Betrieb erforderlich ist, nicht wie bisher eine Turbovakuumpumpe und zusåtzlich noch eine weitere Hochvakuumpumpe mit Vorpumpe.The invention is now based on the object of a leak detection arrangement of the type mentioned at the beginning for leak detection using a turbo vacuum pump, wherein the arrangement can be built with less effort than before by a single turbo-vacuum pump with a backing pump is not required for their operation as before, a turbo vacuum pump and an additional high vacuum pump with backing pump.

Dies Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 definierte Anordnung gelöst.This object is achieved by the arrangement defined in claim 1 solved.

Zwar war bei der Anordnung nach der Erfindung, da hiebei nur ein Teil der Turbovakuumpumpe als Gegenstrompumpe benutzt wird, zu befürchten, dass das Druckverhältnis von Prüfgasdruck zum Totaldruck im Detektor um Grössenordnungen grösser und infolgedessen der durch den Totaldruck und besonders durch Druckschwankungen im Prüfling bewirkte Störuntergrund viel stärker sein würde als bei bekannten Anordnungen. Ueberraschenderweise hat sich aber gezeigt, dass diese theoretisch zu.erwartende Einbusse an Nachweisempfindlichkeit nicht eintritt. Vermutlich ist dies darauf zurückzuführen, dass im bekannten Falle bei vorübergehend hohem Prüfgaspeak eine Gasaufnahme im Oelvorrat der ausstosseitigen Lagerung der Turbovakuumpumpe und demjenigen der Vorpumpe eintritt, und das aufgenommene Gas nachfolgend nur langsam wieder abgegeben wird. Dessen Partialdruckanteil wird jedoch bei der Anordnung nach der Erfindung durch die Zwischenschaltung der nicht als Gegenstrompumpe benutzten Pumpstufen der Turbovakuumpumpe unterdrückt bzw. unschädlich gemacht. Die erfindungsgemässe Lösung hat deshalb im wesentlichen die zwei folgenden.Vorteile: 1. Die Zeitkonstante bis zum Wiederereichen der vollen Empfindlichkeit nach einem Prüfgaspeak wird im Verhältnis der Saugvermögen der der Evakuierung des Prüflings dienendem restlichen Pumpstufen der Turbovakuumpumpe und der Vorpumpe kürzer; 2. Die Hochdruckseite des Pumpenabschnitts der Turbovakuumpumpe, der den Detektor evakuiert; bleibt sicher frei von Kohlenwasserstoffen mit ihrem Prüfgas-Absorbtionsvermögen, d.h. der sogenannte. Memoryeffekt der Vorpumpe bleibt ohne Wirkung, sodass mit der Erfindung die Nachweisempfindlichkeit der bekannten Anordnungen unter Umständen sogar noch übertroffen werden kann.In the case of the arrangement according to the invention, there was only part of it the turbo vacuum pump is used as a countercurrent pump, to fear that the pressure ratio from test gas pressure to total pressure in the detector by orders of magnitude greater and consequently caused by the total pressure and especially by pressure fluctuations in the test object Interfering background would be much stronger than with known arrangements. Surprisingly However, it has been shown that this theoretically to be expected loss of detection sensitivity does not occur. Presumably this is due to the fact that in the known case in the event of a temporarily high test gas peak, gas is absorbed in the oil supply on the discharge side Storage of the turbo vacuum pump and that of the backing pump occurs, and the recorded Gas is subsequently released again only slowly. Whose partial pressure is but in the arrangement according to the invention by the interposition of not Pump stages of the turbo-vacuum pump used as a countercurrent pump are suppressed or harmless made. The solution according to the invention therefore essentially has the following two advantages: 1. The time constant until full sensitivity is achieved again after a test gas peak is used in the ratio of the pumping speed to evacuate the test object remaining pump stages of the turbo-vacuum pump and the backing pump shorter; 2. The high pressure side the pump section of the turbo-vacuum pump that evacuates the detector; stay safe free of hydrocarbons with their test gas absorption capacity, i.e. the so-called. The memory effect of the backing pump has no effect, so with the invention the detection sensitivity the known arrangements can possibly even be exceeded.

Nachfolgend wird anhand der anliegenden Zeichnung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. In der schematischen Zeichnung bedeutet 1 die Turbovakuumpumpe als Ganzes, 2 den an deren Eingangsseite angeschlossenen Detektor (z.B. ein Quadropolmassenspektrometer) zum Nachweis des Prüfgases, und 3 die Ausgangsseite der Pumpe, an welche über den Stutzen 4, das Ventil 5 und die Leitung 6 die Vorpumpe 7 angeschlossen ist. 8 bedeutet die Zuleitung zur Zuführung des Prüfgases von dem zu prüfendem Vakuumgefäss 9, welche entsprechend der Erfindung in eine (zwischen Eingang und Ausgang liegende) Zwischenstufe der Turbovakuumpumpe einmündet.An exemplary embodiment is shown below with reference to the accompanying drawing the invention explained in more detail. In the schematic drawing, 1 denotes the turbo vacuum pump as a whole, 2 the detector connected to its input side (e.g. a quadrupole mass spectrometer) for the detection of the test gas, and 3 the output side of the pump to which the Nozzle 4, the valve 5 and the line 6, the backing pump 7 is connected. 8 means the supply line for supplying the test gas from the vacuum vessel 9 to be tested, which according to the invention in an intermediate stage (between input and output) the turbo vacuum pump opens.

Die Einmündung erfolgt am zweckmässigsten an einer solchen Stelle, an der das Kompressionsverhältnis gegenüber der Eingangsseite der Pumpe für die störenden Gase (Luft) einem Wert entspricht, der gerade genügt, um im Detektor ein optimales Betriebsvakuum aufrechtzuerhalten, z.B. bei Verwendung eines Massenspektrometers als Detektor ein Vakuum in der Grössenordnung von 10 5 Millibar. Durch diese Bedingung wird dann gleichzeitig der Minimalwert des Kompressionsverhältnisses für die störenden Gase im konkreten Falle festgelegt. Es ist ferner vorteilhaft, die Einmündungsstelle 10 der Verbindungsleitung als einen Ringkanal im Pumpengehäuse auszubilden, der die betreffende Stufe der Pumpe umgibt, um das Saugvermögen dieser Stufe optimal auszunützen.The confluence is most expedient at such a point, at which the compression ratio against the inlet side of the pump for the interfering gases (air) corresponds to a value that is just sufficient to enter the detector Maintain an optimal operating vacuum, e.g. when using a mass spectrometer as a detector a vacuum of the order of magnitude of 10 5 millibars. This condition then simultaneously becomes the minimum value of the compression ratio for the interfering gases in the specific case. It is also advantageous the junction 10 of the connecting line as an annular channel in the pump housing train that surrounds the relevant stage of the pump to the pumping speed of this Optimal use of the level.

Die Zeichnung zeigt noch ein Ventil 11, das vorteilhaft sein kann, um die 8 Leitung abzusperren, beispielsweise zu dem Zweck, den Prüfling 9 wechseln zu können, ohne jedesmal die ganze Pumpe belüften zu müssen. Aus der Zeichnung ist auch eine Leitung 12 mit Ventil 13 ersichtlich, die eine absperrbare direkte Verbindung zwischen dem Prüfling und der Vorvakuumpumpe herzustellen gestattet. Damit wird eine schnellere. (weil direkte),Vorevakuierung des Prüfgefässes durch die Vorpumpe 7 zur Herstellung der Betriebsbereitschaft ermöglicht.The drawing also shows a valve 11, which can be advantageous to shut off the 8 line, for example for the purpose of changing the test item 9 without having to ventilate the entire pump every time. From the drawing is also a line 12 with valve 13 can be seen, which has a lockable direct connection between the test item and the backing pump. So that will a faster one. (because direct), pre-evacuation of the test vessel by the backing pump 7 allows for operational readiness.

Unter einer Turbovakuumpumpe im Sinne dieser Beschreibung ist ei-ne Vakuumpumpe zu verstehen, bei der dem zu fördernden Gas ein Bewegungsimpuls in Förderrichtung durch schnell rotierende Bauteile, wie Schaufeln oder rotierende Scheiben, übertragen wird. Im Sinne dieser Beschreibung umfasst der genannte Begriff also sowohl solche Turbovakuumpumpen, die im viskosen Strömungsbereich arbeiten als ob solche, die Gase bei niedrigeren Drücken im Bereich der molekularen-Strömung fördern. (Bei letzteren erfolgt eine Impulsübertragung durch das bewegte Bauteil auf jedes einzelne geförderte Gasmolekül und diese Pumpen werden dann vielfach auch als Turbomolekularpumpen bezeichnet.) Unter Pumpstufen sind die einzelnen Schaufelkränze oder Scheiben einer Turbovakuumpumpe zu verstehen, die, wenn sie rotieren, das Gas in Pumprichtung fördern und dabei um einen bestimmten Faktor komprimieren. Dabei kann es zweckmässig sein, die einzelnen Pumpstufen mit unterschiedlichem Kompressionsvermögen auszubilden, nämlich diejenigen Pumpstufen, die als Gegenstrompumpe wirken, mit geringerem Kompressionsvermögen, dagegen die restlichen mit höherem Kompressionsvermögen, um eine bessere Absperrung gegenüber der Vorpumpe zu erzielen; die beiden verschiedenen Scheibensätze werden dann auf gemeinsamer Welle in einem gemeinsamen Pumpengehäuse untergebracht. Eine derartige Turbovakummpumpe ist für die Durchführung der Erfindung besonders geeignet.For the purposes of this description, a turbo-vacuum pump is a To understand vacuum pump, in which the gas to be conveyed is a movement impulse in the conveying direction transmitted by rapidly rotating components such as blades or rotating disks will. For the purposes of this description, the term mentioned includes both such Turbo vacuum pumps that work in the viscous flow range as if those that Promote gases at lower pressures in the range of molecular flow. (In the latter an impulse is transmitted through the moving component to each individual conveyed Gas molecule and these pumps are often referred to as turbo molecular pumps.) Under Pump stages are the individual blade rings or disks of a turbo vacuum pump to understand that when they rotate, they deliver the gas in the pumping direction and thereby compress by a certain factor. It can be useful to consider the individual To train pump stages with different compression capacity, namely those Pump stages that act as a countercurrent pump with lower compression capacity, on the other hand, the remaining ones with a higher compression capacity in order to achieve a better shut-off to achieve compared to the backing pump; the two different sets of discs will be then housed on a common shaft in a common pump housing. One Such a turbo-vacuum pump is particularly suitable for carrying out the invention.

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Claims

P A T E N T A N S P R UE C H E e0 Leak detection arrangement for detection of leaks in vacuum vessels with the help of a through leaks in the vessel of externally penetrating test gas, with a turbo vacuum pump, at its inlet Detector for the test gas and at the outlet of which a backing pump is connected, and a supply line for supplying test gas pumped out of the vessel to be tested is intended for the turbo vacuum pump, that the feed line opens into an intermediate stage of the turbo-vacuum pump.

2. Arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z-e i c hn e t that the housing of the turbo vacuum pump at the junction of the connecting line has an annular channel surrounding the intermediate stage.

3. Arrangement according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c hnet, that a turbo vacuum pump is used, in which in a common housing two sets of discs with different compression capacities on a common shaft are housed, and the feed line of the test gas in the space between the two Sets of discs opens.