DE69202951T2

DE69202951T2 - Spürgaslecksuchdetektor.

Info

Publication number: DE69202951T2
Application number: DE69202951T
Authority: DE
Inventors: Gilles Baret
Original assignee: Alcatel CIT SA
Current assignee: Alcatel CIT SA
Priority date: 1991-09-25
Filing date: 1992-09-17
Publication date: 1995-11-02
Anticipated expiration: 2012-09-18
Also published as: US5297422A; ES2073261T3; EP0534824A1; FR2681689A1; ATE123872T1; FR2681689B1; EP0534824B1; DE69202951D1; DK0534824T3; JP2915717B2; JPH05223682A

Description

Heliumleckdetektoren haben sich stark entwickelt, in dem Sinn, daß einerseits das Analysesystem selbst gegen Kontamination aus dem Pumpsystem geschützt ist und andererseits die zu überprüfenden Bauteile nicht den Dämpfen von in diesen Pumpen verwendeten Flüssigkeiten ausgesetzt sind.
Frühere Detektoren verwendeten als Sekundärpumpen Öldiffusionspumpen, und ihre Analysezelle wurde mit Hilfe einer Kältefalle geschützt, in der die Öldämpfe der Diffusionspumpe kondensierten. Das zu prüfende Bauteil war aber nicht gegen Öldämpfe geschützt, die von mechanischen Primärpumpen mit Öldichtung zurückdiffundierten, die als Vorstufe bei Drücken bis zu 10&supmin;² mbar verwendet wurden.
Die nächste Generation von Leckdetektoren, wie sie in EP-A-0 268 777 beschrieben ist, ersetzte die Öldiffusionspumpen als Sekundärpumpen durch eine mechanische Pumpe (Turbomolekularpumpe mit Rippen oder vom Holweck-Typ usw.), die von vorneherein kein Schmiermittel (Pumpe mit Magnetlagerung) oder wenig Schmiermittel enthielten (Pumpe mit Kugellagern), so daß die Analysezelle und das zu prüfende Bauteil nicht kontaminiert wurden. Das zu prüfende Bauteil unterliegt jedoch noch der Wirkung der Schmiermitteldämpfe der mechanischen Primärpumpe mit Öldichtung während der Vorevakuierungsphase. Wenn auch mechanische Sekundärpumpen verwendet werden, die bei Drücken von etwa 1 mbar arbeiten können, erfolgt bei der Vorevakuierung, während der das zu prüfende Bauteil und die Vorvakuumpumpe in direkter Verbindung stehen, das Pumpen allein bei viskoser Strömung, was die Rückdiffusion von Öldämpfen zum zu prüfenden Bauteil zwar begrenzt, aber dies reicht noch nicht aus für ultrareine Anwendungen, bei denen das zu prüfende Bauteil durch schon sehr geringe Spuren von Kohlenwasserstoffen beschädigt werden kann (die den Hauptanteil der Schmiermittel von mechanischen Primärpumpen mit Öldichtung bilden).
Andererseits werden in allen Anwendungsfällen von Primärpumpen mit Öldichtung Dämpfe oder Ölnebel insbesondere beim Betrieb mit hohem Druck nach außen abgegeben. Dies kann zwar durch Anschluß der Auslaßöffnung der Pumpe an ein absaugsystem verhindert werden, aber erfordert zusätzlich Anschlußschläuche vom Detektor zum Ventilationssystem.
Ein anderer durch die Verwendung von Primärpumpen mit Öldichtungen in Leckdetektoren bedingter Nachteil liegt in der Tatsache, daß gewisse Vorsichtsmaßnahmen beim Transport und Betrieb des Geräts getroffen werden müssen:
- Transport und Betrieb in waagrechter Lage;
- Entleerung des Öls aus der Pumpe beim Transport im nicht druckgeregelten Flugzeug oder unter erheblichen Vibrationen.
Um diese Nachteile, die mit der Tatsache verbunden sind, daß die Primärpumpen ein Fluid zum Schmieren und zur Herstellung der Dichtheit verwenden, zu beseitigen, kann man diese Pumpen durch sogenannte trockenlaufende Pumpen ersetzen, nämlich
- Membranpumpen
- trockenlaufende Drehschieberpumpen
- Pumpen mit Drehkolben
- Pumpen mit Hin- und Herbewegung des Kolbens
- peristaltische Pumpen
- Schraubenpumpen usw.
Diese trockenlaufende Pumpen besitzen aber mehrere Nachteile:
- Ihr Grenzsaugdruck ist sehr hoch bezüglich des Auslaßdrucks der Sekundärpumpe, der niedriger ist.
- Ihr Kompressionsverhältnis ist relativ gering für leichte Gase wie z.B. Helium, was die Erholungszeit des Detektors verlängert, wenn er eine gewisse Heliummenge absorbiert hat; dieser Nachteil kann dazu führen, daß das Gerät zur Erfassung von sehr geringen Leckraten ungeeignet ist.
- Diese Pumpen haben eine sehr geringe Pumpgeschwindigkeit bei niederen Ansaugdrücken unterhalb 10 mbar.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Leckdetektor vorzuschlagen, der eine trockenlaufende Pumpe als Primärpumpe besitzt, so daß die oben erwähnten Nachteile behoben sind und automatisch eine hohe Pumpgeschwindigkeit des zu überprüfenden Behälters bei niedrigen Drücken unterhalb von 10 mbar gewährleistet ist.
Gegenstand der Erfindung ist also ein Spürgas-Leckdetektor mit einer Analysezelle, einer Primärpumpe, deren Saugseite mit einer Einlaßöffnung des Detektors über eine erste Leitung verbunden ist, in der sich ein erstes Ventil befindet, und mit einer Sekundärpumpgruppe, deren Eingang an die Analysezelle und deren Auslaß an die Saugseite der Primärpumpe angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärpumpe eine trockenlaufende Pumpe ist, daß die Sekundärpumpgruppe zwei Sekundärpumpen mechanischer Art enthält, die durch ein zweites Ventil voneinander getrennt sind, daß die der trockenlaufenden Primärpumpe benachbarte Sekundärpumpe, zweite Sekundärpumpe genannt, an ihrem Auslaß eine dynamische Dichtstufe enthält, daß eine zweite Leitung die Saugseite der zweiten Sekundärpumpe hinter dem zweiten Ventil mit der ersten Leitung verbindet, wobei ein drittes Ventil in der ersten Leistung zwischen dem Auslaß der zweiten Sekundärpumpe und der Verbindung zwischen der zweiten Leitung und der ersten Leitung liegt, und daß das dritte Ventil von einer Druckmeßsonde gesteuert wird, die an der Saugseite der zweiten Sekundärpumpe liegt.
Gemäß einem weiteren Merkmal, durch das die Erholungszeit des Detektors nach Absorption einer gewissen Menge Heliums deutlich verringert wird, enthält der Detektor vor der trockenlaufenden Primärpumpe eine Einlaßöffnung, durch die ein anderes Gas als das Spürgas eingespeist werden kann.
Die Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Figur 1 zeigt den erfindungsgemäßen Leckdetektor.
Figur 2 zeigt schematisch ein Beispiel einer mechanischen Sekundärpumpe, die an der Auslaßseite eine dynamische Dichtungsstufe besitzt.
Der Leckdetektor gemäß Figur 1 enthält eine Gasanalysezelle 1, eine Sekundärpumpgruppe mit einer ersten mechanischen Sekundärpumpe 2 und einer zweiten mechanischen Sekundärpumpe 3. Die zweite mechanische Sekundärpumpe 3 ist eine Sekundärpumpe, deren Auslaß eine dynamische Dichtungsstufe enthält, wie in Figur 2 gezeigt ist. Der Auslaß der zweiten Sekundärpumpe 3 ist mit dem Saugeinlaß einer trokkenlaufenden Primärpumpe 4 verbunden, die beispielsweise eine der oben erwähnten Pumpen ist. Der Detektor besitzt eine Einlaßöffnung 5, die an ein zu überprüfendes Gefäß angeschlossen werden kann und über eine erste Leitung 6 mit einem ersten Ventil 7 an die Saugseite der Primärpumpe 4 angeschlossen ist. Die erste Sekundärpumpe 2 und die zweite Sekundärpumpe 3 sind voneinander durch ein zweites Ventil 8 getrennt. Eine zweite Leitung 9 verbindet die Saugseite der zweiten Sekundärpumpe 3 hinter dem zweiten Ventil 8 mit der ersten Leitung 6. Ein drittes Ventil 10 liegt in der ersten Leitung 6 zwischen der Saugseite der Primärpumpe 4 und dem Verbindungspunkt 11 zwischen der zweiten Leitung 9 und der ersten Leitung 6. Eine dritte Leitung 12 mit einem vierten Ventil 13 verbindet weiter den Einlaß 5 des Detektors mit der Gasanalysezelle 1.
Schließlich enthält der Detektor vor der Primärpumpe 4 einen Anschluß 14, der mit einem Druckgasbehälter 15 verbunden ist. Dieser Behälter besitzt ein Entspannungssystem, das einen geringen Gasdurchsatz in der Größenordnung von 10&supmin;¹ bis 10&supmin;² cm³/s an entspanntem Gas liefern kann.
Eine Druckmeßsonde 16 liegt am Saugstutzen der zweiten Sekundärpumpe 3 und steuert das Öffnen und Schließen des dritten Ventils 10.
Wie bereits oben erwähnt, ist die zweite Sekundärpumpe 3 eine Pumpe, die an ihrem Auslaß eine dynamische Dichtstufe enthält. Die Pumpe kann entweder eine Turbomolekularpumpe mit Rippen oder eine Holweck-Pumpe sein.
Figur 2 zeigt eine Turbomolekularpumpe mit Rippen, die am Auslaß eine dynamische Dichtung aufweist. Der mit Rippen versehene Rotor 17 verlängert sich in einen zylindrischen glatten Rotor 18, der gegenüber einem Statorteil 19 umläuft, welcher mit einem Schraubenkanal 20 versehen ist.
So kann der Detektor aus Figur 1 aufgrund der Sekundärpumpe 3, die auf der Auslaßseite eine dynamische Dichtung 18, 20 besitzt, einen relativ hohen Druck auf der Ausstoßseite erzeugen, der mit dem hohen Grenzdruck der trockenlaufenden Primärpumpe 4 vereinbar ist.
Der Betrieb verläuft folgendermaßen: Beim Vorevakuieren des zu prüfenden Bauteils, das an die Einlaßöffnung 5 des Detektors angeschlossen ist, werden zwei Phasen unterschieden. Von atmosphärischem Druck bis zu etwa 20 mbar erfolgt die Evakuierung nur mit der trockenlaufenden Primärpumpe 4 durch das erste Ventil 7 und das dritte Ventil 10, während die Ventile 13 und 8 geschlossen sind. Ab 20 mbar und darunter wird das Ventil 10 durch Steuerung über die Druckmeßsonde 16 geschlossen, worauf das Bauteil von der zweiten Sekundärpumpe 3 und der Primärpumpe 4 weiter evakuiert wird. So nutzt man bei niedrigen Drücken den von der Sekundärpumpe 3 erzeugten Durchsatz.
Die Leckprüfung erfolgt dann entweder im Gegenstrom, wobei die Ventile 13 und 10 geschlossen und die Ventile 7 und 8 offen sind, oder direkt, indem die Ventile 13 und 8 geöffnet und die Ventile 7 und 10 geschlossen sind.
Die Steuerung des dritten Ventils 10 ist mit einer gestrichelten Linie 17 angedeutet.
Der Gasbehälter 15 vermag die Erholzeit des Detektors deutlich zu verringern, nachdem eine gewisse Menge Helium absorbiert worden ist.
Hierzu wird das Gas entweder permanent oder nach Durchführung eines Tests eingespeist. Das eingespeiste Gas ist natürlich ein neutrales Gas, das kein Helium enthält. Man kann beispielsweise Stickstoff, Kohlenstoffgas, Argon oder irgendein Gas verwenden, dessen Heliumgehalt unter einem ppm ist.
Die Einspeisung von Gas gemaß Figur 1 erfolgt an der Saugseite der zweiten Sekundärpumpe 3. Diese Einspeisung kann jedoch auch an anderer Stelle erfolgen, beispielsweise an jedem Zwischenpunkt der ersten Sekundärpumpe 2, sofern das Einspeisesystem ein Ventil enthält, um die Einspeisung während der Vorevakuierungsphase zu unterbrechen und zu vermeiden, daß der Druck der Sekundärpumpe 2 ansteigt und damit der Betrieb der Analysezelle 1 beeinträchtigt wird.
Ein zusätzlicher Vorteil der Kombination der Pumpen 3 und 4 während eines Teils der Vorevakuierung des an die Einlaßöffnung 5 angeschlossenen Gefäßes besteht darin, daß das vierte Ventil 13 einen ziemlich hohen Leitwert besitzt, da beim Test gemäß der direkten Methode dieses Ventil 13 bei einem deutlich niedrigeren Druck geöffnet werden kann, als wenn die Vorevakuierung nur mit der Pumpe 4 durchgeführt wird, denn diese Kombination erlaubt es, einen deutlich niedrigeren Druck zu erreichen. Aufgrund der Tatsache, daß das Ventil 13 einen hohen Leitwert hat, ist die Ansprechzeit des Geräts kürzer.

Claims

1. Spürgas-Leckdetektor mit einer Analysezelle (1), einer Primärpumpe (4), deren Saugseite mit einer Einlaßöffnung (5) des Detektors über eine erste Leitung (6) verbunden ist, in der sich ein erstes Ventil (7) befindet, und mit einer Sekundärpumpgruppe, deren Eingang an die Analysezelle (1) und deren Auslaß an die Saugseite der Primärpumpe (4) angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Primärpumpe (4) eine trockenlaufende Pumpe ist, daß die Sekundärpumpgruppe zwei Sekundärpumpen mechanischer Art (2, 3) enthält, die durch ein zweites Ventil (8) voneinander getrennt sind, daß die der trockenlaufenden Primärpumpe (4) benachbarte Sekundärpumpe (3), zweite Sekundärpumpe genannt, an ihrem Auslaß eine dynamische Dichtstufe (18, 20) enthält, daß eine zweite Leitung (9) die Saugseite der zweiten Sekundärpumpe (3) hinter dem zweiten Ventil (8) mit der ersten Leitung (6) verbindet, wobei ein drittes Ventil (10) in der ersten Leistung (6) zwischen dem Auslaß der zweiten Sekundärpumpe (3) und der Verbindung (11) zwischen der zweiten Leitung (9) und der ersten Leitung (6) liegt, und daß das dritte Ventil (10) von einer Druckmeßsonde (16) gesteuert wird, die an der Saugseite der zweiten Sekundärpumpe (3) liegt.

2. Leckdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er vor der trockenlaufenden Primärpumpe (4) einen Einlaßanschluß (14) aufweist, der die Einspeisung eines Gases erlaubt, das sich vom Spürgas unterscheidet.

3. Leckdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Einlaßanschluß an einen Gasbehälter (15) angeschlossen ist.

4. Leckdetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Leitung (12) mit einem vierten Ventil (13) den Einlaß (5) des Detektors mit der Gasanalysezelle (1) verbindet.