貯箱漏率正壓檢測方法
氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)是目前國內外應用較多的一種先進(jìn)的檢漏技術(shù)。" 貯箱漏率正壓檢測方法" 是為適應航天貯箱結構復雜、漏率要求嚴格等特點(diǎn)而開(kāi)發(fā)的一種氦質(zhì)譜檢漏方法。被檢容器充正壓，外部集氣容器保持常壓或抽成真空，實(shí)現正壓差累積法檢漏和壓力真空檢漏，消除了人為及環(huán)境因素影響，具有檢測效率高、結果精確、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)測算該檢測方法較傳統方法可降低成本30 %。
1、引言
測氦質(zhì)譜檢漏法已在科研和工業(yè)部門(mén)得到廣泛應用，其主要優(yōu)點(diǎn)是可以在各種檢工況條件下實(shí)現泄漏率的定量檢測，而且檢漏靈敏度高、測量范圍廣，特別適用于微小泄漏率的精確測定。航天貯箱屬于精密設備，漏率要求極其嚴格，傳統的氦質(zhì)譜檢漏方法已不能適應航天工業(yè)的發(fā)展，需要一種檢測效率更高，可靠性更好的檢測方法，貯箱漏率正壓檢測法就是應這種需要而開(kāi)發(fā)的。
2、貯箱漏率正壓檢測法簡(jiǎn)介
2.1、常用正壓氦質(zhì)譜檢漏方法
正壓氦質(zhì)譜檢測技術(shù)是正在興起的檢測方法，包括吸槍法、氣罩積分法、正壓差累積法和壓力真空法，見(jiàn)圖1。采用吸槍法和氣罩積分法時(shí)，氦氣通過(guò)漏孔從高壓向大氣泄漏;正壓差累積法則是氦氣從高壓向低壓側泄漏;而壓力真空法則是從高壓向真空泄漏。吸槍法和氣罩積分法在國內已有使用，其特點(diǎn)是不需專(zhuān)用裝置、機動(dòng)靈活，但對操作者有較高的要求，易受人為因素及環(huán)境因素的影響，精度受到限制。正壓差累積法及壓力真空法受外界因素影響小，檢測方便，易于掌握，具有精度高、檢測結果穩定、可靠性強、檢測效率高等特點(diǎn)，因而備受關(guān)注，但其需要專(zhuān)用設備。
圖1 氦質(zhì)譜正壓檢漏法示意圖
2.2、貯箱正壓檢測系統技術(shù)流程
圖2是貯箱正壓漏率檢測系統圖。整個(gè)系統由集氣容器、真空機組、貯箱加氣系統、貯箱載入機構、承架、電控系統、檢漏系統等部分組成，檢漏時(shí)采用氦質(zhì)譜檢漏技術(shù)，本系統適用于衛星燃料貯箱、低溫氣瓶等產(chǎn)品的總漏率的檢測。
圖2 貯箱漏率正壓檢測系統簡(jiǎn)圖
該系統模擬貯箱的空間環(huán)境，將受檢貯箱穩定地放在承載架上并由減震載入機構送入處于真空狀態(tài)的集氣容器內，集氣容器由真空系統抽成真空，使貯箱外部形成真空環(huán)境。氦氣與氮氣按比例由加氣系統充入貯箱內部，使貯箱內部形成正壓;當氣瓶?jì)葔毫Φ蜁r(shí)，可啟動(dòng)氣泵壓入，充入氣體由過(guò)濾器過(guò)濾。由于貯箱內外壓力差以及氦氣的滲透能力強，貯箱內的氦氣經(jīng)漏孔滲漏到集氣容器內，集氣容器為封閉的真空狀態(tài)，滲漏入的氦氣被收集累積，并由風(fēng)扇均勻化，能真實(shí)地反映貯箱的總漏率。檢漏儀需預先校驗，調整到需要的最小可檢漏率，通過(guò)吸槍或真空管路從集氣容器中進(jìn)行采樣，實(shí)現漏率檢測。集氣容器作為該系統的關(guān)鍵設備，其作用有三：①抽真空模擬了貯箱的空間環(huán)境；②收集滲漏氦氣，消除了人為及環(huán)境因素的影響，反映貯箱的真實(shí)漏率；③一旦貯箱破裂，能起到安全保護作用。
2.3、檢測系統工作原理
將處于常壓狀態(tài)下的貯箱放入集氣容器內，讓容器處于常壓密封狀態(tài)或真空狀態(tài)，同時(shí)打開(kāi)漏率為Q0的正壓標準漏孔進(jìn)行累積定時(shí)取樣記錄檢漏儀的輸出數據，讀取正壓標準漏孔經(jīng)過(guò)t1 時(shí)間的累積后，檢漏儀輸出指示變化為△I0 。當貯箱充入一定濃度和壓力的氦氣后，貯箱壁上如有漏孔，示漏氣體氦通過(guò)漏孔，在集氣容器中進(jìn)行積累，集氣容器中的氦分壓隨時(shí)間而上升。當累積t2 后，從集氣容器進(jìn)行采樣，并送入質(zhì)譜檢漏儀進(jìn)行測試，讀取檢漏儀輸出指示的變化值△IV ，通過(guò)公式(1) 就可確定被檢貯箱的漏率值。
式中，Q 為被檢貯箱漏率(Pa ·m3 / s)；Q0 為正壓標準漏孔漏率值(Pa ·m3 / s)；△I0 為正壓標準漏孔累積t1 時(shí)間后檢漏儀的輸出指示變化值(格或毫伏mV)；△IV 為貯箱充入示漏氣體，累積t2 時(shí)間后檢漏儀的輸出變化值(格或毫伏mV)；t1 為正壓標準漏孔累積時(shí)間( s)；t2 為貯箱累積時(shí)間( s) ;γ為示漏氣體的濃度。
3、主要技術(shù)特點(diǎn)說(shuō)明
�、僭撓到y模擬貯箱在空間的實(shí)際使用條件- - 內部帶壓，外部真空，即所謂的壓力真空檢漏，或內部帶壓，外部常壓或低壓，形成正壓差累積檢漏，檢測快捷，結果真實(shí)。②應用封閉的加氣系統及真空集氣容器使檢漏氣體的加注、收集、均化、檢測等環(huán)節不受人為因素及環(huán)境的干擾，檢測精度高。③采用磁傳動(dòng)攪拌機構，變動(dòng)密封為靜密封，運轉平穩，密封可靠，滲漏小。④采用分子泵機組，減少了返油對檢漏的影響，配用較大的機械泵，縮短了預抽時(shí)間，提高了檢測效率。⑤采用兩級減震解決了貯箱的平穩載入、承載問(wèn)題。
4、性能試驗
4.1、試驗結果
真空度測試結果見(jiàn)表1。
表1 真空度測試結果
集氣容器進(jìn)行氦質(zhì)譜檢漏，檢漏儀靈敏度調到1. 6 ×10- 9 Pa ·m3 / s ，未發(fā)現漏點(diǎn)。
4.2、結果分析
�、�機械泵預抽快，15 分鐘即可將容器抽到1Pa ，達到檢漏所需的真空度要求。②在壓力為1Pa 下打開(kāi)分子泵，經(jīng)過(guò)20 分鐘后壓力可降到1. 5 ×10 -2 Pa ，但從1. 5 ×10 -2 Pa 降到1. 4 ×10 -2 Pa 需要一個(gè)半小時(shí)，故系統的實(shí)測極限真空度可設定為1. 5 ×10 -2 Pa 。③根據氦質(zhì)譜檢漏情況，并考慮氦濃度及抽空分流，集氣容器的總漏率將小于1. 6 ×10 -6 Pa ·m3 / s。④初步測算具有標準化的加氣配氣系統與目前采用的單一工質(zhì)(氦) 可降低30 %的檢漏成本。
5、結語(yǔ)
經(jīng)實(shí)踐使用證明，與其它形式的氣體泄漏檢測方法相比，該檢漏方法消除了人為及環(huán)境因素對檢測的影響，具有檢測快捷、結果真實(shí)、精度高、費用低的優(yōu)點(diǎn)，很好地解決了貯箱的總漏率檢測問(wèn)題。該檢漏方法也可用于低溫氣瓶、LNG車(chē)用氣瓶、壓力氣瓶、閥門(mén)等民用設備的高精度檢漏。作為一種先進(jìn)的檢漏方法，將在航天及國民經(jīng)濟的諸多領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。
