Способ контроля герметичности объема, преимущественно объемов плавильных печей и устройство для его осуществления

Способ контроля герметичности объема, преимущественно объемов плавильных печей и устройство для его осуществления

Реферат

 

Использование: для контроля герметичности пневмогидравлических систем различных устройств всевозможных объемов, преимущественно объемов для вакуумной плавки. Сущность: вакуумирование больших объемов осуществляют до низкого вакуума (15 - 10 мм рт.ст.), затем охлаждают фиксированную порцию остаточного газа до температуры минус 15 - 20^oС, отделяя газ от жидкости. После времени натекания охлаждают точно такую же фиксированную порцию остаточного плюс натекшего газа до такой же температуры. Затем определяют норму герметичности по известным зависимостям, приведя эту норму к нормальной температуре. Устройство включает в себя две емкости с клапанами входа и выхода, датчиками температуры и холодильными устройствами. Каждая емкость установлена параллельно вакуумирующей магистрали. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для контроля герметичности изделий, например пневмогидравлических систем различных устройств, всевозможных объемов, преимущественно объемов для вакуумной плавки.

Известен способ контроля герметичности с использованием масс-спектрометрических гелиевых течеискателей, заключающийся в том, что контролируемое изделие помещают в замкнутом объеме накопления, заполняют изделие контрольным газом до избыточного испытательного давления, измеряют изменение концентрации контрольного газа в объеме накопления за заданный промежуток времени.

Этот способ трудно реализуем для контроля герметичности крупногабаритных систем, например объемов плавильных печей, из-за необходимости иметь сложное и дорогостоящее оборудование для вакуумных камер больших объемов, внутри которых находится печь.

В настоящее время применяется единственный способ [1] контроля герметичности плавильных печей, взятый за прототип, заключающийся в измерении натекания газа окружающей среды в отключенный объем. Способ заключается в том, что контролируемый объем вакуумируют до среднего вакуума (110^-1 110^-3 мм рт.ст.) (Вакуумная техника. Справочник. М. Машиностроение, 1985, с. 6-7), герметично перекрывают и выдерживают определенное время, измеряя конечное давление Р_к.

Известен агрегат [2] выбранный в качестве прототипа заявленного устройства, содержащий вакуумный насос, соединенный вакуумирующей магистралью, включающей клапан и датчик давления с проверяемым объемом.

Недостаток известного способа и устройства, взятых за прототип, заключается в том, что в случае наличия жидкости (воды) в герметичных объемах требуется значительное время для проведения операций по контролю герметичности. Это связано с тем, что постоянное испарение жидкости при вакуумировании не дает возможности определить герметичность объекта. Герметичность можно определить только тогда, когда испарится вся жидкость. Это занимает длительное время и требует значительных энергозатрат.

Цель изобретения сокращение времени контроля герметичности путем определения нормы герметичности за счет натекания из окружающей среды в откачанный объем.

Объем вакуумируют до вакуума 15-10 мм рт.ст. после герметичного перекрытия, охлаждают первую фиксированную порцию газа до температуры Т_кминус 15-20^оС и замеряют Р_к1 конечное давление остаточного газа. После времени натекания охлаждают точно такую же по объему вторую фиксированную порцию газа до той же температуры и замеряют Р_к2 конечное давление остаточного газа плюс газа натекания за время натекания. Норму герметичности определяют по известной формуле, приведя ее к нормальной температуре: Q ( P V)/ (Т_окр/Т_к), где Р Р_к2 Р_к1 давление газа, натекшего за время натекания, Па; V измеряемый объем, м³; время натекания, с; Т_окр температура окружающей среды, К; Т_к конечная температура охлаждения порций газа, К.

Поставленная цель достигается в устройстве для проверки геpметичности, содержащем вакуумный насос, магистраль вакуумирования, отличающееся тем, что оно снабжено двумя тарировочными емкостями, установленными параллельно магистрали вакуумирования, клапана входа и выхода газа, узлами контроля давления, датчиками температуры и холодильными блоками, установленными на каждой тарировочной емкости.

Именно возможность проверки герметичности при низком вакууме составляет новизну изобретения. Эта возможность достигается тем, что сначала охлаждают порцию остаточного газа газа, оставшегося в вакуумной системе после откачки, до температуры минус 15-20^оС и замеряют давление после охлаждения, а затем охлаждают такую же порцию газа, оказавшегося в таком же объеме после выдержки, и также замеряют давление. Но давление во втором объеме будет состоять из давления остаточного газа и давления газа проникшего в измеряемый объем в результате негерметичности. Это позволяет измерить истинную негерметичность при низком вакууме. Что невозможно измерить в способе, взятом за прототип. Это связано с тем, что при низком вакууме происходит интенсивное испарение жидкостей (воды). Именно поэтому в прототипе производят откачку до среднего вакуума (Р 110^-1 110^-3 мм рт.ст.), т.е. в прототипе производят выпаривание всей жидкости оказавшейся в измеряемом объеме. Это занимает чрезвычайно много времени, снижает производительность и увеличивает энергозатраты на получение продукции.

На основе экспериментальных данных этот способ необходимо применять только при вакуумировании до вакуума 15-10 мм рт.ст. Это связано с тем, что как известно давление насыщенных паров воды при t20^оС равно 17 мм рт.ст. Это значит, что при вакууме 17 мм рт.ст. и менее происходит эффективное испарение жидкости, а при более высоком вакууме эффективность испарения жидкости резко снижается и заявленный способ мало эффективен. При вакуумировании до вакуума менее 5 мм рт.ст. время на вакуумирование всей системы будет достаточно большим и поэтому конец процесса проверки герметичности практически совпадает с известным способом. При охлаждении порции газа до температуры выше минус 15^оС давление насыщенных паров будет довольно высоким, и поэтому с учетом точности измерительных приборов, снижается точность определения герметичности. При охлаждении ниже минус 20^оС увеличивается время захолаживания и поэтому время на проверку герметичности становится соизмеримым с известным способом.

На чертеже показано устройство для осуществления предлагаемого устройства. Устройство содержит проверяемый объем (объем печи) 1, соединенный вакуумной магистралью 2 с датчиком 3 давления через клапан 4 с вакуумным агрегатом 5. К вакуумной магистрали подстыкован емкости 6, 7 с клапанами 8, 9 входа и клапанами 10, 11 выхода, а также с устройствами 12, 13 контроля давления. Каждая из емкостей снабжена датчиками 14, 15 температуры и холодильными блоками 16, 17.

Устройство работает следующим образом. В начальный момент все клапаны открыты. Проверяемый объем 1 вакуумируют через вакуумную магистраль 2 с клапаном 4 с помощью вакуумного агрегата 5, постоянно отслеживая скорость падения вакуума по датчику 3 давления. Одновременно вакуумируются параллельно подсоединенные емкости 6, 7. В случае, когда проверяемый объем герметичен и влага в этом объеме отсутствует, мощный вакуумный агрегат 5 довольно быстро откачает проверяемый объем до необходимого вакуума (110^-5 мм рт.ст.) и герметичность можно проверять известным способом.

В случае, когда печь негерметична или в ней находится влага, то вакуум не достигает за такое короткое время ( 20 мин) такой величины. В этом случае давление устанавливается в пределах 15-5 мм рт.ст. (за 10-15 мин) и находится на каком-то конкретном уровне, например 10 мм рт.ст. довольно длительное время.

Для того, чтобы определить, герметичен ли объем и в нем находится влага или объем негерметичен и в нем имеется щель, перекрывают клапаны 4, 9, 11, включают холодильный блок 17, охлаждают емкость 7 до температуры, например, минус 15^оС и измеряют в конце охлаждения вакуум Р_к1 по устройству 13. После времени выдержки, например 3-4 мин, перекрывают клапаны 8, 10, охлаждают емкость 6 до той же температуры (минус 15^оС) холодильным блоком 16 и замеряют вакуум Р_к2 по устройству 12.

Именно по разности конечных давлений и определяют норму герметичности конкретной плавильной печи, потому что как в первой, так и во второй емкости будет газ, оставшийся после вакуумирования без пара (пар при охлаждении сконденсируется), но во второй емкости давление газа если увеличится, то увеличится только за счет негерметичности. Так как давление измеряется при минусовых температурах, а норма герметичности приводится для нормальных температур, то полученная норма герметичности будет занижена. Для того, чтобы определить истинную норму герметичности, необходимо полученную норму герметичности умножить на Т_окр/Т_к. Поэтому норма герметичности будет определяться по формуле: Q ( PV)/ ( Т_окр/Т_к), где Р Р_к2 Р_к1 давление газа, натекшего за время натекания, Па; V измеряемый объем, м³; время натекания, с; Т_окр температура окружающей среды, К; Т_к конечная температура охлаждения порций газа, К.

При применении предложенного способа и устройства для конкретной плавильной печи, в случае использования для измерения вакуума манометров типа 6МДХ, позволяет, во-первых, очень точно измерить вакуум, а во-вторых, автоматизировать процесс определения герметичности за счет введения блока обработки информации. Это позволяет значительно улучшить качество плавки, уменьшить брак, увеличить выпуск продукции, уменьшить энергозатраты за счет уменьшения времени подготовки печи к плавке.

Формула изобретения

1. Способ контроля герметичности объема, преимущественно объемов плавильных печей, заключающийся в том, что объем вакуумируют до заданного вакуума, герметично перекрывают и выдерживают определенное время натекания, а норму герметичности определяют за счет натекания из окружающей среды в откаченный объем, отличающийся тем, что объем вакуумируют до вакуума 15 - 10 мм рт. ст. после герметичного перекрытия, охлаждают первую фиксированную порцию газа до температуры T_к минус 15 - 20^oС и замеряют P_к1 - конечное давление остаточного газа, затем после времени натекания охлаждают точно такую же по объему вторую фиксированную порцию газа до той же температуры и замеряют P_к2 - конечное давление остаточного газа плюс газа натекания за время натекания, а норму герметичности определяют по известной формуле, приведя ее к нормальной температуре где P=P_к2-P_к1 давление газа, натекшего за время натекания, Па; V - измеряемый объем, м³; - время натекания, с; T_окр - температура окружающей среды, К; T_к - конечная температура охлаждения порций газа, К.

2. Устройство контроля герметичности объема, преимущественно объемов плавильных печей, содержащее вакуумный насос, магистраль вакуумирования, клапан и датчик давления, установленные в магистрали вакуумирования, отличающееся тем, что оно снабжено двумя тарировочными емкостями, установленными параллельно магистрали вакуумирования, клапанами входа и выхода газа, узлами контроля давления, датчиками температуры и холодильными блоками, установленными на каждой тарировочной емкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1