5. Расчёт натекания в вакуумную систему

По условию течь образовалась в области трещины, размеры которой:

Рассчитываем поток при молекулярном режиме течения газа по формуле:

где P₂ – номинальное рабочее давление, Па;

P₁ – изменившееся давление за единицу времени, Па;

T – температура, К;

М – молекулярная масса газа, кг/моль;

R= 8,31 Дж/моль·К – универсальная газовая постоянная.

При вязкостном режиме через канал круглого сечения:

где - динамическая вязкость газа (для воздуха ).

6. Методы течеискания

Первый метод: масс-спектрометрический. Течеискание будет проводиться при помощи гелиевого масс-спектрометрического течеискателя ПТИ-10, у которого наименьший регистрируемый поток 7·10^-13 м³∙Па/с (рис. 6.1).

Рисунок 6.1 – Внутреннее устройство течеискателя ПТИ-10

Течеискатель представляет собой высокочувствительный магнитный масс-спектрометр, настроенный на регистрацию гелия. Течь (или натекание) определяется потоком гелия, проникающего в контролируемый объем при вакуумных испытаниях, или потоком гелия, вытекающего из испытуемого объекта при избыточном давлении в нем.

Структурная схема течеискателя ПТИ-10 приведена на рис. 6.2.

Рисунок 6.2 – Структурная схема течеискателя ПТИ-10

Принцип действия течеискателя следующий. Остаточная атмосфера и гелий, прошедший через течь, из исследуемого объекта проходит входной фланец и проходит в масс-спектрометр. В масс-спектрометрической камере гелий идентифицируется и сообщает о наличии течи. После этого остаточные газы уходят в диффузионный насос, а дальше – в механический насос и в атмосферу. Между входным фланцем и масс-спектрометром располагается гелиевая течь. Она служит для правильной оценки чувствительности течеискателя.

Второй метод: галогенный. Он основан на свойстве нагретой поверхности чувствительного элемента, изготовленного из платины или из никеля, резко увеличивать эмиссию положительных ионов при наличии в пробном газе, проникающем через сквозные дефекты контролируемого объекта, галогенов или галогеносодержащих веществ. На этом свойстве построен галогенный течеискатель, работа которого осуществляется следующим образом: через чувствительнейший элемент течеискателя, выполняющий функции анода, прогоняет с помощью центробежного или вакуумного насоса анализируемый газ. Анод, нагретый до 800...900 °С, испускает ионы содержавшихся в нем примесей щелочных металлов (натрия, калия). Под действием разности потенциалов между анодом и коллектором ионы движутся к коллектору. Ток анод — коллектор является измеряемой величиной в галогенном течеискателе (рисунок 6.3).

Рисунок 6.3 – Течеискатель галогенный ГТИ-6

Галогены способствуют процессу ионизации щелочных металлов, и их присутствие в пробном газе резко увеличивает ток анод-коллектор. К галогенам относятся элементы группы галоидов: фтор, хлор, бром, иод. Обычно в качестве пробного газа используют галогеносодержащие вещества: фреон (содержащий фтор), хладон, хлористый метил и др. Такие вещества относительно дешевы, безвредны и широко применяются в промышленности и в быту (например, в бытовых холодильниках). Технология контроля галогенным течеискателем значительно проще, чем масс-спектрометрическим. Галогенный течеискатель сравнительно несложный и легкий прибор. Вместе с тем при про­ведении контроля в помещении необходима его тщательная вентиляция из-за возникновения повышенного фона, снижающего точность измерений. Недостатком метода является также возможность потери чувствительности — «отравления» анода течеискателя при попадании на него большого количества галогенов. Восстановле­ние «отравленного» анода осуществляется прокачкой через течеискатель большого объема чистого воздуха при повышенном накале анода.

Для нашего случая подойдёт галогенный течеискатель ГТИ-6 (чувствительность (0,9-1,6)·10^-7 м³Па/с).

Течеискатель обеспечивает обнаружение течей: в системах, заполненных пробным газом, содержащим галогены, при давлении, превышающем атмосферное; в откачанных системах обдуванием их пробным газом снаружи. В качестве пробного – любой галогеносодержащий газ.