Контроль герметичности

Глобальное потепление, изменения климата, парниковый эффект – наш современный индустриализированный образ жизни оказывает огромное влияние на окружающую среду. В результате этого требования природоохранного законодательства, применяемые к промышленным компаниям, постоянно ужесточаются: Выбросы вредных газов и жидкостей необходимо сокращать, а опасное влияние хладагентов, отработанных газов и топлива необходимо минимизировать. С учетом этого требования к промышленности, регулирующие герметичность компонентов, постоянно растут в последние годы.

Leak detectionКонтроль герметичности или поиск течи является обязательной для обеспечения соответствия требованиям к герметичности, и для этого компании должны применять различные методы поиска течей. Для обеспечения соответствия требованиям к герметичности используются различные методы.

В большинстве случаев достаточно провести качественную проверку, которая помогает выявить лишь наличие утечки. Однако также следует оценить скорость утечки, если необходимо соблюсти определенные требования к качеству и технические условия заказчиков. С учетом этого большинство известных методов выявления утечек можно исключить.

Единственными методами, подходящими для количественной проверки утечек, являются методы с использованием анализатора газов и индикаторных газов (например, гелия), а также методы анализа по падению и повышению давления. Однако предел чувствительности в рамках методов анализа по падению и повышению давления составляет не более 1·10-3 Па∙м3/с, поэтому для определения меньшей скорости утечки подходят только анализаторы газа или встроенные индикаторы утечки. Большинство встроенных индикаторов утечки, предложенных на рынке, имеют так называемый датчик обнаружения, который может работать в режиме вакуума или режиме обнаружения.

Определение скорости утечки

Скорость утечки в Европе измеряется в Па∙м3/с.

Для лучшего понимания рассмотрим пример:

Скорость утечки составляет 1 Па∙м3/с, если давление в откачанной камере объемом 1 литр увеличивается на 1 гПа в течение 1 секунды, а в случае превышения допустимого давления в камере – если давление падает на 1 гПа за 1 секунду.

Гелиевый течеискатель как распространённый сегодня метод

Ввиду постоянно растущих ограничений, вводимых с целью предотвращения выбросов, требования к герметичности оборудования, работающего с газами и жидкостями, также были ужесточены до полного запрета неприемлемого влияния на окружающую среду, такого как выброс топлива, гидравлического или трансмиссионного масла или хладагентов. В зависимости от требований к герметичности, применяются различные методы, пределы чувствительности которых указаны в таблице 1.

Такие требования могут включать следующее:

  • Максимально допустимая скорость утечки
  • Продолжительность цикла
  • Геометрические характеристики и размеры испытательного образца

В последние годы для контроля герметичности используют гелий в качестве индикаторного газа. В отличие от других методов, данный процесс позволяет количественно оценить и локализовать даже самые маленькие утечки. Что позволяет быстро устранить течь. Кроме того, имеется возможность изменить геометрические характеристики и внести улучшения в производственные методы и технологические процессы. В результате этого улучшается качество, производительность и экономия затрат на производство и испытания. Большинство имеющихся сегодня приборов для поиска утечек газа могут использоваться в качестве газовых и вакуумных течеискателей.

Зачем использовать гелий в качестве индикаторного газа?

Естественная концентрация гелия составляет около 5 ч./млн. Благодаря низкому соотношению гелия на фоне при испытании на герметичность обеспечивается возможность измерений с повышенной чувствительностью. Вкратце о преимуществах гелия в качестве индикаторного газа:

  • Гелий является низкомолекулярным газом, проходящим через любые зазоры, трещины толщиной не больше волоса и т.д.
  • Использование гелия обеспечивает крайне широкий диапазон чувствительности от 10-1 до 10-12 Па∙м3/с. Одним из методов обнаружения, обеспечивающим высокую степень чувствительности и селективности, является масс-спектрометрия
  • Благодаря малой продолжительности цикла измерения и высокой производительности сокращаются расходы на испытания в результате сокращения скорости реакции
  • Гелий является инертным газом, который не вступает в химическую реакцию с другими веществами; он безвреден для человека, не наносит вреда окружающей среде и является разрешенной пищевой и фармацевтической добавкой
  • Выявление утечек с повышенной точностью в соответствии с применимыми стандартами и воспроизводимостью результатов

Lokalizatsia Рисунок 1: Локализация с применением индикаторного газа
Skoplenie gaza Рисунок 2: Комплексный метод с применением индикаторного газа (испытание на скопление газа)
indikatorniy gaz Рисунок 3: Комплексный вакуумный метод (образец наполнен индикаторным газом)
kamera s gazom  Рисунок 4: Комплексный вакуумный метод (испытательная камера наполнена индикаторным газом)

Методы контроля герметичности

a) Метод локализации

Метод локализации с применением индикаторного газа подразумевает создание давления в испытательном образце с помощью газовой смеси, содержащей гелий, после которого проводится осмотр наружной части испытательного образца на наличие утечек с помощью индикатора газа (см. рисунок 1). В случае обнаружения утечки течеискатель указывает на ее наличие с помощью оптического и звукового сигналов. После этого место утечки отмечают и устраняют.

b) Комплексный метод

В рамках комплексного метода (включая испытание на скопление газа или метод с применением индикаторного газа в закрытой камере, см. рисунок 2) испытательный образец подвергается действию гелия при повышенном давлении в испытательной камере. При атмосферном давлении индикатор газа измеряет повышение концентрации гелия в замкнутом объеме вокруг испытательного образца и выявляет утечки. Однако данный метод не позволяет локализовать утечки.

Методы с применением индикаторного газа могут применяться в соответствии с требованиями стандарта DIN EN 1779 при скорости утечки более 10-7 Па∙м3-1 (10-6 мбар∙л/с). Новые технологии контрольно-измерительных приборов позволяют увеличить данный диапазон до 5·10-10 Па∙м3-1 (5·10-9 мбар∙л/с).

c) Комплексный вакуумный метод (образец наполнен индикаторным газом)

В рамках данного метода испытательный образец помещают в вакуумную камеру. Затем в ней создают вакуум. Испытательный образец наполнен индикаторным газом с повышенным давлением (в сравнении с давлением в камере) (см. рисунок 3). Это позволяет выявлять даже самые незначительные утечки в вакуумном режиме. Данный метод используется в промышленном производстве для обеспечения соответствия применимым требованиям к герметичности. Он подходит для испытательных образцов любого размера. В определенных обстоятельствах, в зависимости от продолжительности цикла и чувствительности выявления, не обязательно проводить испытания со 100% гелием. Возможность использования более низких концентраций гелия в индикаторном газе позволяет сократить расходы. Однако стоит помнить, что низкая концентрация индикаторных газов может привести к увеличению продолжительности испытаний и сокращению интенсивности сигнала.

d) Комплексный вакуумный метод (испытательная камера наполнена индикаторным газом)

В рамках данного метода испытательные образцы подвергаются действию давления чуть ниже атмосферного давления, которое используется в сфере их применения. Например, данный метод подходит для вакуумных камер. Из испытательного образца удаляют воздух и подвергают воздействию индикаторного газа определенной концентрации при определенном давлении индикаторного газа внутри камеры. Когда индикаторный газ поступает в испытательный образец, масс-спектрометр внутри течеискателя обнаруживает гелий и сообщает скорость утечки с помощью оптического сигнала. Течеискатель сообщает о превышении заданного максимального предела с помощью звукового или оптического сигнала (красный/зеленый).

Ведение журнала данных по результатам испытаний

Все данные по результатам испытаний образцов могут быть переданы на основной компьютер с присвоением порядкового номера через интерфейс RS-485, благодаря чему обеспечивается возможность получения документа для сверки данных в любой момент.

Определение подходящего испытания в зависимости от обстоятельств

Оптимальный метод испытаний определяется на основании конкретных требований и параметров. Описанные здесь методы контроля герметичности могут использоваться как по отдельности, так и в сочетании. Pfeiffer Vacuum предлагает широкий диапазон течеискателей и может подобрать идеальное решение для каждой сферы применения, включая переносные течеискатели для полевого применения и высокопроизводительные многофункциональные течеискатели. Наши специалисты также готовы спроектировать системы обнаружения утечек по индивидуальным заказам клиентов.