Щуп для гелиевого течеискателя

Щуп для гелиевого течеискателя относится к оборудованию для испытаний на герметичность и отличается от щупов известных конструкций наличием в корпусе капилляра из кварцевого стекла с нагревателем и микронасоса.

Использование щупа заявляемой конструкции позволяет избежать попадания в регистрирующее устройство опасных, токсичных и радиоактивных веществ за счет появления у щупа течеискателя фильтрующих свойств, т.к. величина коэффициента диффузии гелия сквозь нагретое кварцевое стекло на несколько порядков больше, чем для других газов в атмосфере. Поэтому через нагретый капилляр из кварцевого стекла проникает преимущественно гелий, а другие газы удаляются через выпускное отверстие.

Конструкция щупа для гелиевого течеискателя позволяет повысить производительность при течеискании способом щупа за счет снижения времени транспортировки пробного газа от микродефекта до регистрирующего прибора, т.к. движение газа по шлангу щупа осуществляется при гораздо более низком давлении, чем в щупах классической конструкции, а значит с большей скоростью. 2 ил.

Заявляемая полезная модель относится к технике испытания изделий на герметичность, в частности к конструкциям щупов течеискателей. Щуп для гелиевого течеискателя представляет собой засасывающее устройство с определенной проводимостью, присоединяемое ко входу течеискателя, которое обеспечивает прохождение через него потока газа.

Известно устройство - щуп течеискателя (SU 1518687 A1, В.Б. Ашихмин, О.А. Репин, кл. G01M 3/04, опубликовано 30.10.1989), содержащий корпус с каналом для отвода пробного газа, вход которого расположен на торцовой поверхности корпуса, установленный в канале регулируемый дроссель и установленный на корпусе элемент из упругого материала с отверстием, соосным каналу. Элемент из упругого материала установлен на торцовой поверхности корпуса, а диаметр отверстия в элементе не более диаметра входа канала.

Известно устройство - щуп течеискателя, устройство которого указано в описании изобретения к авторскому свидетельству SU 1693412 A1 (В.В. Ашихмин и А.В. Гостев, кл. G01M 3/04, опубликовано 23.11.1991). Щуп течеискателя, содержащий корпус с каналом для отбора газа, дросселирующий элемент, установленный в канале, упругий элемент с отверстием, соосным каналу, расположенный на торцовой поверхности корпуса. Щуп снабжен вторым упругим элементом, расположенным на торцовой поверхности корпуса, охватывающим первый и выступающим за его рабочую поверхность.

Недостатками указанных аналогов заявляемой полезной модели являются:

1) отсутствие фильтрации газов, отличных от гелия, вследствие чего в течеискатель могут попадать опасные, токсичные и радиоактивные газы;

2) задержка транспортировки пробного газа от микродефекта до регистрирующего прибора, существенно увеличивающая время отклика течеискателя.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели - прототипом является щуп течеискателя, устройство которого указано в справочнике (Клюев В.В. Неразрушающий контроль. Том 2. Книга 1. М.: Машиностроение, 2003. - 688 с.). Описан щуп для гелиевого течеискателя, состоящий из гибкого шланга, один конец которого соединен с полым наконечником, а другой - со штуцером, предназначенным для присоединения к течеискателю.

У прототипа присутствует ряд недостатков:

1. Отсутствие фильтрации веществ, прежде всего газов и паров, отличных от пробного газа гелия. Вследствие чего в течеискатель могут попадать опасные, токсичные и радиоактивные вещества из области контролируемого объекта.

2. Задержка транспортировки пробного газа от микродефекта до регистрирующего прибора вследствие высокого сопротивления движению газа. Время задержки возрастает пропорционально длине щупа и приводит к увеличению времени отклика течеискателя.

Техническим результатом является появление у щупа течеискателя фильтрующих свойств, вызывающих предотвращение попадания веществ, отличных от гелия, в регистрирующий прибор.

Дополнительно у щупа для гелиевого течеискателя уменьшается время транспортировки пробного газа от микродефекта до регистрирующего прибора.

Для достижения технического результата в щупе для гелиевого течеискателя, предназначенном для отбора контролируемой на наличие гелия смеси газов, состоящего из гибкого шланга, один конец которого соединен с полым наконечником, а другой - со штуцером, предназначенным для присоединения к течеискателю, в наконечнике, на конце гибкого шланга расположен капилляр из кварцевого стекла, свободный конец которого запаян; на капилляре установлен нагреватель, наконечник снабжен микронасосом.

На фиг. 1 изображена конструкция щупа для гелиевого течеискателя.

На фиг. 2 приводятся результаты экспериментального изучения времени реакции регистрирующего прибора при использовании прототипа и щупа заявляемой конструкции.

Щуп для гелиевого течеискателя состоит из гибкого шланга 6, один конец которого соединен с полым наконечником 1, имеющим выходное отверстие 5, а другой - со штуцером 7, предназначенным для присоединения к течеискателю, в наконечнике, на конце гибкого шланга расположен капилляр 3 из кварцевого стекла, свободный конец которого запаян; на капилляре установлен нагреватель 4, наконечник снабжен микронасосом 2.

Щуп для гелиевого течеискателя работает следующим образом. Щупом проводят вблизи места предполагаемого нарушения герметичности в объекте, предварительно заполненном гелием. При наличии течи, гелий распространяется сквозь дефект наружу, и вместе с воздухом попадает в наконечник 1 щупа за счет работы микронасоса 2.

Величина коэффициента диффузии гелия сквозь нагретое кварцевое стекло на несколько порядков больше, чем для других газов в атмосфере (Грошковский, Я. Техника высокого вакуума / Я. Грошковский. - М: Мир, 1975. - 622 с.). Поэтому через нагретый капилляр 3 из кварцевого стекла проникнет преимущественно гелий, а другие газы будут удалены через выходное отверстие 5. Таким образом реализуется способность щупа течеискателя обладать фильтрующими свойствами.

Т.к. атмосферные газы практически не проникают сквозь капилляр из кварцевого стекла, откачная система течеискателя способна поддерживать внутри капилляра и гибкого шланга щупа высокий вакуум (10^-3 Па и ниже), в отличие от прототипа, в котором пробный газ от микродефекта до регистрирующего прибора транспортируется в условиях более высокого давления (10 Па и выше). В высоком вакууме скорость дрейфа атомов гелия по длине щупа будет значительно выше. Таким образом достигается уменьшение времени транспортировки пробного газа от микродефекта до регистрирующего прибора.

В качестве микронасоса может быть использован пьезонасос, который работает от напряжения 12 В.

Щуп для течеискателя заявляемой конструкции может быть использован с гелиевыми течеискателями вне зависимости от типа детектора, которым может выступать как масс-спектрометр в широко распространенных стационарных приборах, так и магниторазрядный насос - в портативных течеискателях.

Для масс-спектрометрических течеискателей время реакции при работе по методу щупа является одним из основных технических параметров, улучшение которого приведет к увеличению производительности испытаний.

Для течеискателей, используемых на атомных станциях и подобных объектах повышенной опасности, исключение попадания опасных, токсичных и радиоактивных веществ в дорогостоящий течеискатель является актуальной задачей. Щуп, пропускающий в течеискатель только атомы гелия, позволяет предотвратить загрязнение регистрирующего прибора. Рациональной является замена и утилизация щупа после испытаний опасных объектов при сохранении чистоты и работоспособности гелиевого течеискателя. При использовании щупа заявляемой конструкции достигается:

1. Высокий уровень фильтрации - молекулярная фильтрация.

2. Локализация опасных веществ в наконечнике щупа, ведущая к уменьшению интенсивности накопления вредных веществ в регистрирующем приборе.

3. Увеличение времени эксплуатации регистрирующего прибора до критического уровня накопления вредных или радиоактивных веществ.

Для малогабаритного гелиевого течеискателя, состоящего из щупа для отбора пробы; мембранного насоса; сенсора, выполненного в виде корпуса, внутри которого расположен капилляр из кварцевого стекла для выделения гелия из контролируемой смеси газов, с коаксиально установленным резистивным нагревателем для нагрева капилляра до рабочей температуры; магниторазрядного насоса, работающего в качестве детектора гелия, и микропроцессорного блока управления, соединенного с магниторазрядным насосом, мембранным насосом и нагревателем;

использование щупа заявляемой конструкции позволяет упростить конструкцию, оставив только щуп, магниторазрядный насос, работающий в качестве детектора гелия, микропроцессорный блок управления, соединенный с магниторазрядным насосом и нагревателем щупа.

Удаление низковакуумной системы транспортировки газа позволяет добиться снижения времени реакции и минимизации массы и габаритов портативного гелиевого течеискателя.

Причинно-следственная связь между техническим результатом и признаком формулы полезной модели раскрывается с помощью данных, полученных при проведении экспериментального изучения времени реакции регистрирующего прибора при использовании прототипа и щупа заявляемой конструкции.

В качестве регистрирующих приборов использованы гелиевые масс-спектрометрические течеискатели модели ТИ1-22 и ТИ1-30. Испытаны щупы длиной 2 м, 5 м, 10 м, 20 м. Результаты измерения среднего времени реакции регистрирующего прибора со щупом представлены на фиг. 2.

Анализ приведенных экспериментальных данных показывает, что время реакции со щупом заявляемой конструкции существенно меньше, чем с прототипом. Время реакции регистрирующего устройства со щупом заявляемой конструкции возрастает при увеличении длины щупа гораздо медленнее, т.к. вклад в задержку времени реакции, который вносят потери времени на каждом метре длины щупа, не является существенным при движении гелия в условиях высокого разрежения.

Щуп для гелиевого течеискателя, состоящий из гибкого шланга, один конец которого соединен с полым наконечником, а другой - со штуцером, предназначенным для присоединения к течеискателю, отличающийся тем, что в наконечнике, на конце гибкого шланга расположен капилляр из кварцевого стекла, свободный конец которого запаян; на капилляре установлен нагреватель, наконечник снабжен микронасосом.

РИСУНКИ