以低温泵为主泵的真空检漏系统研究

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)北京卫星环境工程研究所 作者:孟冬辉

  由于分子泵对氦气有较大抽速,因此在真空检漏系统中通常用分子泵作为主泵,但当检漏容器很大时需要大量分子泵。低温泵具有清洁无油、抽速大的优点,如果在检漏系统中能够采用低温泵作为主泵,可以大大减少真空泵数量。本文对以低温泵为主泵的真空检漏系统进行了实验研究,并对实验现象进行了分析。研究结果表明,低温泵可以有效提高检漏系统的工作真空度,对检漏系统的有效灵敏度影响很小,但以低温泵为主泵的检漏系统的反应时间比以分子泵为主泵的检漏系统反应时间长。

  为了提高卫星总漏率测试灵敏度,需要将卫星放入专用的大型检漏容器中采用真空质谱检漏方法进行检漏。由于低温泵具有清洁无油、抽速大的优点,大型真空容器的抽气系统通常采用低温泵作为主泵,但低温泵对氦气的抽速小,故在检漏系统中通常使用对氦气抽速较大的分子泵作为主泵。低温泵对空气抽速大,如果在卫星检漏系统中采用低温泵作主泵,可以减少泵的数量,节约投资,本文对以低温泵为主泵的真空检漏系统进行了研究。

1、实验研究

  利用KFTA 空间环境模拟设备进行了以低温泵为主泵的真空检漏系统实验研究。KFTA 设备主要用于卫星部组件热真空实验,容器尺寸为Ф1400 mm×3000 mm,真空系统主泵为Ф500 低温泵,其对氮气的名义抽速为10500 L/s,配有一台Ф200 复合分子泵,其对氮气的名义抽速为1200 L/s,两台抽速为30 L/s 的干泵作为粗抽泵,同时作为分子泵的前级泵,氦质谱检漏仪接在干泵和分子泵之间的管路上。KFTA 设备的原理如图1 所示。

KFTA 空间环境模拟设备原理

图1 KFTA 空间环境模拟设备原理

1.1、系统灵敏度的校准

  利用标准漏孔,分别在分子泵单独抽气和低温泵与分子泵共同抽气两种工况下标定系统有效灵敏度。在两种工况下,系统抽到稳定的真空度后气体载荷很小,用检漏仪作为分子泵前级完全可以保证分子泵正常运行,因此在标定系统灵敏度过程中关闭两个干泵入口阀门。

  用低温泵与分子泵共同抽气,容器达到的真空度为2.6×10-3Pa,此时检漏仪输出的本底信号为1.0×10-9Pa·m3/s, 关闭Ф500 阀门保持Ф200 阀门开启, 容器的真空度变为9.7×10-3 Pa·m3/s,检漏仪输出的本底信号为9.1×10-10 Pa·m3/s。实验说明低温泵的引入可以有效提高容器的真空度,但对本底信号几乎没有影响,即低温泵对氦气的分流作用很小。

  检漏系统的有效灵敏度可按下式计算[1]

  式中Qemin—— —系统有效检漏灵敏度,Pa·m3/s
    In—— —本底噪声
    I—— —标准漏孔的反应值
    I0—— —本底信号
    Q0—— —标准漏孔标称值,Pa·m3/s

  分子泵单独抽气和低温泵与分子泵共同抽气两种工况下分别采用两个标准漏孔进行标定实验,实验数据如表1 和表2 所示。

表1 分子泵低温泵共同抽气数据

分子泵低温泵共同抽气数据

表2 分子泵单独抽气数据

分子泵单独抽气数据

  实验结果表明,引入低温泵后,容器真空度有显著提高,但低温泵对容器本底几乎没有影响,低温泵对系统的有效检漏灵敏度几乎没有影响。

3、结论

  根据本文的研究可以得出结论,以低温泵为主泵的检漏系统中,低温泵对氦气的分流很小,因此低温泵的引入对系统有效检漏灵敏度影响很小。但由于低温泵的低温吸附作用,引入低温泵后系统的反应时间和恢复时间都较长,对检漏的工作效率有一定影响。

参考文献:
  [1] 吴孝捡,闫荣鑫. 泄漏检测[M]. 北京:机械工业出版社,2005:85.
  [2] 高香院. 现代低温泵[M]. 西安:西安交通大学出版社,1990:108.
  [3] 茹晓勤,祁妍,吴树迎.制冷机低温泵获得清洁无油高真空[J]. 航天器环境工程,2006(2):119- 121.
  [4] Alexcopoulos T,Avramidou R,Dris E. Leak Detection In Large Vessels[J]. Vacuum,1978 (2):63- 67.
  [5] Bryan S, Hemmerich J L, Winkel T. Developments in helium leak detection at JET [J]. Vacuum, 1999 (2):215- 217.

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