ЩУП ДЛЯ ГЕЛИЕВОГО ТЕЧЕИСКАТЕЛЯ

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.
-3
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 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.