本發(fā)明屬于結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)領(lǐng)域,具體而言，本發(fā)明涉及一種新型壓力產(chǎn)品密封性能檢測(cè)方法，該檢測(cè)方法同時(shí)具有壓力產(chǎn)品總漏率測(cè)試的功能。

背景技術(shù)：

壓力產(chǎn)品是一種應(yīng)用廣泛，需承受嚴(yán)苛的操作條件，比較容易發(fā)生事故的特殊設(shè)備，其密封性能是可靠性指標(biāo)中的一個(gè)重要參數(shù)，微小的漏孔也可能造成巨大的損失。壓力產(chǎn)品發(fā)生泄漏可能會(huì)造成產(chǎn)品的損壞，不能完成既定的任務(wù)，甚至導(dǎo)致人員的傷亡。

壓力產(chǎn)品的總漏率是壓力產(chǎn)品密封性能的直接表示形式，目前，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)對(duì)壓力產(chǎn)品的總漏率測(cè)試進(jìn)行了較多的研究工作，并且某些研究成果已經(jīng)成功應(yīng)用于工程實(shí)際中，主要的檢漏方法包括射線探傷、超聲波檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、非真空累積氦質(zhì)譜檢漏方法和真空累積氦質(zhì)譜檢漏方法等，射線探傷工作強(qiáng)度大，且不適合總漏率測(cè)試；超聲波檢測(cè)和磁粉檢測(cè)靈敏度較低，不能檢測(cè)密封性能要求較高的壓力產(chǎn)品，且對(duì)于被檢件的材質(zhì)具有選擇性；非真空累積氦質(zhì)譜檢漏方法需要將壓力產(chǎn)品放在大氣環(huán)境的收集室中，先測(cè)量其初值，示漏氣體氦氣累積，在累積到一定量的時(shí)候，氦質(zhì)譜檢漏儀進(jìn)行測(cè)量，消耗的時(shí)間長(zhǎng)，檢漏漏率度低；真空累積氦質(zhì)譜檢漏方法需要有大型真空系統(tǒng)，系統(tǒng)不能使用非真空累積方法的收集室，且要配置大型分子泵、前級(jí)泵和低溫泵等，造價(jià)較為昂貴等，基于上述分析可知，現(xiàn)存的這些方法都具有一定的局限性，不能滿足壓力產(chǎn)品結(jié)構(gòu)健康檢測(cè)的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服過去壓力產(chǎn)品總漏率測(cè)試方法的缺點(diǎn)，從而提出了一種基于氦氣分離膜的壓力產(chǎn)品總漏率測(cè)試系統(tǒng)及測(cè)試方法。該測(cè)量系統(tǒng)和測(cè)試方法可在國(guó)內(nèi)壓力產(chǎn)品密封性能測(cè)試中總漏率測(cè)試時(shí)進(jìn)行應(yīng)用，可以僅對(duì)目前的非真空累積法總漏率測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行改造，在壓力產(chǎn)品放進(jìn)檢漏收集室后，可直接對(duì)壓力產(chǎn)品泄漏出來的氦氣進(jìn)行檢漏，從而大幅度提高測(cè)試效率。特別是本發(fā)明的測(cè)試方法中使用的氦氣分離膜具有氣體分離能力，能夠顯著提高壓力產(chǎn)品總漏率測(cè)試的靈敏度。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)解決方案：

壓力產(chǎn)品總漏率測(cè)試系統(tǒng)，主要包括容納壓力產(chǎn)品的檢漏收集室、氦氣分離膜窗口、真空泵、氦質(zhì)譜檢漏儀和標(biāo)定系統(tǒng)，收集所容納的壓力產(chǎn)品泄漏出來的示漏氣體的檢漏收集室室壁上設(shè)置有氦氣分離膜窗口，氦氣分離膜窗口通過管路經(jīng)真空泵閥門與真空泵連通，氦質(zhì)譜檢漏儀經(jīng)檢漏儀閥門對(duì)氦氣分離膜窗口分離出來的氦氣量進(jìn)行測(cè)試，給出壓力產(chǎn)品的總漏率測(cè)量值，與檢漏收集室連通的標(biāo)定系統(tǒng)由經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量過的流量計(jì)、穩(wěn)壓室和壓力表組成，標(biāo)定系統(tǒng)向收集室中充入已知恒定流量示漏氣體氦氣的流量，檢漏儀通過恒定流量示漏氣體流量反應(yīng)值來標(biāo)定最終狀態(tài)下壓力產(chǎn)品的總漏率；其中，氦氣分離膜窗口用于從收集室中收集示漏氣體氦氣，僅允許氦氣和氫氣通過，對(duì)氦氣起到富集作用。

其中，氦氣分離膜窗口主要包括氦氣分離膜通道以及順次設(shè)置在通道內(nèi)部的前防護(hù)網(wǎng)、前過濾網(wǎng)、氦氣分離膜、后過濾網(wǎng)、后防護(hù)網(wǎng)，前防護(hù)網(wǎng)用于保護(hù)前過濾網(wǎng)和氦氣分離膜；前過濾網(wǎng)用于過濾來自收集室的氣體，氦氣分離膜用于從大氣環(huán)境中分離示漏氣體氦氣；后過濾網(wǎng)用于過濾從真空抽氣系統(tǒng)泄漏到氦氣分離膜的氣體；后防護(hù)網(wǎng)用于保護(hù)氦氣分離膜面向測(cè)試室的通道，前防護(hù)網(wǎng)、前過濾網(wǎng)、后防護(hù)網(wǎng)、后過濾網(wǎng)共同為氦氣分離膜提供應(yīng)力支撐。

其中，氦氣分離膜窗口真空密封設(shè)置在收集室室壁上并通過真空接口與真空泵連通的管路連通。

其中，真空泵用于為檢漏儀提供真空環(huán)境，分流一部分氦氣。

其中，標(biāo)定系統(tǒng)由經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量過的流量計(jì)、穩(wěn)壓室和壓力表組成，穩(wěn)壓室設(shè)置有壓力表，且穩(wěn)壓室一側(cè)經(jīng)過穩(wěn)壓室閥門與氣源連接，另一側(cè)經(jīng)過流量計(jì)閥門、流量計(jì)與收集室連通。

其中，氦氣分離膜使氫氣和氦氣能輕易通過，但空氣中的二氧化碳、氧氣、氮?dú)?、一氧化碳和甲烷卻無法通過。

其中，氦氣分離膜由石英、氧化石墨烯的材料制成。

一種利用上述系統(tǒng)進(jìn)行壓力產(chǎn)品總漏率測(cè)試的方法，包括如下步驟：

1)將壓力產(chǎn)品放入所述系統(tǒng)的收集室前，打開真空泵，使用真空泵對(duì)氦氣分離膜窗口和管道進(jìn)行抽真空，保證氦氣分離膜分離器面向測(cè)試室的部分處于真空狀態(tài)，待檢漏儀和收集室之間形成穩(wěn)定的示漏氣體流，測(cè)量收集室內(nèi)部氦氣本底初值I₀；

2)將壓力產(chǎn)品放入收集室，密封收集室，混合收集室中的示漏氣體，待壓力產(chǎn)品泄漏處與檢漏儀之間形成穩(wěn)定示漏氣體流，即檢漏儀反應(yīng)值由上升變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)，即測(cè)量壓力產(chǎn)品的總漏率的反應(yīng)值終值I₁；

3)從氣源向穩(wěn)壓室中送入一定量的氦氣，記錄穩(wěn)壓室上壓力表的數(shù)值，通過流量計(jì)向收集室中流入穩(wěn)定流量的氦氣，待檢漏儀與收集室中標(biāo)定系統(tǒng)出口之間建立穩(wěn)定的流量Q₀，即檢漏儀從終值升高到穩(wěn)定的樣值，記錄檢漏儀的反應(yīng)值I₂；

4)通過公式(1)得到壓力產(chǎn)品的總漏率Q。

本發(fā)明的基于氦氣分離膜方法的壓力產(chǎn)品總漏率測(cè)試方法的優(yōu)點(diǎn)在于：

1、本發(fā)明通過氦氣分離膜，將檢漏儀和收集室直接相連，提高了壓力產(chǎn)品總漏率測(cè)試的靈敏度。

2、本發(fā)明僅僅需要檢漏收集室，對(duì)收集室的密封性要求較低，大大降低了壓力產(chǎn)品總漏率測(cè)試系統(tǒng)的建設(shè)成本。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于氦氣分離膜的壓力產(chǎn)品總漏率測(cè)試系統(tǒng)示意圖。

圖2為本發(fā)明的系統(tǒng)中氦氣分離膜窗口的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明的系統(tǒng)中標(biāo)定系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1收集室；2氦氣分離膜窗口；3檢漏儀閥門；4真空泵閥門；5真空泵；6氦質(zhì)譜檢漏儀；7標(biāo)定系統(tǒng)；8前防護(hù)網(wǎng)；9前過濾網(wǎng)；10氦氣分離膜；11后過濾網(wǎng)；12后防護(hù)網(wǎng)；13真空接口；14氦氣分離膜通道；15氣源；16穩(wěn)壓室閥門；17穩(wěn)壓室；18壓力表；19流量計(jì)閥門；20流量計(jì)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的基于氦氣分離膜的壓力產(chǎn)品總漏率測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行進(jìn)一步說明，該說明僅僅是示例性的，并不旨在限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

參見圖1，圖1顯示了本發(fā)明的壓力產(chǎn)品總漏率測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要包括容納壓力產(chǎn)品的檢漏收集室1、氦氣分離膜窗口2、真空泵5、氦質(zhì)譜檢漏儀6和標(biāo)定系統(tǒng)7，收集所容納的壓力產(chǎn)品泄漏出來的示漏氣體的檢漏收集室1室壁上設(shè)置有氦氣分離膜窗口2，氦氣分離膜窗口2通過管路經(jīng)真空泵閥門4與真空泵5連通，氦質(zhì)譜檢漏儀6經(jīng)檢漏儀閥門3對(duì)氦氣分離膜窗口分離出來的氦氣量進(jìn)行測(cè)試，給出壓力產(chǎn)品的總漏率測(cè)量值，真空泵5經(jīng)真空泵閥門4與氦質(zhì)譜檢漏儀6連通并對(duì)其進(jìn)行抽真空并分離一部分氦氣，與檢漏收集室1連通的標(biāo)定系統(tǒng)7由經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量過的流量計(jì)20、穩(wěn)壓室17和壓力表18組成，具體結(jié)構(gòu)參見圖3，圖3顯示了本發(fā)明的測(cè)試系統(tǒng)中標(biāo)定系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)圖，其中，標(biāo)定系統(tǒng)由經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量過的流量計(jì)20、 穩(wěn)壓室17和壓力表18組成，穩(wěn)壓室17設(shè)置有壓力表18，且穩(wěn)壓室17一側(cè)經(jīng)過穩(wěn)壓室閥門16與氣源15連接，另一側(cè)經(jīng)過流量計(jì)閥門19、流量計(jì)20與收集室1連通。標(biāo)定系統(tǒng)向收集室中充入已知恒定流量示漏氣體氦氣的流量，檢漏儀通過恒定流量示漏氣體流量反應(yīng)值來標(biāo)定最終狀態(tài)下壓力產(chǎn)品的總漏率；其中，氦氣分離膜窗口2用于從收集室中收集示漏氣體氦氣，僅允許氦氣和氫氣通過，對(duì)氦氣起到富集作用，但空氣中的二氧化碳、氧氣、氮?dú)?、一氧化碳和甲烷卻無法通過。

在本發(fā)明的一具體實(shí)施方式中，參見圖2，圖2顯示了本發(fā)明系統(tǒng)中的一種氦氣分離膜窗口結(jié)構(gòu)，該窗口結(jié)構(gòu)主要包括氦氣分離膜通道14以及順次設(shè)置在通道14內(nèi)部的前防護(hù)網(wǎng)8、前過濾網(wǎng)9、氦氣分離膜10、后過濾網(wǎng)11、后防護(hù)網(wǎng)12，前防護(hù)網(wǎng)8用于保護(hù)前過濾網(wǎng)9和氦氣分離膜10；前過濾網(wǎng)9用于過濾來自收集室的氣體，氦氣分離膜10用于從大氣環(huán)境中分離示漏氣體氦氣；后過濾網(wǎng)11用于過濾從真空抽氣系統(tǒng)泄漏到氦氣分離膜10的氣體；后防護(hù)網(wǎng)12用于保護(hù)氦氣分離膜面向測(cè)試室的通道，前防護(hù)網(wǎng)8、前過濾網(wǎng)9、后防護(hù)網(wǎng)11、后過濾網(wǎng)12共同為氦氣分離膜10提供應(yīng)力支撐。氦氣分離膜窗口2真空密封設(shè)置在收集室1室壁上并通過真空接口13與真空泵連通的管路連通。

在一具體的實(shí)施方式中，氦氣分離膜由透氣的石英制成，其中石英是透氣的，目前在常溫狀態(tài)下滲透率較小，隨著溫度升高，滲透性能夠大幅度提高。

在另一實(shí)施方式中，氦氣分離膜由氧化石墨烯的材料制成。

本發(fā)明的基于氦氣分離膜方法的壓力產(chǎn)品總漏率測(cè)試技術(shù)，具體實(shí)施步驟如下：

1)將壓力產(chǎn)品總漏率測(cè)試系統(tǒng)按照?qǐng)D1所示方式設(shè)計(jì)，其中氣體分離裝置按照?qǐng)D2氦氣分離膜窗口所示方式安裝，漏率標(biāo)定系統(tǒng)按照?qǐng)D3標(biāo)定系統(tǒng)原理圖進(jìn)行配置。

2)使用氦氣分離膜方法進(jìn)行壓力產(chǎn)品總漏率測(cè)試時(shí)，打開真空泵，使用真空泵對(duì)氦氣分離膜窗口和管道進(jìn)行抽真空，保證氦氣分離膜分離器面向測(cè)試室的部分處于真空狀態(tài)，待檢漏儀和收集室之間形成穩(wěn)定的示漏氣體流，測(cè)量收集室內(nèi)部氦氣本底初值I₀。

3)將壓力產(chǎn)品推入收集室，密封收集室?；旌鲜占抑械氖韭怏w，待壓力產(chǎn)品泄漏處與檢漏儀之間形成穩(wěn)定示漏氣體流，即檢漏儀反應(yīng)值有上升變?yōu)榉€(wěn)定狀態(tài)，便可測(cè)量壓力產(chǎn)品的總漏率的反應(yīng)值終值I₁。

4)從氣源向穩(wěn)壓室中送入一定量的氦氣，記錄穩(wěn)壓室上壓力表的數(shù)值，通過流量計(jì)向收集室中流入穩(wěn)定流量的氦氣，待檢漏儀與收集室中標(biāo)定系統(tǒng)出口之間建立穩(wěn)定的流量Q₀，即檢漏儀從終值升高到穩(wěn)定的樣值，記錄檢漏儀的反應(yīng)值I₂，通過公式1得到壓力產(chǎn)品的總漏率Q。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的測(cè)試方法的過程如下：

示漏氣體氦氣從壓力產(chǎn)品的泄漏點(diǎn)出來，進(jìn)入收集室大氣環(huán)境中，由于氣體分子速度按照麥克斯韋速率分布方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，分子速度沿空間各個(gè)方向的機(jī)會(huì)是均等的，因此示漏氣體分子和環(huán)境大氣分子、示漏氣體分子本身之間、環(huán)境大氣分子之間等發(fā)生不斷相互碰撞，致使示漏氣體和環(huán)境大氣相互混合均勻。氣體分子與收集室墻壁之間同樣發(fā)生相互碰撞，碰撞的方式遵循余弦定律，所以示漏氣體氦氣分子隨著環(huán)境大氣分子將會(huì)按照一定的速度碰撞到氦氣分離膜窗口，該發(fā)明中的氣體分離窗口僅允許示漏氣體氦氣通過，且該發(fā)明中的氦氣通過率較高，氦氣分子通過氦氣分離膜窗口，將在氦氣分離膜窗口面向收集室面形成低濃度區(qū)，收集室中的示漏氣體氦氣會(huì)從壓力產(chǎn)品泄漏孔氦高濃度區(qū)擴(kuò)散到氦氣分離膜窗口的低濃度區(qū)，經(jīng)過一定時(shí)間，示漏氣體氦氣能夠形成一條較為穩(wěn)定的從壓力產(chǎn)品泄漏孔氦高濃度區(qū)擴(kuò)散到氦氣分離膜窗口的低濃度區(qū)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定流，通過氦氣分離膜窗口被檢漏 儀接受得到壓力產(chǎn)品總漏率的反應(yīng)值。

盡管上文對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式給予了詳細(xì)描述和說明，但是應(yīng)該指明的是，我們可以依據(jù)本發(fā)明的構(gòu)想對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行各種等效改變和修改，其所產(chǎn)生的功能作用仍未超出說明書及附圖所涵蓋的精神時(shí)，均應(yīng)在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。