一种阀门低温检漏系统及检漏方法与流程

本发明涉及阀门低温检漏测试技术领域，尤其涉及一种阀门低温检漏系统及检漏方法。

背景技术：

低温技术不仅与人们当代高质量生活息息相关，同时与世界上许多尖端科学研究(诸如超导电技术、航天与航空技术、高能物理、受控热核聚变、远红外探测、精密电磁计量、生物学和生命科学等)密不可分。随着现代科学技术、工业生产、新能源开发以及航空航天事业的发展，低温阀门已在很多场合得以应用。低温阀门应用广泛，但也容易发生泄漏，对制造要求很高。由于低温阀门多工作在液氮温度以下的超低温区域，相比于常规阀门，其材料选择、结构设计、制造工艺以及性能检测等方面均有专门的要求。例如，电磁阀是卫星发射动力推进系统和姿控系统必不可少的组件。它在卫星的转移轨道或空间运行轨道上会遇到恶劣的真空低温或高温环境。电磁阀的密封性能或泄漏率关系到卫星所带燃料或推进介质的存贮、利用以及使用的有效性，也关系到控制的可靠性。电磁阀的密封性能，应在地面模拟的空间冷热环境中经受考验，即在真空冷热环境中测量电磁阀的泄漏率。特别值得一提的是，真空低温环境对其性能影响更大。这点已为国内外一些卫星发生的故障所证实。有时，一个小小的电磁阀，会对整个卫星造成灾难性的恶果。因此，低温阀门除了要做常温检验外，还必须做低温试验。低温试验的主要目的是检验低温阀门在低温状态下的操作性能和密封性能。操作性能要求阀门启闭灵活，阀杆和阀座不能因为低温变形卡死。密封性能要求阀门密封面泄漏量小于允许泄漏量。

常温阀门的性能测试中采用的检漏方法较为简单，根据允许泄漏率指标的要求不同，气密检查可分别采用流量计检测法、排液集气法、氦质谱检漏法、涂肥皂液法和数气泡法等方法。在试验环境由常温转变为低温后，阀门的工作机理发生了很大变化，相应的零部件采用的密封材料、密封结构形式及密封结构的制造工艺方法、气密性的检漏方法同样也发生了很大变化。常规的气泡法、排液集气法、肥皂泡法等都无法对阀门的漏气量进行检测。目前低温阀门及密闭容器的检漏均采用氦质谱检漏法。氦质谱检漏法是根据质谱分析的原理，以氦作探索气体，对各种待测件的漏隙进行快速定位和定量检测的理想的方法。因氦是惰性气体，对大气无污染，使用安全；氦原子量小、黏度小，易渗透过任何可能存在的漏率，检测灵敏度高、速度快、适用范围广；加之氦在大气中的含量少(仅万分之五)，离子质量与其他气体离子质量相差很大，不易受干扰，不会错判。与当今诸多检漏方法相比，它是佼佼者。

目前低温阀门检漏试验通常采用低温气体预冷和低温介质浸泡2种方式来提供冷源。低温气体预冷指气体经低温介质换热后得到低温气体，再将大流量低温气体通过试验系统，预冷至试验要求温区后进行性能测试。低温介质浸泡则是指将试验产品及部分系统管路浸泡于低温介质内，经充分换热，产品达到所需温区后进行试验。采用低温气体(冷氦气)预冷的方式进行低温性能试验，试验过程中需加注2种介质(液氮和液氢)，预冷后试验件出口温度仅为40k左右，不仅需要大流量冷氦与系统换热完成预冷，造成大量资源及能源消耗，还无法满足阀门试验的温度要求。如采用液氢浸泡预冷的方式，不仅会消耗大量的液氢，同时氢元素属于易燃易爆介质，试验存在较大安全隐患。传统测试装置的另一个缺陷在于：系统复杂，安全可靠性低，样品更换时间长，效率低，操作复杂繁琐，测试周期长，只能实现特定温度下的试验，无法做到温度精确可控，时间成本、人力成本和测试费用较高，特别是需要对大量样品进行测试的时候。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种阀门低温检漏系统及检漏方法，用以解决现有技术中的阀门低温检漏方式造成大量资源和能源消耗，系统结构复杂，安全可靠性低，样品更换时间长，效率低，操作复杂繁琐，测试周期长，只能实现特定温度下的试验，无法做到温度精确可控，时间成本、人力成本和测试费用较高的问题。

本发明实施例提供一种阀门低温检漏系统，包括：供配气装置、制冷装置、第一氦质谱检漏仪、第二氦质谱检漏仪、多条进气管路、多条出气管路以及真空检测平台，所述制冷装置和待测阀门均设于所述真空检测平台，所述供配气装置通过进气管路与所述真空检测平台连通，所述第一氦质谱检漏仪与所述真空检测平台连通，所述第二氦质谱检漏仪通过出气管路与所述真空检测平台连通，每一对所述进气管路与所述出气管路分别连接在对应所述待测阀门的两端，在所述第一氦质谱检漏仪、第二氦质谱检漏仪、进气管路以及出气管路分别设有阀。

其中，还包括预冷装置，所述预冷装置包括换热腔，所述换热腔设有介质进口和介质出口，所述进气管路的中段制成盘管，并伸入所述换热腔，与所述换热腔内的换热介质进行换热。

其中，所述供配气装置包括并联连接的供配气管路以及吹扫管路，所述供配气管路与氦气源连通，且在所述供配气管路设有阀、流量计以及压力传感器，所述吹扫管路与氮气罐连通，且所述吹扫管路设有阀。

其中，所述真空检测平台包括温度传感器、真空罩、下底座、第一真空泵和第二真空泵，所述制冷装置和所述待测阀门均放置于所述下底座上，且由所述真空罩密封，所述第一真空泵与所述真空罩连通，所述第二真空泵与出气管路连通，所述温度传感器设于所述真空罩内。

其中，所述下底座包括三条短边及一条长边的十字平板形状，所述三条短边均设有挖槽，所述挖槽与所述多条进气管路连接，所述长边通过阀门连接件固定所述待测阀门。

其中，所述阀门连接件包括夹板和上底座，所述夹板将所述待测阀门固定在所述下底座上，所述上底座扣合在所述夹板上。

其中，还包括屏蔽罩，所述屏蔽罩安装于所述真空罩内侧，且扣设于所述待测阀门，所述真空罩具有与所述第一真空泵连接的开口、与所述进气管路连接的第一孔门以及与所述出气管路连接的第二孔门。

本发明还公开一种阀门低温检漏方法，包括：

s1、在室温下对进气管路、出气管路以及真空检测平台抽真空，打开制冷装置对真空检测平台降温；

s2、打开连接在同一个待测阀门上进气管路的阀和出气管路的阀以及第二氦质谱检漏仪的阀，关闭待测阀门，观察第二氦质谱检漏仪的示数，检测该待测阀门的内漏漏率，再打开第一氦质谱检漏仪的阀，观察第一氦质谱检漏仪的示数，检测该阀门进气端外漏漏率；

s3、按照s2的步骤，将待测阀门处于不同的高压力值的情况下，观察第一氦质谱检漏仪和第二氦质谱检漏仪示数，对该待测阀门在不同的高压力值下进行内漏漏率检测和进气端外漏漏率检测；

s4、关闭进气管路的阀和出气管路的阀，并在设定压力条件下，打开一个待测阀门，打开该待测阀门出气管路的阀，并开始逐渐排气卸压，同时调节该待测阀门的开闭状态，并观察第一氦质谱检漏仪的示数，对该待测阀门进行整体外漏漏率检测。

本发明实施例提供的一种阀门低温检漏系统及检漏方法，利用制冷装置作为冷源，实现在可调的低温环境下进行阀门的检漏测试，解决了现有技术中阀门低温检漏系统对低温液体的过分依赖，导致试验操作复杂，造成作为低温液体的原材料大量浪费的问题；摆脱液氢作为测试冷源，大大提高了试验的安全性和可靠性；降低系统复杂度，降低人力成本和测试费用；同时本发明所提供的阀门低温检漏系统及检漏方法还实现了样品温度精确可控；一次试验能够检测多个待测阀门，并支持快速复温换件，样品更换便捷，测试周期短。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种阀门低温检漏系统的结构示意图；

图2为本发明下底座的结构示意图；

图3为本发明真空检测平台的结构示意图。

图中：11、制冷机；12、屏蔽罩；13、真空罩；14、下底座；15、待测阀门；16、夹板；17、薄膜加热器；18、上底座；19、温度传感器；1、第一氦质谱检漏仪；2、第二氦质谱检漏仪；3、第一真空泵；4、预冷装置；41、换热腔；42、盘管；51、配气台；52、氦气源；53、氮气罐；6、进气管路；7、出气管路；8、供配气管路；9、吹扫管路；10、第二真空泵。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，本发明公开一种阀门低温检漏系统，包括：供配气装置、制冷装置、第一氦质谱检漏仪1、第二氦质谱检漏仪2、多条进气管路6、多条出气管路7以及真空检测平台，所述制冷装置和待测阀门15均设于所述真空检测平台内，所述供配气装置通过进气管路6与所述真空检测平台连通，所述第一氦质谱检漏仪1与所述真空检测平台连通，所述第二氦质谱检漏仪2通过出气管路7与所述真空检测平台连通，每一对所述进气管路6与所述出气管路7分别连接在对应所述待测阀门15的两端，在所述第一氦质谱检漏仪1、第二氦质谱检漏仪2、进气管路6以及出气管路7分别设有阀。

具体地，供配气装置向进气管路6输入氦气，使得整个测试通路充有氦气，给第一氦质谱检漏仪1和第二氦质谱检漏仪2提供测试环境；制冷装置可以为制冷机11等，可采用g-m制冷机、脉冲管制冷机或斯特林制冷机，优先采用单级g-m制冷机，代替低温气体预冷和低温介质浸泡2种冷源供给方式，可以将环境温度控制在20k-300k(热力学温标，单位：开尔文)；第一氦质谱检漏仪1和第二氦质谱检漏仪2用于检测待测阀门15漏率；本发明可对多个待测阀门15进行检漏，因此需要多条进气管路6和多条出气管路7进行连接，并利用阀控制各条管路的开闭，以依次对待测阀门15进行检漏测试(包括内漏检测、进气端外漏检测以及整体外漏漏率检测等)。

本发明公开一种阀门低温检漏系统及检漏方法，利用制冷装置作为冷源，实现在可调的低温环境下进行阀门的检漏测试，解决了现有技术中阀门低温检漏系统对低温液体的过分依赖，导致试验操作复杂，造成作为低温液体的原材料大量浪费的问题；摆脱液氢作为测试冷源，大大提高了试验的安全性和可靠性；降低系统复杂度，降低人力成本和测试费用；同时本发明所提供的阀门低温检漏系统及检漏方法还实现了样品温度精确可控；一次试验能够检测多个待测阀门，并支持快速复温换件，样品更换便捷，测试周期短。

其中，还包括预冷装置4，所述预冷装置4包括换热腔41，所述换热腔41设有介质进口和介质出口，所述进气管路6的中段制成盘管42，并伸入所述换热腔41，与所述换热腔41内的换热介质进行换热。预冷装置4为进气管路6内的氦气进行预先预冷，增强系统环境的温度控制。具体地，本实施例中换热腔41具有真空绝热夹层，避免冷量流失，换热腔41作为换热介质与进气管路6内的氦气进行换热。本实施例采用液氮作为换热介质进行冷却，液氮从介质进口进入与进气管路6中的氦气进行换热，为了提高换热效率，将进气管路6在换热部分制成盘管42结构，将常温的氦气进行预冷，经过换热后的液氮变为氮气从介质出口排出。

基于上述实施例，本发明的大致工作流程为：从供配气装置引出的进气管路6分为5条并联管路，分别独立对应5个阀门检漏，经由预冷装置4预冷后，氦气冷却到液氮温区，终端连接所述的制冷装置，冷却到液氢温区，再与待测阀门15进气口相连。出气管路7起始端与待测阀门15出气口相连，针对5个阀门检漏，并联出5条排气管道，引出真空检测平台内并复温后合并为一条排气总管路，其末端连接单向阀进行氦气排放或接入氦气回收装置。

其中，所述供配气装置包括并联连接的供配气管路8以及吹扫管路9，所述供配气管路8与氦气源52连通，且在所述供配气管路8设有阀、流量计以及压力传感器，所述吹扫管路9与氮气罐53连通，且所述吹扫管路9设有阀。具体地，本实施例中的阀包括减压阀、截止阀以及泄压阀，利用氮气进行吹扫，供配气管路8、吹扫管路9通过三通与进气管路6连通。本实施例中的流量计和压力传感器分别用于监测氦气的流量以及压力，并利用减压阀、截止阀以及泄压阀对氦气的流量和压力进行控制，使本系统可以在不同的压力下对待测阀门15进行检漏测试。由减压阀、截止阀、泄压阀、流量计以及压力传感器等组成配气台51。

其中，如图3所示，所述真空检测平台包括温度传感器19、真空罩13、下底座14、第一真空泵3和第二真空泵10，所述制冷装置和所述待测阀门15均放置于所述下底座14上，且由所述真空罩13密封，所述第一真空泵3与所述真空罩13连通，所述第二真空泵10与出气管路7连通，所述温度传感器19设于所述真空罩13内，温度传感器19用于监测待测阀门15所处环境的温度。具体地，真空罩13保证待测阀门15所处环境与外界隔离，待测阀门15可以处于真空环境进行检漏测试，下底座14用于连接制冷装置和待测阀门15，第一真空泵3控制待测阀门15的压力环境，第二真空泵10控制进气管路6和出气管路7中的压力环境。在第一真空泵3和第二真空泵10设置阀或开关，控制泵的通断。温度传感器19将监测到的温度信号传递给外部温度控制系统，通过外部温度控制系统控制调节下底座14底部的薄膜加热器17的加热功率，进而精确调节待测阀门15所处环境的温度，使得待测阀门15和真空检测平台的温度能够从20k到300k变化。

其中，如图2所示，所述下底座14包括三条短边及一条长边的十字平板形状，所述三条短边均设有挖槽，所述挖槽与所述多条进气管路6连接，所述长边通过阀门连接件固定所述待测阀门15。具体地，短边通过挖槽与进气管路6焊接，长边通过阀门连接件固定所述待测阀门15，实现热耦合和机械耦合。制冷机冷头、阀门连接件与下底座14之间设有用于消除接触热阻的铟片和低温导热硅脂，下底座14通过热传导方式，用于将制冷机冷头的冷量传递给进气管道里的氦气，使其温度从预冷装置的液氮温区(约77k)进一步降至液氢温区(约20k)，同时将冷量传递至待测阀门15，使其温度从常温(约300k)冷却至液氢温区(约20k)，达到试验温度要求。下底座14远离制冷机冷头的一端通过环氧树脂拉杆悬吊于所述真空罩13内，起支撑作用。本实施例的下底座14的主要材质为铜，具有较好的导热性能。本发明支持快速复温换件，样品更换便捷，测试周期短。可以配备两套以上的阀门连接件，当其中一套正在测试时，另一套阀门连接件可以事先组装好下一组待测样品。当一组待测样品测试完毕后，只需通过温度控制系统快速复温并打开真空罩，快速更换上另一个准备好的已装上待测样品的阀门连接件并安装好真空罩，再用高纯氮气对进气管路和出气管路进行吹除，保证氦气本底浓度不大于10e-7pa·m^3/s，即可进行下一组待测件的检测。

其中，所述阀门连接件包括夹板16和上底座18，所述夹板16将所述待测阀门15固定在所述下底座14上，所述上底座18扣合在所述夹板16上。阀门连接件可根据待测阀门类型进行定制。夹板16、待测阀门15、上底座18之间设有用于消除接触热阻的铟片和低温导热硅脂；夹板16通过上底座18固定在下底座14上并设有用于消除接触热阻的铟片和低温导热硅脂，以实现热耦合和机械耦合。本实施例中的夹板16和上底座18主要材质均为铜，具有较好的导热性能。

其中，还包括屏蔽罩12，所述屏蔽罩12安装于所述真空罩13内侧，且扣设于所述待测阀门15，所述真空罩13具有与所述第一真空泵3连接的开口、与所述进气管路6连接的第一孔门以及与所述出气管路7连接的第二孔门。屏蔽罩12用于减少真空罩13对待测阀门15的辐射漏热，其上端开口并接入抽真空管道以便抽真空及对待测阀门15检漏，其侧面开口为多个用于实现氦气通过进气管路6和出气管路7进出屏蔽罩12内且与待测阀门15相连的孔门。屏蔽罩12材料为无氧铜，外包覆多层绝热材料以减少辐射漏热。

本发明还公开一种阀门低温检漏方法，包括：

s1、在室温下对进气管路、出气管路以及真空检测平台抽真空，打开制冷装置对真空检测平台降温；

s2、打开连接在同一个待测阀门上进气管路的阀和出气管路的阀以及第二氦质谱检漏仪的阀，关闭待测阀门，观察第二氦质谱检漏仪的示数，检测该待测阀门的内漏漏率，再打开第一氦质谱检漏仪的阀，观察第一氦质谱检漏仪的示数，检测该阀门进气端外漏漏率；

s3、按照s2的步骤，将待测阀门处于不同的高压力值的情况下，观察第一氦质谱检漏仪和第二氦质谱检漏仪示数，对该待测阀门在不同的高压力值下进行内漏漏率检测和进气端外漏漏率检测；

s4、关闭进气管路的阀和出气管路的阀，并在设定压力条件下，打开一个待测阀门，打开该待测阀门出气管路的阀，并开始逐渐排气卸压，同时调节该待测阀门的开闭状态，并观察第一氦质谱检漏仪的示数，对该待测阀门进行整体外漏漏率检测；

以上为对单独一个待测阀门进行检漏测试的测试方法，以此类推可应用于多个待测阀门的检漏测试：即对其他待测阀门按照s2的步骤依次检测待测阀门在真空条件下的内漏漏率和进气端外漏漏率，按照s3的步骤依次检测待测阀门在不同的预定压强条件下的内漏漏率和进气端外漏漏率以及按照s4的步骤依次进行待测阀门整体外漏漏率检测。本实施例不限制检漏测试顺序，即实验人员可以将一个待测阀门检漏测试完毕后再测试下一个，也可以将一批待测阀门检漏先进行内漏检测，再进行外漏检测，最后进行在预定压力值下的外漏检测。

具体地，如图1所示，在检漏开始之前，待测阀门必须彻底去除油脂并且干燥，因为油脂和水分在低温下均会变成固态物质，造成阀门零件的磨损，特别是密封面的磨损。试验装置应处于通风处，参加试验人员应做好安全防护。安装待测阀门、进气管路以及出气管路，打开相应的截止阀，使得在室温下阀门系统管路抽真空。采用第二真空泵抽真空。机械泵抽真空半小时后打开分子泵，直至真空值低于10e^-5pa。采用喷吹法配合第二氦质谱检漏仪进行进气管路和出气管路检漏，确保安装连接处无泄漏。紧接着安装真空检测平台，采用第一真空泵抽真空，采用喷吹法配合第一氦质谱检漏仪进行真空检测平台检漏，确保安装连接处无泄漏。关闭所有阀门，开制冷机降温。待测阀门降到20k时，打开氦气源处截止阀，调节减压阀，使氦气压力为1mpa，流量为2.75e^-5kg/s，换热腔内注入液氮。准备工作完成。本实施例中用于通断开关的阀选用截止阀，用于减压的阀选用减压阀。

具体地，多个待测阀门进行内漏漏率测试，依次打开对应的进气管路的阀和出气管路的阀以及第二氦质谱检漏仪的阀，观察第二氦质谱检漏仪的示数即可；多个待测阀门进行进气端外漏漏率，再打开第一氦质谱检漏仪的阀，观察第一氦质谱检漏仪的示数即可。

多个待测阀门处于不同的高压力值检漏测试的操作为：首先，关闭所有进气管路的阀，利用减压阀调节氦气输入的压力，使其依次升压到5mpa、5.5mpa、6mpa、7mpa、9mpa、10mpa、13mpa、15mpa、17mpa、19mpa、20.6mpa、21mpa并在每个压力下依次打开各条进气管路的截止阀，观察变化并记录第一氦质谱检漏仪和第二氦质谱检漏仪的示数，检测完毕后关闭各条进气管路的截止阀。若管道压力超过22mpa则安全阀自动打开进行卸压。至此，第一批电磁阀的不同压力的内漏漏率检测和进气端外漏漏率检测结束。关闭氦气源截止阀，关闭第二氦质谱检漏仪截止阀，停止第二氦质谱检漏仪。因本测试在加压状态下，所以管道需采用耐高压材料制成。

多个待测阀门整体外检的操作为：关闭所有出气管路的阀门，此时阀门进气端压力为21mpa，依次动作打开5个待测电磁阀，进行整体外检。先开启第一个电磁阀进行外检，打开该电磁阀的出气管路的阀门，泄压阀，单向阀进行卸压排气，电磁阀动作利用第一氦质谱检漏仪检查整体外漏，直至压力降至大气压，第一个电磁阀的检漏完毕，关闭该出气管路的阀门。接着依次打开其他电磁阀的出气管路的阀门，按照第一个电磁阀的整体外检方法，对其余电磁阀进行整体外检。

本发明实施例提供的一种阀门低温检漏系统及检漏方法，利用制冷装置作为冷源，实现在可调的低温环境下进行阀门的检漏测试，解决了现有技术中阀门低温检漏系统对低温液体的过分依赖，导致试验操作复杂，造成作为低温液体的原材料大量浪费的问题；摆脱液氢作为测试冷源，大大提高了试验的安全性和可靠性；降低系统复杂度，降低人力成本和测试费用；同时本发明所提供的阀门低温检漏系统及检漏方法还实现了样品温度精确可控；一次试验能够检测多个待测阀门，并支持快速复温换件，样品更换便捷，测试周期短。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。