基于氦气分离膜的压力产品总漏率测试方法与流程

本发明属于结构健康检测领域,具体而言，本发明涉及一种新型压力产品密封性能检测方法，该检测方法同时具有压力产品总漏率测试的功能。

背景技术：

压力产品是一种应用广泛，需承受严苛的操作条件，比较容易发生事故的特殊设备，其密封性能是可靠性指标中的一个重要参数，微小的漏孔也可能造成巨大的损失。压力产品发生泄漏可能会造成产品的损坏，不能完成既定的任务，甚至导致人员的伤亡。

压力产品的总漏率是压力产品密封性能的直接表示形式，目前，国内外已经对压力产品的总漏率测试进行了较多的研究工作，并且某些研究成果已经成功应用于工程实际中，主要的检漏方法包括射线探伤、超声波检测、磁粉检测、非真空累积氦质谱检漏方法和真空累积氦质谱检漏方法等，射线探伤工作强度大，且不适合总漏率测试；超声波检测和磁粉检测灵敏度较低，不能检测密封性能要求较高的压力产品，且对于被检件的材质具有选择性；非真空累积氦质谱检漏方法需要将压力产品放在大气环境的收集室中，先测量其初值，示漏气体氦气累积，在累积到一定量的时候，氦质谱检漏仪进行测量，消耗的时间长，检漏漏率度低；真空累积氦质谱检漏方法需要有大型真空系统，系统不能使用非真空累积方法的收集室，且要配置大型分子泵、前级泵和低温泵等，造价较为昂贵等，基于上述分析可知，现存的这些方法都具有一定的局限性，不能满足压力产品结构健康检测的需求。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服过去压力产品总漏率测试方法的缺点，从而提出了一种基于氦气分离膜的压力产品总漏率测试系统及测试方法。该测量系统和测试方法可在国内压力产品密封性能测试中总漏率测试时进行应用，可以仅对目前的非真空累积法总漏率测试系统进行改造，在压力产品放进检漏收集室后，可直接对压力产品泄漏出来的氦气进行检漏，从而大幅度提高测试效率。特别是本发明的测试方法中使用的氦气分离膜具有气体分离能力，能够显著提高压力产品总漏率测试的灵敏度。

为了实现上述目的，本发明采用了如下的技术解决方案：

压力产品总漏率测试系统，主要包括容纳压力产品的检漏收集室、氦气分离膜窗口、真空泵、氦质谱检漏仪和标定系统，收集所容纳的压力产品泄漏出来的示漏气体的检漏收集室室壁上设置有氦气分离膜窗口，氦气分离膜窗口通过管路经真空泵阀门与真空泵连通，氦质谱检漏仪经检漏仪阀门对氦气分离膜窗口分离出来的氦气量进行测试，给出压力产品的总漏率测量值，与检漏收集室连通的标定系统由经标准计量过的流量计、稳压室和压力表组成，标定系统向收集室中充入已知恒定流量示漏气体氦气的流量，检漏仪通过恒定流量示漏气体流量反应值来标定最终状态下压力产品的总漏率；其中，氦气分离膜窗口用于从收集室中收集示漏气体氦气，仅允许氦气和氢气通过，对氦气起到富集作用。

其中，氦气分离膜窗口主要包括氦气分离膜通道以及顺次设置在通道内部的前防护网、前过滤网、氦气分离膜、后过滤网、后防护网，前防护网用于保护前过滤网和氦气分离膜；前过滤网用于过滤来自收集室的气体，氦气分离膜用于从大气环境中分离示漏气体氦气；后过滤网用于过滤从真空抽气系统泄漏到氦气分离膜的气体；后防护网用于保护氦气分离膜面向测试室的通道，前防护网、前过滤网、后防护网、后过滤网共同为氦气分离膜提供应力支撑。

其中，氦气分离膜窗口真空密封设置在收集室室壁上并通过真空接口与真空泵连通的管路连通。

其中，真空泵用于为检漏仪提供真空环境，分流一部分氦气。

其中，标定系统由经标准计量过的流量计、稳压室和压力表组成，稳压室设置有压力表，且稳压室一侧经过稳压室阀门与气源连接，另一侧经过流量计阀门、流量计与收集室连通。

其中，氦气分离膜使氢气和氦气能轻易通过，但空气中的二氧化碳、氧气、氮气、一氧化碳和甲烷却无法通过。

其中，氦气分离膜由石英、氧化石墨烯的材料制成。

一种利用上述系统进行压力产品总漏率测试的方法，包括如下步骤：

1)将压力产品放入所述系统的收集室前，打开真空泵，使用真空泵对氦气分离膜窗口和管道进行抽真空，保证氦气分离膜分离器面向测试室的部分处于真空状态，待检漏仪和收集室之间形成稳定的示漏气体流，测量收集室内部氦气本底初值I₀；

2)将压力产品放入收集室，密封收集室，混合收集室中的示漏气体，待压力产品泄漏处与检漏仪之间形成稳定示漏气体流，即检漏仪反应值由上升变为稳定状态，即测量压力产品的总漏率的反应值终值I₁；

3)从气源向稳压室中送入一定量的氦气，记录稳压室上压力表的数值，通过流量计向收集室中流入稳定流量的氦气，待检漏仪与收集室中标定系统出口之间建立稳定的流量Q₀，即检漏仪从终值升高到稳定的样值，记录检漏仪的反应值I₂；

4)通过公式(1)得到压力产品的总漏率Q。

本发明的基于氦气分离膜方法的压力产品总漏率测试方法的优点在于：

1、本发明通过氦气分离膜，将检漏仪和收集室直接相连，提高了压力产品总漏率测试的灵敏度。

2、本发明仅仅需要检漏收集室，对收集室的密封性要求较低，大大降低了压力产品总漏率测试系统的建设成本。

附图说明

图1为本发明的基于氦气分离膜的压力产品总漏率测试系统示意图。

图2为本发明的系统中氦气分离膜窗口的结构示意图。

图3为本发明的系统中标定系统结构示意图。

其中，1收集室；2氦气分离膜窗口；3检漏仪阀门；4真空泵阀门；5真空泵；6氦质谱检漏仪；7标定系统；8前防护网；9前过滤网；10氦气分离膜；11后过滤网；12后防护网；13真空接口；14氦气分离膜通道；15气源；16稳压室阀门；17稳压室；18压力表；19流量计阀门；20流量计。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的基于氦气分离膜的压力产品总漏率测试系统进行进一步说明，该说明仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明的保护范围。

参见图1，图1显示了本发明的压力产品总漏率测试系统，该系统主要包括容纳压力产品的检漏收集室1、氦气分离膜窗口2、真空泵5、氦质谱检漏仪6和标定系统7，收集所容纳的压力产品泄漏出来的示漏气体的检漏收集室1室壁上设置有氦气分离膜窗口2，氦气分离膜窗口2通过管路经真空泵阀门4与真空泵5连通，氦质谱检漏仪6经检漏仪阀门3对氦气分离膜窗口分离出来的氦气量进行测试，给出压力产品的总漏率测量值，真空泵5经真空泵阀门4与氦质谱检漏仪6连通并对其进行抽真空并分离一部分氦气，与检漏收集室1连通的标定系统7由经标准计量过的流量计20、稳压室17和压力表18组成，具体结构参见图3，图3显示了本发明的测试系统中标定系统的详细结构图，其中，标定系统由经标准计量过的流量计20、 稳压室17和压力表18组成，稳压室17设置有压力表18，且稳压室17一侧经过稳压室阀门16与气源15连接，另一侧经过流量计阀门19、流量计20与收集室1连通。标定系统向收集室中充入已知恒定流量示漏气体氦气的流量，检漏仪通过恒定流量示漏气体流量反应值来标定最终状态下压力产品的总漏率；其中，氦气分离膜窗口2用于从收集室中收集示漏气体氦气，仅允许氦气和氢气通过，对氦气起到富集作用，但空气中的二氧化碳、氧气、氮气、一氧化碳和甲烷却无法通过。

在本发明的一具体实施方式中，参见图2，图2显示了本发明系统中的一种氦气分离膜窗口结构，该窗口结构主要包括氦气分离膜通道14以及顺次设置在通道14内部的前防护网8、前过滤网9、氦气分离膜10、后过滤网11、后防护网12，前防护网8用于保护前过滤网9和氦气分离膜10；前过滤网9用于过滤来自收集室的气体，氦气分离膜10用于从大气环境中分离示漏气体氦气；后过滤网11用于过滤从真空抽气系统泄漏到氦气分离膜10的气体；后防护网12用于保护氦气分离膜面向测试室的通道，前防护网8、前过滤网9、后防护网11、后过滤网12共同为氦气分离膜10提供应力支撑。氦气分离膜窗口2真空密封设置在收集室1室壁上并通过真空接口13与真空泵连通的管路连通。

在一具体的实施方式中，氦气分离膜由透气的石英制成，其中石英是透气的，目前在常温状态下渗透率较小，随着温度升高，渗透性能够大幅度提高。

在另一实施方式中，氦气分离膜由氧化石墨烯的材料制成。

本发明的基于氦气分离膜方法的压力产品总漏率测试技术，具体实施步骤如下：

1)将压力产品总漏率测试系统按照图1所示方式设计，其中气体分离装置按照图2氦气分离膜窗口所示方式安装，漏率标定系统按照图3标定系统原理图进行配置。

2)使用氦气分离膜方法进行压力产品总漏率测试时，打开真空泵，使用真空泵对氦气分离膜窗口和管道进行抽真空，保证氦气分离膜分离器面向测试室的部分处于真空状态，待检漏仪和收集室之间形成稳定的示漏气体流，测量收集室内部氦气本底初值I₀。

3)将压力产品推入收集室，密封收集室。混合收集室中的示漏气体，待压力产品泄漏处与检漏仪之间形成稳定示漏气体流，即检漏仪反应值有上升变为稳定状态，便可测量压力产品的总漏率的反应值终值I₁。

4)从气源向稳压室中送入一定量的氦气，记录稳压室上压力表的数值，通过流量计向收集室中流入稳定流量的氦气，待检漏仪与收集室中标定系统出口之间建立稳定的流量Q₀，即检漏仪从终值升高到稳定的样值，记录检漏仪的反应值I₂，通过公式1得到压力产品的总漏率Q。

实现本发明的测试方法的过程如下：

示漏气体氦气从压力产品的泄漏点出来，进入收集室大气环境中，由于气体分子速度按照麦克斯韦速率分布方式进行运动，分子速度沿空间各个方向的机会是均等的，因此示漏气体分子和环境大气分子、示漏气体分子本身之间、环境大气分子之间等发生不断相互碰撞，致使示漏气体和环境大气相互混合均匀。气体分子与收集室墙壁之间同样发生相互碰撞，碰撞的方式遵循余弦定律，所以示漏气体氦气分子随着环境大气分子将会按照一定的速度碰撞到氦气分离膜窗口，该发明中的气体分离窗口仅允许示漏气体氦气通过，且该发明中的氦气通过率较高，氦气分子通过氦气分离膜窗口，将在氦气分离膜窗口面向收集室面形成低浓度区，收集室中的示漏气体氦气会从压力产品泄漏孔氦高浓度区扩散到氦气分离膜窗口的低浓度区，经过一定时间，示漏气体氦气能够形成一条较为稳定的从压力产品泄漏孔氦高浓度区扩散到氦气分离膜窗口的低浓度区运动的稳定流，通过氦气分离膜窗口被检漏 仪接受得到压力产品总漏率的反应值。

尽管上文对本发明的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本发明的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围之内。