Các kỹ thuật mới xác định và đo lường rò rỉ hệ thống chân không

Hãy tưởng tượng việc cẩn thận xây dựng một hệ thống chân không phải được bịt kín hoàn hảo, nhưng lại liên tục không đạt được mức chân không mong muốn. Giống như một chiếc tàu ngầm được thiết kế tỉ mỉ bị rò rỉ vào những thời điểm quan trọng, kịch bản gây bực bội này thường chỉ do một thủ phạm: rò rỉ khí.

Trong các ứng dụng công nghiệp và khoa học—từ chính các hệ thống chân không đến các bộ phận ô tô và tủ lạnh—tính toàn vẹn kín khí là tối quan trọng. Các kỹ sư giàu kinh nghiệm hiểu rằng các tuyên bố đơn giản như "không phát hiện rò rỉ" hoặc "tỷ lệ rò rỉ bằng không" là không đủ làm tiêu chí chấp nhận. Các thông số kỹ thuật thích hợp phải xác định rõ ràng tỷ lệ rò rỉ cho phép trong các điều kiện cụ thể, với các mức chấp nhận khác nhau tùy theo ứng dụng.

Rò rỉ chính xác là gì?

Rò rỉ thể hiện sự vi phạm trong một rào cản vật liệu, cho phép các chất rắn, chất lỏng hoặc khí đi qua ngoài ý muốn.

Rò rỉ biểu hiện ở nhiều dạng khác nhau tùy thuộc vào vật liệu và loại kết nối. Việc hiểu các danh mục này sẽ hỗ trợ khắc phục sự cố:

Bảy loại rò rỉ phổ biến

• Rò rỉ kết nối có thể tháo rời: Xảy ra ở mặt bích, bề mặt tiếp xúc đất hoặc nắp nơi các vòng đệm (gioăng, vòng chữ O) bị hỏng do lắp đặt không đúng cách, vật liệu bị xuống cấp hoặc hư hỏng bề mặt.
• Rò rỉ mối nối vĩnh viễn: Được tìm thấy trong các mối hàn, mối nối hàn hoặc liên kết keo bị ảnh hưởng bởi việc chế tạo kém hoặc lão hóa.
• Rò rỉ lỗ rỗng: Phổ biến trong vật liệu đa tinh thể và vật đúc sau khi chịu ứng suất cơ học (uốn) hoặc xử lý nhiệt, nơi các khoảng trống siêu nhỏ liên kết với nhau.
• Rò rỉ nhiệt: Xuất hiện dưới nhiệt độ khắc nghiệt khi sự giãn nở nhiệt khác biệt gây căng thẳng cho các mối nối hàn, làm nới rộng các khoảng trống.
• Rò rỉ ảo (hiển thị): Không phải là các lỗ hổng vật lý mà là khí bị mắc kẹt trong các khoang/lỗ mù hoặc chất lỏng bay hơi dần dần giải phóng, bắt chước các rò rỉ thực sự.
• Rò rỉ gián tiếp: Kết quả từ các đường dây tiện ích bị xâm phạm (nước, khí nén) đưa các chất lạ vào hệ thống chân không.
• Rò rỉ thác: Nhiều rò rỉ liên kết với nhau, như vòng đệm dầu bị hỏng trong các bể chứa bơm cánh quay, cho phép dầu đi vào.

Ngoài ra, sự thấm —khuếch tán khí qua các vật liệu như ống cao su—không phải là rò rỉ về mặt kỹ thuật nhưng ảnh hưởng đến hiệu suất chân không.

Định lượng rò rỉ: Tiêu chuẩn tỷ lệ rò rỉ

Việc bịt kín hoàn toàn là không thực tế và không cần thiết. Yếu tố quan trọng là duy trì tỷ lệ rò rỉ đủ thấp để duy trì các yêu cầu về áp suất vận hành. Mối quan hệ này được định lượng là:

Tỷ lệ rò rỉ (q _L ) = 1 mbar·l/s có nghĩa là: Trong một bình kín 1 lít, áp suất tăng/giảm 1 mbar mỗi giây.

Đối với các hệ thống chân không cao, các điểm chuẩn thực tế là:

• q _L (không khí) < 10 ^-6 mbar·l/s → "Cực kỳ kín"
• q _L (không khí) < 10 ^-5 mbar·l/s → "Đủ kín"
• q _L (không khí) > 10 ^-4 mbar·l/s → "Bị rò rỉ"

Phát hiện rò rỉ: Vị trí so với Đo lường

Kiểm tra rò rỉ phục vụ hai mục đích chính:

1. Xác định vị trí rò rỉ trong hệ thống
2. Đo lường tỷ lệ rò rỉ chính xác

Các phương pháp khác nhau tùy theo điều kiện áp suất:

• Phương pháp chân không: Phát hiện dòng chảy vào (áp suất bên ngoài > chân không bên trong)
• Phương pháp áp suất: Xác định dòng chảy ra (bên trong có áp suất)

Tốc độ khuếch tán cao của Heli làm cho nó trở nên lý tưởng để phát hiện rò rỉ nhạy cảm, với các máy dò hiện đại có khả năng xác định các rò rỉ nhỏ tới 1 Å (10 ^-10 m) về đường kính.

Khi các hệ thống chân không hoạt động kém, có hai nguyên nhân có thể xảy ra: rò rỉ thực sự hoặc thoát khí từ bề mặt. Phổ kế khối hoặc các thử nghiệm tăng áp suất theo thời gian giúp phân biệt giữa chúng, với các máy dò rò rỉ heli cung cấp khả năng định vị nhanh chóng.