以低溫泵為主泵的真空檢漏系統(tǒng)研究
由于分子泵對氦氣有較大抽速，因此在真空檢漏系統(tǒng)中通常用分子泵作為主泵，但當(dāng)檢漏容器很大時需要大量分子泵。低溫泵具有清潔無油、抽速大的優(yōu)點，如果在檢漏系統(tǒng)中能夠采用低溫泵作為主泵，可以大大減少真空泵數(shù)量。本文對以低溫泵為主泵的真空檢漏系統(tǒng)進行了實驗研究，并對實驗現(xiàn)象進行了分析。研究結(jié)果表明，低溫泵可以有效提高檢漏系統(tǒng)的工作真空度，對檢漏系統(tǒng)的有效靈敏度影響很小，但以低溫泵為主泵的檢漏系統(tǒng)的反應(yīng)時間比以分子泵為主泵的檢漏系統(tǒng)反應(yīng)時間長。
為了提高衛(wèi)星總漏率測試靈敏度，需要將衛(wèi)星放入專用的大型檢漏容器中采用真空質(zhì)譜檢漏方法進行檢漏。由于低溫泵具有清潔無油、抽速大的優(yōu)點，大型真空容器的抽氣系統(tǒng)通常采用低溫泵作為主泵，但低溫泵對氦氣的抽速小，故在檢漏系統(tǒng)中通常使用對氦氣抽速較大的分子泵作為主泵。低溫泵對空氣抽速大，如果在衛(wèi)星檢漏系統(tǒng)中采用低溫泵作主泵，可以減少泵的數(shù)量，節(jié)約投資，本文對以低溫泵為主泵的真空檢漏系統(tǒng)進行了研究。
1、實驗研究
利用KFTA 空間環(huán)境模擬設(shè)備進行了以低溫泵為主泵的真空檢漏系統(tǒng)實驗研究。KFTA 設(shè)備主要用于衛(wèi)星部組件熱真空實驗，容器尺寸為Ф1400 mm×3000 mm，真空系統(tǒng)主泵為Ф500 低溫泵，其對氮氣的名義抽速為10500 L/s，配有一臺Ф200 復(fù)合分子泵，其對氮氣的名義抽速為1200 L/s，兩臺抽速為30 L/s 的干泵作為粗抽泵，同時作為分子泵的前級泵，氦質(zhì)譜檢漏儀接在干泵和分子泵之間的管路上。KFTA 設(shè)備的原理如圖1 所示。
圖1 KFTA 空間環(huán)境模擬設(shè)備原理
1.1、系統(tǒng)靈敏度的校準(zhǔn)
利用標(biāo)準(zhǔn)漏孔，分別在分子泵單獨抽氣和低溫泵與分子泵共同抽氣兩種工況下標(biāo)定系統(tǒng)有效靈敏度。在兩種工況下，系統(tǒng)抽到穩(wěn)定的真空度后氣體載荷很小，用檢漏儀作為分子泵前級完全可以保證分子泵正常運行，因此在標(biāo)定系統(tǒng)靈敏度過程中關(guān)閉兩個干泵入口閥門。
用低溫泵與分子泵共同抽氣，容器達到的真空度為2.6×10-3Pa，此時檢漏儀輸出的本底信號為1.0×10-9Pa·m3/s， 關(guān)閉Ф500 閥門保持Ф200 閥門開啟， 容器的真空度變?yōu)?.7×10-3 Pa·m3/s，檢漏儀輸出的本底信號為9.1×10-10 Pa·m3/s。實驗說明低溫泵的引入可以有效提高容器的真空度，但對本底信號幾乎沒有影響，即低溫泵對氦氣的分流作用很小。
檢漏系統(tǒng)的有效靈敏度可按下式計算[1]
式中Qemin—— —系統(tǒng)有效檢漏靈敏度，Pa·m3/s
In—— —本底噪聲
I—— —標(biāo)準(zhǔn)漏孔的反應(yīng)值
I0—— —本底信號
Q0—— —標(biāo)準(zhǔn)漏孔標(biāo)稱值，Pa·m3/s
分子泵單獨抽氣和低溫泵與分子泵共同抽氣兩種工況下分別采用兩個標(biāo)準(zhǔn)漏孔進行標(biāo)定實驗，實驗數(shù)據(jù)如表1 和表2 所示。
表1 分子泵低溫泵共同抽氣數(shù)據(jù)
表2 分子泵單獨抽氣數(shù)據(jù)
實驗結(jié)果表明，引入低溫泵后，容器真空度有顯著提高，但低溫泵對容器本底幾乎沒有影響，低溫泵對系統(tǒng)的有效檢漏靈敏度幾乎沒有影響。
3、結(jié)論
根據(jù)本文的研究可以得出結(jié)論，以低溫泵為主泵的檢漏系統(tǒng)中，低溫泵對氦氣的分流很小，因此低溫泵的引入對系統(tǒng)有效檢漏靈敏度影響很小。但由于低溫泵的低溫吸附作用，引入低溫泵后系統(tǒng)的反應(yīng)時間和恢復(fù)時間都較長，對檢漏的工作效率有一定影響。
參考文獻：
[1] 吳孝撿，閆榮鑫. 泄漏檢測[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2005：85.
[2] 高香院. 現(xiàn)代低溫泵[M]. 西安：西安交通大學(xué)出版社，1990：108.
[3] 茹曉勤，祁妍，吳樹迎.制冷機低溫泵獲得清潔無油高真空[J]. 航天器環(huán)境工程，2006（2）：119- 121.
[4] Alexcopoulos T，Avramidou R,Dris E. Leak Detection In Large Vessels[J]. Vacuum,1978 (2):63- 67.
[5] Bryan S, Hemmerich J L, Winkel T. Developments in helium leak detection at JET [J]. Vacuum, 1999 (2):215- 217.
