Количественная оценка герметичности вакуумной системы

Во всякой вакуумной системе всегда имеется ряд участков, наименее надежных в отношении герметичности. К таким участкам в первую очередь относятся места соединений отдельных элементов вакуумной системы. Большая вероятность натекания вакуумной системы в местах соединений объясняется тем, что для их выполнения приходится прибегать или к механическому, или к температурному воздействию. Но если даже все соединения выполнены достаточно тщательно, все же остается опасность, что и в тех участках системы, которые не подвергались опасному воздействию, могут оказаться дефекты, совершенно не заметные на глаз, но в то же время являющиеся местом входа натекающего в систему атмосферного воздуха.

При всей тщательности выполнения вакуумных систем в целом невозможно достигнуть полного отсутствия натекания. Можно добиться того, чтобы натекание оставалось в пределах допустимого. Для этого необходимо уметь провести количественную оценку герметичности вакуумной системы, т. е. измерить быстроту натекания.

Для измерения быстроты натекания, очевидно, необходимо, чтобы вакуумная система была снабжена манометром и надежным краном или вентилем, которым можно перекрыть сообщение между вакуумной системой и насосом.

Пусть при открытом кране в системе после более или менее длительной работы насоса установилось равновесное давление Pi. Если известно, что данный насос должен достигать предельного давления ро, то при сравнении фактически достигаемого в вакуумной системе давления pi с давлением ро возможно одно из двух положений: 1) pi практически совпадает с ро или 2) pipo.

В первом Случае систему можно считать герметичной.

Это можно объяснить тремя причинами:

• 1) плохим состоянием насоса;

• 2) наличием в самой вакуумной системе источника паров или газа;

• 3) натеканием системы извне.

Чтобы разделить эти три причины, следует изолировать систему от насоса, закрыв кран; далее, считая момент закрытия крана за начальный, периодически измеряют давление в системе. Результаты измерений записываются в виде таблицы или выражаются графически путем построения кривой зависимости давления от времени. Последняя в зависимости от причины может принять вид а, б или в (рис. 7-1).

Если давление /2р при котором был закрыт кран, остается практически постоянным в течение достаточно длительного времени (кривая а),-то превышение р_{ рад р₀ объясняется плохим состоянием насоса (состояние насоса можно, конечно, определить и независимо, если между краном и насосом имеется манометр).

Если давление возрастает (кривая б), причем оно стремится к определенному предёлу, то следует предположить наличие в системе источника, выделяющего газы; или пары (возрастание давления замедляется по мере приближения к равновесию между выделением и поглощением газа или пара).

Если давление возрастает пропорционально времени (кривая в), то причиной возрастания является натекание в систему атмосферного воздуха.

Нас интересует именно последний случай, когда вакуумная система натекает с определенной быстротой. Пусть по истечении промежутка времени t после закрытия крана давление в системе возросло с до р”. Тогда представление о быстроте натекания можно получить, если известно, как быстро повышается давление, т. е. если определить и f

Перейдем теперь к вопросу о допустимой величине течи. Задачу в общем виде можно сформулировать следующим образом.

Поскольку при испытании вакуумных установок на герметичность надо измерять давление воздуха, проникающего в вакуумную систему извне, необходимо всегда исключать влияние паров, имеющихся в вакуумной системе, на показания манометра. Поэтому для измерения быстроты натекания нужно пользоваться компрессионным манометром, или если приходится пользоваться чувствительными манометрами других типов, то применять вымораживание паров ловушками. Кроме того, нужно удостовериться, что внутри вакуумной системы газовыделение. отсутствует.

Пусть в рабочем объеме вакуумной системы необходимо поддерживать давление не выше рр, спрашивается, какую течь Q можно при этом допустить.

Очевидно, что для поддержания в вакуумной системе давления р_х необходимо, чтобы быстрота откачки системы S_o при этом давлении удовлетворяла неравенству

Условие (7-3) показывает, что течь Q можно считать допустимой, т. е. требуемое давление р_} в вакуумной системе будет обеспечено и при наличии течи, если соответствующим образом подобраны быстрота действия насоса S_H и пропускная способность трубопровода U. Очевидно, чем больше S_H и U, тем ббльшую течь Q можно допустить.

Пример. В рабочем объеме вакуумной установки необходимо поддерживать устойчивое давление /1=10-⁴ мм рт. ст.; быстрота действия насоса S_K при давлениях 10-³-10-5 мм рт.ст. равна 0,5 л/сек; пропускная способность трубопровода 6 = 56 см^а]сек. Определить максимально допустимую быстроту натекания.

Решение.