Badania szczelności
W badaniach szczelności naczyń zamkniętych przewodów itp. , wykorzystuje się najczęściej zjawisko przepływu
cieczy lub gazów przez nieszczelności., spodowane na ogół przez wady materiałów lub połączeń. Obserwuje' się
przy tym bezpośredni przepływ gazu lub pozostałość gazu w naczyniu, wytwarzając: wewnątrz naczynia lub w
jego otoczeniu nadciśnienie względnie podciśnienie. Stąd też metody badania szczelności można podzielić ogólnie
na metody oparte na
•
wnikaniu płynu,
•
wypływie płynu lub pozostałości płynu.
Celem metody badania szczelności może być albo tylko wykrycie nieszczelności, albo też wykrycie,
zlokalizowanie i pomiar nieszczelności.
Układy, poddawane próbom szczelności, mają zapobiec wnikaniu cieczy lub gazów do wnętrza albo też
wydostawaniu się gazów względnie cieczy na zewnątrz. Do pierwszej grupy zaliczamy wszystkie układy próżniowe
oraz naczynia, które mają chronić przed przedostawaniem się pary wodnej, bakterii lub innych zanieczyszczeń itp.
Do drugiej grupy należą zbiorniki ciśnieniowe na ciecze lub gazy, pojemniki na gazy radioaktywne, pojazdy
kosmiczne. Elementy paliwowe reaktorów atomowych spełniać muszą jednocześnie dwie funkcje mianowicie
zapobiegać przedostawaniu się ośrodka chłodzącego do paliwa i na odwrót
Metody badań
•
hydrostatyczna,
•
pęcherzykowa,
•
penetracyjna,
•
akustyczna,
•
halogenowa i helowa.
Metoda hydrostatyczna polega na obserwacji spadku ciśnienia lub wycieku cieczy wypełniającej zbiornik i
poddanej określonemu ciśnieniu.
W metodzie pęcherzykowej powierzchnię badanego obiektu pokrywa się cieczą i. obserwuje się wypływ
pęcherzyków gazu, przedostającego się przez nieszczelności pod wpływem wytworzonego nadciśnienia. Sposób 1
i 3
W metodzie penetracyjnej wykorzystuje się zjawisko wnikania specjalnych cieczy, tzw. penetrantów. Przeciek
wykrywa się za pomocą wywoływaczy nanoszonych na przeciwległą powierzchnię badanego elementu.
Metoda akustyczna polega na detekcji fal akustycznych generowanych przy turbulentnym wypływie gazu przez
nieszczelności.
W metodzie halogenowej wykorzystuje się wzrost emisji jonów z gorącej płytki platynowej w obecności
gazowych związków halogenowych. Jako gaz próbny stosuje się najczęściej freon 12 lub jego mieszaninę z
powietrzem.
Dużą czułość zapewniają helowe wykrywacze nieszczelności. Helowy wykrywacz nieszczelności jest w zasadzie
spektrometrem masowym specjalnie czułym na hel. Spektrometr pozwala na separację gazów o różnych masach.
Zasada działania helowego wykrywacza nieszczelności
. Elektrony wysyłane z podgrzanego włókna wolframowego bombardują hel napływający z badanego przedmiotu.
Powstające w wyniku bombardowania jony są przyspieszane w polu elektrycznym i. przechodzą między
biegunami stałego magnesu. Pod działaniem pola magnetycznego następuje zakrzywienie toru poszczególnych
cząstek, przy czym promień toru jest tym większy im większa jest masa jonu. Helowy wykrywacz nieszczelności jest
tak skonstruowany, ażeby zbierane były jedynie jony helu. Jony helu padające na elektrodę powodują powstanie
prądu elektrycznego, który służy do uruchamiania sygnałów akustycznych lub tym podobnych.
Obok wymienionych powyżej, najczęściej stosowanych, metod wykrywania nieszczelności znane jest zastosowanie
gazów radioaktywnych:. Badany obiekt umieszcza się w dużym zbiorniku.
Do dużego zbiornika wtłacza się gaz radioaktywny pod ciśnieniem przekraczającym ok. 1 atmosferę ciśnienia
wewnątrz badanego przedmiotu, Po pewnym okresie czasu, dostatecznym do tego, ażeby gaz radioaktywny
przeniknął do badanego naczynia, wyjmuje się je z dużego zbiornika, oczyszcza się i odkaża z zewnątrz z gazu
radioaktywnego, po czym mierzy się licznikiem tempo rozpadu gazu radioaktywnego, które jest proporcjonalne do
ilości radioaktywnego gazu jaki przedostał się do badanego naczynia.
SCHEMATY SPOSOBÓW BADANIA SZCZELNOŚCI
Metody badania szczelności stosowane dla potrzeb technologii reaktorowej podzielone zostały na dzoesięć
sposobów. Tworzą one trzy zasadnicze grupy oparte na wnikaniu gazu (sposoby 1-3), wypływie gazu (sposoby
4-7), i pozostałości gazu ( sposoby 8-10)
Sposób 1 - odcięcia i wzrostu ciśnienia. Po osiągnięciu określonego nicienia miarą jest wzrost nicienia po
odcięciu systemu od pompy próżniowej. Sposób ten nadaje się do kontroli układów próżniowych. Daje on
możliwości określenia górnej granicy nieszczelności. Jeżeli wzrost ciśnienia p następuje w czasie t a v oznacza
objętość, to przeciek nie jest większy od: p*v/t
Sposób 2 - kołpaka i gazu próbnego-Naczynie poddane próbom jest otoczone przez gaz próbny. Wskaźnik
dołączony do naczynia wykrywa obecność przenikającego gazu próbnego
Sposób 3 - sondy podającej i gazu próbnego
Naczynie badane ,jest odmuchiwane za pomocą gazu próbnego. Prędkość, z którą można odmuchiwać naczynie
zależy od stałej czasu charakteryzującej czas potrzebny na przejście gazu próbnego przez nieszczelność.
Sposób 4 – zamkniętego zbiornika. Badane naczynie. umieszcza się w, zbiorniku z którego usuwa się powietrze a
następnie odcina od pompy próżniowej. Miarą nieszczelności jest prędkość wzrostu ciśnienia w zbiorniku,
Metoda ta nie jest zalecana, niezbyt czuła i dokładna bowiem trudno ustalić stopień odgazowania gazów
zaadsorbowanych na powierzchni
Sposób 5 – zamkniętego zbiornika i gazu próbnego. Zastępowanie powietrza przez gaz próbny, up. hel i
zastosowanie spektrometru masowego ,jako detektora powoduje że sposób ten jest bardzo czuły. Jednakże można
uzyskać mylące wyniki w przypadku gdy badane naczynie przez. Pomyłkę nie zostało napełnione gazem próbnym
lub gdy nieszczelność była tak duża, że gaz próbny wyciekł zanim przystąpiono do próby. W obu przypadkach
pomiar tym sposobem da wynik mówiący o braku przecieku
Sposób 6 - zasysacza i gazu próbnego. Sposób ten jest odwróceniem sposobu 3, sondy podającej i gazu próbnego,
przy czym jest znacznie mniej czuły
Sposób 7 - pęcherzyków gazowych. Jest to jedna z najstarszych metod badania szczelności. Badany element
umieszcza się w zbiorniku z cieczą i obserwuje się wypływ pęcherzyków. Jako cieczy używać można wody, jednak
ż
e ciecze o mniejszym napięciu powierzchniowym są bardziej korzystne, tworzące mniejsze pęcherzyki, łatwiej
dostrzegane od dużych pęcherzyków a ponadto uzyskuje się większą czułość
Sposób 8 - akustyczny. Mimo stosunkowo małej czułości, jest to jeden z najszybszych sposobów kontroli. Czujnik
fal ultradźwiękowych ze wzmacniaczem wykrywa ultradźwiękowe składowe szumu generowanego przez
wypływający gaz. Dzięki temu pomiar może być dokonywany w pomieszczeniach hałaśliwych,
Sposób 9 - zmian radioaktywności.- Badany zbiornik napełnia się gazem z dodatkiem gazu radioaktywnego,
najczęściej kryptonu- 85 o okresie półrozpadu równym 10, 6 lat. Aktywność gazu radioaktywnego mierzy się
poprzez ściankę. Wraz z wypływem gazu przez nieszczelności zmniejszać się będzie jego aktywność
Sposób 10 - zmiany ciężaru. Naczynie napełnia się gazem pod ciśnieniem. Gaz, którym wypełnia się naczynie
badane powinien mieć gęstość różniącą się od powietrza. Przez okresowe pomiary i ciężaru naczynia wykrywa się
sumaryczny przeciek gazu z naczynia. Drobne nieszczelności mogą zostać zamknięte w procesie produkcji,
dlatego niejednokrotnie niezbędne jest oczyszczenie badanego zbiornika przed próbą szczelności, ażeby otworzyć
istniejące nieszczelności.
MIARA NIESZCZELNOSCI
Miarą nieszczelności jest przeciek płynu, zwykle gazu, a najczęściej powietrza, wyrażony jako natężenie
przepływu masy płynu.
Dla gazu masę można zastąpić iloczynem ciśnienia i objętości, stąd tez przeciek wyraża się w jednostkach
Ciśnienie*objętość / czas
a więc .jako Tr l/s lub at cm
3
/s.
Nieszczelności podawane są również m mikrolitach na sekundę, mikrobarach x litr na sekundę.
POMIARY
Pomiar wykonywany był metodą hydrostatyczną. Badanym elementem była chłodnica wody słodkiej wodą
morską. Do przestrzeni omywającej rurki chłodnicy wykonywane były uszczelnienia w postaci dwóch oringów
sklejanych kompletem firmy Loctite. Następnie po skręceniu pokrywy do przestrzeni wtłoczono wodę pod
ciśnieniem 0’6 bar . po zakręceniu zaworu obserwowany był ewentualny spadek ciśnienia. Badanie zakończyło
się wynikiem pozytywnym pozwalającym na dalszą eksploatację chłodnicy