Vakum sistemlerinde kaçak nedir ve kaçak oranı nasıl ölçülür?
Asıl vakum sistemlerine ve bunların münferit bileşenlerine ek olarak (vakum haznesi, hatlar, valfler, ölçüm cihazları vb.) Endüstri ve araştırma alanlarında sızdırmazlık veya "hermetik sızdırmazlık" konusunda yüksek talepleri olan çok sayıda başka sistem ve ürün bulunmaktadır. Bunlar arasında özellikle otomotiv ve soğutma endüstrisi için yapı grupları yer alır.
Genellikle yapılan "kaçak tespit edilemez" veya "sızıntı oranı sıfır" gibi genelleştirilmiş ifadeler, kabul testi için yeterli bir temel oluşturmaz.
Deneyimli her mühendis, uygun şekilde formüle edilmiş kabul spesifikasyonlarının tanımlanmış koşullar altında belirli bir sızıntı oranını göstereceğini bilir. Kabul edilebilir kaçak oranı da uygulamanın kendisi tarafından belirlenir.
Sızıntı türleri
"Sızıntı" teriminin en basit tanımı şudur: Sızıntı, katı maddelerin, sıvıların veya gazların istenmeden içeri girebileceği veya dışarı çıkabileceği bir (ayırma) duvarındaki veya bariyerdeki bir "açıklıktır".
Malzeme türüne veya birleştirme hatasına göre aşağıdaki sızıntı türleri arasında ayrım yapılır:
- Sökülebilir bağlantılarda sızdırmalar: Flanşlar, topraklanmış bağlantı yüzeyleri, kapaklar
- Kalıcı bağlantılarda sızıntılar: Lehim ve kaynak dikişleri, yapıştırılmış bağlantılar
- Gözeneklilik nedeniyle sızıntılar: özellikle mekanik deformasyondan sonra (bükülme!) veya polikristalin malzemelerin ve dökümlerin ısıl işlemesi
Bileşenleri - Termal kaçaklar: Aşırı sıcaklık yükünde (sıcak/soğuk) açılma, özellikle lehim bağlantılarında
- Görünür (sanal) sızıntılar: sızıntılar: döküm parçaların, kör deliklerin ve bağlantıların içindeki boşluklardan ve boşluklardan gaz miktarları açığa çıkacaktır (ayrıca sıvıların buharlaşması nedeniyle).
- Dolaylı sızıntılar: vakum sistemlerinde veya fırınlarda sızıntı yapan besleme hatları (su, basınçlı hava, tuzlu su)
- "Seri sızıntılar": Birden fazla "seri bağlantılı boşluğun" sonundaki sızıntıdır, örn. bir döner paletli pompadaki yağ karterinin yağ dolu bölümünde bir sızıntı
- "Tek yönlü sızıntılar": Bunlar gazın bir yönde geçmesine izin verir ancak diğer yönde sıkıdır (çok nadiren)
Gaz sızdırmayan ancak bir kusur olduğu anlamında sızdırmayan bir bölge şunlardır:
- Permeasyon: kauçuk hortumlar, elastomer contalar vb. malzemeler aracılığıyla doğal gaz geçirgenliği. (bu parçalar kırılgan hale gelmediği ve dolayısıyla "sızdırmadığı" sürece).
Kaçak oranı, kaçak boyutu (gaz) kütle akışı
Hiçbir vakum cihazı veya sistemi asla mutlak vakum sızdırmaz olamaz ve aslında mutlaka vakum sızdırmaz olması gerekmez. Temel olan, sızıntı oranının gerekli çalışma basıncının, gaz dengesinin ve vakum kabındaki en yüksek basıncın etkilenmeyeceği kadar düşük olmasıdır. Dolayısıyla, bir cihazın gaz sızdırmazlığına ilişkin gereklilikler, gerekli basınç seviyesi ne kadar düşük olursa o kadar katıdır.
Sızıntıları nicel olarak kaydedebilmek için qL sembolü ve mbar·l/s birimi ile "sızıntı oranı" kavramı kullanılmaya başlandı.
qL = 1 mbar·l/sn'lik bir kaçak oranı, 1 litrelik hacme sahip kapalı, vakumlanmış bir kapta basınç saniyede 1 mbar arttığında veya kapta pozitif basınç olduğunda basınç saniyede 1 mbar düştüğünde söz konusudur.
Bir kabın sızıntı oranı, kabın duvarlarından kaçan gaz akışı miktarını gösterir. Ancak bir kaçağın kaçak oranının gaz türüne bağlı olduğu unutulmamalıdır.
Bir gazın G gaz sıcaklığı T ve mol kütlesi M biliniyorsa, ideal gazlar için durum denklemi kullanılarak sızıntı oranı q L'den gaz kütle akışı hesaplanabilir.
Δm/Δt = (qL·M)/(R·T)
Birim: g/s
şunlarla:
- R = 83,14 (mbar·l) / (mol·K)
- T = K cinsinden gaz sıcaklığı
- M = g/mol cinsinden molar kütle
- Δm = g cinsinden kütle
- Δt = Saniye cinsinden zaman aralığı
İlişki kullanılıyor:
a) q L bilinen kaçak oranında kütle akışını Δm/Δt belirlemek veya
b) bilinen bir gaz kütle akışında Δm/Δt kaçak oranını q L belirlemek için
Yüksek vakum sistemleri için aşağıdaki kural geçerlidir:
- qL (hava) < 10 -6 mbar·l/s = Sistem "çok sızdırmaz"
- qL (hava) < 10 -5 mbar·l/s = Sistem "yeterince sıkı"
- qL (hava) > 10 -4 mbar·l/s = Sistem "sızdırıyor"
Kaçak aslında yeterli kapasiteye sahip bir vakum pompasıyla telafi edilebilir, çünkü ulaşılabilir en yüksek (çalışma) basınç P ult için aşağıdakiler geçerlidir:
P ult = qL /S eff
şunlarla:
- QL = mbar·l/s cinsinden kaçak oranı
- S eff = Vakum tankındaki vakum pompasının l/s cinsinden etkin pompalama hızı
S eff yeterince arttırılırsa, bu nedenle kaçak oranı q L'den bağımsız olarak belirlenmiş bir en yüksek (çalışma) basınca ulaşmak her zaman mümkündür.
Ancak pratikte, ekonomik ve tasarım nedenlerinden dolayı (yüksek yatırım maliyetleri, yüksek alan gereksinimi) istenen S eff artışı mümkün olmayabilir.
Bir vakum sisteminde istenen en yüksek basınca ulaşılamıyorsa bunun genellikle iki nedeni vardır:
1. sızıntıların ve/veya
2. tank duvarlarından gaz salınımı ve conta gaz çıkışı.
İki nedeni birbirinden ayırt etmek için, kütle spektrometresi ile kısmi basınç analizi veya zamana bağlı basınç artışı testi kullanılabilir. Basınç artışı testi kullanılırken sistemdeki konumu değil, yalnızca bir kaçağın varlığını belirlemek mümkün olduğundan, kaçakların da önemli ölçüde daha hızlı lokalize edilebileceği bir helyum kaçak detektörü kullanılması önerilir.
Deliğin geometrik boyutu ve ilişkili kaçak oranı arasındaki korelasyona genel bir bakış elde etmek için aşağıdaki kaba tahmine dayanarak çalışmak mümkündür:
Bir vakum kabının duvarında D = 1 cm çapında dairesel bir delik bir valf ile kapatılır. Dışarıda atmosfer basıncı (p = 1013 mbar), içeride ise vakum vardır. Vana açıldığında hava, ses hızı (vs = 330 m/sn) ile A = π·(D2 /4) ~ 0,79 cm2 açılma kesitinden tanka akar. Hazneye akan hava miktarı qL (hava) = p·vs ·A ~ 2,6·104 mbar·l/s'dir.
Diğer tüm koşullar aynı tutulursa ve helyumun 970 m/sn'lik ses hızıyla deliğe akmasına izin verilirse, helyum sızıntı oranı qL (helyum) ~ 7,7·104 mbar·l/s'dir, bu nedenle sızıntı oranı önemli ölçüde daha yüksektir.
Helyum için bu daha yüksek "duyarlılık" kaçak tespitinde kullanılır ve yüksek hassasiyetli helyum bazlı kaçak dedektörlerinin geliştirilmesi ve seri üretimi ile sonuçlanmıştır.
Şekilde gösterilmiştir 1 hava için delik boyutu ve kaçak oranı arasındaki korelasyondur, "1 cm delik" için yaklaşık değer qL (hava) = 104 mbar·l/sn'dir.
Tablo, delik çapı D'nin 1 µm = 0,001 mm'ye düşürüldüğünde (= D'nin 10000 faktörüyle düşürülmesi) sızıntı oranının 1,0·10 -4 mbar·l/sn'ye ulaşacağını göstermektedir. Bu değer, vakum teknolojisinde zaten büyük bir sızıntıyı temsil etmektedir (yukarıdaki temel kurala bakın).
1,0·10 -12 mbar·l/sn'lik bir sızıntı oranı 1 angstrom (Å) delik çapına karşılık gelir; bu, modern helyum sızıntı dedektörleri için alt tespit sınırıdır.
Birçok katı madde için ızgara sabitleri birkaç Å değerine ulaştığından ve daha küçük moleküllerin (H2, He) çapı yaklaşık 1 Å olduğundan, katı maddelerden doğal geçirgenlik helyum sızıntı dedektörleri kullanılarak metrolojik olarak kaydedilebilir. Bu, çok küçük kaçak oranlarına sahip kalibre edilmiş test kaçaklarının geliştirilmesine yol açmıştır. Bu ölçülebilir bir "sızdırmazlık eksikliği"dir ancak malzeme veya bağlantıda bir kusur olduğu anlamında bir "sızıntı" değildir.
Delik çapı ve sızıntı oranı arasındaki korelasyon, hava tahmini
Şekil 1: Delik çapı ve sızıntı oranı arasındaki korelasyon, hava için tahmin
Sızdırmazlık kriterleri ve kaçak oranları arasındaki korelasyon
Atomların, moleküllerin, virüslerin, bakterilerin vb. boyutlarının tahminleri veya ölçümleri. sık sık "su geçirmez" veya "bakteri geçirmez" gibi günlük terimlere yol açmıştır.
| Konsept / kriter | Yorum | qL (mbar·l/s) | İlgili partikül boyutu |
|---|---|---|---|
| Su geçirmez* | Damlacık | < 10 -2 | |
| Buhar geçirmez | "Terleme" | < 10 -3 | |
| Bakteri geçirmez* (böcekler) (çubuk şekilli) |
< 10 -4 | ∅ ≈ 1 μm |
|
| Yağ geçirmezlik | < 10 -5 | ||
| Virüs geçirmez* (aşılar, örn. sedef) (en küçük virüsler, bakteriyofajlar) (virüsler, RNA) |
< 10 -6 < 10 -8 < 10 -10 |
||
| Gaz geçirmezlik | < 10 -7 | ||
| "Kesinlikle sıkı" | Teknik | < 10 -10 |
* Buharın aksine, hidrofilik ve hidrofobik katı maddeler arasında ayrım yapmak gerekir. Bu durum, çoğunlukla çözeltilerde taşındıkları için bakteriler ve virüsler için de geçerlidir.
Sık kullanılan kaçak tespit yöntemlerinin doğası ve tespit sınırları:
Şekil 2: Sık kullanılan kaçak tespit yöntemlerinin doğası ve tespit sınırları.
Helyum standart kaçak oranı
Kaçağın net bir şekilde tanımlanması için, (hazne) duvarının her iki tarafında hüküm süren basınçlar ve bu duvardan geçen maddenin doğası (viskozite, molar kütle) gereklidir. Testin atmosferik basınçtan (harici) vakuma (p < 1 mbar, dahili) sıkça görülen 1 bar basınç farkında helyum ile yapılması durumunda DIN EN 1330-8 normunda "helyum standart kaçak oranı" ifadesi kullanılmıştır.
Standart helyum koşulları altında helyum kullanılarak yapılan bir test için reddetme oranını belirtmek için öncelikle kullanımdaki gerçek test koşullarının helyum standart koşullarına dönüştürülmesi gerekir. Bu tür tadilatlara ilişkin bazı örnekler aşağıda gösterilmiştir:
Şekil 3: Kaçak oranlarının helyum standart kaçak oranlarına dönüştürülmesi için örnekler
Dönüştürme formülleri
Basınç ve gaz türünün (viskozite, molar kütle) dönüştürülmesiyle ilgili olarak, laminar viskoz ve moleküler akış için farklı formüllerin geçerli olduğu unutulmamalıdır. Bu alanlar arasındaki sınırın belirlenmesi çok zordur. Kılavuz olarak aşağıdakiler varsayılabilir: sızıntı oranlarında
qL > 10 -4 mbar·l/s laminer viskoz akış
ve kaçak oranlarında
qL < 10 -6 mbar·l/s moleküler akış
Orta aralıkta üretici (garanti kapsamında sorumlu olan) güvenli taraftaki değerleri kabul etmelidir.
Burada "I" ve "II" indeksleri bir veya diğer basınç oranını, "1" ve "2" indeksleri ise sırasıyla sızıntı noktasının içini ve dışını ifade eder. Formüllerin mantıklı bir şekilde kullanılması için p1 basıncı her zaman daha yüksek basınç olmalıdır ( p1 > p2 ).
Tablo 2: Basınç ve gaz türünün dönüştürülmesi için formüller
p = basınç, q = gaz akışı (sızıntı oranı), η = viskozite, M = molar kütle
| Akış | Laminar viskoz | Moleküler |
| basınç | qI · (p12− p22)II = qII · (p12−p22)I |
qI · (p1−p2)II = qII · (p1−p2)I |
| Gaz türü | q GazA · GazA = q GazB · GazB | q GazA·(M GazA) 1/2 = q GazB·(M GazB) 1/2 |
Terimler ve Tanımlar
Sızıntıları ararken genel olarak iki görev arasında ayrım yapmak gerekir: (1) sızıntıları bulma ve (2) sızıntı oranını ölçme.
Ayrıca sıvının akış yönüne göre aşağıdakiler arasında ayrım yaparız:
a. vakum yöntemi (bazen "dıştan içe sızıntı" olarak da bilinir), burada akış yönü test objesine doğrudur; test objesinin içindeki basınç ortam basıncından düşüktür ve
b. pozitif basınç yöntemi (genellikle "içten dışa sızıntı" olarak adlandırılır), burada akış test nesnesinin içinden dışarıya doğru gerçekleşir; test nesnesinin içindeki basınç ortam basıncından yüksektir.
Test nesneleri mümkün olduğunca daha sonraki uygulamalarına uygun bir konfigürasyonda incelenmelidir, yani vakum yöntemi kullanılarak vakum uygulamaları için bileşenler ve iç tarafta basınç uygulanacak parçalar için pozitif basınç yöntemi kullanılarak.
Kaçak oranlarını ölçerken kaydetme arasında ayrım yaparız:
a. münferit kaçaklar (yerel ölçüm), Şekil 4b ve 4d aşağıda,
Oturum Açmak
b. test nesnesindeki tüm kaçakların toplamı (entegral ölçüm), Şekil 4a ve 4c aşağıda.
Kabul spesifikasyonlarına göre artık tolere edilemeyen en küçük kaçak oranı reddetme kaçak oranı olarak bilinir. Hesaplama, test numunesinin planlanan kullanım süresi boyunca sızıntılardan kaynaklanan arızalar nedeniyle belirli bir kesinlikle arızalanmaması koşuluna dayanır.
Genellikle, normal çalışma koşulları altındaki test nesnesinin sızıntı oranı değil, benzer koşullar altındaki bir test gazının akış hızı belirlenir. Elde edilen ölçüm değerleri, test nesnesinin içindeki ve dışındaki basınçlar ve işlenen gazın (veya sıvının) türü açısından gerçek uygulama durumuna karşılık gelecek şekilde dönüştürülmelidir.
Test nesnesinin içinde bir vakum (p < 1 mbar), dışarıda atmosferik basınç ve test gazında helyum kullanıldığında, standart helyum koşullarına atıfta bulunur. Sistem bir sızıntı dedektörüne bağlandığında, sistem p 1 mbar'ın altına pompalanırsa ve helyum püskürtülürse ( püskürtme tekniği ) bir vakum sistemi için helyum sızıntısı tespiti sırasında her zaman standart helyum koşulları mevcuttur (bkz. Şekil 4b).
Test nesnesi yalnızca sızıntı dedektörü tarafından tahliye edilirse, sızıntı dedektörünün (LD) doğrudan akış modunda çalıştığı söylenebilir. Test nesnesi kendi vakum pompasına sahip komple bir vakum sistemi ise ve sızıntı dedektörü sistemin pompalarına paralel olarak çalıştırılırsa, sızıntı dedektörünün kısmi akış modundan bahsedilir. Biri de sızıntı dedektörüne paralel olarak ayrı bir yardımcı pompa kullanıldığında kısmi akış modundan bahseder.
Pozitif basınç yöntemini kullanırken, sızıntı oranını doğrudan ölçmek bazen pratik değildir veya aslında imkansızdır, ancak test örneğini çevreleyen bir zarfta kesinlikle algılanabilir. Ölçüm, bu zarfı sızıntı dedektörüne bağlayarak veya zarf içinde test gazı biriktirerek (= konsantrasyonu artırarak) yapılabilir (bkz. Şekil 4c). Bombalama testi, birikme testinin özel bir versiyonudur.
Pozitif basınç tekniğinin başka bir varyasyonu olan sniffer tekniğinde, sızıntılardan çıkan (test) gaz özel bir cihazla toplanır (emilir) ve sızıntı dedektörüne beslenir (bkz. Şekil 4d)Bu prosedür, test gazı olarak helyum, hidrojen, soğutucular veya SF6 kullanılarak gerçekleştirilebilir.
Vakum yöntemine (a, b) ve pozitif basınç yöntemine (c, d) dayalı vakum kaçak dedektörü için kullanım seçenekleri
Şekil 4: Vakum yöntemine (a, b) ve pozitif basınç yöntemine (c, d) dayalı vakum kaçak dedektörü için kullanım seçenekleri
| Vakum yöntemi = Örneğin içindeki vakum | Pozitif basınç yöntemi = Numune içinde basınçlı test gazı |
| a: Muhafaza testi (entegre sızıntı tespiti) | c: Muhafaza testi (entegre sızıntı tespiti) |
| b: Püskürtme tekniği (yerel kaçak tespiti) | d: Sniffer tekniği (yerel kaçak tespiti) |
Sızıntı Tespiti Temelleri
Sızıntı tespitinin temellerini ve tekniklerini keşfetmek için "Sızıntı Tespiti Temelleri" adlı e-Kitabımızı indirin.
- İlgili ürünler
- İlgili bloglar
- Daha Fazla Bilgi Edinin
Daha Fazla Bilgi Edinin
