蓄压器的超低温检漏试验装置及其试验方法.pdf

本发明提供一种蓄压器的超低温检漏试验装置，其主要由用于放置蓄压器的真空检漏箱、通过带截止阀的管道与真空检漏箱相连的液氮低温杜瓦瓶、氦气瓶、氮气瓶、真空泵、压缩空气、位于真空检漏箱内部的压力表、温度传感器、用于将蓄压器上下密封的密封工装、以及位于箱体上的手套操作接口等组成；其中，密封工装开有三个孔，分别为液氮加注口、液氮排泄口、氦气充入口，三个孔分别通过真空检漏箱的内外连接管连入外部的液氮低温杜瓦瓶、安全排放区以及氦气瓶；此外，真空检漏箱还开有氦质谱仪接入口，氦质谱仪接入口的一头连接外部的氦质谱仪，另一头连接位于内部的氦质谱仪的吸腔。通过本发明的蓄压器的超低温检漏试验装置，能够实现对蓄压器方便地进行超低温检漏。

权利要求书
1.   一种蓄压器的超低温检漏试验装置，其特征在于，其主要由用于放置蓄压器的真空检漏箱、通过带截止阀的管道与真空检漏箱相连的液氮低温杜瓦瓶、氦气瓶、氮气瓶、真空泵、压缩空气、位于真空检漏箱内部的压力表、温度传感器、用于将蓄压器上下密封的密封工装、以及位于箱体上的手套操作接口等组成；其中，密封工装开有三个孔，分别为液氮加注口、液氮排泄口、氦气充入口，三个孔分别通过真空检漏箱的内外连接管连入外部的液氮低温杜瓦瓶、安全排放区以及氦气瓶；此外，真空检漏箱还开有氦质谱仪接入口，氦质谱仪接入口的一头连接外部的氦质谱仪，另一头连接位于内部的氦质谱仪的吸腔。

2.   根据权利要求1所述的蓄压器的超低温检漏试验装置，其特征在于，所述真空检漏箱由主箱体和过渡室两部分组成，所述过渡室作为所述主箱体与箱体外的过渡空间，由两个密封门和两个阀门以及一个室体组成。

3.   根据权利要求1所述的蓄压器的超低温检漏试验装置，其特征在于，所述手套操作接口为四个。

4.   根据权利要求1所述的蓄压器的超低温检漏试验装置，其特征在于，在所述真空检漏箱箱底的内壁设有旋转盘。

5.   根据权利要求1所述的蓄压器的超低温检漏试验装置，其特征在于，在所述真空检漏箱的侧壁为透明玻璃。

6.   一种蓄压器的超低温检漏试验方法，其特征在于，其为使用上述本发明的蓄压器的超低温检漏试验装置的方法，其包括下述步骤：
步骤1：用压缩空气对真空检漏箱进行吹除，保证箱内的氦气浓度不大于10-7Pa.m3/s，并对蓄压器的膜盒气腔预先充注1.1MPa常温氦气，然后将蓄压器放入真空检漏箱并连接相应管道；
步骤2：启动真空泵将真空检漏箱抽真空至真空表指示针接近于-0.1MPa，将箱内的水蒸汽和空气抽除干净；
步骤3：向真空检漏箱内充注氮气至真空表指示针接近于零，使真空检漏箱内外的压力达到平衡；
步骤4：用氮气经由所述密封工装上的孔吹除蓄压器的液腔的空气和水蒸气，吹除完毕后开始加注液氮至真空检漏箱的液氮排放口有液氮排出，此时关闭液氮加注口截止阀，液氮排放口继续排放蒸汽至液氮排放完毕；
步骤5：通过温度传感器显示液腔位置和检漏位置的温度，当其接近于液氮温度时，迅速向液腔充入0.7MPa的氦气，手持吸腔对膜盒和壳体的结合面进行检漏。

7.   根据权利要求6所述的蓄压器的超低温检漏试验方法，其特征在于，所述纯氮为99.99%的高纯氮气。

8.   根据权利要求6所述的蓄压器的超低温检漏试验方法，其特征在于，所述用压缩空气对真空检漏箱进行吹除也可以在将蓄压器放入真空检漏箱并连接相应管道后进行。

说明书蓄压器的超低温检漏试验装置及其试验方法
技术领域
本发明涉及一种蓄压器的超低温检漏试验装置，尤其涉及主要应用于运载火箭的低温阀门的检漏以及类似有低温环境的检漏的超低温检漏试验装置。
 
背景技术
运载火箭采用四氧化二氮和偏二甲肼作为推进剂，相应的阀门工作温度均为-40℃～+50℃，属于常温阀门的范畴；其性能测试中采用的检漏方法较为简单，根据允许泄漏率指标的要求不同，气密检查可分别采用流量计检测法、集气法、氦质谱检漏法、涂肥皂液法和数气泡法等方法。
然而，由于新型运载火箭采用液氧和煤油作为推进剂，因此相比较现役型号中的常温阀门，采用液氧（-183℃）环境下的低温阀门。在试验环境由常温转变为低温后，阀门的工作机理发生了很大变化，相应的零部件采用的密封材料、密封结构形式及密封结构的制造工艺方法、气密性的检漏方法同样也发生了很大变化。常规的气泡法、排液集气法、肥皂泡法等都无法对阀门的漏气量进行检测。
例如某型号火箭蓄压器需要在-196℃环境下，对其法兰处的外泄漏率进行检测，要求外泄漏率小于1×10-6Pa·m3/s。
 
发明内容
本发明是为了解决上述技术问题而进行的，其目的主要在于提供一种能够检测蓄压器在超低温环境（-196℃～0℃）下的外泄漏率的超低温检漏试验装置。
本发明的蓄压器的超低温检漏试验装置的特征在于，其主要由用于放置蓄压器的真空检漏箱、通过带截止阀的管道与真空检漏箱相连的液氮低温杜瓦瓶、氦气瓶、氮气瓶、真空泵、压缩空气、位于真空检漏箱内部的压力表、温度传感器、用于将蓄压器上下密封的密封工装、以及位于箱体上的手套操作接口等组成；其中，密封工装开有三个孔，分别为液氮加注口、液氮排泄口、氦气充入口，三个孔分别通过真空检漏箱的内外连接管连入外部的液氮低温杜瓦瓶、安全排放区以及氦气瓶；此外，真空检漏箱还开有氦质谱仪接入口，氦质谱仪接入口的一头连接外部的氦质谱仪，另一头连接位于内部的氦质谱仪的吸腔。
在本发明的蓄压器的超低温检漏试验装置中，优选的是，真空检漏箱由主箱体和过渡室两部分组成，所述过渡室作为所述主箱体与箱体外的过渡空间，由两个密封门和两个阀门以及一个室体组成。
在本发明的蓄压器的超低温检漏试验装置中，优选的是，手套操作接口为四个。
在本发明的蓄压器的超低温检漏试验装置中，优选的是，在真空检漏箱箱底的内壁设有旋转盘。
在本发明的蓄压器的超低温检漏试验装置中，优选的是，真空检漏箱的侧壁为透明玻璃。
本发明的蓄压器的超低温检漏试验方法的特征在于，其为使用上述本发明的蓄压器的超低温检漏试验装置的方法，其包括下述步骤：
步骤1：用压缩空气对真空检漏箱进行吹除，保证箱内的氦气浓度不大于10-7Pa.m3/s，并对蓄压器的膜盒气腔预先充注1.1MPa常温氦气，然后将蓄压器放入真空检漏箱并连接相应管道；
步骤2：启动真空泵将真空检漏箱抽真空至真空表指示针接近于-0.1MPa，将箱内的水蒸汽和空气抽除干净；
步骤3：向真空检漏箱内充注氮气至真空表指示针接近于零，使真空检漏箱内外的压力达到平衡；
步骤4：用氮气经由所述密封工装上的孔吹除蓄压器的液腔的空气和水蒸气，吹除完毕后开始加注液氮至真空检漏箱的液氮排放口有液氮排出，此时关闭液氮加注口截止阀，液氮排放口继续排放蒸汽至液氮排放完毕；
步骤5：通过温度传感器显示液腔位置和检漏位置的温度，当其接近于液氮温度时，迅速向液腔充入0.7MPa的氦气，手持吸腔对膜盒和壳体的结合面进行检漏。
在本发明的蓄压器的超低温检漏试验方法中，优选的是，所述纯氮为99.99%的高纯氮气。
在本发明的蓄压器的超低温检漏试验方法中，所述用压缩空气对真空检漏箱进行吹除也可以在将蓄压器放入真空检漏箱并连接相应管道后进行。
通过本发明的蓄压器的超低温检漏试验装置，能够实现对蓄压器方便地进行超低温检漏。该装置能够精确测试蓄压器在超低温装态单点漏泄的位置。
附图说明
图1为表示本发明所涉及的蓄压器的一例的结构示意图；
图2为表示本发明的技术方案的示意图；
图3为表示本发明的蓄压器的超低温检漏试验装置的结构图。
附图标记说明：
1为真空手套箱；2为工装下盖；3为真空泵；4为氮气瓶；5为氦质谱仪；6为截止阀；7为工装上盖；8为蓄压器；9为低温杜瓦瓶；10为氦气瓶；11为液氮；12为液氮加注口；13为液氮排泄口。
 
具体实施方式
下面结合附图对本发明专利作进一步详细的描述。但本发明不限于下述描述内容。
本发明所涉及的蓄压器的一例的结构如图1所示，采用哑铃式金属膜盒结构，包括：液腔、壳体、膜盒等；其中，壳体和膜盒的接触面为密封面。设计技术要求为：在蓄压器膜盒气腔5预充P=1.1MPa常温氦气，并在液腔充0.7MPa常温氦气，保持该压力，将蓄压器置于液氮环境中，检查膜盒和壳体之间的气密性，要求漏气量不超过1×10-6Pa·m3/s，试验过程中冷气开关不允许直接接触液氮。
本发明的技术方案的示意图如图2所示，其设计为：将蓄压器8放入一个专用密闭试验箱，创造出真空或高纯氮的环境，保证膜盒和壳体接触面不结霜。首先在蓄压器8内部充注液氮11，待蓄压器8预冷到一定温度后，将内部的液氮11排放干净，向液腔充注一定压力的氦气后，通过试验箱内的氦质谱仪5的手持式吸腔对壳体和膜盒之间的气密性进行检漏。该方案能够精确测试蓄压器8在超低温装态的单点漏泄的位置，而且，由于液氮在蓄压器8的内部，温度的传导须经过一段连通管，温度不至于很低，符合蓄压器8实际的工作状态。
根据如上所述的试验方案研制试验系统，设计生产各种配套设备，提供的蓄压器8的超低温检漏试验装置的结构如图3所示。整个试验装置主要由低温杜瓦瓶9、氦气瓶10、氮气瓶4、真空手套箱1、真空泵3、压力表、温度传感器、金属软管、截止阀6等组成。在工装上盖7开有三个孔，分别为液氮加注口12、液氮排泄口13、氦气充入口，三个孔分别通过箱体的内外接管嘴连入外部的低温杜瓦瓶9、安全排放区以及氦气瓶10。真空手套箱1是实现整个试验系统的操作，是决定本项试验能否成功的关键之一。
在本发明的一个具体实施例中，真空检漏箱的该操作箱主要由主箱体和过渡室两部分组成。在箱体右侧开有500mm×600mm的门，用于产品的进出。其带有四个手套操作接口，分别分布在箱体的前面和后面，能够满足两个人同时操作，提高了蓄压器8的检漏效率。四个手套内腔通过箱体左右两端的三通阀与箱体内部接通，保证箱体在抽真空时手套内外压强一致，防止手套损坏。箱体的前面和后面都有大范围的观察窗，箱顶内壁安装有日光灯，在检漏过程中，能够非常清楚地观察到箱体内的操作过程，使得操作的有效性大大提高。主箱体上开有高纯氮充入口、氦质谱仪5接入口（箱壁内外均有接口，内壁用于接入氦质谱仪5的吸腔，外壁用于接入氦质谱仪5）、真空泵3接入口以及氦气吹除口等。过渡室作为主箱体与箱体外的过渡空间，由两个密封门和两个阀门以及一个室体组成。内外两个门能够有效隔绝主箱体与外界的联系，使得箱体内外的东西（如扳手、温度计等）能够在主箱体与大气隔绝的情况下进出，从而避免了反复对主箱体抽真空与充气的麻烦。过渡室上面安装有真空压力表以及抽气与充气的接管嘴，需要抽气或充气时由此接入。
考虑到蓄压器8检漏时，几个膜盒的位置不同，手持氦质谱吸腔检漏时吸腔移动的空间有限，为此，在箱底内壁专门设计了旋转盘，检漏过程中，蓄压器8可实现360°自由旋转，大大增加了检漏的方便性。
检漏的实施过程如下：蓄压器在进行低温试验之前，必须通过常温密封试验，确认无误后方可进行低温密封试验。进行试验之前，首先，要保证周围环境中氦气本底不大于10-7Pa.m3/s，否则检漏的精度会下降；其次，准备氦气瓶一瓶，高纯氮一瓶，低温杜瓦瓶（内部装有液氮），氦质谱仪5一台，压缩空气气源，金属软管以及相应的管接头和截止阀6，按照试验系统图连接完毕后，开始正式试验。试验过程如下：
1）用压缩空气对试验箱进行吹除，保证箱内的氦气浓度不大于10-7Pa.m3/s；对蓄压器三个膜盒气腔预先充注1.1MPa常温氦气，然后通过箱体侧门放入箱内，将事先连入箱壁内侧的金属软管连入相应的蓄压器工装上盖接口处，然后关闭箱门。所述的用压缩空气对试验箱进行吹除也可以在将蓄压器放入真空检漏箱并连接相应管道后进行。
2）真空泵启动，开始抽真空，经过大约20min，真空表指示针接近于-0.1MPa时，箱内的水蒸汽和空气抽除干净。
3）向试验箱内充注高纯氮气（99.99%），充注压力维持在0.5MPa左右，由于箱内空间较大，每充注1min，稳定1min，待真空表指示针接近于零时，试验箱内外的压力达到平衡。
4）用氮气经由所述密封工装上的孔吹除蓄压器液腔的空气和水蒸气，吹除完毕后开始加注液氮。开始加注时，液氮蒸发很快，几乎无法在液腔存留，预冷10min后，随着加注时间的不断延长，液氮逐渐增多，待真空检漏箱的箱壁外的液氮排放口有液氮排出时，证明液氮已加注满；此时，关闭液氮加注口截止阀6，液氮排放口继续排放蒸汽，稳定15min左右，液氮排放完毕。
5）通过温度传感器显示液腔位置和检漏位置接近于液氮温度，迅速向液腔充入0.7MPa的氦气，手持吸腔对膜盒和壳体的结合面进行检漏。
此外，需要说明的是，本发明虽然是针对蓄压器的超低温检漏试验进行了说明。但是本装置以及本试验方法也可以稍加改变用于其他密封设备的超低温检漏。