Розрахунок допустимого потоку течі для промислових виробів
В.Т. Барченко, М.Л. Виноградів
У цій статті наводиться методика визначення норми герметичності для вакуумованого виробу та розрахунку тимчасової залежності зміни тиску в пристрої за наявності течі. Представлено співвідношення потоків течі по гелію та герметичності для різних типів проникаючих речовин. Показано новинки проділів для організації контролю за герметичністю на підприємствах.
Лекачність flow calculation for industrial products
V.T. Barchenko, M.L. Віноградов
Метод оцінки максимальної ліки часу для типових виробів і визначення часу залежать від pressure rise в evacuated device with leaks are presentd in this article. Сучасні прилади для локалізації виявлення є описані.
Суворі вимоги до герметичності виробів пред'являються у багатьох галузях виробництва, таких як: аерокосмічне приладобудування, енергетична промисловість, автомобілебудування, упаковка, медицина та фармацевтика, електроніка, виробництво холодильників та кондиціонерів.
З кількісним виразом допустимого потоку натікання продукції часто виникають проблеми. Замовник часто орієнтований на абсолютну герметичність виробу, проте насправді домогтися повної відсутності натікання неможливо. З внутрішніх стінок об'єкта, що вакуумується, завжди йде дегазація, а наявність певного потоку течі властиво будь-якому типу вакуумних ущільнень.
Виходячи з цього, виготовлювачам потрібно задаватися певним рівнем норми герметичності, тобто. потоком течі, що протягом періоду експлуатації не викликає порушення робочого стану виробу. Правильний розрахунок допустимогопотоку течі дозволить:
• уникнути попадання у внутрішню порожнину об'єкта небажаних парів, газів та рідин;
• запобігти підвищенню тиску до рівня, що порушує робочий режим;
• коректно вибрати метод, спосіб та обладнання для контролю герметичності виробу; знизити витрати на купівлю надмірно чутливих течешукачів.
Оцінка герметичності виробу до типів проникаючих речовин
Першим етапом вибору значення норми герметичності контрольованого виробу є вирішення питання, доступ яких речовин в об'єкт має бути органічний. Головним чином, це залежить від сфери виробництва та застосування цієї продукції.
Потоки через текть вимірюються, як правило, по гелію із застосуванням шукача течії, налаштованого на даний контрольний газ. Даний метод застосовується завдяки високій проникаючій здатності гелію через течі, інертності, низької концентрації в атмосфері та безпеці для оператора течешукача. Провівши вимірювання потоку натікання по гелію і використовуючи таблицю 1 для зіставлення, можна дійти невтішного висновку про ступінь герметичності вироби для низки речовин.
Співвідношення ступеня герметичності з різних речовин і потоку течі по гелію
Орієнтуючись на сферу застосування контрольованого пристрою, можна виконати оцінку максимального загального натікання по гелію, допустимого для цієї галузі промисловості. Наприклад, для виробів автомобілебудування таких, як паливні баки, паливні канали та шланги, допустимий потік течі по гелію становить не більше 10-6 Па. м 3 /с. Для медичних виробів (блістери, медичні пляшки, медичні банки, пакети та сумки), які мають бути стійкими до проникнення бактерії та вірусів, – 10 -7 Па . м 3 /с.
Методика розрахункумаксимального допустимого потоку течі для виробу
При виготовленні виробу, що вимагає герметизації, виробник визначається діапазоном робочого тиску і часом експлуатації виробу. Подаємо контрольований виріб у вигляді моделі, показаної на малюнку 1.
Малюнок 1. Еквівалентна вакуумна схема контрольованого виробу за наявності течі
Об'єкт характеризується обсягом V, тиском усередині системи Pi. Виріб має канал течі, потік гелію Qhe, через який може бути визначений за допомогою течешукача. У ході виготовлення проводиться вакуумування системи через клапан до певного початкового тиску Pi, яке на кілька порядків нижче за атмосферний тиск Pa.
Потік гелію Qhe може бути виражений через провідність каналу течі Ghe. Приймемо величину провідності каналу незалежної від перепаду тисків у системі.
Насправді, при малих потоках, властивих задачі розрахунку вільного закінчення газу, провідність каналу течі зміниться лише при переході з молекулярного у в'язкісний режим течії. Чисельне значення зміни Ghe невелике і, за потреби, його можна оцінити на основі інформації, наведеної в джерелі [1].
З іншого боку, згідно з визначенням величини потоку газу, Qhe можна представити наступним чином
. (2)
Поєднуючи вирази 1 і 2, отримаємо співвідношення, яке зводиться до однорідного диференціального рівняння першого порядку. Початкові умови рівняння задаються з параметрів стану моделі виробу.
Pi(0)=0, Pi(∞)=Pa.
Рішення є рівнянням динаміки підвищення тиску в відкачаному виробі за наявності течі
.
Зміна тиску в системі, яка міститься в атмосфері, відбувається, головним чином,за рахунок проникнення компонентів повітря усередину виробу. Перерахунок провідності течі по гелію Ghe у провідність повітрям Gair виконується за допомогою коефіцієнта k = 2,7, рівного квадратному кореню з відношення молярних мас зазначених газів. Вираз набуде остаточного вигляду
. (3)
У таблиці 2 наведено тимчасові результати розрахунків зміни тиску за 1 рік у високовакуумному виробі, що має об'єм 1 л за наявності течій різних потоків.
Збільшення тиску у високовакуумному виробі за наявності течій різних потоків
Потік течі по гелію, Па. м 3 /с