Способ контроля герметичности агрегатов
Способ контроля герметичности агрегатов жидким водородом заключается в том, что контролируемую полость заполняют очищенным фильтрацией от механических примесей жидким водородом. Кроме того, создают избыточное давление в заполненной водородом полости агрегата и измеряют утечку жидкого водорода через течи. Перед фильтрацией очищают жидкий водород от твердых растворенных примесей, например, адсорбцией. Технический результат - повышение надежности выявления течей и точности измерения величины утечки жидкого водорода. 2 табл.
Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано при контроле герметичности специальных агрегатов и трубопроводной арматуры специального назначения жидким водородом.
Известны способы контроля герметичности с применением в качестве контрольного вещества жидкого водорода и других сред. Например, способ, авт. св. №1840329, заключающийся в том, что жидкий водород в полости перед течью охлаждают ниже температуры насыщения, а так же способ, заключающийся в том, что контролируемое изделие предварительно вакуумируют, а контрольную жидкость перед испытанием на герметичность обезгаживают. Применение этих способов при контроле герметичности агрегатов жидким водородом вызывает затруднения, связанные с нестабильным (во времени) поведением измеряемого расхода контрольного вещества через течь.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является способ контроля герметичности агрегатов жидким водородом. Способ заключается в заполнении агрегата жидким водородом, очищенным пропусканием через фильтр, создании избыточного давления жидкого водорода в агрегате и измерении утечки жидкости различными методами.
Однако предварительное, перед подачей в полость агрегата, тонкое фильтрование жидкого водорода, также не обеспечивает стабильное поведение течи в течение времени, необходимого для надежного измерения производительности течи. В экспериментах было выявлено резкое уменьшение измеряемого расхода через течь агрегата при нескольких последовательных измерениях. Все это приводит к затруднениям при попытке выявить действительную степень герметичности агрегата на жидком водороде.
Все вышеописанные способы контроля герметичности жидким водородом обладают существенным недостатком, заключающимся в том, что фильтрацией и обезгаживанием можно удалить из жидкого водорода только взвешенные частицы твердых механических примесей и единственную газообразную смесь - гелий.
В то же время, твердые примеси, растворенные в жидком водороде и свободно проходящие через фильтры, могут оказывать решающее влияние на результаты контроля герметичности агрегатов жидким водородом. Природа и химический состав растворенных в жидком водороде твердых примесей могут быть различны и определяются прежде всего способами получения, хранения и транспортирования жидкого водорода. Довольно частыми примесями, растворенными в жидком водороде, являются отвержденные углеводороды. Общим моментом в поведении самых различных твердых примесей, растворенных в жидком водороде, является то, что их концентрация растет по мере выкипания основного продукта при его хранении, а также то, что твердые примеси могут выпадать из раствора в виде порошков и взвесей, а затем адсорбироваться поверхностью металла. Причиной выпадения растворенных примесей из жидкого водорода является превышение их концентрации над пределом растворимости или изменение самого предела растворимости из-за изменения термодинамических параметров жидкого водорода - температуры и давления. При испарении жидкого водорода происходит выпадение частиц твердых растворенных примесей из насыщенного пара водорода из-за того, что растворимость примесей в паровой фазе на несколько порядков ниже, чем растворимость в жидкости. Это можно проследить на примере растворимости примеси растворенного твердого азота, которая исследована в настоящее время. По данным ВНИИФТРИ, растворимость твердого азота в жидком водороде составляет около 1·10 -4% об, а в равновесных с жидкостью парах только 1·10 -10% об при температуре 22 K.
Известно, что в узких каналах и капиллярах создаются условия для частичного вскипания жидкого водорода, что ведет к появлению твердой фазы в потоке жидкости и пара. Адсорбция твердых частиц стенками канала течи ведет к закупорке канала течи при контроле герметичности агрегата.
Целью настоящего изобретения является устранение указанного недостатка.
Указанная цель достигается тем, что в известном способе контроля герметичности агрегатов жидким водородом, заключающемся в заполнении контролируемой полости агрегата очищенным фильтрацией от механических примесей жидким водородом, создании избыточного давления в заполненной водородом полости агрегата и измерении утечки жидкого водорода через течи, перед фильтрацией очищают жидкий водород от твердых растворенных примесей.
Очистка жидкого водорода от твердых растворенных примесей может проводиться любыми известными способами - адсорбированием, перегонкой и др.
Наиболее технологичным для контроля агрегатов жидким водородом является способ очистки водорода адсорбированием примесей на твердом пористом адсорбенте, через который пропускается жидкий водород. После адсорбента жидкий водород фильтруют для удаления взвешенных частиц адсорбента и затем контролируют герметичность агрегатов очищенным жидким водородом известными способами.
Адсорбцией примесей на твердом адсорбенте удается очистить жидкий водород до остаточных концентраций примесей, в 1000 раз более низких, чем исходные концентрации. При этом, как показывают результаты экспериментов, исключается влияние твердых примесей на результаты контроля герметичности очищенным водородом, результаты измерения течей становятся стабильными во времени.
Пример. Были проведены две проливки жиклера из стали X18H10T (имитатор течи) жидким водородом. В первом случае (проливка №1) использовали жидкий водород в состоянии поставки после транспортирования в железнодорожной емкости в течение ˜30 суток, и фильтрации, а во втором случае (проливка №2) водород предварительно (до подачи в жиклер) пропускали через силикагель с целью удаления растворенных твердых примесей и затем фильтровали.
Данные по расходам через жиклер сведены в таблицы 1 и 2.
Следует добавить, что эквивалентный гидравлический диаметр канала течи (имитатора) не определялся прямым измерением ввиду его малости и неправильной формы. Канал был образован в листовой стали X18H10T с помощью луча лазера.
Таблица №1Проливка №1. Жидкий водород в состоянии поставки и последующей фильтрации № измерен.Перепад давлений на жиклере, атРасход жидкого водорода см3/cСреднее арифметическое значение расхода, см3/с Абсолютное значение отклонения см3/с Относительное отклонение от среднего, % 13 0,395 0,053 15.52 30,388 0,04613,3 330,326 0,3420,0164,6 43 0,321 0,021 6,25 30,316 0,0267,6 630,307 0,03510,4
Таблица №2Проливка №2. Жидкий водород очищен от твердых растворимых примесей адсорбцией на слое силикагеля и профильтрован № измеренПерепад давлений на жиклере Расход жидкого водорода, см3 /cСреднее арифметическое значение расхода, см3/cАбсолютное значение отклонения см3/сОтносительное отклонение от среднего, %1 2,80,355 0,012,8 22,8 0,343 0,002 0,583 2,80,342 0,0030,87 42,8 0,3380,3450,007 2,075 2,80,333 0,0133,9 62,8 0,356 0,011 3,0
Из приведенных результатов видно, что результаты проливки №1 имеют относительное отклонение расхода от среднего арифметического, превышающие 15% и расход монотонно убывает в течение проливки. Значения расхода на проливке №2 значительно более стабильны, в результате чего среднее значение расхода на проливке №2 выше, чем при проливке №1. Полученное расхождение расходов объясняется влиянием в первом случае твердых частиц примесей, выпадающих в канале течи и частично закупоривающих его.
Эксперименты показывают также, что влияние примесей, выпадающих из жидкого водорода в канале течи, более заметно при уменьшении размера течей. Видимо размеры образующихся частиц примесей постоянны и они быстрее загромождают более узкие каналы неправильной формы.
Формула изобретения
Способ контроля герметичности агрегатов, заключающийся в том, что жидкий водород очищают фильтрацией от механических примесей, заполняют контролируемые полости агрегатов жидким водородом, создают в них избыточное давление и измеряют утечку жидкого водорода через места негерметичности, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности выявления негерметичности и точности контроля, перед фильтрацией очищают жидкий водород от твердых растворенных примесей адсорбцией.
