Νέες Τεχνικές Εντοπίζουν και Μετρούν Διαρροές στο Σύστημα Κενού

Φανταστείτε να κατασκευάζετε προσεκτικά ένα σύστημα κενού που θα έπρεπε να είναι απόλυτα σφραγισμένο, αλλά αποτυγχάνει συνεχώς να επιτύχει το επιθυμητό επίπεδο κενού. Όπως ένα σχολαστικά σχεδιασμένο υποβρύχιο που διαρρέει σε κρίσιμες στιγμές, αυτό το απογοητευτικό σενάριο συχνά οφείλεται σε έναν ένοχο: διαρροές αερίου.

Σε βιομηχανικές και επιστημονικές εφαρμογές—από τα ίδια τα συστήματα κενού έως τα εξαρτήματα αυτοκινήτων και ψύξης—η ακεραιότητα της αεροστεγανότητας είναι υψίστης σημασίας. Οι έμπειροι μηχανικοί κατανοούν ότι απλές δηλώσεις όπως «δεν ανιχνεύονται διαρροές» ή «μηδενικός ρυθμός διαρροής» είναι ανεπαρκείς ως κριτήρια αποδοχής. Οι κατάλληλες προδιαγραφές πρέπει να καθορίζουν σαφώς τους επιτρεπόμενους ρυθμούς διαρροής υπό συγκεκριμένες συνθήκες, με τα αποδεκτά επίπεδα να ποικίλλουν ανάλογα με την εφαρμογή.

Τι είναι ακριβώς μια διαρροή;

Μια διαρροή αντιπροσωπεύει μια παραβίαση σε ένα υλικό φράγμα, επιτρέποντας την ανεπιθύμητη διέλευση στερεών, υγρών ή αερίων.

Οι διαρροές εκδηλώνονται σε διάφορες μορφές ανάλογα με τα υλικά και τους τύπους σύνδεσης. Η κατανόηση αυτών των κατηγοριών βοηθά στην αντιμετώπιση προβλημάτων:

Οι Επτά Κοινοί Τύποι Διαρροών

• Διαρροές αποσπώμενων συνδέσεων: Εμφανίζονται σε φλάντζες, επιφάνειες ζεύξης εδάφους ή καλύμματα όπου οι στεγανοποιήσεις (φλάντζες, δακτύλιοι O) αποτυγχάνουν λόγω ακατάλληλης εγκατάστασης, υποβάθμισης υλικού ή ζημιάς στην επιφάνεια.
• Διαρροές μόνιμων συνδέσεων: Βρίσκονται σε συγκολλήσεις, συνδέσεις με συγκόλληση ή συγκολλητικές συνδέσεις που έχουν υποστεί ζημιά από κακή κατασκευή ή γήρανση.
• Διαρροές πορώδους: Επικρατούν σε πολυκρυσταλλικά υλικά και χυτά μετά από μηχανική καταπόνηση (κάμψη) ή θερμική επεξεργασία, όπου μικροσκοπικές κοιλότητες αλληλοσυνδέονται.
• Θερμικές διαρροές: Εμφανίζονται σε ακραίες θερμοκρασίες καθώς η διαφορική θερμική διαστολή καταπονεί τις συνδέσεις με συγκόλληση, διευρύνοντας τα κενά.
• Εικονικές (φαινομενικές) διαρροές: Όχι φυσικές παραβιάσεις, αλλά παγιδευμένο αέριο σε κοιλότητες/τυφλές οπές ή εξατμιζόμενα υγρά που απελευθερώνονται σταδιακά, μιμούμενα πραγματικές διαρροές.
• Έμμεσες διαρροές: Προκύπτουν από κατεστραμμένες γραμμές κοινής ωφέλειας (νερό, πεπιεσμένος αέρας) που εισάγουν ξένες ουσίες σε συστήματα κενού.
• Διαρροές καταρράκτη: Πολλαπλές αλληλοσυνδεόμενες διαρροές, όπως οι στεγανοποιήσεις λαδιού που αποτυγχάνουν σε δεξαμενές αντλιών περιστροφικών πτερυγίων, επιτρέποντας την είσοδο λαδιού.

Επιπλέον, διαπερατότητα —η διάχυση αερίου μέσω υλικών όπως οι ελαστικοί σωλήνες—δεν είναι τεχνικά διαρροή, αλλά επηρεάζει την απόδοση κενού.

Ποσοτικοποίηση Διαρροών: Το Πρότυπο Ρυθμού Διαρροής

Η απόλυτη ερμητική σφράγιση είναι μη πρακτική και περιττή. Ο κρίσιμος παράγοντας είναι η διατήρηση των ρυθμών διαρροής αρκετά χαμηλών ώστε να διατηρούνται οι απαιτήσεις πίεσης λειτουργίας. Αυτή η σχέση ποσοτικοποιείται ως:

Ρυθμός διαρροής (q _L ) = 1 mbar·l/s σημαίνει: Σε ένα σφραγισμένο δοχείο 1 λίτρου, η πίεση αυξάνεται/μειώνεται κατά 1 mbar ανά δευτερόλεπτο.

Για συστήματα υψηλού κενού, τα πρακτικά σημεία αναφοράς είναι:

• q _L (αέρας) < 10 ^-6 mbar·l/s → «Εξαιρετικά σφιχτό»
• q _L (αέρας) < 10 ^-5 mbar·l/s → «Επαρκώς σφιχτό»
• q _L (αέρας) > 10 ^-4 mbar·l/s → «Διαρροή»

Ανίχνευση διαρροών: Τοποθεσία έναντι μέτρησης

Η δοκιμή διαρροών εξυπηρετεί δύο κύριους σκοπούς:

1. Εντοπισμός διαρροών εντός συστημάτων
2. Μέτρηση ρυθμών διαρροής με ακρίβεια

Οι μέθοδοι διαφέρουν ανάλογα με τις συνθήκες πίεσης:

• Μέθοδος κενού: Ανιχνεύει την εισροή (εξωτερική πίεση > εσωτερικό κενό)
• Μέθοδος πίεσης: Προσδιορίζει την εκροή (πιεσμένο εσωτερικό)

Ο υψηλός ρυθμός διάχυσης του ηλίου το καθιστά ιδανικό για ευαίσθητη ανίχνευση διαρροών, με σύγχρονους ανιχνευτές ικανούς να εντοπίζουν διαρροές τόσο μικρές όσο 1 Å (10 ^-10 m) σε διάμετρο.

Όταν τα συστήματα κενού υποαποδίδουν, υπάρχουν δύο πιθανές αιτίες: πραγματικές διαρροές ή εκπομπή αερίων από επιφάνειες. Η φασματομετρία μάζας ή οι δοκιμές αύξησης πίεσης χρονισμού βοηθούν στη διάκριση μεταξύ τους, με τους ανιχνευτές διαρροών ηλίου να προσφέρουν ταχεία εντοπισμό.