تقنيات جديدة تحدد وتقيس تسربات نظام التفريغ

تخيل أنك تقوم بعناية ببناء نظام تفريغ يجب أن يكون محكم الإغلاق تمامًا، ولكنه يفشل باستمرار في تحقيق مستوى التفريغ المطلوب. مثل غواصة مصممة بدقة تتسرب في اللحظات الحرجة، غالبًا ما يعود هذا السيناريو المحبط إلى سبب واحد: تسرب الغاز.

في التطبيقات الصناعية والعلمية - من أنظمة التفريغ نفسها إلى مكونات السيارات والتبريد - تعتبر السلامة الهوائية ذات أهمية قصوى. يدرك المهندسون ذوو الخبرة أن العبارات البسيطة مثل "لا توجد تسربات يمكن اكتشافها" أو "معدل تسرب صفري" غير كافية كمعايير قبول. يجب أن تحدد المواصفات المناسبة بوضوح معدلات التسرب المسموح بها في ظل ظروف معينة، مع اختلاف المستويات المقبولة حسب التطبيق.

ما هو التسرب بالضبط؟

يمثل التسرب خرقًا في حاجز مادي، مما يسمح بمرور غير مقصود للمواد الصلبة أو السوائل أو الغازات.

تتجلى التسربات بأشكال مختلفة اعتمادًا على المواد وأنواع الوصلات. يساعد فهم هذه الفئات في استكشاف الأخطاء وإصلاحها:

أنواع التسربات السبعة الشائعة

• تسربات التوصيل القابلة للفصل:تحدث في الحواف أو الأسطح المتزاوجة الأرضية أو الأغطية حيث تفشل الأختام (الحشيات، حلقات O) بسبب التركيب غير الصحيح أو تدهور المواد أو تلف السطح.
• تسربات الوصلات الدائمة:توجد في اللحامات أو الوصلات الملتحمة أو الروابط اللاصقة التي تعرضت للخطر بسبب التصنيع الرديء أو الشيخوخة.
• تسربات المسامية:منتشرة في المواد متعددة البلورات والصب بعد الإجهاد الميكانيكي (الانحناء) أو المعالجة الحرارية، حيث تتشابك الفراغات المجهرية.
• التسربات الحرارية:تظهر في ظل درجات الحرارة القصوى حيث تضغط التمدد الحراري التفاضلي على الوصلات الملتحمة، مما يؤدي إلى اتساع الفجوات.
• التسربات الافتراضية (الظاهرة):ليست اختراقات مادية ولكنها غاز محاصر في التجاويف / الثقوب العمياء أو تبخر السوائل التي تنطلق تدريجياً، مما يحاكي التسربات الحقيقية.
• التسربات غير المباشرة:تنتج عن خطوط المرافق المعرضة للخطر (المياه، الهواء المضغوط) التي تدخل مواد غريبة في أنظمة التفريغ.
• تسربات الشلال:تسربات متعددة مترابطة، مثل فشل أختام الزيت في خزانات مضخة الريشة الدوارة، مما يسمح بدخول الزيت.

بالإضافة إلى ذلك،الانتشار— انتشار الغاز عبر مواد مثل الخراطيم المطاطية — ليس تسربًا من الناحية الفنية ولكنه يؤثر على أداء التفريغ.

تحديد التسربات: معيار معدل التسرب

الإغلاق المحكم المطلق غير عملي وغير ضروري. العامل الحاسم هو الحفاظ على معدلات التسرب منخفضة بما يكفي للحفاظ على متطلبات الضغط التشغيلي. يتم تحديد هذه العلاقة على النحو التالي:

معدل التسرب (q_L) = 1 mbar·l/sيعني: في وعاء محكم الإغلاق سعة 1 لتر، يرتفع / ينخفض الضغط بمقدار 1 mbar في الثانية.

بالنسبة لأنظمة التفريغ العالي، فإن المعايير العملية هي:

• q_L(هواء) < 10^-6mbar·l/s → "ضيق للغاية"
• q_L(هواء) < 10^-5mbar·l/s → "ضيق بشكل كافٍ"
• q_L(هواء) > 10^-4mbar·l/s → "متسرب"

كشف التسرب: الموقع مقابل القياس

يخدم اختبار التسرب غرضين أساسيين:

1. تحديد موقع التسرباتداخل الأنظمة
2. قياس معدلات التسرببدقة

تختلف الطرق باختلاف ظروف الضغط:

• طريقة التفريغ:يكشف عن التدفق الداخلي (الضغط الخارجي > التفريغ الداخلي)
• طريقة الضغط:يحدد التدفق الخارجي (الداخلية المضغوطة)

معدل انتشار الهيليوم المرتفع يجعله مثاليًا للكشف عن التسربات الحساسة، مع أجهزة الكشف الحديثة القادرة على تحديد التسربات الصغيرة مثل 1 Å (10^-10م) في القطر.

عندما لا تعمل أنظمة التفريغ بشكل جيد، يوجد سببان محتملان: تسربات حقيقية أو إطلاق الغاز من الأسطح. تساعد قياسات الطيف الكتلي أو اختبارات ارتفاع الضغط في الوقت المناسب على التمييز بينهما، مع أجهزة كشف تسرب الهيليوم التي توفر تحديدًا سريعًا للموقع.