Анализ потребности предприятий в гелиевых масс-спектрометрических течеискателях

В.Т. Барченко, М.Л. Виноградов

Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" (СПбГЭТУ), Санкт-Петербург, Россия
e-mail: Этот адрес электронной почты защищен от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Проведено исследование состояния гелиевых масс-спектрометрических течеискателей на 104 предприятиях и научных учреждениях. Установлено процентное соотношение течеискателей ПТИ-7, ПТИ-10, СТИ-11, ТИ1-14, ТИ1-15, ТИ1-22, ТИ1-30, ТИ1-50 и иностранных моделей. Приведено сравнение характеристик течеискателей разных поколений и проанализирована потребность в современных течеискателях.

Гелиевый масс-спектрометрический течеискатель – это прибор для предназначенный для выявления, локализации и количественной оценки величины течи, принцип работы которого основан на разделении по массам сложной смеси газов и паров в электрическом и магнитном полях. Масс-спектрометрический течеискатель имеет собственную откачную систему, что обеспечивает возможность проверки любых вакуумных систем и объемов, откачанных до глубокого вакуума; готовых замкнутых изделий и изделий со штенгелем; отдельных узлов и деталей (замкнутых и незамкнутых), а также позволяет проверять на герметичность объекты, содержащие пробный газ, путем отбора проб из окружающего их пространства [1].

Анализ наличия гелиевых масс-спектрометрических течеискателей на предприятиях России и других стран СНГ проведен путем опроса 615 специалистов, применяющих в работе неразрушающие методы контроля герметичности. Масс-спектрометрический метод контроля герметичности используется на 104 предприятиях из указанной выборки. Распределение моделей течеискателей, используемых на предприятиях, с указанием годов выпуска приборов представлено в таблице 1.

Таблица 1

Распределение течеискателей на предприятиях по моделям

Модель течеискателя	Годы производства	Доля приборов данной модели, %
ПТИ-7 и старше	до 1970	13
ПТИ-10	1973–1988	33
СТИ-11	1970-1973	2
ТИ1-14	1986-2001	17
ТИ1-15	1990-2001	1
ТИ1-22 «Гелмасс»	с 2004	10
ТИ1-30	с 2006	4
ТИ1-50	с 2010	8
Иностранные ТИ	–	12

Общее количество гелиевых масс-спектрометрических течеискателей на рассмотренных предприятиях составляет 1 036 шт. Некоторые крупные потребители течеискателей и вакуумной техники не смогли предоставить информацию о количестве используемых приборов по объективным причинам. Учитывая данные обстоятельства и принимая в расчет количество организаций, участвовавших в опросе, мы оцениваем охват приведенного исследования как 10% отечественного рынка течеискателей. Таким образом, оценка общего числа масс-спектрометрических течеискателей, используемых в России, может достигать 10 000 шт.

Характеристики различных моделей течеискателей

Поколение 1 (1948–1988 гг.). Течеискатели построены на базе паромасляного насоса, обладающего стабильной откачкой легких газов. Флюктуации парциального давления гелия на входе насоса не превышают 1%. В качестве форвакуумного насоса служит масляный пластинчато-роторный насос. Применяется азотная ловушка, которая помимо защиты анализатора от паров масел откачной системы, хорошо адсорбирует пары воды, постоянно поступающие в течеискатель при смене испытуемых изделий. Течеискатели характеризуются высокой чувствительностью и надежностью, однако имеют значительные габаритные размеры и большую массу, а также требуют длительной подготовки к измерениям.

Таблица 2

Технические характеристики течеискателей первого поколения

Технические характеристики	ПТИ-7	ПТИ-10	СТИ-5
Минимальный достоверно регистрируемый поток гелия, м3· Па/с, ·        по входу ·        со щупом	5x10-12   –	5x10-13   –	5x10-15   –
Потребляемая мощность, Вт	1100	1100	1100
Габаритные размеры, мм	600x780x1250	1470x675x620	1245x70x1325
Масса, кг	250	215	260

Поколение 2 (1986-2001 гг.). В моделях течеискателей вместо па­ромасляного насоса применен турбомолекулярный насос (ТМН). Применение ТМН оказалось возможно благодаря созданию в 70-х годах прошлого века нового поколе­ния надежных малогабаритных насосов, выпускаемых ведущими фирмами по про­изводству вакуумной продукции. Применение в течеискателях ТМН улучшило характеристики приборов контроля герметичности и значитель­но расширило возможности течеискания, в первую очередь позволив применить но­вую схему испытаний – схему противотока [2].

В вакуумной схеме течеискателя ТИ1-15 параллельно пароструйному насосу присоединен цеолитовый насос. Применение этого насоса, за счет селективной откачки тяжелых газов, позволило сразу повысить чувствительность течеискателя в сто и более раз. Впервые такая схема была предложена в течеискателях СТИ-8, СТИ-11. В этих течеискателях предусмотрены два режима испытаний: предварительный (при откачке анализатора и испытуемого изделия паромасляным насосом) и высокочувствительный (при откачке анализатора и изделия цеолитовым насосом).

Таблица 3

Технические характеристики течеискателей второго поколения

Технические характеристики	ТИ1-14	ТИ1-14М	ТИ1-15	ТИ1-20
Минимальный достоверно регистрируемый поток гелия, м3· Па/с, ·        по входу ·        со щупом	7x10-12   1x10-7	7x10-12   1x10-7	7x10-14   5x10-11	1x10-12   1x10-7
Потребляемая мощность, Вт	750	950	1000	1000
Габаритные размеры, мм	Вакуумная система 398х667х470 Регистрирующее устройство 270х325х338	580х672х1525	Вакуумная система 680х665х547 Регистрирующее устройство 270х325х338	580х672х1525
Масса, кг	75 + 20	60	93 + 20	145

Поколение 3 (с 2011 г.). Течеискатели ТИ1-50, ТИ1-30 и ТИ1-22 «Гелмасс» имеют анализатор с фокусировкой в однородном магнитном поле и двойным катодом, комплектуются турбомолекулярными насосами ТМН-150/63 и пластинчато-роторными форвакуумными насосами или безмасляными спиральными насосами [3]. Приборы автоматизированы и позволяют осуществлять контроль герметичности с высокой производительностью.

 

Таблица 4

Технические характеристики течеискателей третьего поколения

Технические характеристики	ТИ1-50	ТИ1-22 «Гелмасс»	ТИ1-30
Минимальный достоверно регистрируемый поток гелия, м3· Па/с, ·        по входу ·        со щупом	5x10-13   1x10-9	7x10-12   1x10-8	7x10-12   1x10-8
Потребляемая мощность, Вт	400	700	700
Габаритные размеры, мм	484х470х392	670х600х1085	640х555х1130
Масса, кг	39	80	85

Масс-спектрометрический метод контроля герметичности является наиболее совершенным и широко применяемым в самых разных отраслях промышленности России и других стран СНГ. Это обусловлено его высокой чувствительностью, избирательностью к пробному газу, безопасностью для оператора и окружающей среды. На отечественных предприятиях используются около 10 000 масс-спектрометрических течеискателей, однако порядка 50% приборов были введены в эксплуатацию более 25 лет назад.  Доля современных отечественных течеискателей составляет только 23%. Потребители демонстрируют спрос на приборы контроля герметичности. Ремонт и обслуживание устаревших моделей течеискателей на данный момент осложнены, т.к. приборы много лет назад сняты с производства и поиск запасных частей для них является затруднительным.

По этой причине, в ближайшие годы ожидается ускорение обновления парка течеискателей на новые модели. Замене подлежат 77% течеискателей, т.е. около 7 700 шт.

Выводы

Скорость замены течеискателей в данный момент, согласно статистике продаж в сфере вакуумной техники, составляет около 200 приборов в год. Обновление оборудования для контроля герметичности при таких темпах затянется на десятилетия. Для обеспечения непрерывности процессов контроля герметичности на предприятиях стран СНГ при сохранении текущего уровня производства, интенсивность процесса закупки новых приборов должна быть увеличена на порядок.

В данный период отечественным производителям течеискателей важно предоставить потребителю высококачественный продукт с характеристиками, соответствующими лучшим мировым аналогам, и с проработанной метрологической поддержкой осуществления контроля герметичности в различных отраслях промышленности.

Литература

1.    Виноградов, М.Л. Высоковакуумный детектор потока гелия для течеискателя / М.Л. Виноградов // Технологии техносферной безопасности. – 2013. - Вып. 5 (51).  – 9 c.

2.    Ермолов, И. Н. Методы и средства неразрушающего контроля качества / И.Н. Ермолов, Ю.А. Останин. - М.: Высшая школа, 1988. - 368 с.

3.    Шешин, Е.П. Вакуумные технологии: учеб. пособие / Е. П. Шешин. – Долгопрудный: Интеллект, 2009. - 501 с.