เทคนิคใหม่ ๆ ระบุและวัดการรั่วไหลของระบบระบายความร้อน

ลองนึกภาพการสร้างระบบสุญญากาศอย่างระมัดระวังซึ่งควรจะถูกปิดผนึกอย่างสมบูรณ์แบบ แต่ล้มเหลวในการบรรลุระดับสุญญากาศที่ต้องการอย่างสม่ำเสมอ เช่นเดียวกับเรือดำน้ำที่ออกแบบมาอย่างพิถีพิถันซึ่งรั่วไหลในเวลาวิกฤต สถานการณ์ที่น่าหงุดหงิดนี้มักจะเกิดจากผู้กระทำผิดเพียงรายเดียว: การรั่วไหลของก๊าซ

ในการใช้งานทางอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์ ตั้งแต่ระบบสุญญากาศไปจนถึงส่วนประกอบยานยนต์และเครื่องทำความเย็น ความสมบูรณ์ของอากาศเป็นสิ่งสำคัญ วิศวกรที่มีประสบการณ์เข้าใจดีว่าคำกล่าวง่ายๆ เช่น "ไม่มีการรั่วไหลที่ตรวจพบได้" หรือ "อัตราการรั่วไหลเป็นศูนย์" นั้นไม่เพียงพอในฐานะเกณฑ์การยอมรับ ข้อกำหนดที่เหมาะสมต้องกำหนดอัตราการรั่วไหลที่อนุญาตภายใต้เงื่อนไขเฉพาะอย่างชัดเจน โดยมีระดับที่ยอมรับได้แตกต่างกันไปตามการใช้งาน

การรั่วไหลคืออะไรกันแน่?

การรั่วไหลแสดงถึงการละเมิดสิ่งกีดขวางวัสดุ ทำให้ของแข็ง ของเหลว หรือก๊าซผ่านไปโดยไม่ได้ตั้งใจ

การรั่วไหลปรากฏในรูปแบบต่างๆ ขึ้นอยู่กับวัสดุและประเภทการเชื่อมต่อ การทำความเข้าใจหมวดหมู่เหล่านี้ช่วยในการแก้ไขปัญหา:

ประเภทการรั่วไหลทั่วไปเจ็ดประเภท

• การรั่วไหลของการเชื่อมต่อแบบถอดได้:เกิดขึ้นที่หน้าแปลน พื้นผิวประกบพื้น หรือฝาครอบที่ซีล (ปะเก็น โอริง) ล้มเหลวเนื่องจากการติดตั้งที่ไม่เหมาะสม การเสื่อมสภาพของวัสดุ หรือความเสียหายของพื้นผิว
• การรั่วไหลของข้อต่อถาวร:พบในรอยเชื่อม ข้อต่อบัดกรี หรือพันธะกาวที่ถูกบุกรุกจากการผลิตที่ไม่ดีหรือการเสื่อมสภาพ
• การรั่วไหลของรูพรุน:แพร่หลายในวัสดุโพลีคริสตัลไลน์และการหล่อหลังจากการเน้นเชิงกล (การดัด) หรือการอบด้วยความร้อน ซึ่งช่องว่างขนาดเล็กเชื่อมต่อกัน
• การรั่วไหลจากความร้อน:ปรากฏภายใต้อุณหภูมิที่สูงมากเนื่องจากการขยายตัวทางความร้อนที่แตกต่างกันทำให้ข้อต่อบัดกรีเครียด ทำให้ช่องว่างกว้างขึ้น
• การรั่วไหลเสมือนจริง (ที่เห็นได้ชัด):ไม่ใช่การละเมิดทางกายภาพ แต่เป็นก๊าซที่ติดอยู่ในช่อง/รูบอด หรือของเหลวที่ระเหยซึ่งค่อยๆ ปล่อยออกมา เลียนแบบการรั่วไหลที่แท้จริง
• การรั่วไหลทางอ้อม:ผลลัพธ์จากสายยูทิลิตี้ที่ถูกบุกรุก (น้ำ อากาศอัด) ซึ่งนำสารแปลกปลอมเข้าสู่ระบบสุญญากาศ
• การรั่วไหลแบบเรียงซ้อน:การรั่วไหลที่เชื่อมต่อถึงกันหลายรายการ เช่น ซีลน้ำมันล้มเหลวในอ่างเก็บน้ำปั๊มใบพัดหมุน ทำให้เกิดการไหลเข้าของน้ำมัน

นอกจากนี้การซึมผ่าน—การแพร่กระจายของก๊าซผ่านวัสดุ เช่น ท่อยาง—ไม่ใช่การรั่วไหลทางเทคนิค แต่ส่งผลต่อประสิทธิภาพของสุญญากาศ

การวัดปริมาณการรั่วไหล: มาตรฐานอัตราการรั่วไหล

การปิดผนึกแบบสุญญากาศอย่างสมบูรณ์นั้นใช้งานไม่ได้และไม่จำเป็น ปัจจัยสำคัญคือการรักษาระดับอัตราการรั่วไหลให้ต่ำพอที่จะรักษากฎเกณฑ์การทำงานของแรงดัน ความสัมพันธ์นี้ถูกวัดปริมาณเป็น:

อัตราการรั่วไหล (q_L) = 1 mbar·l/sหมายถึง: ในภาชนะปิดผนึกขนาด 1 ลิตร ความดันเพิ่มขึ้น/ลดลง 1 mbar ต่อวินาที

สำหรับระบบสุญญากาศสูง เกณฑ์มาตรฐานที่เป็นประโยชน์คือ:

• q_L(อากาศ) < 10^-6mbar·l/s → "แน่นเป็นพิเศษ"
• q_L(อากาศ) < 10^-5mbar·l/s → "แน่นพอสมควร"
• q_L(อากาศ) > 10^-4mbar·l/s → "รั่ว"

การตรวจจับการรั่วไหล: ตำแหน่งเทียบกับการวัด

การทดสอบการรั่วไหลมีวัตถุประสงค์หลักสองประการ:

1. การระบุตำแหน่งการรั่วไหลภายในระบบ
2. การวัดอัตราการรั่วไหลอย่างแม่นยำ

วิธีการแตกต่างกันไปตามเงื่อนไขความดัน:

• วิธีการสุญญากาศ:ตรวจจับการไหลเข้า (แรงดันภายนอก > สุญญากาศภายใน)
• วิธีการแรงดัน:ระบุการไหลออก (ภายในอัดแรงดัน)

อัตราการแพร่กระจายของฮีเลียมที่สูงทำให้เหมาะสำหรับการตรวจจับการรั่วไหลที่ละเอียดอ่อน โดยเครื่องตรวจจับสมัยใหม่สามารถระบุการรั่วไหลที่มีขนาดเล็กถึง 1 Å (10^-10m) ในเส้นผ่านศูนย์กลาง

เมื่อระบบสุญญากาศทำงานได้ไม่ดี มีสาเหตุที่เป็นไปได้สองประการ: การรั่วไหลที่แท้จริงหรือการปล่อยก๊าซออกจากพื้นผิว สเปกโตรมิเตอร์มวลสารหรือการทดสอบการเพิ่มขึ้นของแรงดันตามเวลาช่วยในการแยกแยะระหว่างกัน โดยเครื่องตรวจจับการรั่วไหลของฮีเลียมให้การแปลตำแหน่งอย่างรวดเร็ว