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真空箱氦检漏及回收系统在汽车空调的应用

发布时间:2023-04-23浏览量:124

真空箱氦检漏及回收系统在汽车空调的应用

     随着国内汽车工业的蓬勃发展,国家和制冷行业对汽车空调两器-冷凝器、蒸发器的年泄漏量有严格要求。传统的水检方式精度低、误判率高,已经不能满足现代汽车空调检测标准的要求。而氦质谱检漏法具有检漏精度高、误判率低、清洁环保等优点,日益受到业内的广泛关注和认可,并有逐步取代水检的趋势。为满足现代汽车空调两器的检测要求,自主研发生产了真空箱氦检漏及回收系统,并广泛的应用于国内诸多生产厂家。本文简要介绍了该系统的设计原理及其在汽车空调上的应用。

一、水检和氦检两种检漏方法的分析

      目前,水检和氦检两种检漏方法国内汽车空调两器检漏最主要的方法,下面将分析两种检漏方法的优缺点。

1.1 传统水泡法检测分析

      水泡检漏法,属于检测精度要求不高的粗检漏,就是将被检工件充入一定压力的干燥压缩空气或者是氮气,然后放入水中,观察是否有气泡从被检工件中跑出来,如果有,则说明漏,而且指出什么位置泄漏,一般只确定被检件是漏还是不漏,而不需定量。但并不是说气泡检漏就不能定量。在某些情况下,气泡检漏也可以定量。检出气泡的漏率与气泡直径、气泡形成速率、充气的种类有关。

      因此,对于空调两器检漏来说,采用水检方法,灵敏度较低。受人为因素影响,漏判误判率会明显增加。另外,工件水检后,外表面有水,需烘干处理,耗电多,耗费劳动力也多。但水检法也有优点,就是操作简单直观,而且能够查找漏点位置。

1.2 氦质谱检漏方法分析 

      氦质谱检漏是以氦作探索气体,对各种需密封的容器的漏隙进行快速定位和定量检测的理想方法。

氦质谱检漏法有优点在于:氦是惰性气体,对大气无污染,使用安全;氦原子质量小,黏度小,易渗透过可能存在的漏隙。氦气在大气中含量小(5ppm),不易受干扰。氦质谱检漏仪检测灵敏度高,速度快,适用范围广。 

      目前国内生产氦质谱检漏仪最小可检漏率可达到5.0×10-13 Pa·m3/s。目前,国内外比较流行的针对空调两器检漏方法,多采用真空箱法。

二、汽车空调两器检测要求 

2.1 空调两器实际工况  

1.空调两器工作介质:氟利昂或者碳氢化合物作为制冷剂工作于汽车空调内部,目前比较流行使用R134a作为汽车空调的制冷剂。 

2.压力范围:不同规格的空调两器最高工作范围在2.0~3.5MPa之间,正常工作压力在0.8~2.0MPa之间。注:特殊情况除外。  

3.气密性要求:对于两器产品,充注一定压力R134a制冷剂,泄露量小于2克/年。 

4. 耐压要求:对产品加压到实验压力,保压一段时间,降到常压,经检查无泄漏和异常变形。

2.2 空调两器氦检漏基本要求 

1.耐压测试要求:一般两器在执行氦检漏之前会充注一定压力(一般不超过3.5MPa)的高纯氮气或者干燥的压缩空气,对工件作耐压测试,如果不出现明显变形及大漏,再执行氦检测工艺。 

2.氦检测精度要求:由于不同生产企业对产品的检测要求不尽相同,但一般都会遵循行业标准,或比行业标准要求稍高。通常“两器”检测标准不会超过1克/年。 

3.检测节拍要求:据调查一般的两器生产厂家年产量都会在十万只以上,要实现所有产品全部使用氦检测,就要求氦检测节拍越快越好。中科科美生产的氦检系统,针对冷凝器检漏节拍在40秒/件,针对蒸发器检漏可达20秒每件; 

4.氦气回收要求:氦检漏系统使用氦气作为示踪气体,由于氦气比较贵重,如果直接排放,必然导致检测成本的大幅增加。因此,一般厂家都会要求氦气可回收,即循环利用。氦检系统,氦气回收率可达95%以上。

三、真空箱氦检漏及回收系统工作原理及构成

3.1 真空箱氦检漏及回收系统基本原理

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      采用背压法对被检工件进行漏率检测,并对氦气进行回收利用。首先对被检工件放入真空箱内,充入一定压强的氮气,作耐压测试,通过保压判断压降确定是否有大漏;然后对被检工件抽空后充入一定压强的氦气,真空箱与检漏仪的检漏口相接,若被检工件有泄漏,则漏入真空箱的氦气可通过检漏仪测出。与被检工件相连的是充气回收装置,在检漏前后分别实现氦气的充注和回收。

      为满足工业现场快节奏检测节拍、充分利用资源、节约设备制造成本。系统采用双工位设计,系统原理简图如图一所示,两个工位共用一套粗抽机组、精抽机组、检漏仪、耐压测试单元、工件抽空单元、氦气充注及回收单元。两个工位可交替执行不同工艺流程,比如一个工位在检漏时,另一个工位可执行抽空、检漏等步序。根据此原理,我们设计双工位氦检漏系统如图二。

3.2双工位氦检漏系统构成

(1)粗抽机组:一般采用旋片泵或者滑阀泵作为粗抽真空使用,获得从一个大气压到千帕级真空,并为后续精抽真空作准备。

(2)精抽机组:一般采用罗茨泵作为精抽真空使用,获得检漏要求的真空,一般为5Pa左右。

(3)检漏仪:是检漏系统中的核心部件,检漏仪执行检漏工作时,给出工件泄露量大小,并判断工件是否合格,输出控制信号。

(4)耐压测试单元:通过向工件内充注高压气体,一方面测试工件的耐压性能。另一方面通过平衡、保压过程,有传感器感测压力差,并由控制系统经过计算分析判断是否有大漏。

(5)工件抽空单元:为保证氦气有循环过程中氦气的纯度,在向工件充注氦气之前,抽出工件内的空气。

(6)氦气充注及回收单元:充氦过程为:对被检工件抽空后,开V1,对工件充氦气到规定压力后关V1。检完漏后,V2开,工件内氦气自动流入回收罐。然后V2关,V3开,机械泵抽出工件内剩余氦气并送入回收罐。同时主压缩机将回收罐内的氦气压缩至储气罐。因为氦气在检测过程中会有损耗,所以当储气罐内压力低于规定值时,需开V6,补充氦气,以保持储气罐内的氦气有足够的压力和浓度。

四、真空箱氦检漏及回收系统设计关键技术

(1)真空箱体设计:首先、要保证箱体在抽真空过程中受力发生非弹性形变,造成箱体开裂。第二、要保证良好的气密性,真空箱一般是焊接成型,根据真空系统要求,焊缝无气孔、接痕,表面光滑, 焊后焊缝表面磨光, 最后同箱体板一起抛光。这样处理的箱体内表面光洁,表面藏气较少。第三、真空箱门开合自如,开合过程中不剐伤箱体密封圈,为提高箱体密封圈的使用寿命,设计时尽量考虑使密封圈在垂直箱体法兰面方向上受力,尽量避免斜向受力。

(2)真空管路设计:真空管路设计首先要考虑管道流导要与真空泵的抽速相匹配,避免大马拉小车现象。

(3)检漏系统设计:首先、系统应具备检测大漏、中漏、微漏功能,系统一但出现大漏应立即中止检漏并给出报警,防止出现大漏后,继续执行氦检工艺, 造成系统累积大量氦气而无法清除,也即是出现“氦中毒”现象。其次、一但出现大漏,应有清氦措施,最大程度的清除氦本底。

(4)氦气充注及回收设计:首先、务必保证安全问题,因为涉及到高压气体,因此储气罐务必设置安全阀及压力适时检测装置,保证压力容器安全。第二、压力管道务必密封良好,防止充气及回收过程中空气混入到系统中,造成氦气纯度下降。第三、需要有氦气浓度检测装置,保证在氦气压力及纯度达不到要求时,补充新鲜的氦气。第四、具备虑油装置,防止氦气增压泵以及真空泵中的油蒸汽进入气罐,污染系统。

(5)抽空系统设计:抽空系统设计应本着适度、够用、满足需求原则。系统冗余过大,会导致制造成本偏高,也不离于节能环保。

五、真空箱氦检漏系统在两器检漏中的使用经验

5.1 实际产品漏率报警阈值的设定

      在对空调两器检测时,对产品报废点的设置非常关键,指标要求过高,将会带来大批量产品不合格,太低又保证不了产品质量。正确确定产品的报警点需要以下步骤: 

(1)将冷媒漏率换算成气体漏率

      在对空调两器进行泄露检测时,常使用气体取代制冷剂进行泄露检测。因此,需要将液体漏率与气体漏率之间作一个等效转换。

2.首先制冷剂液体漏率转变为气体漏率:

3.确定系统的分流因子

      在实际检漏时,由于有辅抽泵及其他因素的影响,并非所有的氦气都进入到氦检漏仪,因此,氦气存在一定的程度的分流。也就是说检漏仪指示漏率并非工件的实际漏率。要测定系统的分流因子,需要执行以下步骤。

将仪器调整至最佳工作状态,将一个已知漏率(Q1)的标准漏孔置于真空箱内,开启系统,观察检漏仪指示漏率(Q2),则系统的分流Q3= Q1/ Q2。

(4)确定系统的报警点

根据本节(2)所得等效氦气漏率和(3)所得系统分流因子,即可确定工件的报警点:

Q= QHe/Q3。

5.2 氦检漏系统校准

      氦检漏系统在使用一段时间后,检漏仪可能由于环境等其他因素的影响,系统检测漏率会出现漂移。因此,需要定期对系统校准。系统校准分为内部校准和外部校准。

(1)内部校准

      内部校准即是对检漏仪自身的校准,执行内部校准需要准备一个漏率已知的标准漏孔对检漏仪进行校准。由于每款检漏仪校准方法各不相同,限于篇幅,本文不作详述。值得一提的是,一些检漏仪会内置标准漏孔。内置标准漏孔在使用一段时间后,漏率会衰减。因此需要找专门计量单位对内置漏孔进行校准,通常漏孔每年校准一次。

(2)外部校准

      外部校准即是对整个检漏系统校准,系统使用一段时间后,系统的分流因子可能会发生改变,因此需要定期使用标准漏孔来校准系统,以确定分流比是否已经改变。如果改变需要适当调整系统的报警点。

5.3其它使用注意事项

(1)一些用户在使用氦检漏系统时希望每个箱体一次检测多个工件,以提高检测效率。这样做会有潜在的风险。一是可能存在累积效应,即多个工件累积漏率可能超过报警点,而实际单个工件在许可范围内合格。二是一旦不合格需要单个重检,耗费工时。每个箱体一次检测多个工件的基础在于工件的合格率在90%以上,而且工件品质较好。

(2)由于氦检漏系统属于一种精密检测仪器,对使用环境要求相对苛刻。一是要求工件清洁干燥。二是要求环境温度不能过高、湿度也不能过大。

(3)为保证系统使用寿命和稳定运行,系统需要定期维护。比如更换泵油、清洁管道、更换配件等。条件不具备时,须请厂家技术人员作定期保养。

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