система для контроля герметичности эвакуированного пространства

Формула изобретения

1. Система контроля герметичности вакуумного пространства, закрытого с герметичным уплотнением по меньшей мере одной металлической стенкой, в которой предусмотрено соединенное с вакуумным пространством устройство, показывающее вызванное неплотностью стенки недопустимое повышение давления в вакуумном пространстве, при этом упомянутое устройство состоит из металлического сильфона, соединенного с герметичным уплотнением с вакуумным пространством, и электрического сенсорного выключателя, с которым соединен блок обработки данных, отличающаяся тем, что сенсорный выключатель (7) в направлении движения сильфона (5) установлен на расстоянии от его торцевой стороны, величина которого варьируется в зависимости от осевой длины сильфона (5) в данный момент, при этом вокруг сильфона (5), с сохранением воздушного зазора расположена прочно соединенная со стенкой (2) труба (9), которая охватывает сильфон (5), обеспечивая влагонепроницаемость, и которая длиннее сильфона (5) при его наибольшей длине в исходном положении, соответствующем положению без нагрузки, причем сенсорный выключатель (7) загерметизирован относительно трубы (9) и заходит внутрь нее.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что сенсорный выключатель (7) устанавливают в положение, в котором расстояние от сильфона (5) определяет длина, которую он имеет в своем исходном положении, соответствующем положению без нагрузки.

3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что сенсорный выключатель (7) завинчивают в снабженную внутренней резьбой трубу (9).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к системе для контроля герметичности эвакуированного пространства, закрытого с герметичным уплотнением по меньшей мере одной металлической стенкой, в которой используется соединенное с эвакуированным пространством устройство, показывающее вызванное неплотностью стенки недопустимое повышение давления в эвакуированном пространстве и в которой устройство состоит из металлического сильфона, соединенного с герметичным уплотнением с эвакуированным пространством, и электрического сенсорного выключателя, с которым соединен блок обработки данных (DE 10117329 A1).

«Эвакуированным пространством» может быть в принципе любое герметично уплотненное пространство, в котором должен обеспечиваться более или менее глубокий вакуум. Таким эвакуированным пространством, называемым в дальнейшем «вакуумным пространством», может быть, например, часть емкости или трубы и/или трубопровода для транспортировки охлажденной рабочей среды, например жидкого при низкой температуре газа, вокруг которой или которого предусмотрена закрытая снаружи металлической трубой, работающая под вакуумом вакуумная изоляция. Вакуумное пространство с вакуумной изоляцией может быть также промежуточным пространством между двумя концентрическими металлическими трубками криостата для сверхпроводникового кабеля. Именно о такого рода вакуумной изоляции и идет речь в нижеследующих конструктивных вариантах осуществления изобретения, представляющих все другие варианты применения.

Для обнаружения неплотности, кратко называемой в дальнейшем «течью», в «оболочке» вакуумного пространства достаточен порог срабатывания в несколько кПа. Обычными для вакуумной изоляции являются давления в диапазоне 10^-3 Па. Вакуумная изоляция теряет в значительной степени свою эффективность в диапазоне 0,1 Па. При появлении течи в окружающей вакуумную изоляцию наружной трубе через короткий промежуток времени наблюдается повышение давления примерно до 10⁵ Па, в то время как при течи во внутренней трубе через короткое время давление, соответствующее рабочему давлению, может повыситься, например, до 2 мПа.

Для контроля давления в вакуумном пространстве известно применение фрикционного вакуумметра, содержащего помещенный в соединенной с вакуумным пространством трубочке шарик, который посредством внешних магнитных полей приводят во взвешенное состояние и сообщают ему вращательное движение. Трение этого шарика и окружающего газа зависит от давления последнего. Соответствующим электронным устройством по обработке данных оно может быть определено как мера давления или остаточного давления в вакуумном пространстве. Необходимая для этого измерительная техника делает этот способ очень затратным.

Известная система согласно вышеупомянутой публикации DE 10117329 А1 представляет собой предохранительное устройство от разрыва трубы для наполнительной трубы, работающей в вакуумной изоляции. Наполнительная труба соединена с закрытым контактной пластиной сильфоном, вокруг которого расположена направляющая труба, более короткая в осевом направлении, чем сильфон в исходном положении без нагрузки. В рабочем положении контактная пластина сократившегося в этом случае сильфона примыкает к торцевой стороне направляющей трубы. Контактная пластина соединена с пневматическим или электрическим контактным датчиком. В случае потери давления в вакуумной изоляции наполнительной трубы сильфон растягивается. При этом он перемещает вместе с собой контактную пластину, которая вследствие этого удаляется от контактного датчика, так что он теперь не может быть активирован. Подача криогенной рабочей среды в наполнительную трубу в этом случае прекращается. Известная система лишь ограниченно пригодна или вовсе непригодна для использования вне зданий, так как сильфон не защищен от атмосферных воздействий и может легко обледенеть.

Задача изобретения заключается в том, чтобы реализовать вышеописанную систему таким способом, чтобы она без ограничений могла быть применена также вне помещений.

Эта задача согласно изобретению решается тем,

- что сенсорный выключатель в направлении движения сильфона установлен на расстоянии от его торцевой стороны, величина которого варьирует в зависимости от осевой длины сильфона в данный момент,

- что вокруг сильфона, с сохранением воздушного зазора расположена прочно соединенная со стенкой труба, которая охватывает сильфон, обеспечивая влагонепроницаемость, и длиннее сильфона при его наибольшей длине в исходном положении, соответствующем положению без нагрузки, и

- что сенсорный выключатель загерметизирован относительно трубы и заходит внутрь нее.

Система имеет очень простую конструкцию и не требует никакой дорогостоящей измерительной техники. Требуется лишь имеющийся обычно в продаже металлический сильфон, который соединен с вакуумным пространством, при этом в его стенке, например металлической трубе, проделано соответственно большое отверстие. Когда сильфон изнутри вместе с вакуумным пространством эвакуируется, он укорачивается. При появлении течи в стенке вакуумного пространства в нем повышается давление и сильфон удлиняется в направлении своего исходного положения, соответствующего положению без нагрузки, которое он занимал до эвакуирования. Это обнаруживает сенсорный выключатель, который может представлять собой обычный, имеющийся в продаже сенсорный выключатель. Если сильфон при нежелательном повышении давления в вакуумном пространстве достигает определенного заданного положения, от сенсорного выключателя данные поступают на устройство индикации. Существенное значение в этой системе имеет охватывающая сильфон, не допускающая проникновения влаги труба. Она не сковывает движение сильфона, так как вокруг сохранен воздушный зазор. Труба выполнена в осевом направлении настолько длинной, что она превышает сильфон даже при его наибольшей длине, соответствующей его исходному положению без нагрузки. Длина трубы настолько превышает сильфон, что она закрывает, по меньшей мере частично, уплотняемый относительно трубы сенсорный выключатель. Таким образом сильфон и значительная часть сенсорного выключателя защищены трубой также от неблагоприятных атмосферных условий, таких как дождь и грязь, и может быть исключено обледенение сильфона.

На чертеже представлен пример осуществления изобретения. При этом показаны:

Фиг.1 - схематично разрез окруженного вакуумным пространством трубопровода с подключенной системой согласно изобретению в ее исходном положении,

Фиг.2 - трубопровод с находящейся в рабочем состоянии системой.

Изобретение поясняется на следующем примере трубопровода, который здесь также представляет другие вышеописанные возможности применения.

Позицией 1 обозначена изготовленная, например, из специальной стали труба трубопровода, вокруг которой коаксиально и на определенном расстоянии расположена выполненная, например, также из специальной стали наружная труба 2. Обе трубы 1 и 2 удерживаются в их взаимном положении одна относительно другой посредством дистанционной распорки 3. Герметично уплотненное промежуточное пространство между обеими трубами 1 и 2 образует вакуумное пространство 4, которое для создания вакуумной изоляции трубопровода эвакуируют.

С наружной трубой 2 соединен с герметичным уплотнением, например, радиально отстоящий от нее сильфон 5, в частности через имеющееся в наружной трубе 2 отверстие 6. Сильфон 5 также может быть изготовлен из специальной стали, с толщиной стенки, например, в пределах от 0,1 до 0,4 мм. Но может быть использован для сильфона также другой материал, например медь или пластмасса со стекловолоконным наполнением.

В осевом направлении сильфона 5 на расстоянии от него расположен представленный лишь схематично, электрический сенсорный выключатель 1, соединенный с блоком обработки данных 8. Сенсорный выключатель 7 обладает тем преимуществом, что представляет собой обычный, имеющийся в продаже сенсорный выключатель, который может работать как индуктивный или емкостный. Блок обработки данных 8 может представлять собой лишь устройство индикации. Но он может быть предпочтительно соединен также с аварийным устройством.

На фиг.1 сильфон 5 изображен в своем исходном положении, соответствующем его положению без нагрузки, в котором вакуумное пространство 4 еще не эвакуировано. В этом исходном положении он отстоит от сенсорного выключателя 7 на расстояние А. При создании вакуума в вакуумном пространстве 4 сильфон 5 также эвакуируют. В результате под воздействием внешнего давления он все больше сжимается и, следовательно, укорачивается. Это рабочее положение сильфона 5 показано на фиг.2. В этом рабочем положении он отделен от сенсорного выключателя 7 на расстояние В, большее по сравнению с расстоянием А.

Вокруг сильфона 5 расположена труба 9, прочно и герметично соединенная с наружной трубой 2 и как металлическая труба предпочтительно сварена с ней. Труба 9 длиннее по оси, чем сильфон 5, при его наибольшей, показанной на фиг.1 длине. Она отделена от сильфона 5 кольцевым воздушным зазором, так что в осевом направлении он может свободно перемещаться в ней. Труба 9 имеет такую длину, что охватывает также, по меньшей мере частично, сенсорный выключатель 7. Сенсорный выключатель 7 уплотнен относительно трубы 9 уплотнительным элементом 10. Таким образом сильфон 5 и сенсорный выключатель 7 закрыты трубой от проникновения влаги и тем самым при определенных условиях защищены от атмосферных воздействий.

После закрепления на наружной трубе 2 сильфона и трубы 9 устанавливают сенсорный выключатель 7. При этом его активируют и завинчивают, например, в снабженную внутренней резьбой трубу 9 до тех пор, пока сенсорный выключатель 7 не срабатывает. В этом случае он настолько отстоит от сильфона 5, что опознает его. Из соображений надежности сенсорный выключатель 7 после срабатывания смещается несколько ближе к сильфону 5, чтобы в любом случае гарантировать его срабатывание, если сильфон 5 во время работы системы в случае повышения давления удлинится. Это положение сенсорного выключателя 7 соответствует представленному на фиг.1, где показано существенное для порога срабатывания системы для контроля вакуума расстояние А между сильфоном 5 и сенсорным выключателем 7. В представленном здесь варианте исполнения системы винтовое соединение между трубой 9 и сенсорным выключателем 7 содержит уплотнительный элемент 10, герметично уплотняющий трубу 9.

Система согласно изобретению работает, например, следующим образом.

После установки сенсорного выключателя 7 вакуумное пространство 4 и соответственно сильфон 5 эвакуируют, так что последний занимает показанное на фиг.2 рабочее положение. Расстояние между сильфоном 5 и сенсорным выключателем 7 соответствует здесь расстоянию В, большему по сравнению с расстоянием А. Расстояние В должно быть настолько большим, чтобы сенсорный выключатель 7 не сработал. Когда сильфон 5 в результате течи в вакуумном пространстве 4 и вызванного этим повышения давления расширяется, он может удлиняться до своего исходного, показанного на фиг.1 положения, в котором расстояние относительно сенсорного выключателя 7 соответствует расстоянию А. При этом достигается расстояние переключения сенсорного выключателя 7 и соответственно порог срабатывания системы для контроля вакуума.

Как только сенсорный выключатель 7 обнаруживает, что сильфон 5, как описано, расширился, он подает сигнал на блок обработки данных 8. Этот сигнал может быть отображен лишь в блоке обработки данных 8. Он может привести также к включению аварийного устройства или быть передан в главное устройство управления процессом, которое может автоматически отключить рабочий режим трубопровода.

Установка сенсорного выключателя 7 в направлении движения сильфона 5 имеет также то преимущество, что в случае слишком большого повышения давления в системе может быть предотвращено чрезмерное расширение и, следовательно, разрушение сильфона 5. В этом случае сенсорный выключатель 7 блокирует соответствующее движение сильфона 5, если он своей торцевой стороной упирается в сенсорный выключатель 7.