Un dispositivo di prova di tenuta a 20K a 100bar per l’idrogeno liquido

Il trasporto e l’utilizzo dell’idrogeno liquido richiedono nuovi dispositivi (valvole, raccordi, pompe, ecc.).

Questi componenti, provenienti dall’industria aeronautica, erano stati testati a temperatura ambiente. Tuttavia, la tenuta non era garantita alla temperatura dell’idrogeno liquido (20K).

Alcuni degli elementi utilizzati per l’azoto liquido (77K) sono ora impiegati nella criogenia. Ma funzionano ancora a 20K?

Dato il rischio esplosivo dell’idrogeno, la tolleranza alle perdite è più rigida rispetto all’azoto, che è innocuo a basse dosi.

Per essere sicuri che questi elementi siano qualificati per l’idrogeno, abbiamo sviluppato un banco di prova in grado di misurare qualsiasi perdita per gli elementi del circuito a 20K fino a 100bar.

Il livello di perdita misurato è inferiore a 10^-8mbar.L.S^-1.

Per eseguire il test, utilizziamo una camera a vuoto di 600 mm di diametro in cui collochiamo l’elemento da testare. Un tubo di acciaio inossidabile di 6 mm di diametro viene utilizzato per pressurizzare il dispositivo con elio (da 0,2 a 100 bar). Se necessario, è possibile utilizzare l’idrogeno, ma l’elio è più facile da usare e più efficace per le prove di tenuta.

Descrizione dell’impianto di prova:

I test sono stati eseguiti posizionando i raccordi da testare in una camera a vuoto come mostrato di seguito:

Vista generale della camera a vuoto

Vista in sezione dell’apparecchiatura di misura con i 3 ingressi dei raccordi.

In basso, vista dell’area di misura a 20K con gli ingressi della strumentazione.

I raccordi sono alimentati da un tubo in acciaio inox 316 di 6 mm di diametro. Un sistema di valvole consente di alimentare in sequenza i 3 raccordi testati. L’alimentazione consente anche di drenare l’elio residuo dai vari raccordi. Due regolatori di pressione regolano la pressione. Uno consente una regolazione precisa da 0 a 2,5 bar. L’altro consente una regolazione da 0 a 200 bar. Per controllare la pressione si utilizza un manometro di precisione. Il sistema di alimentazione è visibile nella figura seguente:

1. Testa fredda	Testa fredda
2. Schermo antiradiazioni 77K	Schermo antiradiazioni 77K
3. Schermo antiradiazioni 20K	Schermo antiradiazioni 20K

COMPONENTI	SCHEMA
1. Camera a vuoto
2. Schermo radiativo 77K
3. Schermo radiante 20K
4. Elementi da testare
5. Alimentazione a elio

L’immagine qui sopra (a destra) mostra il rilevatore di perdite PFEIFFER ASM340. Il livello minimo rilevabile è di 1 – ^10-13 Pa m3/s. Ciò corrisponde a 1^,10-12 mbar.L/s. In primo piano sono visibili il sistema di alimentazione dell’elio e il sistema di spurgo.

Al centro, il sistema di distribuzione dell’elio e, a sinistra, lo schermo di controllo della temperatura e del vuoto.