Основные этапы проектирования устройств контроля герметичности запорной и распределительной газовой арматуры

Размещено на http://www.allbest.ru

АННОТАЦИЯ

В магистерской диссертации проведена разработка и исследование автоматизированных систем испытания на герметичность манометрическим методом запорной и распределительной газовой аппаратуры.

Проведен обзор и анализ методов контроля герметичности запорной и распределительной газовой аппаратуры

Рассмотрены основные этапы проектирования устройств контроля герметичности запорной и распределительной газовой арматуры. Произведено моделирование манометрического метода контроля герметичности газовой запорной и распределительной аппаратуры.

Разработана конструкция стенда по проведению испытаний на герметичность запорной и распределительной арматуры.

Пояснительная записка содержит 100 страниц, 35 рисунков, 3 таблицы, 3 приложения, 43 наименования библиографии.

Графическая часть выполнена в программе Power Point и представлена на 14 слайдах.



СОДЕРЖАНИЕ

Введение

ГЛАВА 1. Обзор и анализ методов контроля герметичности запорной и распределительной газовой аппаратуры

1.1 Основные термины и определения

1.2 Особенности контроля герметичности распределительной и запорной газовой арматуры

1.3 Принципы проектирования операций пневматических и гидравлических испытаний

1.4 Методы и способы контроля герметичности

1.5 Автоматизация контроля герметичности

ГЛАВА 2. Основные этапы проектирования устройств контроля герметичности запорной и распределительной газовой арматуры

2.1 Алгоритм проектирования автоматизированного оборудования

для контроля герметичности

2.2 Схемы и принцип работы устройств по контролю герметичности манометрическим методом

2.3 Моделирование манометрического метода контроля герметичности газовой запорной и распределительной арматуры

ГЛАВА 3. Разработка конструкции стенда по проведению испытаний на герметичность запорной и распределительной арматуры

3.1 Компоновка и техническая характеристика стенда

3.2 Принцип работы стенда по испытанию на герметичность газовой запорной и распределительной арматуры

3.2.1 Предварительная продувка

3.2.2 Зажим - фиксация изделия

3.2.2.1 Расчет схемы зажима, фиксации и уплотнения крана

3.2.2.2 Разработка блока зажима, фиксации и уплотнения крана

3.3.3 Вращение

3.2.4. Позиционирование

3.2.5 Испытание на герметичность

3.2.6 Регулирование

3.2.7 Разжим - расфиксация

3.2.8 Управление и индикация

3.3 Разработка автоматизированного технологического процесса контроля герметичности

Заключение

Список использованной литературы



ВВЕДЕНИЕ

При изготовлении аппаратуры (запорная арматура, пневмоклапаны, краны и т.п.), в которой рабочей средой является сжатый воздух или другой газ, существующими стандартами и техническими условиями регламентируется стопроцентный контроль параметра «герметичность». Это объясняется тем, что основным узлом - рабочим элементом такой аппаратуры является подвижная трудно уплотняемая пара: золотник- корпус; сопло - заслонка; шаровой, седельчатый и конусный клапаны, а также неподвижные герметизирующие элементы, которые часто работают в условиях высокого давления. Негерметичность этой аппаратуры, т.е. наличие утечки, превышающей допустимую, может привести к серьезным авариям, поломкам и другим отрицательным результатам в работе сложного дорогостоящего оборудования, в котором она применяется.

Контроль герметичности конструкций применяют в разнообразных отраслях науки и техники. Широкое использование этого вида контроля обусловило развитие разнообразных методов и средств контроля, обладающих различной чувствительностью и областью рационального использования.

Можно считать, что одна из наиболее актуальных проблем настоящего времени - повышение чувствительности контроля - в ряде случаев принципиально решена. Создана течеискательная аппаратура, позволяющая выявлять неплотности, сравнимые с межмолекулярным расстоянием, и регистрировать течи, граничащие с проницаемостью материалов.

Актуальной остается проблема повышения производительности и надежности течеискательной аппаратуры, ее упрощения и расширения эксплуатационных возможностей. При этом надо учитывать, что надежность аппаратуры еще не определяет однозначно надежность испытаний. Существенными оказываются качество подготовки испытываемых объектов, правильный выбор аппаратуры, режимов испытаний и состояний окружающей среды. Это, в свою очередь, выдвигает необходимость решения задач методического и технологического характера. В частности, возникают проблемы разработки рациональных методик контроля объектов с использованием нескольких способов течеискания, создания промышленного вспомогательного оборудования, позволяющего экономически выгодно использовать в производственных условиях хорошо известные методы контроля герметичности.

Большое значение приобретают вопросы механизации и автоматизации при течеискании. В лучших образцах течеискательной аппаратуры процесс контроля почти полностью автоматизирован. Однако еще мало создано специальных устройств, поточных линий и конвейерных установок, в которых механизированы и автоматизированы процессы подготовки, заполнения или нанесения индикаторных веществ, контроля и объективной регистрации состояния герметичности контролируемого изделия.

Целью магистерской диссертации является разработка и исследование автоматизированных устройств и систем управления испытанием на герметичность запорной и распределительной газовой аппаратуры.

Задачи исследования:

Анализ известных методов испытания на герметичность запорной и распределительной газовой аппаратуры.

Исследование систем, используемых для проведения испытаний на герметичность запорной и распределительной газовой аппаратуры.

Моделирование параметров датчика давления, используемого в испытании на герметичность запорной и распределительной газовой аппаратуры.

Разработка стенда для проведения испытаний на герметичность запорной и распределительной газовой аппаратуры.

запорная арматура герметичность



ГЛАВА 1. Обзор и анализ методов контроля герметичности запорной и распределительной газовой аппаратуры

1.1 Основные термины и определения

В соответствии с требованиями и рекомендациями, приведенными в научно-технической литературе и нормативной документации для изделий и конструкций, работающих или контролируемых под избыточным давлением газа, в настоящем исследовании приняты следующие термины и определения.

Неплотность - сквозной дефект в стенке изделия или в местах соединений его элементов, через которые может пройти газ.

Поток через неплотность - количество газа в объемных единицах, проходящее через неплотность в единицу времени при действующем перепаде давления. Поток через неплотность в большинстве случаев определяется по формуле

, (1.1)

где V - внутренний объем испытуемого изделия с одной неплотностью;

- изменение величины давления газа (перепад давления);

t - время испытания.

Течь - поток через неплотность при нормированном перепаде давления, за который принимают величину равную физической атмосфере (10,1МПа).

Утечка - суммарный поток через неплотность изделия или конструкции: . Единицы измерения - , . Допускается выражать утечку в единицах объемного расхода - , , .

Герметичность - способность или свойство изделия не пропускать газ через стенки и места соединений его элементов. Герметичность Г конструкций, работающих под избыточным давлением, - величина, пропорциональная объему и обратно пропорциональная утечке, что соответствует зависимости

, (1.2)

где - суммарный внутренний объем изделия;

- суммарная утечка.

Физический смысл герметичности - это время, необходимое для изменения давления во внутреннем объеме изделия на единицу - с/Па.

Контроль герметичности - для изделий, работающих под давлением - это вид неразрушающего испытания, состоящий в измерении или оценке суммарной утечки пробного вещества проникающего через неплотности, для сравнения с допустимой величиной утечки. Испытания на герметичность проводят с целью определения степени негерметичности изделий, а также выявления отдельных течей.

Степень негерметичности - количественная характеристика герметичности. Она характеризуется потоком газа, расходом, падением давления за единицу времени и другими подобными величинами, приведенными к рабочим условиям.

Рабочее вещество (рабочая среда) - газ которым заполняют изделие в процессе эксплуатации.

Пробное вещество (индикаторная среда, индикаторное вещество) - газ или другое вещество, предназначенные для проникновения через неплотности изделия во время испытания с последующей его регистрацией визуальными, химическими или инструментальными методами. Пробным веществом может быть один газ или смесь газов, например, сжатый воздух.

Чувствительность контроля герметичности - наименьшая утечка рабочей среды, которая может быть зарегистрирована в процессе испытания изделия с помощью пробного вещества.

Контрольная (калиброванная) течь - устройство, с помощью которого получают постоянный по времени и известный по величине поток пробного вещества.

Термины и определения, связанные непосредственно с исследованием, рассмотрены и объяснены в процессе изложения соответствующего материала.

1.2 Особенности контроля герметичности распределительной и запорной газовой арматуры

Под газовой арматурой, рассматриваемой в настоящей работе, понимаются устройства, предназначенные для применения в различных системах, в которых рабочей средой является газ или смесь газов под давлением (например, природный газ, воздух и т. п.), для осуществления функций отсечки, распределения и др.

К газовой арматуре относятся: клапаны, распределители, вентили и другие средства промышленной пневмоавтоматики высокого (до 1,0 МПа) и среднего давления (до 0,2…0,25 МПа), запорные краны бытовых газовых плит, работающие на низком давлении (до 3000 Па).

Испытанию на герметичность подвергаются как готовые изделия, так и их составные элементы, отдельные узлы и т. п. В зависимости от назначения изделий, условий, в которых они эксплуатируются и конструктивных особенностей к ним предъявляются различные требования в отношении их герметичности.

Под герметичностью газовой арматуры понимается ее способность не пропускать через стенки, соединения и уплотнения рабочую среду, подводимую под избыточным давлением. При этом допускается определенная величина утечки, превышение которой соответствует негерметичности изделия. Наличие утечки объясняется тем, что основным узлом - рабочим элементом таких устройств является подвижная, трудно уплотняемая пара: золотник-корпус, сопло-заслонка, шаровой, конусный или седельчатый клапаны и т. п. Кроме того, конструкция устройства, как правило, содержит неподвижные уплотняющие элементы: кольца, манжеты, сальники, смазки, дефекты которых также могут быть причиной утечки. Негерметичность газовой арматуры, т. е. наличие утечки рабочей среды превышающей допустимую, может привести к серьезным авариям, поломкам и другим отрицательным результатам в работе оборудования, в котором она применяется.

Запорный кран (рис. 1.1) является важным узлом бытовых газовых плит. Он предназначен для регулирования подачи природного газа к горелкам плиты и его отсечки по окончании работы. Конструктивно кран представляет собой устройство с поворотным клапанным элементом 1, смонтированным в разъемном корпусе 2, в котором имеются каналы для прохода газа. Места сопряжения деталей крана нуждаются в уплотнении для обеспечения максимально возможной его герметичности. Уплотнение осуществляется специальной графитовой смазкой - герметиком, изготавливаемой в соответствии с ТУ 301-04-003-9. Некачественное уплотнение приводит при эксплуатации плиты к утечке природного газа, что в условиях ограниченного пространства бытовых помещений взрыво- и пожароопасно, кроме того, нарушается экология (среда обитания человека).

В соответствии с ГОСТом установлены следующие требования при проведении испытаний на герметичность запорного крана. Испытания проводятся сжатым воздухом под давлением (15000±20) Па, так как более высокое давление может нарушить уплотняющую смазку. Утечка воздуха не должна превышать 70 см3/ч.

1.3 Принципы проектирования операций пневматических и гидравлических испытаний

Гидравлическое (пневматическое) испытания как основная форма контроля изделий запорной арматуры представляют собой экспериментальное определение количественных и качественных показателей свойств изделия как результата воздействия на него при его функционировании, а также при моделировании объекта [5].

Основой для проектирования технологических операций является их классификация, которая создает условия для организации специализированных рабочих мест, участков и подразделений, обеспечивает возможность механизации учета, поиска и хранения информации. На рисунке 1.2 представлена классификация пневматических и гидравлических испытаний по контролируемой характеристике (первая ступень) и по методу испытаний (вторая ступень). Границы между классификационными группировками, представленными на рисунке 1.2, не являются раз и навсегда установленными. В зависимости от задач, которые ставит перед собой инженер, проектирующий испытательную операцию, они могут совмещаться. Так, контроль герметичности люминесцентным методом и испытания на прочность целесообразно проводить на одном и том же оборудовании. В тех случаях, когда это позволяет техника безопасности, гидравлические испытания на герметичность могут быть заменены пневматическими.

Выбор метода испытаний определяется стоимостью их проведения, требуемой точностью измерения, размером экономического ущерба от пропущенного брака и другими факторами.

Рисунок 1.2 - Классификация пневматических и гидравлических

испытаний по контролируемой характеристике

Цели испытаний различны на различных этапах проектирования и изготовления запорной арматуры. К основным целям испытаний можно отнести:

а) выбор оптимальных конструктивно-технологических решений при создании новых изделий;

б) доводку изделий до необходимого уровня качества;

в) объективную оценку качества изделий при их постановке на производство и в процессе производства;

г) гарантирование качества изделий при международном товарообмене.

Испытания служат эффективным средством повышения качества, так как позволяют выявить:

- недостатки конструкции и технологии изготовления запорной арматуры, приводящие к срыву выполнения заданных функций в условиях эксплуатации;

- отклонения от выбранной конструкции или принятой технологии;

- скрытые дефекты материалов или элементов конструкции, не поддающиеся обнаружению существующими методами технического контроля;

- резервы повышения качества и надежности разрабатываемого конструктивно-технологического варианта изделия.

По результатам испытаний изделий в производстве разработчик устанавливает причины снижения качества.

Гидравлическому испытанию подлежат вся запорная арматура, после ее изготовления.

Изделия, изготовление которых заканчивается на месте установки, транспортируемые на место монтажа частями, подвергаются гидравлическому испытанию на месте монтажа.

Запорная арматура, имеющая защитное покрытие или изоляцию, подвергаются гидравлическому испытанию до наложения покрытия или изоляции.

Запорная арматура, имеющая наружный кожух, подвергаются гидравлическому испытанию до установки кожуха.

Гидравлическое испытание запорной арматуры, за исключением литых, должно проводиться пробным давлением Рпр, МПа, определяемым по формуле:

, ( 1.3 )

где Р - проектное давление запорной арматуры, МПа (кгс/см2);

[д20],[ дt] - допускаемые напряжения для материала запорной арматуры или его элементов соответственно при 200 С и проектной температуре, МПа (кгс/см2).

Гидравлическое испытание литых деталей должно проводиться пробным давлением Рпр, МПа, определяемым по формуле:

, (1.4 )

Испытание отливок разрешается проводить после сборки и сварки в собранном узле или готовом изделии пробным давлением, принятым для изделий запорной арматуры, при условии 100% контроля отливок неразрушающими методами.

При заполнении испытуемого изделия водой воздух из него должен быть удален полностью.

Для гидравлического испытания запорной арматуры должна применяться вода с температурой не ниже пяти градусов Цельсия и не выше 400 С, если в технических условиях не указано конкретное значение температуры, допускаемой по условию предотвращения хрупкого разрушения.

По согласованию с разработчиком испытаний вместо воды может быть использована другая жидкость.

Давление в испытываемом изделии следует повышать плавно. Скорость подъема давления должна быть указана: для испытания изделия в организации-изготовителе - в технической документации, для испытания сосуда в процессе работы - в инструкции по монтажу и эксплуатации.

Давление при испытании должно контролироваться двумя манометрами одного типа, предела измерения, одинаковых классов точности, цены деления.

Время выдержки испытуемого изделия под пробным давлением устанавливается разработчиком проекта.

После выдержки под пробным давлением давление снижается до проектного, при котором производят осмотр наружной поверхности испытуемого изделия, всех его разъемных и сварных соединений.

Обстукивание стенок корпуса, сварных и разъемных соединений испытуемого изделия во время испытаний не допускается.

Изделие считается выдержавшим гидравлическое испытание, если не обнаружено:

- течи, трещин, слезок, потения в сварных соединениях и на основном металле;

- течи в разъемных соединениях;

- видимых остаточных деформаций, падения давления по манометру.

Испытуемые изделия, в которых при испытании выявлены дефекты, после их устранения подвергаются повторным гидравлическим испытаниям пробным давлением, установленным настоящими правилами.

Гидравлическое испытание, проводимое в организации-изготовителе, должно проводиться на специальном испытательном стенде, имеющем соответствующее ограждение и удовлетворяющем требованиям безопасности и инструкции по проведению гидроиспытаний в соответствии с нормативной документацией, утвержденной в установленном порядке.

Гидравлическое испытание при изготовлении изделий запорной арматуры допускается заменять пневматическим при условии контроля этого изделия методом, согласованным с Госгортехнадзором России.

Пневматические испытания должны проводиться по инструкции, предусматривающей необходимые меры безопасности и утвержденной в установленном порядке [6].

Пневматическое испытание изделий запорной арматуры проводится сжатым воздухом или инертным газом.

Величина пробного давления принимается равной величине пробного гидравлического давления. Время выдержки сосуда под пробным давлением устанавливается разработчиком проекта. Затем давление в испытываемом изделии должно быть снижено до проектного и произведен осмотр изделия с проверкой герметичности его швов и разъемных соединений мыльным раствором или другим способом.

Значение пробного давления и результаты испытаний заносятся в паспорт изделия лицом, проводившим эти испытания.

1.4 Методы и способы контроля герметичности

Метод контроля герметичности выбирается исходя из конструктивно-технологической характеристики изделия, технико-экономических параметров и возможностей производства [13].

Чувствительность метода выбирают такую, чтобы можно было обнаружить утечки, величина которых примерно на один порядок меньше допускаемых. Численное значение требований к герметичности служит исходным параметром для выбора рациональной схемы и технических режимов контроля герметичности.

Классификация способов и средств контроля герметичности представлена в виде таблицы 1.1 [4].

К первой группе отнесены все способы и средства определяющие утечку через несплошность созданием в контролируемом объеме избыточного давления рабочей опрессовочной среды с содержанием и без содержания пробного газа.

Вторая группа объединяет многочисленные способы и устройства определяющие герметичность непосредственно в контролируемом объекте или в вакуумной камере, в которую помещается испытуемое изделие, регистрацией изменения предварительно созданного, вполне определенного разряжения, происходящего из-за проникновения в разряженный объем пробного газа (вторая группа).

Эти группы включают в себя две подгруппы. В первую включены все способы и средства, в которых в качестве рабочей опрессовочной среды используют чистый воздух, воздух в смеси с пробным газом или воздух в смеси с различными радиоактивными изотопами.

Во вторую - способы и устройства, в которых для определения места расположения несплошности используют жидкий компонент, в том числе и сжиженный газ. Дальнейшее деление осуществляют в зависимости от технологии определения несплошности.

Таблица 1.1 Классификация способов и средств контроля герметичности

Первая группа
Газовоздушная смесь с меченным газом	Газированная гидросмесь
Без использования электроусройств	С использованием электроустройств	Без использования электроусройств	С использованием электроустройств
Мыльная эмульсия; эластичные пленки	По показаниям фотоэлектронных датчиков	Отпотевание жидкости	Индикаторный Оптико-аккустический датчик
Погружение в воду и наблюдение за пузырьками	По изменению теплопроводности при контакте с пробным газом	Изменение окраски индикаторной массы	Фотоэлектричес- кий люминесцентный датчик
Изменение цвета индикаторной массы	По показаниям счетчика типа Мюллера-Гейгера	Изменение формы эластичной пластмассы	Ультрафиолетовый истрочник
Вторая группа
Газовоздушная смесь с меченным газом	Газированная гидросмесь
Без использования электроусройств	С использованием электроустройств	Без использования электроусройств	С использованием электроустройств
Кипение жидкости (индикаторных)	Электронные датчики чувствительные к меченному газу	Инфракрасный оптикоаккустический датчик	Регистрация паров жидкости
Измерение перепада давления инструментальным способом	По показаниям счетчика типа Мюллера-Гейгера	Дифференциальный манометр	Показания счетчика Мюллера-Гейгера
Бароаквариум, эластичные массы	Массспактрометрический датчик	Ионизационный манометр	Пламенно-ионизационный датчик

Таблица 1.2 - Пневматические способы и средства контроля герметичности
Классификация средств контроля герметичности с использованием избыточного давления газовоздушных смесей
Классифика- ция	Воздух	Газовоздушные смеси
	Избыточное давление	Атмосферное давление	С фреоном	С аммиаком	С гелием	С закисью азота	С аргоном	С радио- изотопами
По технологии подготовки изделия к контролю	а)Нанесение мыльной эмульсии на контролируемую поверхность б)Погружение изделия в жидкость	Погружение контролируемого изделия в нагретую жидкость; вакуумирование объема над жидкостью	Создание избыточного давления газовоздушной смеси в контролируемом объеме
			Непрерывный отбор газо-воздушной смеси от контролируемой поверхности	Нанесение на Контролируемую поверхность индикаторной массы	Непрерывный отбор поверхности
По способу индикации и регистрации течи	Визуально (по образованию воздушных пузырьков)	По показаниям электронного датчика,чувствительного к пробному газу	Визуально (по измене-нию цвета каторной массы)	По показаниям электронных датчиков чувствительности к пробным газам
По чувстви-тельности,лхмкм/с	1·10-1-1·10-2	1·10-2 - 1·10-3	1·10-3	1·10-1-1·10-2	1·10-5 - -1·10-7	До 1·10-3	До 1·10-3	До 1·10-11
Область применения	Неответственные детали и агрегаты	Мелкие изделия	Топливные отсеки, баки системы	Топливные баки, отсеки всех систем, изготовленные из нержавеющей стали	Топливные отсеки всех систем	Топливные отсеки всех систем	Не применяются	Автоматичес кий контроль малогабаритных изделий
По состоянию разработки и внедрения в промышленности	Внедрено на всех серийных заводах	Внедрено для проверки замкнутых объемов	Начато внедрение на серийных заводах;	Используется на многих серийных и опытных заводах	Течеиска-тель серийного изготовления,применяется мало	Изготовлена опытная партия течеискателей

Таблица 1.3 - Классификация средств контроля герметичности с использованием избыточного

давления различных жидкостей.

Классификация	Вода с хромпиком	Керосин	Керосин с люминофором	Гидросмеси с люминофором	Обессоленная вода с люнофором	Спирт с люминофором	Жидкость газированная с закисью азота	Жидкость газированная пробным газом для газолюминисценции
По технологии подготовки изделия к проверке герметичности	Подготовка контролируемой поверхности в соответствии с ГОСТ 1.41182 - 71. Создание избыточного давления в проверяемом объекте
	Покрытие меловой обмазкой	Облучение контролируемой поверхности ультрафиолетовом светом	Отбор газовоздушных проб	Облучение Контролируемой поверхности ультрафиолетом светом
По способу индикации	Визуально (по изменению окраски мелового покрытия)	Визуально (по свечению люминофора в несплошности)	С помощью оптико- акустического датчика течеискателя ИГТ-1	Визуально по свечению индикатора в местах выхода жидкости или газа через несплошности
По чувствительности, л·мкм/с	10	1·10-3	1·10-4	1·10-3	1·10- 2	1·10-4	1·10-3 - 1·10-4	1·10-4
Область применения	Неответствен- ные агрегат	На изделиях, где допустимо использование других жидкостей	Для гидросмесей	Для топливных крупногабаритных изделий при одновременной проверке прочности	Не при- меня- ется	Для одновременной проверки прочности и герметичности топливных баков, отсеков и систем
По состоянию разработки и внедрении в промышленности	Используется на заводах отрасли	Проведено опытное внедрение	Не внедрено	Проведено опытное внедрение	Не внедренно	Намечено внедрение на заводах отрасли	В стадии разработки индикаторных масс

Для контроля герметичности бытовой газовой техники наиболее перспективной является группа компрессионных методов. Компрессионные методы контроля герметичности основаны на регистрации параметров индикаторной жидкости и газов, проникающих под давлением в сквозные дефекты контролируемого объекта.

При гидростатическом методе в объект контроля заливают жидкость и создают избыточное давление. После определенной выдержки производят осмотр или наложение фильтровальной бумаги на поверхность проверяемого соединения. Герметичность объекта оценивается в зависимости от наличия или отсутствия капель жидкости на контролируемой поверхности или пятен на фильтровальной бумаге, используемой в качестве индикатора. Величина утечки Y, МПа/с определяется количеством вытекшей жидкости и временем ее сбора по формуле:

(1.5 )

где VЖ - объем вытекшей жидкости, м3;

- время наблюдения, с.

Для удобства индикации утечек в ряде случаев на наружную поверхность контролируемого объекта предварительно наносят меловую обмазку толщиной 40 - 60 мкм. Для обмазки готовят сметанообразный водный раствор мела и наносят его с помощью жесткой волосяной кисти или любым другим способом тонким равномерным слоем на поверхность и высушивают. Ориентировочно на один м2 проверяемой поверхности необходимо 0,3 л меловой обмазки.

На фильтровальной бумаге и меловом покрытии пятна жидкости, особенно масла и керосина, более заметны. Кроме того, удобно определять объем вытекшей жидкости путем взвешивания фильтровальной бумаги до и после сбора вытекшей жидкости по формуле:

(1.6 )

где m2 и m1 - масса бумаги соответственно до и после сбора жидкости, кг;

- плотность жидкости, с.

Чувствительность гидростатического метода при одном и том же давлении зависит от времени выдержки проверяемого объекта под давлением.

Зависимость чувствительности гидростатического метода испытаний от времени выдержки и диаметра пятна масла, представлена на рисунке 1.2.

Чувствительность контроля повышается при увеличении времени выдержки до 10-15 мин. Дальнейшее увеличение времени выдержки нецелесообразно, так как не приводит к заметному повышению чувствительности. Чувствительность гидростатического метода в большей мере зависит от чистоты индикаторной жидкости. Механические примеси забивают каналы неплотностей и являются центрами образования слоев облитерации, уменьшающих просвет канала. Растворимые примеси увеличивают вязкость контрольной жидкости, что способствует уменьшению потока. Особое влияние оказывают поверхностно-активные вещества - компоненты смазок применяемых при сборке гидрогазовых систем, вымываемые керосином во время контроля. При их наличии в керосине поток через сравнительно малую неплотность может остановиться. Использование загрязненных индикаторных жидкостей может привести к наличию скрытых дефектов герметичности, не выявленных в процессе контроля, которые могут проявиться как значительные течи при действии эксплуатационных факторов.

Характерной ошибкой гидростатического метода контроля является принятие за дефект пятен на меловом покрытии или фильтровальной бумаге, возникающих от выступающей из соединений смазки, применяемой при сборке системы. Поэтому перед контролем все соединения должны быть очищены снаружи от следов смазки.

1 - диаметр 2 мм; второй диаметр - 1 мм

Рисунок 1.3 - Зависимость чувствительности D гидростатического метода испытаний от времени выдержки с и диаметра пятна масла d, мм

При пневматическом методе испытаний контролируемый объект заполняют воздухом или азотом под избыточным давлением, указанным в технических условиях. На наружную поверхность объекта наносят индикаторное вещество. При наличии течей индикаторный газ проникает через них, образуя пузырьки в индикаторном веществе. По ним производят качественную оценку герметичности объекта. Качественная оценка общей герметичности производится путем замера падения давления за определенный промежуток времени с последующим пересчетом на величину утечки Y, МПа/с определяется по формуле:

(1.7)

где V - контролируемый объем с несколькими неплотностями, м3;

- изменение величины давления, МПа;

- время замера падения давления, с.

В качестве индикаторных веществ применяют пенные эмульсии или массу на глицериновой основе. Компоненты массы должны быть хорошо перемешаны и взбиты на установке типа миксер непосредственно перед нанесением и через каждый час в процессе нанесенения. Глицериновую массу можно применять для контроля при температуре окружающего воздуха от 233 до 3О3 К.

Следует учитывать, что время наблюдения не должно превышать 5 мин, так как по истечении этого времени мыльная пленка начинает усыхать, терять свои эластичные свойства и на отдельных участках образовывать каверны.

Осмотр глицериновой массы с целью выявления газовых пузырьков, вздутий, кратеров при контроле производится дважды: первый раз по истечении 3 - 5 мин после нанесения, второй - по истечении 20 - 30 мин.

Зависимость чувствительности пневматического метода от времени наблюдения за состоянием пенной эмульсии и диаметра пузырьков представлена на рисунке 1.4.

1 - диаметр 2 мм; второй диаметр - 1 мм

Рисунок 1.4 - Зависимость чувствительности - D пневматического метода от времени наблюдения за состоянием пенной эмульсии и диаметра пузырьков

При пневмогидравлическом методе в проверяемой конструкции создают избыточное давление воздуха или азота и погружают ее в ванну с жидкостью. Глубина погружения в воду 3-5 мм.

Индикацию утечек производят по частоте появления и диаметру пузырьков газа, возникающих в местах течей.

Для получения чистой прозрачной воды в нее добавляют алюминиевые квасцы из расчета 500 г квасцов на 3 м3 воды. После тщательного перемешивания и выдержки в течении одних или полутора суток вода готова к использованию.

Величину утечки Y, МПа мм/с приближенно определяют по формуле:

(1.8)

где dо - диаметр пузырька в момент отрыва, мм;

- время до отрыва пузырька, с;

- изменение величины давления, МПа.

Время наблюдения за отдельным пузырьком не должно превышать 30 мин.

При частом появлении пузырьков целесообразен подсчет их количества за определенный промежуток времени выраженный формулой:

(1.9)

где n - число пузырьков.

Тогда величину утечки приближенно определяют по формуле:

( 1.10 )

С увеличением времени выдержки резко повышается чувствительность метода. Так, при увеличении времени проверки с трех до 30 мин чувствительность повышается в 10 раз. Поэтому в зависимости от требуемой герметичности при использовании пневмогидравлического метода необходимо указывать время, в течение которого следует проводить контроль герметичности. Зависимость чувствительности пневмогидравлического метода от времени проверки и диаметра пузырька представлена на рисунке 1.5.

1-- диаметр 1 мм; 2 - диаметр 1,5 мм; 8 - диаметр 2 мм; 4 - диаметр 3 мм.

Рисунок 1.5 - Зависимость чувствительности - D пневмогидравлического метода от времени т проверки и диаметра пузырька

При контроле следует учитывать, что пузырьки воздуха могут возникнуть на поверхности контролируемой конструкции за счет разницы температур поверхности конструкции и жидкости или могут быть занесены вместе с объектом испытания. Эти пузырьки следует удалять.

Галоидные течеискатели (ГТИ-2, ГТИ-3) могут быть применены для проверки герметичности ответственных соединений. Способ предполагает заполнение контролируемых объектов или магистралей пробным газом, находящимся под испытательным давлением. Места негерметичности определяются с помощью течеискателя, снабженного стрелочным прибором или другой вторичной сигнализацией. В течеискателе имеется датчик, состоящий из диода с платиновыми электродами, подогреваемого до температуры 800 - 900°С. Число положительных ионов, эмиссированных накаленной платиновой нитью, регистрируется стрелочным прибором. При наличии в воздухе газов, содержащих галоиды, происходит резкое повышение эмиссии ионов. В качестве пробных газов, содержащих галоиды, используются фреон-12 или фреон-22 с давлением насыщенных паров в зависимости от температуры от 2 до 15•105 Н/м2. Избыточное давление пробных газов должно быть ниже на 5•104 Н/м2 давления насыщенных паров при соответствующей температуре. Содержание фреона в смеси газов должно быть не менее 10%. Установка для пневматических испытаний по способу галоидных течеискателей включает в себя галоидные течеискатели ГТИ-2 или ГТИ-3, предохранительный клапан, манометры для измерения давления фреона и смеси газов, щуп течеискателя, систему запорных вентилей и вторичные индикаторные приборы. Отыскание неплотностей производится медленным перемещением теченскателя по испытываемому участку с наблюдением за прибором и прослушиванием уровня звуковых сигналов. Отклонение стрелки показывающего прибора и увеличение частоты звука свидетельствует о наличии негерметичности.

Обнаружение мест негерметичности способом накопления и масс-спектрометрическим способом производится гелиевыми течеискателями ПТИ-6 и ПТИ-7. Работа этих приборов основана на их способности определять присутствие гелия в испытываемом объекте. Установка для проверки герметичности этим способом включает в себя течеискатель типа ПТИ-6, выносной прибор ВПУ-1, вакуумные шланги, манометры для замера давления гелия и смеси газов, щуп, механический вакуумный насос, предохранительный клапан и систему вентилей. Контрольный газ засасывается щупом через неплотности соединений в течеискатель, отклонение стрелки которого и изменение частоты звуковых сигналов сигнализирует о негерметичности проверяемого участка. Метод накопления основан на проникновении газа из испытываемого объема в герметичную камеру, созданную вокруг этого объема, с последующим обнаружением (регистрацией) пробного газа течеискателями. Герметичная камера может представлять собой металлический, пластмассовый или тканевый кожух с устройствами для подключения течеискателей. Способ накопления можно использовать для отыскания негерметичностей при эксплуатации соединений, недоступных для непосредственной проверки не только гелиевыми течеискателями, но и другими анализаторами газов с дистанционными устройствами передачи сигналов.

Способ проверки герметичности индикаторной массой заключается в нанесении снаружи на испытываемый участок массы, содержащей вещество, чувствительное к аммиаку, и подаче в. испытываемый объем воздушно-аммиачной смеси. При разгерметизации индикаторная масса меняет свой цвет. В состав оборудования для проверки герметичности индикаторной массы входят распылитель для нанесения массы, баллон с аммиаком, манометры, система вентилей и эталон течи, с соответствующей окраской индикаторной массы.

Сигнальные способы контроля герметичности основаны на получении электрического сигнала или сигнала от газоанализаторов на пульт наблюдения от датчиков, срабатывающих при непосредственном соприкосновении с проникающей через уплотнение жидкостью или от сигналов, чувствительных к парам жидкостей анализаторов.

1.5 Автоматизация контроля герметичности

Одним из способов решения проблемы автоматизации контроля герметичности полых изделий, например, запорных кранов , является разработка многопозиционного переналаживаемого стенда, для автоматического контроля герметичности изделий сжатым воздухом, по манометрическому методу. Существует множество конструкций таких устройств. Известен автомат контроля герметичности изделий, содержащий стол с приводом, упругий уплотнительный элемент, бракующее устройство, источник сжатого газа, копир и устройство для зажима изделия.

Однако автоматизация процесса достигается за счет значительной сложности конструкции автомата, что снижает надежность его работы.

Известен автомат для контроля герметичности полых изделий, содержащий уплотнительные узлы с датчиками утечки, систему подачи испытательного газа механизмы перемещения изделий и механизма отбраковки.

Недостатком указанного автомата является сложность технологического процесса контроля герметичности изделий и невысокая производительность.

Наиболее близким к изобретению является стенд для испытания изделий на герметичность, содержащий ротор, привод его шагового перемещений, размещенные на роторе контрольные блоки, каждый из которых содержит элемент сравнения, соединенный с бракующим элементом, элемент герметизации изделия, содержащий выходную трубку и привод его перемещения, который выполнен в виде копира с возможностью взаимодействия с выходной трубкой.

Однако это устройство не позволяет увеличить производительность, так как при этом снижается надежность испытания изделий.

На рисунке 1.6 приведено автоматизированное устройство для испытания на герметичность на основе камерного способа. Оно состоит из камеры 1, в полости которой размещено контролируемое изделие 2, соединенное с блоком 3 подготовки воздуха через отсечной вентиль 4, мембранного разделителя 5 с мембраной 6 и полостями А и Б, струйного элемента ИЛИ-НЕ ИЛИ 7. Полость А мембранного разделителя 5 соединена с полостью камеры 1, а полость Б через сопло 8 - с выходом 9 ИЛИ струйного элемента 7. К другому его выходу 10 НЕ ИЛИ подсоединен пневмоусилитель 11 с пневмолампой 12. Полость Б дополнительно соединена каналом 13 с управляющим входом 14 струйного элемента 7, атмосферные каналы 15 которого снабжены заглушками 16.

Устройство работает следующим образом. В контролируемое изделие 2 подается давление от блока 3 подготовки воздуха, которое при достижении испытательного уровня отсекается вентилем 4. Одновременно при подаче питания в струйный элемент 7 струя воздуха через выход 9 ИЛИ и сопло 8 проходит в полость Б мембранного разделителя 5 и через канал 13 - на управляющий вход 14 струйного элемента 7. Таким образом, при отсутствии утечки из контролируемого изделия 2 струйный элемент 7 находится в устойчивом состоянии под действием его же выходной струи. При наличии утечки из изделия 2 во внутренней полости камеры 1 происходит повышение давления. Под действием этого давления мембрана 6 прогибается и перекрывает сопло 8. Давление струи воздуха в выходе 9 струйного элемента 7 увеличивается. Одновременно пропадает струя на управляющем входе 14, а так как струйный элемент ИЛИ - НЕ ИЛИ является моностабильным элементом, то он переключается в свое устойчивое состояние, когда струя выходит через выход 10 НЕ ИЛИ. При этом срабатывает усилитель 11 и пневмолампа 12 сигнализирует о негерметичности изделия 2. Этот же сигнал может быть подан в струйную систему управления разбраковкой [13].

Данное устройство построено на элементах струйной пневмоавтоматики, что обеспечивает повышение его чувствительности. Еще одним достоинством устройства является простота конструкции и удобство настройки. Устройство может применяться для контроля герметичности газовой арматуры компрессионным способам при низком испытательном давлении, если мембранный разделитель использовать как датчик, соединенный непосредственно с контролируемым изделием. При этом наличие ненормативной утечки можно контролировать по размыканию мембраны и сопла.

Рисунок 1.6 ? Устройство для испытания на герметичность



На рисунке 1.8 приведено устройство, обеспечивающее автоматизацию контроля герметичности пневмоаппаратуры [11], например, электропневмоклапанов, то есть изделий аналогичных рассматриваемой в диссертации газовой арматуре.

Испытуемое изделие 1 соединено с источником 2 давления, электромагнитный байпасный клапан 3 установлен между выходом 4 изделия 1 и выхлопной линией 5. Электромагнитный отсечной клапан 6 своим входом 7 соединяется в процессе испытания с выходом 4 изделия 1, а выходом 8 - с пневматическим входом 9 преобразователя 10 системы 11 измерения утечки, который выполнен в виде теплового расходомера. Система 11 содержит также вторичный блок 12, подключенный к управляющему входу 13 преобразователя 10, пневматический выход 14 которого соединен с выхлопной линией 5. Блок 15 управления клапанами содержит мультивибратор 16 и блок 17 задержки и формирования импульсов. Одним выходом мультивибратор 16 подсоединен к управляющему входу 18 отсечного клапана 6, другим - к управляющему входу 19 клапана 3 и блоку 17. подсоединяемому в процессе контроля к приводу 20 испытуемого изделия 1. Тарировочная линия 21 состоит из регулируемого дросселя 22 и запорного вентиля 23. Она включена параллельно изделию 1 и служит для настройки устройства.

Контроль утечки осуществляется следующим образом. При включении блока 15 управления клапанами на выходе мультивибратора 16 появляется импульс, который открывает клапан 3 и блок 17 задержки и формирования импульсов. Этот же импульс открывает через установленное время задержки испытуемое изделие 1 путем подачи электрического сигнала с блока 17 на привод 20. При этом пробный газ стравливается через клапан 3 в выхлопную линию 5. Через задаваемое мультивибратором 16 время импульс снимается с клапана 3, закрывая его, и подается на вход 18 отсечного клапана 6, открывая его. При этом газ, наличие которого обусловленно утечкой из изделия 1, попадает в систему 11 измерения утечки и, проходя через нее, вырабатывает в преобразователе 10 электрический сигнал, пропорциональный расходу газа. Этот сигнал поступает во вторичный блок 12 системы измерения утечки, в котором он корректируется, и регистрируется величина протекания газа через закрытое испытуемое изделие 1. Через задаваемое мультивибратором время, необходимое для выхода системы измерения утечки на стационарный режим, цикл испытания повторяется.

К недостаткам данного устройства относится следующее. Устройство предназначено для контроля герметичности газовой арматуры только одного типа, снабженного электромагнитным приводом. Одновременно контролируется только одно изделие, то есть процесс малопроизводительный.

На рисунке 1.8 приведена схема автоматизированного устройства для контроля утечек газа компрессионным способом с пневмо-акустическим измерительным преобразователем [1, 2]. Устройство состоит из промежуточных блоков и , обеспечивающих контроль больших утечек (более 1 /мин) и пневмо-акустического блока для контроля малых величин утечек (0,005…1) /мин. Пневмо-акустический блок преобразователя имеет две усилительные манометрические ступени, состоящие из микроманометров 1, 2 и акустико-пневматических элементов 3, 4, связанные между собой через распределительный элемент 5. Запись результатов измерения осуществляется вторичным прибором 6 типа ЭПП-09, соединенным с блоком через распределитель 7. Контролируемое изделие 8 подключается к источнику испытательного давления через отсечной клапан К4. Работа устройства осуществляется в непрерывно-дискретном автоматическом режиме, что обеспечивается логическим блоком 9 управления и клапанами -. Контролируемое изделие 8 при помощи блока 9 последовательно подключается к блокам и , соответствующим включением клапанов и , где определяется предварительная величина утечки пробного газа. В случае малого значения утечки (менее 1 /мин) изделие подключается посредством клапана к пневмо-акустическому блоку , где окончательно определяется величина утечки, которая фиксируется вторичным прибором 6. Устройство обеспечивает контроль газовых утечек с погрешностью не более ±1,5 %. Давление питания и элемента трубка - трубка в блоке 1800 Па.

Данное устройство может быть применено для автоматического контроля газовой арматуры с широким диапазоном допустимых утечек газа. Недостатками устройства являются сложность конструкции из-за большого количества измерительных блоков, а также одновременный контроль только одного изделия, что существенно снижает производительность процесса.

Рисунок 1.8 Автоматизированное устройство для контроля утечек газа компрессионным способом.

Перспективными для контроля герметичности газовой арматуры являются устройства, обеспечивающие одновременное испытание нескольких изделий. Примером таких устройств является автомат для контроля герметичности полых изделий, приведенный на рисунок 1.14 [10]. Он содержит раму 1, закрепленную на стойках 2 и закрытую кожухом 3, а также поворотный стол 4 с приводом 5. Поворотный стол снабжен планшайбой 6, на которой равномерно расположены восемь гнезд 7 под изделия 8. Гнезда 7 выполнены съемными и имеют вырезы 9. Уплотнительные узлы 10 закреплены на раме 1 с шагом в два раза большим шага гнезд 7 на планшайбе 6. Каждый уплотнительный узел 10 содержит пневмоцилиндр 11 для перемещения изделия 8 из гнезда 7 в уплотнительный узел и обратно, на штоке 12 которого установлен кронштейн 13 с уплотнительной прокладкой 14. Кроме того, уплотнительный узел 10 содержит головку 15 с уплотнительным элементом 16, которая сообщена посредством пневмоканалов с блоком 17 подготовки воздуха и с датчиком 18 утечки, который представляет собой мембранный датчик давления с электроконтактами. Механизм 19 отбраковки установлен на раме 1 и состоит из поворотного рычага 20 и пневмоцилиндра 21, шток которого шарнирно связан с рычагом 20. Годные и отбракованные изделия собираются в соответствующие бункеры. Автомат имеет систему управления, текущая информация о его работе отображается на табло 22.

Автомат работает следующим образом. Контролируемое изделие 8 устанавливается на позиции загрузки в гнездо 7 на планшайбе 6 поворотного стола 4. Привод 5 осуществляет шаговый поворот стола на 1/8 полного оборота с определенными временными интервалами. Для контроля герметичности посредством срабатывания пневмоцилиндра 11 одного из уплотнительных узлов 10 изделие 8 поднимается в кронштейне 13 и прижимается к уплотнительному элементу 16 головки 15. После этого от пневмосистемы подается испытательное давление, которое затем отсекается. Падение давления в изделии 8 регистрируется датчиком 18 утечки через определенное время контроля, которое задается шагом стола 4. Остановка стола 4 служит сигналом, разрешающим осуществление соответствующей операции на позициях I - VIII во время выстоя стола. Таким образом, при повороте стола на один шаг на каждой из его позиций осуществляются одна из следующих операций: загрузка изделия; подъем изделия к уплотнительному узлу; контроль герметичности; опускание изделия в гнездо на планшайбе; разгрузка годных изделий; удаление бракованных изделий. Последние поступают на позицию VIII, при этом рычаг 20 под действием штока пневмоцилиндра 21 поворачивается в шарнире, и своим нижним концом проходит через вырез 9 гнезда 7, удаляя изделие 8, которое под собственным весом падает в бункер. Аналогично разгружаются годные изделия на позиции VII (разгрузочное устройство не показано).

Недостатками устройства являются: необходимость подъема изделия с планшайбы в уплотнительный узел для контроля герметичности; использование в качестве датчика утечки мембранного преобразователя давления с электрическими контактами, имеющего низкие точностные характеристики по сравнению с другими типами датчиков давления.

Проведенные исследования показали, что одним из перспективных путей совершенствования манометрического метода контроля герметичности является совместное применение мостовых измерительных схем и различных преобразователей дифференциального типа.

Пневматическая мостовая измерительная схема для устройств контроля герметичности строится на двух делителях давления (рис. 1.9).

Рис.1.9 Пневматическая мостовая измерительная схема, построенная на двух делителях давления



Первый делитель давления состоит из постоянного дросселя fli и регулируемого дросселя Д2. Второй - состоит из постоянного дросселя Дз и объекта контроля, который условно также можно считать дросселем Д4. Одна диагональ моста связана с источником испытательного давления рк и атмосферой, вторая диагональ - измерительная, в неё подключается преобразователь ПД. Для подбора параметров элементов и настройки мостовой схемы, состоящей из ламинарных, турбулентных и смешанных дросселей используется зависимость:

(1.11)

где R1 R2,R3, R4 - гидравлические сопротивления элементов Д1, Д2, Д3, Д4 соответственно.

Учитывая данную зависимость, возможность применения как уравновешенной, так и неуравновешенной мостовой схемы, а также то, что гидравлическое сопротивление подводящих каналов мало по сравнению с сопротивлением дросселей и поэтому им можно пренебречь, то на основе приведенной пневматической мостовой схемы можно строить устройства для контроля герметичности различных объектов. При этом процесс контроля легко автоматизируется. Повысить чувствительность устройства можно за счет применения ненагруженных мостовых схем, т.е. устанавливать в измерительной диагонали преобразователи имеющие R =. Используя формулы для расхода газа при докритическом режиме получим зависимости для определения давления в междроссельных камерах ненагруженного моста.

Для первой (верхней) ветви моста:

(1.12)



для второй (нижней) ветви моста:

(1.13)

где S1, S2, S3, S4 - площади проходного сечения канала соответствующего дросселя; Рв, Рн - давление в междроссельной камере верхней и нижней ветви моста, рк - испытательное давление.

Разделив (2) на (3) получим

(1.14)

Из зависимости (4) следует ряд преимуществ применения мостовой схемы в устройствах для контроля герметичности по манометрическому методу: отношение давлений в междроссельных камерах не зависит от испытательного давления, что позволяет однозначно определять величину утечки; не требуется отсечка объекта в процессе контроля от источника испытательного давления. Учитывая, что величина , S4 определяется общей площадью дефектов (неплотностей) в контролируемом объекте, а следовательно, связана с величиной суммарной утечки, то применив в качестве Д2 регулируемый дроссель и осуществляя им подбор необходимой S2 можно создать постоянный перепад давления на дросселе Д1 и тем самым настраивать схему на измерение или контроль различных уровней утечки, т.е. существенно расширить диапазон применения манометрического метода контроля герметичности .

...