ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ 65 УДК 620.165.29 Г. П. Барабанов, В. Г. Барабанов, И. И. Лупушор АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ГАЗОВОЙ ТРУБОПРОВОДНОЙ АРМАТУРЫ Волгоградский государственный технический университет E-mail: [email protected] Рассмотрены способы автоматизации контроля герметичности газовой трубопроводной запорной и переключающей арматуры. Приведены конструктивные схемы устройств, которые позволяют реализовать на практике способы автоматизации контроля герметичности различной газовой арматуры. Ключевые слова: контроль герметичности, газовая арматура, испытательное давление. Automation methods of hermeticity control of gas pipelining laking and shifting fittings are considered. Structural schemes of devices, that allow to realize on practice hermeticity control of different gas fittings automation methods are given. Keywords: hermeticity control, gas fittings, test pressure. При изготовлении газовой трубопроводной арматуры для промышленной и бытовой техники завершающим этапом ее производства является контроль параметра «герметичность», который заключается в обнаружении недопустимых утечек газа при работе этих устройств. К газовой трубопроводной арматуре относятся клапаны, вентили, краны газовых плит и др. Исключение утечек газа при функционировании трубопроводной арматуры повышает надежность, экономичность, безопасность и экологическую чистоту как производственной, так и бытовой газовой техники. Однако контроль герметичности трубопроводной арматуры низкого давления обусловлен рядом проблем, связанных как с трудоемкостью процесса контроля, так и конструктивными особенностями этих изделий. Так при контроле на герметичность кранов бытовой газовой плиты величина испытательного давления ограничена 0,015 МПа . Данное условие контроля объясняется тем, что при более высоком испытательном давлении разрушается вязкое графитовое уплотнение, разделяющее рабочие полости крана. Контроль герметичности известными средствами при таком низком испытательном давлении не гарантируют требуемой точности и производительности. Решение этих проблем в условиях крупносерийного производства газовой трубопроводной арматуры возможно за счет выбора рационального способа контроля герметичности и автоматизации процесса контроля. Анализ особенностей контроля герметичности трубопроводной арматуры низкого давления, например, для бытовой газовой техники с точки зрения точности и возможности автоматизации испытаний, позволил выделить две перспективные схемы, реализующие манометрический метод контроля. Данный метод заключается в создании обусловленной требованиями контроля величины испытательного давления в полости контролируемого изделия с последующим сравнением величины давления в начале и в конце испытаний. Показателем негерметичности изделия является изменение испытательного давления на определенную величину в течение установленного условиями контроля промежутка времени. Как показали исследования этот метод целесообразно применять при контроле герметичности изделий с рабочими объемами не более 0,5 л, так как при увеличении объема испытуемой камеры значительно увеличивается время контроля . Одна из принципиальных схем устройства контроля герметичности по падению испытательного давления приведена на рис. 1. Воздух от источника давления через фильтр 1 и стабилизатор 2, посредством которого и по манометру 3 устанавливается требуемое входное давление 0,14 МПа, подается к входному штуцеру пневмотумблера 4. С выхода пневмотумблера 4 воздух одновременно поступает в измерительную линию устройства и мембранную камеру 15 зажимного приспособления 11. Измерительная линия устройства построена по принципу равновесного моста с эталонной и измерительной цепями. Эталонная цепь состоит из последовательно соединенных нерегулируемого пневмосопротивления 7 и регулируемого пневмосопротивления 8, которые образуют дроссельный делитель (показан пунктиром). Измерительная цепь образована нерегулируемым пневмосопротивлением 9 и контролируемым краном 13. В эталонную и измерительную цепи сжатый воздух поступает 66 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ под испытательным давлением 0, 015 МПа, которое устанавливается задатчиком 5. В диагональ измерительного моста включен элемент сравнения 6, выход которого соединен с пневматическим индикатором 14. Питание элемента сравнения 6 производится сжатым воздухом под давлением 0,14 МПа. С помощью регулируемого пневмосопротивления 8 и эталонной цепи задается допустимая величина утечки. Давление из дроссельного делителя подводится в нижнюю глухую камеру элемента сравнения 6. Верхняя глухая камера этого элемента соединена с каналом между пневмосопротивлением 9 и контролируемым краном 13. После установки контролируемого крана 13 и его зажима в приспособлении 11 в измерительной цепи установится давление, пропорциональное величине утечки воздуха через контролируемый кран 13. Рис. 1. Схема устройства контроля герметичности по падению испытательного давления Если величина утечки меньше допустимой, то давление будет выше эталонного, и сигнал на выходе элемента сравнения 6 будет отсутствовать, т.е. испытуемый кран 13 считается герметичным. В случае, когда величина утечки превышает допустимую, то давление станет меньше эталонного, что приведет к переключению элемента сравнения 6 и на его выходе появится высокое давление, о чем будет сигнализировать пневматический индикатор 14. В этом случае испытуемый кран 13 считается негерметичным. Для установки и уплотнения крана 13 в контрольном устройстве применено зажимное приспособление 11, содержащее закрепленный на мембране камеры 15 полый шток 10, по которому в полость контролируемого крана 13 поступает испытательное давление. При этом на шток 10 одета эластичная резиновая втулка 12. После подачи сжатого воздуха в мембранную камеру 15 шток 10 перемещается вниз. При этом резиновая втулка 12 сжимается и, увеличиваясь в диаметре, плотно прилегает к внутренней поверхности контролируемого крана 13, обеспечивая надежное уплотнение соединения на время испытания. Расфиксация проконтролируемого крана 13 и подготовка за- ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ жимного приспособления 11 для установки следующего крана осуществляется переключением пневмотумблера 4. Работу схемы данного устройства можно описать следующими уравнениями: для объектов контроля с допустимой величиной утечки испытательного газа, т. е. которые считаются герметичными t⋅У pи − ≥ pэ V для объектов контроля с утечкой испытательного газа превышающей допустимую, т. е. которые считаются негерметичными t⋅У pи − < pэ, V где У – суммарная утечка индикаторного газа; t – время контроля; V – контролируемый на герметичность объем в объекте; pи – давление в измерительной цепи; pэ – величина давления в эталонной цепи. 67 На рис. 2 приведена принципиальная схема устройства контроля герметичности изделий, имеющих две смежные полости, между которыми возможна утечка газа. Устройство состоит из системы управления, которая содержит реле времени 1, триггер со счетным входом 2 и коммутирующую кнопку 3. При этом реле времени 1 подключено к электромагнитным приводам вентилей. 4 и 5, инверсный выход триггера 2 – к приводам клапанов 6 и 7, каналы которых соединены с датчиками давления 8 и 9, а также с полостями П1 и П2 контролируемого изделия 11. Выходы датчиков 8 и 9 подключены к отсчетному блоку 10. Устройство работает следующим образом. После выдачи входного сигнала кнопкой 3 на реле времени 1 открываются вентили 4 и 5. Этим обеспечивается подключение полости контролируемого изделия 11 через нормально открытый канал клапана 6 к источнику вакуума и полости П2 через нормально открытый канал клапана 7 – к источнику избыточного давления газа. Рис. 2. Схема с изменением направления перепада давления в контролируемом изделии После того, как в полости П1 создастся заданный требованиями контроля уровень вакуума (0,015 МПа), а в полости П2 – заданный уровень избыточного давления (0,015 МПа), происходит срабатывание реле времени 1 и отключаются вентили 4 и 5. С этого момента начинается процесс контроля герметичности изделия 11. Результат контроля определяется по показаниям отсчетного блока 10, сравнивающего сигналы от датчика 8, контролирующего повышение давления в полости П1, и датчика 9, контролирующего понижение давления в полости П2. В случае обнаружения негерметичности испытание прекращается и изделие бракуется. Если датчики 8 и 9 не регистрируют на- рушение герметичности изделия 11, то осуществляется второй этап испытания. Выдается повторный входной сигнал на реле времени 1 и триггер 2. При этом сигнал управления появится на инверсном выходе триггера 2 и переключит клапаны 6 и 7, а реле времени 1 повторно включит вентили 4 и 5. Полость П1 контролируемого изделия 11 окажется подсоединенной к источнику избыточного давления газа, а полость П2 – к источнику вакуума. На этом этапе испытаний в полости П1 контролируется понижение давления, а в полости П2 – повышение давления газа. Если датчики 8 и 9 не зарегистрируют негерметичность изделия 11 и на втором этапе испытаний, то оно считается годным. 68 ИЗВЕСТИЯ ВолгГТУ Особенностью реализуемого в устройстве (рис. 2) способа контроля герметичности является создание двукратного изменения направления перепада давления в контролируемом изделии, т. е. проведение испытаний в два этапа для учета различных условий истечения газа в разных направлениях через микродефекты в уплотнительном элементе контролируемого изделия при их наличии. Кроме того, создание разрежения в одной полости и избыточного давления в смежной полости не превышает абсолютной величины допустимого давления на уплотнительный элемент, но при этом создает в два раза больший перепад давления в местах возможной утечки газа. Это позволяет повысить надежность и точность контроля герметичности газовой арматуры, уменьшить его продолжительность. Схемы и принцип действия рассмотренных устройств допускают автоматизацию процесса контроля герметичности газовой арматуры, что позволит существенно увеличить производительность испытаний и практически исключить выпуск негерметичных изделий. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. ГОСТ 18460–91. Плиты газовые бытовые. Общие технические условия. – М., 1991. – 29 с. 2. Барабанов, В. Г. К вопросу об исследовании манометрического метода испытаний на герметичность / В. Г. Барабанов // Автоматизация технологических производств в машиностроении: межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ. – Волгоград, 1999. – С. 67–73. 3. А. С. № 1567899 СССР, МКИ G01М3/26. Способ испытания двухполостного изделия на герметичность / Г. П. Барабанов, Л. А. Рабинович, А. Г. Суворов [и др.]. – 1990, Бюл. № 20. УДК 62–503.55 Н. И. Гданский, А. В. Карпов, Я. А. Саитова ИНТЕРПОЛИРОВАНИЕ ТРАЕКТОРИИ ПРИ УПРАВЛЕНИИ СИСТЕМОЙ С ОДНОЙ СТЕПЕНЬЮ СВОБОДЫ ГОУВПО Московский государственный университет инженерной экологии E-mail: [email protected] При использовании прогнозирования в управлении одностепенными системами возникает необходимость построения траектории, проходящей через ранее измеренные узловые точки. Рассмотрена кусочнополиномиальная кривая, состоящая из сплайнов Фергюссона. В статье дан метод частичного расчета коэффициентов сплайнов, требующий выполнения существенно меньшего числа вычислительных операций по сравнению с традиционным методом. Ключевые слова: модели нагрузки, прогнозирование, сплайны. It is necessary to construct the trajectory, which passing through the previously measured nodal points, when using the prediction in control systems . For this purpose, polynomial piecewise curve consisting of Ferguson spline is used. This paper presents a method for calculating the coefficients of these splines, which require significantly fewer computational operations than the traditional method. Keywords: model the external load acting, prediction, splines. В цифровых системах управления движением в одностепенных системах предложено моделировать внешнюю нагрузку M (t, φ (t)) по координате φ в виде набора постоянных коэффициентов M k . Мгновенная величина M (t, φ (t)) при этом является скалярным произведением M (t , ϕ (t)) = M k , ϕk (t) , в котором век- () тор ϕk (t) зависит только от t и производных ϕ по t. При таком способе представления внешней нагрузки для расчета управляющего воздействия в данной системе используется работа A, которую должен совершать привод на заданном периоде управления : Ai = ti +1 ∫ (М k , ϕk (t))ϕ′(t)dt . ti Как следует из общего вида формул для М и Аi, они явно не содержат функцию ϕ (t), а только ее производные. Это общее свойство метода решения можно использовать для упрощения вспомогательной задачи интерполирования траектории перемещения вала по ее узловым точкам. Допустим, задан упорядоченный массив узлов траектории Рi = (ti, ϕi) (i = 0, ..., n). Для построения кусочно-полиномиальной кривой ϕ (t) второй степени гладкости, проходящей через

Обеспечение безопасности теплотехнического оборудования, работающего на газе — одна из важнейших задач, стоящих перед проектировщиками и обслуживающим персоналом котельных.
Решение этой задачи на практике осложняется изношенностью оборудования, его физическим и моральным старением, неисправностью отдельных элементов средств автоматизации, а также недостаточно высоким уровнем квалификации и низкой технологической дисциплиной обслуживающего персонала, что может повлечь за собой серьезные аварии, сопровождающиеся человеческими жертвами.
Расследование аварийных ситуаций, особенно связанных с приборами безопасности нередко затруднено из за отсутствия объективной информации о причинах, приведших к их возникновению.
Одним из важнейших элементов, состояние которых во многом определяет уровень безопасности газовых котельных — продувочный вентиль газового коллектора.
Негерметичность затвора продувочного вентиля — одна из причин утечки (потерь) газа через продувочный газопровод в атмосферу, а при наличии неисправности других элементов газозапорной арматуры создает опасные предпосылки для несанкционированного попадания газа в производственные помещения и топки котлоагрегатов.
Существующие проектные решения, касающиеся системы автоматизации, не предусматривают возможность непрерывного контроля герметичности продувочного вентиля.
Мы были очевидцами случайного обнаружения негерметичности затвора продувочного вентиля газового коллектора, когда на этапе выполнения пусконаладочных работ во время проверки системы автоматического розжига резервного котлоагрегата при выключенном электромагнитном клапане запальника после подачи искры возникло устойчивое горение факела запальника. У обслуживающего персонала котельной не было информации, позволяющей своевременно обнаружить эту неисправность и принять необходимые меры для её устранения.
В целях предупреждения подобных ситуаций предлагается на продувочном газопроводе установить гидрозатвор стеклянный, заполненый
глицерином. Схема контроля состоит из трубопровода газового коллектора, газового крана 1, продувочного вентиля 2, гидрозатвора 3, заливной горловины 5.
Газовый кран 1 необходим в случае пропуска продувочного вентиля во время работы котлоагрегата, а также при ревизии или замене клапана. Пропуск газа определяется по пузырькам в гидрозатворе во время продувки и работы котлоагрегата.
При негерметичности первого магнитного клапана утечку газа можно видеть в виде пузырьков, которые поднимаются в жидкости, когда горелка находится в состоянии покоя.
При негерметичности продувочного клапана во время работы горелки.
Прибор сконструирован таким образом, что при перепадах давления газа глицерин не в трубопровод не проникает.
Еще одно преимущество этого прибора состоит в том, что отрезок трубопровода между клапанами при длительном простое не заполняется воздухом.
Предлагаемое техническое решение содержит известные элементы и может быть реализовано на базе типовых промышленных устройств. Затраты на реализацию предложенного технического решения незначительны и несоизмеримы с теми потерями, которые могут возникнуть в результате аварийной ситуации, вызванной негерметичностью продувочного вентиля газового коллектора.

Начальник лаборатории неразрушающего контроля ООО «Контакт» Ктитров Константин Борисович
Начальник отдела по ЭПБ ЗиС ООО «Контакт» Мельников Лев Михайлович
Инженер 1 категории ООО «Контакт» Катренко Вадим Федорович
Инженер-эксперт ООО «Контакт» Келеберда Александр Иванович
Эксперт ООО «Контакт» Кузнецов Виктор Борисович

Государственный комитет СССР по надзору

за безопасным ведением работ в атомной энергетике

ПРАВИЛА И НОРМЫ В АТОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ

УНИФИЦИРОВАННАЯ МЕТОДИКА КОНТРОЛЯ ОСНОВНЫХ МАТЕРИАЛОВ (ПОЛУФАБРИКАТОВ), СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И НАПЛАВКИ ОБОРУДОВАНИЯ И ТРУБОПРОВОДОВ АЭУ

Контроль герметичности.
Газовые методы.
ПНАЭ Г-7-019-89

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. Контроль герметичности конструкций и их узлов проводится в целях выявления течей, обусловленных наличием сквозных трещин, непроваров, прожогов и т.п. в сварных соединениях и металлических материалах.
1.2. Контроль герметичности основан на применении пробных веществ и регистрации их проникновения через течи в конструкции при помощи различных приборов - течеискателей и других средств регистрации пробного вещества.
1.3. В зависимости от свойств пробного вещества и принципа его регистрации контроль проводится газовыми или жидкостными методами, каждый из которых включает в себя ряд способов, различающихся технологией реализации данного принципа регистрации пробного вещества. При этом в зависимости от применяемого способа при контроле герметичности определяется место расположения течи или суммарное натекание (степень негерметичности). Перечень применяемых методов и способов контроля приведен в Таб.1
1.4. Величина течи или суммарного натекания оценивается потоком воздуха через течь или все течи, имеющиеся в изделии, при нормальных условиях из атмосферы в вакуум. Соотношения единиц измерения потока приведены в справочном Приложение 1.
1.5. Под системой контроля понимается сочетание определенных способа и режимов контроля и способа подготовки изделия к контролю.
1.6. Пороговая чувствительность системы контроля характеризуется величиной минимальных выявляемых течей или суммарного натекания.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ И ВЫБОР СИСТЕМ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ

2.1. Все системы контроля по чувствительности разделены на пять классов герметичности, приведенных в табл. 2.
2.2. Класс герметичности устанавливается проектной (конструкторской) организацией в соответствии с требованиями действующих Правил контроля в зависимости от назначения, условий работы изделия и выполнимости способов контроля и подготовки, отнесенных к данному классу, и указывается в конструкторской документации.
2.3. Выбор конкретной системы контроля определяется назначенным классом герметичности, конструкционными и технологическими особенностями изделия, а также технико-экономическими показателями контроля.
2.4. В соответствии с назначенным классом герметичности контроль проводится по технологии технологических карт контроля, в которых указаны конкретные способы контроля и подготовки изделия под контроль. В случае отступлений от требований настоящей методики документы должны быть согласованы с головной отраслевой материаловедческой организацией.

3. АППАРАТУРА И МАТЕРИАЛЫ

3.1. При испытании герметичности оборудование, приборы и материалы должны выбираться в соответствии со справочными приложениями 2 и 3. Допускается применение не указанных в приложениях отечественного и импортного оборудования, приборов и материалов, удовлетворяющих требованиям настоящего документа.
3.2. Параметры и технические характеристики оборудования, приборов и материалов, применяемых при контроле герметичности, должны соответствовать паспортным значениям, государственным стандартам и техническим условиям.
3.3. Метрологической поверке подвергаются приборы, в паспортах которых указаны объем и характер поверок. Поверки проводятся органами Госстандарта на соответствующих предприятиях. Периодичность поверок проводится в соответствии с требованиями паспорта на прибор.
3.4. Течеискатели независимо от выбранного способа контроля должны быть настроены на оптимальную чувствительность в соответствии с указаниями технического описания и инструкции по их эксплуатации.

4. ГАЗОВЫЕ МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ

4.1. Требования по подготовке поверхности конструкций, подлежащих контролю герметичности газовыми методами

4.1.1. Если на поверхность изделия, сборочной единицы наносится защитное покрытие, следует проводить перед указанной операцией.
Примечание . В случае технической невозможности допускается проводить после нанесения защитных покрытий, что должно оговариватьея в производственно-технической документации (ПТД).
4.1.2. Поверхность изделий, сборочных единиц, сварных соединений изделий, подлежащих проверке на герметичность, не должна иметь следов ржавчины, масла, эмульсии и других загрязнений.
4.1.3. Органические загрязнения с доступных участков поверхности изделия следует удалять промывкой органическими растворителями с последующим кантованием изделия или барботированием залитого растворителя. Объем заливаемого растворителя должен быть не менее 100% свободного объема изделия.
4.1.4. В качестве очищающих жидкостей следует использовать спирт, ацетон, уайт-спирит, бензин, хладон-113 или другие органические растворители, обеспечивающие качественное удаление органических загрязнений.
4.1.5. После очистки растворитель следует слить и полость изделия продуть сухим чистым воздухом до полного удаления запаха растворителя.
4.1.6. Качество очистки должно быть проконтролировано протиркой контролируемой поверхности чистой белой безворсовой тканью с последующим ее осмотром. Отсутствие загрязнений на ткани свидетельствует о качественной очистке поверхности.
4.1.7. При соответствующем указании в техническом процессе качество очистки должно быть проконтролировано осмотром участка поверхности изделия или сварного соединения в лучах ультрафиолетового света, а при недопустимости поверхности для осмотра в лучах ультрафиолетового света - куска бязи после протирки им поверхности. Отсутствие светящихся пятен на контролируемой поверхности или куске бязи при освещении их ультрафиолетовым светом свидетельствует о качественной очистке поверхности.
4.1.8. Окончательную операцию подготовки - осушку поверхности изделий и полостей возможных сквозных дефектов от влаги и других жидких сред - следует проводить непосредственно перед контролем герметичности. После осушки в целях сохранения чистоты изделий работы следует проводить в чистой спецодежде (халате или спецовке) и в перчатках из бельевой ткани.
4.1.9. В качестве нагревательных средств следует использовать электропечи, индукторы, калориферы, установки, стенды для пропаривания и т.п. Для нагрева можно использовать метод электросопротивления с применением переменного или постоянного тока.
4.1.10. При осуществлении осушки без вакуумирования длительность выдержки при требуемой температуре должна быть не менее 5 мин. Температура определяется заданным классом герметичности.
4.1.11. В случае невозможности выполнения контроля герметичности изделий непосредственно после осушки хранить осушенное изделие допускается не более 5 сут. при следующих условиях:

• контролируемые участки должны быть защищены от попадания загрязнений и жидких сред защитными материалами;
• на поверхности контролируемого изделия не должна конденсироваться влага атмосферного воздуха. Для предотвращения явления конденсации влаги (например, при внесении изделий в помещение, температура воздуха в котором выше температуры поверхности изделия, понижении температуры воздуха в помещении, при охлаждении изделия при подаче в него пробного газа из баллона) необходимо принимать меры, руководствуясь справочными таблицами соотношений температуры окружающего воздуха, относительной и абсолютной влажности. Например, при относительной влажности воздуха 80% и температуре 20°С температура поверхности изделия не должна быть менее 17°С;
• влажность воздуха в помещении для хранения осушенных изделий не должна превышать 80%.

4.1.12. При необходимости транспортирования изделий следует исключить возможность загрязнения и конденсации влаги на поверхности изделия.

4.2. Контроль герметичности гелиевыми течеискателями

4.2.1. Пороговая чувствительность гелиевых течеискателей и способов контроля. Рабочая шкала.

4.2.1.1. Пороговая чувствительность течеискателей характеризуется минимальным потоком пробного вещества, который течеискатель может зарегистрировать. Пороговая чувствительность гелиевых течеискателей должна быть не менее 1,3.10-10 м3* Па/с (1.10-6 л×мкм рт.ст./с). Пороговая чувствительность способа контроля характеризуется минимальным потоком или количеством пробного вещества, который фиксируется в схеме проведения контроля.
4.2.1.2. Пороговая чувствительность гелиевых течеискателей определяется в начале каждой смены по методике, приведенной в Приложение 4 .
4.2.1.3. Пороговая чувствительность способа контроля определяется после испытания изделия, партии однотипных изделий или имитатора, конструкции которого согласовывается с ГОМО по методике, приведенной в Приложение 5.
4.2.1.4. Пороговая чувствительность способов вакуумной (гелиевой) камеры и термовакуумного должна быть не ниже 6,7.10-10 м3×Па/с (5.10-6 л×мкм рт.ст./с), способов обдува гелием и гелиевого щупа - не ниже 6,7.10-9 м3×Па/с (5.10-5 л×мкм рт.ст.с).
4.2.1.5. Если пороговая чувствительность способа контроля ниже значений, указанных в п. 4.2.1.4, то изделие или партия изделий должны подвергаться повторному контролю.
4.2.1.6. Признаком наличия сквозного дефекта является увеличение показаний прибора над средними фоновыми показаниями на величину, равную разности максимального и минимального значений фона в схеме испытаний. Эта величина не должна превосходить 50 мВ для всех способов контроля (кроме способа щупа) и 100 мВ для способа щупа.

Примечания :
1. Средние фоновые показания перед началом испытания любым способом не должны быть более 2/3 рабочей шкалы.
2. Если фоновые показания превышают указанную величину, следует использовать схему компенсации фона.

4.2.2. Способ гелиевой (вакуумной камеры).

4.2.2.1. Сущность способа гелиевой или вакуумной камеры заключается в том, что контролируемое изделие помещается в герметичную металлическую камеру. К камере или изделию подсоединяется через систему вспомогательной откачки течеискатель, после чего в камеру (способ гелиевой камеры) или в изделие (способ вакуумной камеры) подается под давлением гелий. При наличии течи гелий в результате перепада давлений поступает в вакуумируемый объем, соединенный с течеискателем. Схема контроля способом вакуумной камеры приведена на Рис.1.

Рис. 1. Схема установки для контроля способом вакуумной камеры
1 - гелиевый течеискатель,
2 - натекатель,
3 - баллон с аргоном,
4 - камера,
5 - изделие,
6 - мановакуумметр,
7 - редуктор,
8 - баллон с гелием,
9 - вакуумный насос,
10 - вакуумный клапан ,
11 - калиброванная течь
4.2.2.2. При проектировании и изготовлении гелиевой (вакуумной) камеры должны учитываться следующие требования:

• для ускорения откачки форма камеры рекомендуется цилиндрической (допускается изготовление камеры по конфигурации конструкции);
• должна быть предусмотрена герметичность фланцевых соединений, а также герметичность места вывода из самой конструкции или технологического переходника от конструкции к баллону с гелием;
• контролируемая конструкция не должна соприкасаться с внутренней поверхностью камеры.

4.2.2.3. Порядок проведения контроля:

• контролируемое изделие подготавливается в соответствии с требованиями подразд. 4.1;
• изделие помещается в металлическую камеру, внутренняя поверхность которой предварительно очищается и просушивается;
• после уплотнения крышки камеры и установки манометра проводится откачка полости камеры (изделия) до остаточного давления 7 - 8 Па [(5-6) .10 -2 мм рт. ст.;
• перед заполнением контролируемого изделия (камеры) гелием полость его предварительно откачивается до давления не выше 700-1400 Па (5-10 мм рт. ст.);
• после достижения в камере (изделии) требуемого остаточного давления открывается входной клапан течеискателя и отключается система вспомогательной откачки;
• в случае постепенного уменьшения давления в камере масс- спектрометра необходимо проводить подачу сухого азота в камеру масс-спектрометра с применением регулирующих натекателей;
• в случае увеличения давления в камере масс-спектрометра необходимо частично приоткрыть клапан системы вспомогательной откачки или прикрыть входной клапан течеискателя;
• в полость изделия (камеры) подается гелий или воздушно-гелиевая смесь в пропорциях, устанавливаемых технологической картой на контроль;
• проводится выдержка изделия (камеры) под давлением.

4.2.2.4. Длительность выдержки изделия (камеры) под давлением должна быть при вакуумируемом объеме до 0,1 м3 - не менее 5 мин, от 0,1 до 0,5 м3 - не менее 10 мин, свыше 0,5 до 1,5 м3 - не менее 15 мин, свыше 1,5 до 3,5 м3 не менее 20 мин, свыше 3,5 - 40 мин.
4.2.2.6. Удалять гелий следует продуванием полости изделия (камеры) сухим сжатым воздухом или ее откачкой.
Допускается сбор удаляемого гелия для использования при последующем контроле.
4.2.2.5. При необходимости контроля участка изделия или отдельного сварного соединения на контролируемый участок или сварное соединение допускается установить локальную камеру.
Порядок контроля аналогичен указанному в п. 4.2.2.3.
Длительность выдержки под давлением устанавливается в зависимости от откачиваемого объема в соответствии с п. 4.2.2.4.
4.2.2.7. При контроле замыкающего сварного шва изделия проводится вакуумирование изделия и подача гелия в полость изделия с последующей заваркой замыкающего шва в потоке гелия. После заварки необходимо провести испытание замыкающего шва способом локальной вакуумной камеры. Длительность контроля определяется объемом камеры в соответствии с п. 4.2.2.4.
4.2.2.8. Количественную оценку суммарного потока пробного вещества через течи в изделии следует проводить по методике, изложенной в приложении 6 (справочном) .

4.2.3. Способ опрессовки гелием замкнутых оболочек.

4.2.3.1. Контроль способом опрессовки замкнутых оболочек заключается в том, что изделие или замыкающий шов помещаются в специальную камеру, в которой создается давление гелия. При наличии негерметичности в шве гелий проникает в замкнутый объем изделия. Далее проводится контроль изделия накоплением гелия в вакуумной камере, в которую помещается изделие.
4.2.3.2. Контроль герметичности замыкающего сварного шва способом опрессовки рекомендуется проводить для изделий, имеющих небольшие объемы (до 10 л) .
4.2.3.3. Контроль должен проводиться в такой последовательности:

• изделие помещается в опрессовочную камеру и выдерживается под давлением гелия в течение определенного времени;
• после опрессовки изделие вынимают из камеры, обдувают сжатым воздухом или азотом наружную поверхность изделия для очистки от гелия и выдерживают на воздухе 1 - 2 ч;
• перед установкой изделия внутреннюю полость камеры, присоединенной к течеискателю, откачивают вспомогательным насосом. Фиксируют фоновые показания выходного прибора течеискателя при давлении в камере 1 - 7 Па [(1 - 5) .10 -2 мм рт. ст.] с отключенным вспомогательным насосом;
• опрессованное гелием изделие помещают в вакуумную камеру и откачивают камеру с изделием до давления не более 1 - 7 Па, отключают вспомогательный насос и накапливают гелий в камере в течение не менее 1 ч, после чего открывают входной клапан течеискателя и фиксируют показания течеискателя.
• Превышение сигнала выходного прибора течеискателя на 1 В и более над фоновыми показаниями является признаком течи в замыкающем шве изделия.

Примечание . С целью исключения повышенного гелиевого фона в процессе испытаний запрещается использовать камеру, в которой проводилась опрессовка изделия гелием.
4.2.3.4. Длительность опрессовки изделия гелием должна быть при давлении 1.10 6 Па (10 кгс/см2) не менее 120 ч, 2.106 Па (20 кгс/см2) не менее 50 ч, 5.105 Па (50 кгс/см2)) не менее 13 ч.

4.2.4. Способ термовакуумных испытаний.

4.2.4.1. Сущность испытаний заключается в том, что подлежащее контролю изделие нагревается в вакуумной камере до температуры 380 - 400°С при давлении внутри и снаружи изделия не выше 0,1 Па (10 -3 мм рт.ст.), а затем контролируется при подаче гелия в нагретое изделие или в камеру, в которую оно помещено.
4.2.4.2. Порядок проведения контроля:

• изделие подготавливается к контролю в соответствии с п. 4.1.1 - 4.1.7;
• изделие помещается в металлическую камеру;
• камера и внутренняя полость изделия вакуумируются до давления не выше 0,1 Па (10 -3 мм рт. ст.);
• изделие нагревается в печах или нагревательными устройствами до температуры 380 - 400°С и выдерживается при этой температуре в течение 3 - 5 мин. Темп разогрева определяется постоянным поддержанием давления в камере и изделии не выше 0,1 Па (10 -3 мм рт. ст.) и конструкцией изделия;
• открывается входной клапан течеискателя при одновременном отключении насосной группы камеры (или изделия) .
• Фиксируются установившиеся фоновые показания течеискателя;
• в контролируемое изделие (или камеру) подается гелий до требуемого давления;
• изделие (камера) выдерживается под давлением, при этом фиксируются показания течеискателя. Длительность выдержки выбирается в соответствии с п. 4.2.3.4;
• после охлаждения до температуры не выше 50°С камера открывается.

4.2.5. Способ гелиевого щупа.

4.2.5.1. Сущность способа заключается в том, что изделие заполняется гелием или гелиево-воздушной смесью до давления выше атмосферного, после чего наружная поверхность изделия контролируется специальным щупом, соединенным металлическим или вакуумным резиновым шлангом с течеискателем. В результате перепада давления гелий проникает через имеющийся сквозной дефект и через щуп и шланг попадает в камеру масспектрометра течеискателя. Определенная конструкция насадки щупа, изготовленная в соответствии с профилем контролируемой поверхности, позволяет установить место расположения сквозного дефекта в изделии. Насадка щупа должна перекрывать проверяемый участок по ширине не менее чем на 5 мм с каждой стороны. Если ширина насадки меньше, то контроль следует проводить в несколько проходов.
Схема контроля способом гелиевого щупа приведена на рис. 2


Рис. 2. Схема установки для контроля способом щупа
1 - гелиевый течеискатель,
2 - термопарная лампа,
3 - вакуумный шланг,
4 - вакуумный насос,
5 - (Note from Webmaster: nothing for 5)
6 - изделие,
7 - щуп,
8 - мановакууметр,
9 - баллон с гелием
4.2.5.2. При контроле способом щупа используются регулируемые щупы-улавливатели с конической насадкой объемом не более 1 мм3 и расстоянием регулируемой запирающей иглы от контролируемой поверхности не более 5 мм. Одним из возможных вариантов конструкторского исполнения является щуп-улавливатель по черт. 358-00-00 и 358-01-00.
4.2.5.3. К установке для контроля способом гелиевого щупа предъявляются следующие требования:

• все соединения установки должны быть проверены при закрытом положении щупа способом обдува;
• часть установки, предназначенная для подачи гелия в контролируемое изделие, должна быть испытана способом гелиевого щупа при давлении гелия не менее 1,5 Р, где Р - давление гелия во время контроля;
• в случае применения шланга из вакуумной резины для присоединения щупа к течеискателю шланг должен быть промыт для уменьшения газоотделения раствором щелочи (15%), чистой проточной водой, дистиллированной водой и осушен спиртом - ректификатом. Наружная поверхность шланга протирается касторовым маслом;
• длина магистрали, соединяющей щуп с течеискателем, должна быть минимально. возможной. Максимальная длина магистрали определяется п. 4.2.1.4 при оценке чувствительности способа по приложению 5.

4.2.5.4. Контроль следует проводить в такой последовательности:

• при закрытом щупе 7 (см. рис. 2) проводится откачка шланга 3 вакуумным насосом 5 в течение 15 - 20 мин;
• щуп регулируется так, чтобы при совместной работе вспомогательного вакуумного насоса и насосов течеискателя остаточное давление, измеряемое термопарной лампой 2, установленной у фланца течеискателя, было равно 25 - 30 Па [(1,8-2,2) .10-1 мм рт. cт.]. Установление рабочего давления в шланге, соединяющем щуп с течеискателем, должно проводиться одновременно регулировкой щупа и входного клапана течеискателя;
• в качестве вспомогательного должен использоваться насос со скоростью откачки 1 - 3 л/с. Если используется насос с большей скоростью откачки, следует прикрывать клапан 4, обеспечивая соответствующую скорость откачки;
• подготовленное к контролю изделие после глушения отверстий и фланцевых выходов откачивается до давления не выше 700 - 1400 Па (5-10 мм рт. ст.);
• осуществляется подача гелия и гелиево-воздушной смеси (не менее 50% гелия) в изделие до необходимого при испытаниях избыточного давления.

Иллюстрацию метода вы можете посмотреть на видеозаписи:

Примечания:
1. В случае невозможности предварительной откачки трубопроводов или изделий камерного типа допускается проводить продув полости гелием до появления его на выходе трубопровода или изделия. Появление гелия фиксируется щупом по повышению показаний прибора над фоновым на 100 мВ и выше.
2. Для получения концентрации гелия не менее 60% под давлением 0,1 МПа (1 кгс/см2) после продува полости гелием в изделие или трубопровод подают гелий до давления 0,1 МПа (1 кгс/см2) . Для получения концентрации гелия не менее 75% давление сбрасывают до атмосферного и вновь подают гелий до давления 0,1 МПа.
3. Для изделий с тупиковыми полостями, исключающими возможность продувки и вакуумирования, время выдержки для достижения необходимой концентрации гелия определяется экспериментально в каждом конкретном случае на стенде-имитаторе.
4.2.5.5. Контроль осуществляется перемещением щупа по поверхности изделия с постоянной скоростью, равной 0,10 - 0,15 м/мин:

• при движении щуп должен находиться в непосредственном соприкосновении с контролируемой поверхностью. Удаление щупа от контролируемой поверхности на 5 мм снижает выявляемость дефектов в 10 - 15 раз;
• контроль следует начинать с нижних участков изделия с постепенным переходом к верхним.

4.2.6. Способ обдува гелием.

4.2.6.1. Сущность способа заключается в том, что изделие, подвергаемое контролю, подключается к течеискателю, вакуумируется до давления, позволяющего полностью открыть входной клапан течеискателя, после чего наружная поверхность изделия обдувается струей гелия.
При наличии течи в изделии гелий попадает в его полость и фиксируется течеискателем.
Схема контроля способом обдува приведена на рис. 3.


Рис. 3. Схема установки для контроля способом обдува
1 - гелиевый течеискатель,
2 - натекатель,
3 - гелиевая течь ,
4 - вакуумный насос,
5 - баллон с аргоном,
6 - вакуумный клапан ,
7 - изделие,
8 - обдуватель,
9 - камера с гелием
4.2.6.2. Контроль должен проводиться в такой последовательности:

• подготовленное в соответствии с требованиями подразд. 4.1 изделие вакуумируется до давления 7 - 8 МПа [(5 - 6) .10 -2 мм рт. ст.];
• при открытом на изделие входном клапане течеискателя отключается система вспомогательной откачки и проводится обдувание гелием наружной поверхности изделия. Если невозможно поддержать требуемое давление в камере масс-спектрометра при отключенной системе вспомогательной откачки, разрешается проводить контроль при не полностью перекрытом или открытом клапане системы вспомогательной откачки, при этом определять чувствительность по приложению 5 следует при том же положении клапана;
• обдув следует начинать с мест подсоединения системы вспомогательной откачки к течеискателю; затем обдувается само изделие, начиная с верхних его участков с постепенным переходом к нижним;
• на первой стадии испытаний рекомендуется установить сильную струю гелия, охватывающую при обдуве сразу большую площадь. При обнаружении течи уменьшить струю гелия так, чтобы она слегка чувствовалась при поднесении пистолета - обдувателя к губам, и точно определить место сквозного дефекта. Скорость перемещения обдувателя по контролируемой поверхности составляет 0,10-0,15 м/мин; при контроле изделий большого объема и протяженности следует, учитывая время запаздывания сигнала, уменьшить скорость обдува;
• при наличии больших сквозных дефектов и невозможности достижения требуемого вакуума в изделии для полного открытия входного клапана течеискателя при отключенной системе вспомогательной откачки сквозные дефекты отыскивать при включенной системе вспомогательной откачки. После обнаружения больших сквозных дефектов и их устранения проводится повторный контроль с целью нахождения дефектов с малой величиной натекания.

4.2.6.3. С целью контроля всей поверхности изделия или части его в отдельных случаях контролируемую поверхность закрывают мягким чехлом. Под чехол подают гелий в количестве, примерно равном объему пространства под чехлом.
Длительность выдержки изделия под чехлом составляет 5- 6 мин.
4.2.6.4. Способ обдува допускается применять для контроля незамкнутых элементов конструкций. Для его осуществления следует использовать вакуумные камеры-присоски, накладываемые или закрепляемые на контролируемой поверхности со стороны, противоположной обдуваемой. Одна из конструкций камер приведена на рис. 4. Режимы испытания указаны в п. 4.2.6.2.

Рис. 4. Конструкция вакуумной камеры-присоски
1- крышка,
2- корпус,
3- резиновые уплотнения,
4- конструкция,
5- трубопровод,
6- сварное соединение

4.3. Контроль герметичности галоидными течеискателями. Способ галоидного атмосферного щупа

4.3.1. Настройку течеискателей, определение и проверку пороговой чувствительности галоидных течеискателей следует проводить по калиброванным галоидным течам в соответствии с техническим описанием и инструкцией по эксплуатации прибора завода-изготовителя.
4.3.2. Сущность способа галоидного щупа заключается в том, что испытываемое изделие, предварительно отвакуумированное, наполняется хладоном или смесью хладона с воздухом до давления выше атмосферного. В результате перепада давлений хладон проникает через имеющуюся неплотность и улавливается щупом течеискателя , соединенным электрическим кабелем с измерительным блоком течеискателя.
4.3.3. Схема установки для контроля способом галоидного щупа приведена на рис. 5.


Рис. 5. Схема установки для контроля способом галоидного щупа:
1 - баллон с фреоном;
2 - редуктор;
3 - вакуумный насос;
4 - мановакуумметр;
5 - клапан;
6 - изделие;
7 - измерительный блок течеискателя;
8 - выносной щуп течеискателя
Установка для нагнетания хладона в контролируемое изделие должна быть проверена на герметичность галоидным течеискателем при давлении насыщенных паров хладона при температуре испытаний.
4.3.4. Порядок проведения контроля:

• после глушения отверстий и фланцевых выходов проходными и глухими заглушками изделие откачивается до остаточного давления не выше 700 - 1400 Па (5 - 10 мм рт. ст.);
• перекрытием клапана вакуумный насос отключается и хладон подается в изделие до необходимого при испытании избыточного давления;
• в случае невозможности предварительной откачки трубопроводов допускается вытеснение воздуха хладоном с фиксацией наличия хладона на удаленном конце трубопровода. Далее хладон нагнетается в трубопровод для обеспечения концентрации хладона в трубопроводе не менее 50%;
• для изделий камерного типа допускается нагнетание хладона без откачки изделия при условии обеспечения концентрации хладона в изделии не менее 50%;
• контроль осуществляется перемещением выносного щупа по поверхности изделия с постоянной скоростью;
• при движении щуп должен находиться на минимально возможном расстоянии от поверхности. Удаление щупа от контролируемой поверхности на 5 мм снижает выявляемость дефектов в 10 - 15 раз;
• контроль следует начинать с верхних участков изделия с постепенным переходом к нижним.

4.3.5. Режимы контроля галоидными течеискателями:
скорость перемещения щупа по поверхности изделия не должна превышать 0,10 - 0,15 м/мин;
давление хладона-12 или хладона-22 должно соответствовать указаниям рабочих чертежей или технологической карты на контроль. Давление хладона в изделии должно быть ниже давления его насыщенных паров.
Примечание . Давление насыщенных паров хладона-12 и хладона - 22 в зависимости от температуры приведено в справочном приложении 7.
4.3.6. После проведения контроля хладон должен быть удален из конструкции за пределы рабочего помещения откачкой до остаточного давления 130 - 650 Па (1 - 5 мм рт. ст.). После этого должны быть проведены напуск воздуха в контролируемое изделие и повторная откачка до того же давления.
Примечание . Двукратная откачка контролируемого изделия до остаточного давления 130 - 650 Па гарантирует остаточное содержание хладона-12 не более 0,01 мг/л, а хладона-22 - не более 0,006 мг/л.

4.4. Контроль герметичности пузырьковым методом

4.4.1. Пневматический способ надувом воздуха.

4.4.1.1. Сущность способа заключается в том, что контролируемое изделие заполняется пробным газом под избыточным давлением. На наружную поверхность изделия наносится пенообразующий состав. Пробный газ в местах течей вызывает образование пузырей в пенообразующем составе (пузыри или разрывы мыльной пленки при применении мыльной эмульсии; пенные коконы или разрывы пленки при применении полимерного состава).
4.4.1.2. Порядок проведения контроля:

• в контролируемом изделии создается требуемое избыточное давление пробного газа;
• мягкой волосяной кистью или краскораспылителем на контролируемую поверхность изделия наносится пенообразующий состав и осуществляется визуальное наблюдение.

Примечание . Компоненты пенообразующих составов приведены в приложении 8 (справочном) .
4.4.1.3. Время наблюдения за состоянием поверхности при нанесении мыльной эмульсии составляет не более 2 - 3 мин после ее нанесения на поверхность.
4.4.1.4. При нанесении полимерного состава для выявления больших дефектов (более 1.10 -4 м 3 Па/с) осмотр следует проводить непосредственно после нанесения полимерного состава. Для выявления малых дефектов время осмотра должно быть не менее 20 мин с момента нанесения состава. Пенные коконы сохраняются в течение суток.

4.4.2. Пневмогидравлический аквариумный способ.

4.4.2.1. Сущность способа заключается в том, что изделие, которое заполнено газом под избыточным давлением, погружают в жидкость. Газ, выходящий в местах течей из изделия, вызывает образование пузырей в жидкости.
4.4.2.2. Контроль осуществляется в такой последовательности:

• контролируемое изделие помещается в емкость;
• в изделии создается испытательное давление пробного газа;
• в емкость заливается жидкость до уровня не менее 100 - 150 мм над контролируемой поверхностью изделия.

4.4.2.3. Признаком течи в изделии является образование всплывающих к поверхности жидкости пузырьков воздуха, периодически образующихся на определенном участке поверхности изделия, или строчки пузырьков.

4.4.3. Пузырьковый вакуумный способ.

4.4.3.1. Сущность способа заключается в том, что перед установкой вакуумной камеры контролируемый участок конструкции смачивается пенообразующим составом, в камере создается вакуум. В местах течей образуются пузыри, коконы или разрывы пленки, видимые через прозрачный верх камеры.
4.4.3.2. Для обеспечения полного контроля всего сварного соединения вакуум-камеру устанавливают так, чтобы она не менее чем на 100 мм перекрывала предыдущий проконтролированный участок шва.
Вакуум-камера может иметь различную форму в зависимости от конструкции контролируемого изделия и вида сварного соединения. Для стыковых сварных соединений листовых конструкций изготавливаются плоские камеры, для угловых швов - угловые, для контроля кольцевых швов трубопроводов могут быть изготовлены кольцевые камеры. Один из возможных вариантов конструкционного исполнения вакуум-камеры представлен на рис. 6.


Рис. 6. Схема вакуум-камеры для контроля герметичности:
1 - резиновые уплотнения;
2 - корпус камеры;
3 - окно;
4 - вакуумный кран;
5 - течь в сварном соединении
6 - резиновые уплотнения
4.4.3.3. Контроль осуществляется в последовательности:

• на контролируемый участок незамкнутой конструкции наносится пенообразующий состав;
• на контролируемый участок устанавливается вакуумная камера;
• в вакуумной камере создается давление 2,5 - 3.10 4 Па (180 - 200 мм рт. ст.);
• время с момента нанесения состава до момента осмотра не должно превышать 10 мин;
• визуальный осмотр контролируемого участка осуществляется через прозрачный верх камеры.

Примечание . В случае применения при контроле полимерного состава картина дефектов сохраняется в течение суток.

4.5. Контроль герметичности манометрическим методом (по падению давления)

4.5.1. Для осуществления контроля манометрическим методом изделие заполняют пробным газом под давлением выше атмосферного и выдерживают в течение определенного времени.
4.5.2. Давление и время опрессовки устанавливаются техническими условиями на изделие или конструкторской (проектной) документацией.
4.5.3. Изделие считают герметичным, если падение давления пробного газа во время выдержки под давлением не превысит норм, установленных техническими условиями или конструкторской (проектной) документацией.
4.5.4. Давление газа измеряют манометрами класса точности 1,5 - 2,5 с пределом измерения на 1/3 больше давления опрессовки. На подводящей трубе должен быть установлен запорный кран для регулирования подачи газа.
4.5.5. Количественная оценка общей негерметичности проводится по формуле

где
V - внутренний объем изделия и элементов испытательной системы, м3 ;
D R - изменение давления пробного газа за время опрессовки, Па;
t - время опрессовки, с.

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 .

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 , 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 . 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 . 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

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:

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:

для второй (нижней) ветви моста:

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

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 испытатель...

Рассмотрим принципиальные схемы устройств, обеспечивающих контроль герметичности по манометрическому методу, которые можно строить на основе пневматических мостов и различных типов дифференциальных преобразователей давления в электрический и другие виды выходных сигналов.

На рис. 1.10 приведена схема контрольного устройства, в котором в измерительной диагонали моста применен водяной дифманометр.

Рисунок1.10 Схема контрольного устройства с измерительной диагональю моста - водяной дифманометр

Испытательное давление рк через постоянные дроссели подается в две линии. Одна линия - правая является измерительной, давление в ней меняется в зависимости от величины утечки в контролируемом объекте 4. Вторая линия - левая обеспечивает опорное противодавление, величина которого устанавливается регулируемым дросселем 2. В качестве этого элемента могут использоваться типовые устройства: конус - конус, конус - цилиндр и др. Обе линии подключены к дифманометру 5, в котором разность высот столбов жидкости h является мерой перепада давленияр в линиях и одновременно позволяет судить о величине утечки, т.к. пропорциональна ей:

Автоматизировать процесс считывания показаний водяного дифманометра можно за счет применения фотоэлектрических датчиков, волоконно-оптических преобразователей, оптоэлектронных датчиков. В этом случае водяной столб может быть использован как цилиндрическая линза, фокусирующая световой поток, а при отсутствии воды - рассеять его. Кроме того, для облегчения считывания показаний вода может быть подкрашена и служить препятствием для светового потока.

Это устройство обеспечивает измерение величины утечки с высокой точностью, а поэтому может использоваться для градуировки других контрольно-измерительных устройств и аттестации контрольных течей.

На рис. 1.11 приведено устройство для измерения утечки в объекте 4, в котором в измерительной диагонали моста применен струйный пропорциональный усилитель 5. Испытательное давление рк через постоянные дроссели 1 и 3 подается в линию противодавления и измерительную линию, подключенные к соответствующим управляющим входам усилителя. Под действием давления струи, выходящей из усилителя, отклоняется стрелка 6, нагруженная пружиной 7. Отклонение стрелки соответствует величине утечки. Отсчет осуществляется по проградуированной шкале 8. В устройстве может быть предусмотрена пара замыкающих электрических контактов, которые срабатывают при утечке превышающей допустимую. Применение струйного пропорционального усилителя облегчает настройку устройства на заданный уровень утечки, повышает точность контроля.

Рисунок 1.11 Схема контрольного устройства со струйным пропорциональным усилителем

Однако учитывая, что усилитель имеет гидравлическое сопротивление Ry0 , то мостовая схема оказывается нагруженной, что понижает её чувствительность. В этом случае в качестве регулируемого настроечного дросселя 2 целесообразно применение барботажного резервуара 9, наполненного водой и трубки 10, один конец которой подключен к дросселю 1, образуя с ним линию противодавления, а второй конец имеет выход в атмосферу и погружен в резервуар. Независимо от величины испытательного давления рк в трубке 10 установится давление рп, которое определяется зависимостью:

где h - высота столба воды, вытесненной из трубки.

Таким образом, регулировка противодавления в мостовой схеме осуществляется путем установки соответствующей h и глубиной погружения трубки. Такое устройство регулируемого дросселя обеспечивает высокую точность задания и поддержания противодавления. Кроме того, он практически является безрасходным. Однако регулировочные дроссели такого типа могут применяться в схемах, работающих на низком давлении (до 5-10 кПа) и преимущественно в лабораторных условиях.

Применение в устройствах контроля герметичности мостовых схем с пневмоэлектрическими мембранными преобразователями обеспечивает им функционирование в широком диапазоне давлений рк с достаточной точностью. Схема такого контрольного устройства представлена на рис. 1.12.

Оно состоит из постоянных дросселей 1 и 3, а также регулируемо го дросселя 2. В измерительную диагональ моста подключен мембранный преобразователь 5, при этом одна его камера соединена с измерительной линией моста, а вторая - с линией противодавления. В начале процесса контроля герметичности объекта 4 мембрана б находится в положении покоя, уравновешенная давлениями в междроссельных камерах моста, что фиксируется замыканием правой пары электрических контактов 7. При негерметичности объекта, т.е. при появлении утечки возникнет разность давлений в камерах преобразователя, мембрана прогнется и контакты 7 разомкнутся. При появлении утечки больше допустимой, величина прогиба мембраны обеспечит замыкание левой пары электрических контактов 8, что будет соответствовать бракованному изделию.

Рисунок 1.12 Схема контрольного устройства с пневматическим мембранным преобразователем

Связь между ходом мембраны и разностью давлений в камерах при отсутствии жесткого центра и малом прогибе устанавливается зависимостью:

где r-радиус мембраны, Е- модуль упругости материала мембраны,

Толщина мембраны

Учитывая зависимость и утечки У по формуле,зависимость можно выбирать конструктивные элементы и рабочие параметры данного преобразователя.

Преобразователи с плоскими мембранами кроме электрических контактов могут использоваться совместно с индуктивными, ёмкостными, пьезоэлектрическими, магнитоупругими, пневматическими, тензометрическими и другими выходными преобразователями малых перемещений, что является их большим достоинством. Кроме того, преимуществами преобразователей давления с плоскими мембранами является конструктивная простота и высокие динамические свойства.

На рис. 1.13 приведена схема устройства предназначенного для контроля герметичности при малых и средних испытательных давлениях.

Рисунок 1.13 Схема контрольного устройства с двухвходовым трехмембранным усилителем

Здесь в пневматическом мосту, состоящем из постоянных дросселей 1 и 3, регулируемого дросселя 2 в измерительной диагонали применен элемент сравнения 5, выполненный на двухвходовом трехмембранном усилителе УСЭППА типа П2ЭС.1, глухая камера А которого соединена с линией противодавления, а глухая камера Б - соединена с измерительной линией. Выход элемента сравнения подключен к индикатору или пневмоэлектропреобразователю 6. Питание элемента сравнения осуществляется отдельно от моста и более высоким давлением. С помощью регулируемого дросселя 2 задается перепад давления между измерительной линией и линией противодавления пропорциональный максимально допустимой утечке. Если при осуществлении контроля величина утечки через объект 4 будет меньше допустимой, то давление ри в измерительной линии будет выше, чем противодавление рп, и сигнал на выходе элемента сравнения будет отсутствовать. Если величина утечки превышает допустимую, то давление в измерительной линии станет меньше противодавления, что приведет к переключению элемента сравнения и на его выходе появится высокое давление, это заставит сработать индикатор или пневмоэлектропреобразователь. Работу данной схемы можно описать следующими неравенствами. Для объектов контроля с допустимой величиной утечки:

Для объектов контроля с утечкой превышающей допустимую:

Данное устройство может быть использовано в автоматизированных стендах для контроля герметичности запорной арматуры. Дополнительным достоинством является простота реализации конструкции на типовых элементах пневмоавтоматики.

На рис. 1.14 приведено устройство для измерения и контроля утечки в объекте 4, в котором в измерительную диагональ моста подключен дифференциальный сильфонный преобразователь 5. Испытательное давление рк через постоянный дроссель 1 подается в сильфон б линии противодавления, а через постоянный дроссель 3-е сильфон 7 измерительной линии. Величина давления, соответствующая допустимой утечке задается регулируемым дросселем 2.

Сильфоны 6 и 7 соединены между собой рамкой, на которой закреплена система индикации, состоящая из стрелки 8 со шкалой 9 и пары регулируемых замыкающих электрических контактов 10. Настройка устройства осуществляется в соответствии с зависимостью:

Рисунок 1.14 Схема контрольного устройства с дифференциальным мембранным преобразователем

В случае появления утечки давление ри в сильфоне 7 начинает уменьшаться, и он сжимается, а сильфон 6 будет растягиваться, т.к. рп остается постоянным, при этом начнет перемещаться рамка и стрелка покажет величину утечки. Если утечка превысит допустимую, то соответствующее перемещение сильфонов замкнет электрические контакты 10, которые выдадут сигнал о браке объекта контроля.

Данное устройство может функционировать при среднем и высоком испытательном давлении. Оно может быть применено в автоматизированных стендах для контроля герметичности запорной арматуры высокого давления, где допускаются сравнительно высокие величины утечки и требуется измерение их абсолютных величин.

• 1. Применение пневматических мостовых схем совместно с различными типами дифференциальных преобразователей существенно расширяет возможности применения манометрического метода для автоматизации контроля герметичности.
• 2. Автоматизированные устройства для контроля герметичности на основе мостовых схем можно реализовывать на типовых логических элементах, а также серийных дифференциальных датчиках, применяемых для контроля различных технологических величин, что значительно ускоряет их создание и снижает стоимость.