Основные этапы проектирования устройств контроля герметичности запорной и распределительной газовой арматуры. Проверка герметичности затворов запорной арматуры при эксплуатации газоиспользующей установки Контроль герметичности клапанов газогорелочных устр
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
Глава 1 Анализ состояния проблемы автоматизации контроля герметичности и постановка задачи исследования.
1.1 Основные термины и определения, используемые в настоящем исследовании.
1.2 Особенности контроля герметичности газовой арматуры.II
1.3 Классификация газовых методов испытания и анализ возможности их применения для контроля герметичности газовой арматуры.
1.4 Обзор и анализ средств автоматического контроля герметичности по манометрическому методу.
1.4.1 Первичные преобразователи и датчики для автоматических систем контроля герметичности.
1.4.2 Автоматизированные системы и устройства контроля герметичности.
Цель и задачи исследования.
Глава 2 Теоретическое исследование манометрического метода испытания на герметичность.
2.1 Определение режимов течения газа в объектах испытания.
2.2 Исследование компрессионного способа испытания на герметичность.
2.2.1 Исследование временных зависимостей при контроле герметичности компрессионным способом.
2.2.2 Исследование чувствительности контроля герметичности компрессионным способом с отсечкой.
2.3 Исследование способа сравнения с непрерывной подачей испытательного давления.
2.3.1 Схема контроля герметичности по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления.
2.3.2 Исследование временных зависимостей при контроле герметичности по способу сравнения.
2.3.3 Исследование чувствительности контроля герметичности по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления.
2.3.4 Сравнительная оценка чувствительности контроля герметичности компрессионным способом с отсечкой и способом сравнения.
Выводы к главе 2.
Глава 3 Экспериментальное исследование параметров схем контроля герметичности, выполненных на основе способа сравнения.
3.1 Экспериментальная установка и методика исследования.
3.1.1 Описание экспериментальной установки.
3.1.2 Методика исследования схем контроля герметичности.
3.2 Экспериментальное исследование схемы контроля герметичности на основе способа сравнения.
3.2.1 Определение характеристики р = /(/) линий схемы контроля герметичности.
3.2.2 Исследования временных характеристик линий схемы контроля герметичности по способу сравнения.
3.2.3 Исследование статической характеристики измерительной линии схемы контроля герметичности.
3.3. Экспериментальное исследование устройства для контроля герметичности, выполненного на основе способа сравнения.
3.3.1 Исследование модели устройства для контроля герметичности с дифференциальным манометрическим датчиком.
3.3.2 Оценка точностных характеристик устройств для контроля герметичности, выполненных по схеме сравнения.
3.4 Вероятностная оценка достоверности сортировки изделий при контроле герметичности по способу сравнения.
3.4.1 Экспериментальное исследование распределения величины давления, эквивалентного утечке пробного газа в партии изделий.
3.4.2 Статистическая обработка результатов эксперимента по оценке достоверности сортировки.
4.3 Разработка датчиков герметичности с улучшенными рабочими характеристиками.
4.3.1 Конструкция датчика герметичности.
4.3.2 Математическая модель и алгоритм расчета датчика герметичности.
4.4 Разработка автоматизированного стенда для контроля герметичности
4.4.1 Конструкция автоматизированного многопозиционного стенда.
4.4.2 Выбор параметров схем контроля герметичности.
4.4.2.1 Методика расчета параметров схемы контроля герметичности по компрессионному способу с отсечкой.
4.4.2.2 Методика расчета параметров схемы контроля герметичности по способу сравнения.
4.4.3 Определение производительности автоматизированного стенда для контроля герметичности.
4.4.4 Определение параметров герметизирующих уплотнений для автоматизированного стенда.
4.4.4.1 Методика расчета уплотняющего устройства с цилиндрической манжетой.
4.4.4.2 Методика расчета торцевого кольцевого уплотнения.
Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация контроля герметичности газовой арматуры на основе манометрического метода испытаний»
Важной проблемой в ряде отраслей промышленности является повышение требований к качеству и надежности выпускаемой продукции. Это вызывает острую необходимость в совершенствовании существующих, создании и внедрении новых методов и средств контроля, в том числе контроля герметичности, который относится к дефектоскопии - одному из видов контроля качества систем и изделий .
В промышленном производстве запорной и распределительной арматуры, в которой рабочей средой является сжатый воздух или другой газ, существующими стандартами и техническими условиями на ее приемку регламентируется, как правило, стопроцентный контроль параметра "герметичность" . Основным узлом (рабочим элементом) такой арматуры является подвижная пара "плунжер-корпус" или поворотный клапанный элемент, которые работают в широком диапазоне давлений. Для герметизации газовой арматуры применяются различные уплотнительные элементы и смазки (герметики). В процессе функционирования ряда конструкций газовой арматуры допускается определенная утечка рабочей среды . Превышение допустимой утечки из-за некачественной газовой арматуры может привести к неправильному (ложному) срабатыванию производственного оборудования, на котором она установлена, что может вызвать серьезную аварию. В бытовых газовых плитах повышенная утечка природного газа может стать причиной пожара или отравления им людей. Поэтому превышение допустимой утечки индикаторной среды при соответствующем приемо-сдаточном контроле газовой арматуры считается негерметичностью, т. е. браком изделия, а исключение брака повышает надежность, безопасность и экологическую чистоту всего агрегата, прибора или устройства, в котором газовая арматура применяется.
Контроль герметичности газовой арматуры является трудоемким, длительным и сложным процессом. Например, в производстве пневматической миниап-паратуры он занимает 25-30 % от общей трудоемкости и до 100-120 % от времени сборки . Решить эту проблему в крупносерийном и массовом производстве газовой арматуры можно применением автоматизированных методов и средств контроля, которые должны обеспечить требуемую точность и производительность . В реальных производственных условиях решение этой проблемы часто осложняется применением методов контроля, которые обеспечивают необходимую точность, но трудно поддаются автоматизации из-за сложности метода или специфики испытательной аппаратуры.
Для испытаний на герметичность изделий только лишь посредством газообразной испытательной среды разработано около десяти методов, для реализации которых создано свыше ста различных способов и средств контроля . Развитию современной теории и практики контроля герметичности посвящены исследования Зажигина А. С., Запунного А. И., Ланис В. А., Левиной Л. Е., Лемберского В. Б., Рогаль В. Ф., Сажина С. Г., Тру-щенко А. А., Фадеева М. А., Фельдмана Л. С.
Однако при разработке и внедрении средств контроля герметичности имеется ряд проблем и ограничений. Так большинство высокоточных методов можно и целесообразно применять только к крупногабаритным изделиям, в которых обеспечивается полная герметичность. Кроме того, накладываются ограничения экономического, конструктивного характера, экологические факторы, требования безопасности для обслуживающего персонала. В серийном и крупносерийном производстве, например, средств пневмоавтоматики, газовой арматуры для бытовой техники, в которой при приемо-сдаточных испытаниях допускается определенная утечка индикаторной среды и, следовательно, требования к точности контроля снижаются, на первое место при выборе метода контроля герметичности выдвигается возможность его автоматизации и обеспечения на этой основе высокой производительности соответствующего контрольно-сортировочного оборудования, что необходимо при стопроцентном контроле качества продукции.
Анализ особенностей оборудования и основных характеристик наиболее применяемых в промышленности газовых методов испытаний на герметичность позволил сделать вывод о перспективности для автоматизации контроля герметичности газовой арматуры использования способа сравнения и компрессионного способа, реализующих манометрический метод. В научно-технической литературе этим способам испытаний уделено мало внимания из-за их сравнительно низкой чувствительности, однако отмечается, что они наиболее легко автоматизируются . При этом отсутствуют какие-либо рекомендации по выбору и расчету параметров устройств контроля герметичности, выполненным по схеме сравнения с непрерывной подачей испытательного давления. Поэтому актуальными и важными являются исследования в области газодинамики глухих и проточных емкостей, как элементов схем контроля, а также техники измерения давления газа в качестве основы для создания новых типов преобразователей, датчиков, устройств и систем автоматического контроля герметичности изделий, перспективных для использования в производстве газовой арматуры.
При разработке и внедрении автоматизированных устройств контроля герметичности возникает важный вопрос достоверности контрольно-сортировочной операции. В связи с этим в диссертации проведено соответствующее исследование, на основании которого разработаны рекомендации, позволяющие при автоматической сортировке по параметру "герметичность" исключить попадание бракованных изделий в годные. Еще одним важным вопросом является обеспечение заданной производительности автоматизированного оборудования. В диссертации даны рекомендации по расчету рабочих параметров автоматизированного стенда для контроля герметичности в зависимости от требуемой производительности.
Работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложения.
В первой главе рассмотрены особенности контроля герметичности газовой арматуры, допускающей при функционировании определенную утечку. Приведен обзор методов газовых испытаний на герметичность, классификация и анализ возможности их применения для автоматизации контроля газовой арматуры, позволившие выбрать наиболее перспективный - манометрический метод. Рассмотрены устройства и системы, обеспечивающие автоматизацию контроля герметичности. Сформулированы цели и задачи исследования.
Во второй главе теоретически исследуются два способа контроля герметичности, реализующие манометрический метод: компрессионный с отсечкой давления и способ сравнения с непрерывной подачей испытательного давления. Определены математические модели исследуемых способов, на основании которых проведены исследования их временных характеристик и чувствительности при различных режимах течения газа, разных емкостях линий и соотношениях давлений, позволившие выявить преимущества способа сравнения. Даны рекомендации по выбору параметров схем контроля герметичности.
В третьей главе экспериментально исследованы статические и временные характеристики линий схемы контроля герметичности по способу сравнения при различных значениях утечки, емкости линий и испытательного давления, показана их сходимость с аналогичными теоретическими зависимостями. Экспериментально проверена работоспособность и оценены точностные характеристики устройства для контроля герметичности, выполненного по схеме сравнения. Приведены результаты оценки достоверности сортировки изделий по параметру "герметичность" и рекомендации по настройке соответствующих автоматизированных контрольно-сортировочных устройств.
В четвертой главе дано описание типовых схем автоматизации манометрического метода испытаний и рекомендации по проектированию автоматизированного оборудования для контроля герметичности. Приведены оригинальные конструкции датчика герметичности и автоматизированного многопозиционного стенда для контроля герметичности. Предложены методики расчета устройств контроля герметичности и их элементов, представленные в виде алгоритмов, а также рекомендации по расчету рабочих параметров контрольно-сортировочного стенда в зависимости от требуемой производительности.
В Приложении представлены характеристики газовых методов испытания на герметичность и временные зависимости для возможных последовательностей изменения режимов течения газа в проточной емкости.
Похожие диссертационные работы по специальности «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», 05.13.06 шифр ВАК
Методологические и теоретические основы автоматизации испытаний изделий авиационной и ракетной техники на ротационных стендах 2001 год, доктор технических наук Казанцев, Владимир Петрович
Термокондуктометрическое устройство контроля утечек потенциально опасных газов на основе полевых транзисторов 2000 год, кандидат технических наук Веряскина, Ольга Борисовна
Совершенствование методов оценки качества и эксплуатационной надежности запорной арматуры в условиях магистральных газопроводов: На примере ООО "Севергазпром" 2005 год, кандидат технических наук Адаменко, Станислав Владимирович
Компьютерный измерительно-технологический комплекс для автоматизированной настройки манометров 2004 год, кандидат технических наук Кузнецов, Александр Александрович
Методы и средства технической диагностики герметичности оборудования АЭС 2000 год, доктор технических наук Давиденко, Николай Никифорович
Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Барабанов, Виктор Геннадьевич
4. Результаты исследования схем контроля герметичности, основанных на способе сравнения с непрерывной подачей испытательного давления, выявили расхождение теоретических и экспериментальных характеристик на их рабочих участках не более 5 %, что позволило определить зависимости для выбора рабочих параметров соответствующих контрольно-сортировочных устройств.
5. Экспериментальное исследование опытной модели устройства для контроля герметичности при величине утечки и испытательном давлении, соответствующих техническим характеристикам серийной пневмоаппаратуры, подтвердило возможность создания автоматизированных контрольно-сортировочных устройств, выполненных на основе способа сравнения, погрешность которых не превышает 3,5 %, а чувствительность соответствует установленному диапазону чувствительности для манометрического метода испытаний на герметичность.
6. Определена методика вероятностной оценки достоверности сортировки изделий по параметру "герметичность", и на ее основании предложены рекомендации по настройке автоматизированных контрольно-сортировочных устройств, выполненных на основе способа сравнения.
7. Предложены типовые схемы автоматизации манометрического метода испытаний на герметичность и рекомендации по проектированию автоматизированного оборудования для контроля герметичности.
8. Разработана конструкция датчика герметичности с улучшенными рабочими характеристиками, защищенная патентом РФ № 2156967, предложена математическая модель и методика его расчета, позволяющая оценить характеристики датчиков данного типа на стадии проектирования.
9. Разработаны конструкция автоматизированного многопозиционного стенда для контроля герметичности, защищенная патентами РФ № 2141634, № 2194259, и рекомендации по определению рабочих параметров стенда в зависимости от требуемой производительности; предложены методика расчета устройства контроля герметичности по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления, которое используется в конструкции стенда, и методики расчета двух типов уплотняющих устройств, обеспечивающих надежную установку испытуемых изделий на рабочие позиции стенда, что расширяет возможности проектировщиков автоматизированного оборудования для контроля герметичности.
10. Все методики расчета устройств, используемых для автоматизации контроля герметичности, представлены в виде алгоритмов, что совместно с их типовыми схемами и конструкциями дает возможность создания САПР оборудования для автоматизации манометрического метода испытания на герметичность.
Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Барабанов, Виктор Геннадьевич, 2005 год
1. Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы: Справочник. 3-е изд. Перераб. и доп. / Б.Д. Кошарский, Т.Х. Безновская, В.А. Бек и др.; Под общ. ред. Б.Д. Кошарского - Л.: Машиностроение, 1976. - 488 с.
2. Агейкин Д.И., Костина Е.Н., Кузнецова Н.Н. Датчики контроля и регулирования: Справочные материалы. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1965.-928 с.
3. Азизов A.M., Гордов А.Н. Точность измерительных преобразователей. -М.: Энергия, 1975.-256 с.
4. Афанасьева Л.А., Карпов В.И., Левина Л.Е. Проблемы метрологического обеспечения контроля герметичности // Дефектоскопия. -1980. -№ 11. С. 57-61.
5. Бабкин В.Т., Зайченко А.А., Александров В.В. Герметичность неподвижных соединений гидравлических систем. М.: Машиностроение, 1977.- 120 с.
6. Барабанов В.Г. К вопросу об исследовании манометрического метода испытаний на герметичность // Автоматизация технологических производств в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ Волгоград, 1999. - С. 67-73.
7. Барабанов В.Г. Алгоритм выбора временной характеристики дифференциальной схемы контроля герметичности // Автоматизация технологических производств в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ Волгоград, 2001. -С. 92-96.
8. Барабанов В.Г. Автоматизация контроля качества сборки газовой аппаратуры // Техника и технология сборки машин (ТТММ-01): Матер. IV Междунар. Науч.-техн. Конф. Жешув, 2001. - С. 57-60.
9. Барабанов В.Г. Производительность автоматизированных стендов для контроля герметичности дискретно-непрерывного действия // Автоматизация технологических производств в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ.-Волгоград, 2002. С. 47-51.
10. Барабанов В.Г. Контроль утечки газа на промышленных и бытовых установках // Процессы и оборудование экологических производств: Материалы VI традиционной науч. Техн. Конф. Стран СНГ / ВолгГТУ и др.- Волгоград, 2002. -С. 116-119.
11. Барабанов В.Г. Устройство для автоматического зажима и уплотнения газовых кранов при испытании на герметичность // Автоматизация технологических производств в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ Волгоград,2003.-С. 75-79.
12. Барабанов В.Г. Исследование временных зависимостей схемы контроля герметичности по способу сравнения // Изв. ВолгГТУ. Сер. Автоматизация технологических процессов в машиностроении: Межвуз. сб. науч.статей. Волгоград,2004.-Вып. 1.-С. 17-19.
13. Беляев М.М., Хитрово А.А. Широкодиапазонное измерение расхода // Датчики и системы. 2004. -№ 1. - С. 3-7.
14. Беляев Н.М., Уваров В.И., Степанчук Ю.М. Пневмогидравлические системы. Расчет и проектирование / Под ред. Н.М. Беляева. М.: Высш. Шк., 1988. -271 с.
15. Белошицкий А.П., Ланина Г.В., Симулик М.Д. Анализ погрешности "пузырькового" метода измерения малых расходов газа. // Измерительная техника. 1983.-№ 9.-С.65-66.
16. Бойцова Т.М., Сажин С.Г. Достоверность автоматического контроля герметичности изделий. // Дефектоскопия. 1980. -№ 12. - С. 39-43.
17. Бридли К. Измерительные преобразователи: Справочное пособие: Пер. с англ. М.: Энергия, 1991. - 144 с.
18. Вакуумная техника: Справочник / Е.С. Фролов, В.Е. Минайчев, А.Т. Александрова и др.; Под общ. ред. Е.С. Фролова, В.Е. Минайчева. М.: Машиностроение, 1985. - 360 с.
19. Виглеб Г. Датчики: Пер. с нем. -М.: Мир, 1989. -196 с.
20. Власов-Власюк О.Б. Экспериментальные методы в автоматике. М.: Машиностроение, 1969. -412 с.
21. Водяник В.И. Эластичные мембраны. М.: Машиностроение, 1974. -136 с.
22. Гусаков Б.А., Кабанов В.М. Простой прибор для счета пузырьков при испытании пневмоагрегатов на герметичность // Измерительная техника. 1979. №Ю-С. 86-87.
23. Гусев В.И., Заводько И.В., Карпов А.А. Холловские чувствительные элементы из арсенида гелия и датчики на их основе // Приборы и системы управления. 1986,-№8.-С. 26-27.
24. Диперштейн М.Б., Барабанов В.Г. Особенности построения схем автоматизации контроля герметичности запорных кранов // Автоматизация технологических производств в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ.- Волгоград, 1997.-С. 31-37.
25. Диперштейн М.Б., Барабанов В.Г. Разработка типовой математической модели сигнализаторов давления // Автоматизация технологических производств в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ.- Волгоград, 1999. С. 63-67.
26. Диперштейн М.Б. Барабанов В.Г. Автоматизация контроля качества газовой запорной арматуры по параметру герметичность // Автоматизация технологических производств в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ- Волгоград, 2000.-С. 14-18.
27. Дмитриев В.Н., Градецкий В.Г. Основы пневмоавтоматики. М.: Машиностроение, 1973. - 360 с.
28. Дмитриев В.Н., Чернышев В.И. Расчет временных характеристик проточных пневматических камер // Автоматика и телемеханика. 1958. - Т. XIX, №12. -С. 1118-1125.
29. Жигулин Ю.Н. Контроль герметичности крупногабаритных емкостей // Измерительная техника. 1975. - №8 - С. 62-64.
30. Залманзон JI.A. Аэрогидродинамические методы измерения входных параметров автоматических систем. М.: Наука, 1973. - 464 с.
31. Залманзон JI.A. Проточные элементы пневматических приборов контроля и управления. М.: АН СССР, 1961. - 268 с.
32. Запунный А.И., Фельдман JI.C., Рогаль В.Ф. Контроль герметичности конструкций. Киев: Техшка, 1976. - 152 с.
33. Изделия машиностроения и приборостроения. Методы испытаний на герметичность. Общие требования: ГОСТ 24054-90. М.; 1990. - 18 с.
34. Карандина В.А., Дерябин Н.И. Новая установка контроля герметичности УКГМ-2 // Приборы и системы управления. 1973. -№9- С. 49-50.
35. Каратаев Р.Н., Копырин М.А. Расходомеры постоянного перепада давления (ротаметры). М.: Машиностроение, 1980. - 96 с.
36. Коган И.III., Сажин С.Г. Конструирование и наладка пневмоакустических измерительных устройств. М.: Машиностроение, 1980. - 124 с.
37. Кольман-Иванов Э.Э. Машины-автоматы химических производств. Теория и расчет- М.: Машиностроение, 1972. 296 с.
38. Контрольно-измерительные автоматы и приборы для автоматических линий. / М.И. Коченов, Э.Л. Абрамзон, А.С. Гликин и др.; Под общ. ред. М.И. Коче-нова. М.: Машиностроение, 1965. - 372 с.
39. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник.4.е изд., перераб. И доп. JI.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1989. - 701 с.
40. Кузнецов М.М., Усов Б.А., Стародубов B.C. Проектирование автоматизированного производственного оборудования. М.: Машиностроение, 1987. -288 с.
41. Левина Л.Е., Сажин С.Г. Общая характеристика и проблемы современной техники течеискания. // Дефектоскопия. 1978. -№ 6. - С. 6-9.
42. Левина Л.Е., Сажин С.Г. Манометрический метод контроля герметичности. // Дефектоскопия. 1980. - № 11. - С. 45-51.
43. Левина Л.Е., Пименов В.В. Методы и аппаратура контроля герметичности вакуумного оборудования и изделий приборостроения. М.: Машиностроение, 1985.-70 с.
44. Лемберский В.Б. Принципы проектирования операций пневматических и гидравлических испытаний // Измерительная техника. 1979. - №1. - С. 44-46.
45. Лемберский В.Б., Виноградова Е.С. О влиянии режима истечения на интерпретацию результатов контроля герметичности. // Дефектоскопия. 1979. № 6. - С. 88-94.
46. Лепетов В.А., Юрцев Л.Н. Расчеты и конструирование резиновых изделий. -Л.: Химия, 1987.-408 с.
47. Макаров Г.В. Уплотнительные устройства. Л.: Машиностроение, 1973232 с.
48. Неразрушающий контроль: В 5 кн. Кн. 1. Общие вопросы. Контроль проникающими веществами: Практическое пособие / А.К. Гурвич, И.Н. Ермолов, С.Г. Сажин и др.; Под ред. В.В. Сухорорукова. М.: Высшая школа, 1992. - 242 с.
49. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / В.В. Клюев, Ф.Р. Соснин, В.Н. Филинов и др.; Под общ. ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1995. - 488 с.
50. Осипович Л.А. Датчики физических величин. М.: Машиностроение, 1979.- 159 с.
51. Плиты газовые бытовые. Общие технические условия: ГОСТ 18460-91. -М.; 1991.-29 с.
52. Пневматическая миниаппаратура: Руководящие материалы / Е.А. Рагу-лин, А.П. Пятидверный, А.Ф. Караго и др.; Под общ. ред. А.И. Кудрявцева и В.Я. Сирицкого. -М.: НИИМАШ, 1975. 84 с.
53. Пневматические устройства и системы в машиностроении: Справочник / Е.В. Герц, А.И. Кудрявцев, О.В. Ложкин и др.; Под общ. ред. Е.В. Герц. М.: Машиностроение, 1981. - 408 с.
54. Пневмоприводы. Общие технические требования: ГОСТ 50696-94. М.; 1994.-6 с.
55. Проектирование пневматических устройств для линейных измерений БВ-ОРТМ-32-72: Руководящие материалы / А.Э. Авцин, В.И. Демин, Г.И. Иванова и др. М.: НИИМАШ, 1972. - 308 с.
56. Рабинович С.Г. Погрешность измерений. Л.: Энергия, 1973. -262 с.
57. Рогаль В.Ф. О повышении надежности манометрического контроля герметичности // Дефектоскопия. 1978. № 9. - С. 102-104.
58. Сажин С.Г. Акустико-пневматические измерительные устройства для контроля утечек газа и жидкости // Измерительная техника. 1973. №1 - С. 48-50.
59. Сажин С.Г., Лемберский В.Б. Автоматизация контроля герметичности изделий массового производства. Горький: Волго-Вятское кн. изд-во, 1977. -175 с.
60. Сажин С.Г. Классификация высокопроизводительного оборудования для контроля герметичности изделий. // Дефектоскопия. 1979. - № 11. - С. 74-78.
61. Сажин С.Г. Оценка инерционности испытательных систем контроля герметичности изделий. // Дефектоскопия. 1981. -№ 4. - С. 76-81.
62. Сажин С.Г., Столбова Л.А. Автоматизированные устройства для контроля герметичности изделий. // Дефектоскопия. 1984. -№ 8. - С. 3-9.
63. Соединения трубопроводов. Методы испытаний на герметичность: ГОСТ 25136-90.-М.; 1990.-21 с.
64. Справочник по вероятностным расчетам / В.Г. Абезгауз, А.Б. Тронь, Ю.Н. Копейкин, И.А. Коровина. М.: Воениздат, 1970. - 536 с.
65. Средства контроля герметичности: В 3-х т. Т. 1. Направления разработок средств контроля герметичности / Под ред. А.С. Зажигина. М.: Машиностроение, 1976.-260 с.
66. Средства контроля герметичности: В 3-х т. Т. 2. Промышленные средства контроля герметичности / Под ред. А.С. Зажигина. М.: Машиностроение, 1977. -184 с.
67. Техника течеискания. Термины и определения: ГОСТ 26790-91.- М.; 1991,- 18с.
68. Универсальная система элементов промышленной пневмоавтоматики: Каталог. М.: ЦНИИ приборостр., 1972. - 28 с.
69. Шкатов Е.Ф. Пневморезисторный преобразователь перепада давлений // Измерительная техника. 1983. - № 8. - С. 36-37.
70. Электрические измерения неэлектрических величин / A.M. Туричин, П.В. Навицкий, Е.С. Левшина и др.; Под общ. ред. П.В. Навицкого. J1.: Энергия, 1975.-576 с.
71. Элементы и устройства пневмоавтоматики высокого давления: Каталог / Е.А. Рагулин, А.В. Никитский, А.П. Пятидверный и др.; Под общ. ред. А.И. Кудрявцева, А.Я. Оксененко. М.: НИИМАШ, 1978. - 156 с.
72. А. С. 157138 СССР, МКИ G 01 L; 42 к, 30/01. Устройство для контроля герметичности тары / P.M. Смелянский. 1964, БИ №19.
73. А. С. 286856 СССР, МКИ G 01 L 5/00. Устройство для проверки изделий на герметичность / С.Г. Сажин. 1972, БИ № 35.
74. А. С. 331267 СССР, МКИ G 01 L 19/08. Сигнализатор давления / И.В. Ке-рин, С.И. Романенко, Н.И. ТумановВ.Н. Стафеев, С.Ф. Яковлева. 1972, БИ №9.
75. А. С. 484427 СССР, МКИ G 01 М 3/26. Устройство для контроля утечки газа / B.C. Белобородое, В.Н. Стафеев, С.Ф. Яковлева. 1975, БИ № 34.
76. А. С. 655921 СССР, МКИ G 01 М 3/02. Устройство для контроля герметичности запорных элементов пневмоаппаратуры / А.П. Гридалов, А.П. Махов, Ю.П. Мосалев. 1979, БИ № 13.
77. А. С. 676887 СССР, МКИ G 01 М 3/02. Устройство для испытаний изделий на герметичность / С.Г. Сажин, Г.А. Живчиков, С.Т. Стариков и др. 1979, БИ № 28.
78. А. С. 705292 СССР, МКИ G 01 L 19/08. Сигнализатор давления / Г.П. Барабанов, А.А. Липатов, Ю.А. Осинский. 1979, БИ № 47.
79. А. С. 1024773 СССР, МКИ G 01 М 3/02. Устройство для контроля утечки газа / С.Г. Сажин, М.А. Фадеев, В.М. Мясников и др. 1983, БИ № 23.
80. А. С. 1167465 СССР, МКИ G 01 М 3/02. Автомат для контроля герметичности полых изделий / Л.М. Верятин, В.Е. Галкин, О.Е. Денисов и др. 1985, БИ № 26.
81. А. С. 1177707 СССР, МКИ G 01 М 3/02. Манометрический способ определения суммарной утечки газа из изделий/ В.М. Мясников, А.И. Юрченко. -1985, БИ № 33.
82. А. С. 1303864 СССР, МКИ G 01 L 19/08. Сигнализатор давления / Г.П. Барабанов, И.А. Морковин, Ю.А. Осинский. 1987, БИ № 14.
83. А. С. 1670445 СССР, МКИ G 01 М 3/02. Стенд для испытания изделий на герметичность / Ю.В. Захаров, А.Г. Суворов, А.И. Сутин и др. 1991, БИ № 30.
84. А. С. 1675706 СССР, МКИ G 01 L 19/08, 19/10. Сигнализатор давления / Г.П. Барабанов, А.Г. Суворов. 1991, БИ № 33.
85. Патент 2141634 РФ, МКИ G 01 М 3/02. Автоматизированный стенд для испытания изделий на герметичность / В.Г. Барабанов, М.Б. Диперштейн, Г.П. Барабанов. 1999, БИ № 32.
86. Патент 2156967 РФ, МКИ G 01 L 19/08. Сигнализатор давления / В.Г. Барабанов, М.Б. Диперштейн, Г.П. Барабанов. 2000, БИ № 27.
87. Патент 2194259 РФ, МКИ G 01 М 3/02. Автоматизированный стенд для испытания изделий на герметичность / В.Г. Барабанов, Г.П. Барабанов. 2002, БИ № 34.
88. Заявка 63-34333 Япония, МКИ G 01 М 3/32. Устройство для контроля утечек с автоматической компенсацией погрешности измерения / заявитель К. К. Косумо кэйки № 56-14844; заявл. 18.09.81; опубл. 19.07.89, Бюл. № 6 -859.
89. Заявка 63-53488 Япония, МКИ G 01 М 3/26. Устройство для испытаний на утечку / заявитель Обару Кики Коте К. К. № 55-67062; заявл. 22.05.80; опубл.2410.88, Бюл. № 6 1338.
90. Заявка № 63-63847 Япония, МКИ G 01 М 3/32. Способ обнаружения утечек / заявитель К. В. Фукуда. -№ 57-61134; заявл. 14.04.82; опубл. 06.12.88, Бюл. №6- 1577.
91. Пат. 3739166 ФРГ, МПК G 01 М 3/06. Прибор для контроля утечек / Magenbaner R., Reimold О., Vetter Н.; заявитель и патентообладатель Bayer GmbH Sondermaschinen Entwicklung und Vertnieb, 7300 Esslingen, DE. заявл. 19.11.87; опубл. 01.06.89, Бюл. № 22.
92. Ensberg E.S., Wesley J.C., Jensen Т.Н. Leak Telescope. // Rev. Sci. Instr., -1977. -v. 48, № 3. P. 357-359.
93. Holme A.E., Shulver R.L. Microprocessor controlled vacuum leak test plant for in line production leak testing. // Proc. 8-th Int. Vac. Congr. Trienn, Meet. Int. Union Vac. Sci., Technol. And Appl., Cannes, 22-26 Sept., 1980. V.2, - P. 360-363.
94. Lentges J.G. Experiences with fully automatic He-leak testing plants used in large scale serien production. // Proc. 8-th Int. Vac. Congr. Trienn, Meet. Int. Union Vac. Sci., Technol. And Appl., Cannes, 22-26 Sept., 1980.- V.2, P. 357-359.
Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.
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.
Автореферат диссертации по теме "Автоматизация контроля герметичности газовой арматуры на основе манометрического метода испытаний"
На правах рукописи
Барабанов Виктор Геннадьевич
АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ГАЗОВОЙ АРМАТУРЫ НА ОСНОВЕ МАНОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА ИСПЫТАНИЙ
Специальность 05 13 06 - Автоматизация и управление технологическими
процессами и производствами (промышленность)
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Волгоград - 2005
Работа выполнена в Волгоградском государственном техническом университете.
Научный руководитель - доктор технических наук, профессор
Сердобиндев Юрий Павлович.
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Чаплыгин Эдуард Иванович.
кандидат технических наук, доцент Ярмак Владимир Алексеевич.
Ведущая организация - ФГУП ЦКБ "ТИТАН", г. Волгоград
Выражается особая благодарность доктору технических наук, профессору 1Диперштейну Михаилу Борисовичу! за помощь при выполнении диссертационной работы.
Защита состоится « 2.?» июня_2005 г. в часов на заседании диссертационного совета К 212.028 02 при Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400131, г. Волгоград, проспект Ленина, 28.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета.
Ученый секретарь диссертационного совета ^^ " Быков Ю. М.
1 и ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В промышленном производстве запорной, распределительной, переключающей газовой арматуры существующей нормативно-технической документацией на ее приемку регламентируется стопроцентный контроль параметра "герметичность" В процессе функционирования ряда конструкций газовой арматуры допускается определенная утечка рабочей среды, превышение которой считается негерметичностью изделия Исключение брака при приемо-сдаточном контроле газовой арматуры повышает надежность, безопасность и экологическую чистоту всего оборудования, в котором она применяется.
Развитию современной теории и практики контроля герметичности посвящены исследования Зажигина А. С., Запунного А. И, Ланис В. А., Левиной Л. Е., Лемберского В. Б., Рогаль В. Ф., Сажина С. Г., Трущенко А. А., Фадеева М. А., Фельдмана Л. С. Анализ научно-технической и патентной литературы показал, что для испытаний на герметичность изделий только лишь посредством газообразной испытательной среды разработано девять методов и свыше ста автоматизированных устройств контроля. Однако сведения об автоматизации контроля герметичности газовой арматуры отражены в основном в патентных материалах. При этом данные об их исследовании в научно-технической литературе отсутствуют. Это объясняется тем, что при разработке и внедрении средств контроля герметичности газовой арматуры имеются существенные проблемы и ограничения. Большинство высокоточных методов и средств контроля можно и экономически целесообразно применять только в единичном или мелкосерийном производстве крупногабаритных изделий, в которых должна обеспечиваться полная герметичность. Газовая арматура, например, средства пневмоавтоматики, запорные краны для бытовых плит, как правило, малогабаритная и в ней допускается утечка рабочей среды, а объемы ее производства -не ниже серийного. При этом контроль герметичности газовой арматуры является трудоемким, длительным и сложным процессом, поэтому выбор метода для ее испытания на герметичность определяется возможностью создание на его основе высокопроизводительного, автоматизированного контрольно-сортировочного оборудования.
На основе анализа основных характеристик газовых методов испытаний на герметичность сделан вывод о перспективности использования для автоматизации контроля герметичности газовой арматуры способа сравнения и компрессионного способа, реализующих манометрический метод испытания. В научно-технической литературе этим способам уделено мало внимания из-за сравнительно низкой чувствительности манометрического метода испытаний, однако отмечается, что он наиболее легко автоматизируется. При этом отсутствуют методика расчета и рекомендации по выбору параметров устройств контроля герметичности, выполненных по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления, который наиболее соответствует работе газовой арматуры под постоянным давлением. В связи с этим обработка и исследование средств контроля герметичности газовой армат^4г"^ИП"ЖНтШ!их основе высокопроизводительного, автомафзировмивмтемконтрольно-
сортировочного оборудования является актуальной научной и практической задачей. Актуальность работы подтверждена ее выполнением в рамках госбюджетной НИР № 35-53/302-99 "Исследование процессов автоматического контроля и управления сложных нелинейных систем".
Цель работы. Разработка и исследование средств контроля герметичности газовой арматуры, для которой допускается определенная утечка рабочей среды, и создание на этой основе высокопроизводительных, автоматизированных контрольно-сортировочных устройств, а также разработка рекомендаций по их расчету и проектированию.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Определить математические модели для выбранных способов реализации манометрического метода испытаний на герметичность, что позволит установить и исследовать зависимости для основных параметров схем, соответствующих этим способам испытаний и выявить наиболее перспективный способ для создания на его основе средств контроля герметичности газовой арматуры.
2. Провести теоретическое исследование временных характеристик схем контроля герметичности для компрессионного способа с отсечкой испытательного давления и способа сравнения с непрерывной подачей испытательного давления, что позволит определить пути уменьшения продолжительности контроля.
3. Осуществить разработку экспериментальной установки и опытных моделей, которые позволят исследовать точностные, статические и динамические характеристики устройств контроля герметичности.
5. Осуществить разработку типовых схем и конструкций, обеспечивающих автоматизацию контроля герметичности газовой арматуры по манометрическому методу, а также алгоритмов для автоматизированного расчета их рабочих параметров и конструктивных элементов.
Методы исследования. Теоретические исследования проведены на основе законов газовой динамики, методов вычислительной математики с использованием современных вычислительных средств. Экспериментальные исследования выполнены с применением статистической обработки результатов измерений и вероятностных расчетов.
Научная новизна:
Предложены математические выражения, устанавливающие зависимость времени контроля герметичности по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления от величины этого давления, величины контролируемой утечки, конструктивных параметров эталонной и измерительной линий устройства контроля при различных газодинамических реЖим"р: его "работы.
Получены аналитические зависимости измерительного давления от величины контролируемой утечки, чувствительности контроля герметичности способом сравнения от величины испытательного давления и утечки при различных режимах течения газа на входных дросселях линий устройства контроля.
Практическая ценность:
Разработаны конструкция датчика герметичности с улучшенными рабочими характеристиками для автоматизации манометрического метода испытания, защищенная патентом РФ № 2156967, и методика его расчета
Разработаны конструкции автоматизированного многопозиционного стенда для контроля герметичности по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления и его основных устройств, защищенные патентами РФ № 2141634, № 2194259; предложены методики расчета и рекомендации по выбору рабочих параметров этих конструкций.
Предложены алгоритмы для автоматизированного выбора и расчета параметров устройств, разработанных для автоматизации контроля герметичности по манометрическому методу испытания.
На защиту выносятся:
Временные характеристики схемы контроля герметичности по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления и результаты их теоретического и экспериментального исследования.
Результаты теоретического исследования влияния величины испытательного давления, величины утечки на чувствительность контроля герметичности по способу сравнения и сравнительная оценка чувствительности этого способа с чувствительностью компрессионного способа контроля герметичности.
Результаты исследований статических, динамических и точностных характеристик устройства контроля герметичности по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления.
Математическая модель физических процессов, протекающих в датчике герметичности при манометрическом методе испытания и методика его расчета
Новые конструкции автоматизированного многопозиционного стенда для контроля герметичности, датчика герметичности с улучшенными рабочими характеристиками, обеспечивающих автоматизацию контроля герметичности по манометрическому методу испытаний.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на IV Международной Научно-технической конференции "Техника и технология сборки машин" (г, Жешув, Польша
2001г.), на Всероссийской конференции с международным участием "Прогрессивные техпроцессы в машиностроении" (Тольятти, 2002 г.), на VI традиционной научно-технической конференции стран СНГ "Процессы и оборудование экологических производств" (г. Волгоград, 2002 г.), на Международной конференции "Актуальные проблемы конструкторско-технологического обеспечения машиностроительного производства" (г.Волгоград, 2003 г.), на Межрегиональной научно-технической конференции "Прогрессивные технологии и средства автоматизации в промышленности" (г.Волгоград, 1999 г.), на конференциях молодых ученых Волгоградской области (г. Волгоград, 1997-2004 гг.), на ежегодных научных конференциях ВолгГТУ (1997-2005 гг.).
Публикация. Основные материалы диссертации опубликованы в 21 печатной работе, в том числе 3 патентах РФ.
Объем работы. Диссертационная работа изложена на 158 страницах машинописного текста, иллюстрируется 44 рисунками, 7 таблицами и состоит из введения, 4 глав, общих выводов, списка использованной литературы из 101 наименования и 2 приложений на 18 страницах
Во введении обоснована актуальность работы, кратко изложено ее содержание.
В первой главе приведены основные термины и определения, используемые в исследовании. Отмечено, что контроль герметичности газовой арматуры, работающей под давлением, - это вид неразрушающего испытания, состоящий в измерении или оценке суммарной утечки пробного вещества проникающего через неплотности для сравнения с допустимой величиной утечки. В данном исследовании к объектам испытания относятся средства промышленной пневмоавтоматики, работающей под давлением до 1,0 МПа, и запорные краны бытовых газовых плит, работающие при давлении до 3000 Па Рассмотрены особенности контроля герметичности газовой арматуры. На основе обзора научно-технической и патентной литературы предложена классификация газовых методов испытания на герметичность и средств их реализации. Приводятся обзоры и анализ известных конструкций датчиков, автоматизированных систем и устройств контроля герметичности, которые позволили сделать вывод о преимуществах и перспективности применения манометрического метода испытания для создания средств автоматического контроля газовой арматуры.
На основе вышеизложенного сформулированы цель и задачи теоретического и экспериментального исследования.
Во второй главе рассматриваются вопросы, связанные с теоретическим исследованием временных зависимостей и оценкой чувствительности при контроле герметичности по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления.
Определены возможные режимы течения через йеплотности при наличии утечки в рассматриваемых объектах испытания (газовой арматуре), которые могут быть ламинарными и турбулентными.
На рис 1, а представлена схема, поясняющая контроль герметичности по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления Схема состоит го измерительной линии ИЛ и линии ЭЛ эталонного давления, входы которых подключены к общему источнику испытательного давления р0, а выходы соединены с атмосферой. Линия эталонного давления содержит входное пневматическое сопротивление (дроссель) проводимостью емкоаь с регулируемым объемом и выходное пневматическое сопротивление с регулируемой проводимостью /2, которые предназначены для настройки схемы. Измерительная линия содержит входное пневматическое сопротивление проводимостью /3 и объект испытания ОИ, который можно представить в виде емкости объемом Уа, имеющей течь эквивалентную потоку газа через пневматическое сопротивление проводимостью /4. Сравнение давлений в линиях схемы осуществляется посредством дифференциального манометрического измерительного устройства ИУ. Каждая линия схемы представляет собой проточную емкость.
Графические зависимости изменения давления в измерительной и эталонной линиях данной схемы контроля герметичности приведены на рис. 1, б. За-
Рис. 1 Контроль герметичности по способу сравнения а - схема контроля, б - графические зависимости.
темненный участок, ограниченный значениями давлений р0 и рг- это область соответствующая допустимой утечке На нижнюю границу участка (график 1) настроена линия эталонного давления рэ. Если утечка в контролируемом изделии отсутствует, то установившееся давление в измерительной линии будет равно, испытательному давлению ря-р0, и оно совпадает с верхней границей затемненного участка (график 2). Если величина утечки в пределах допустимой, то установившееся давление р"и в измерительной линии будет находиться в пределах затемненного участка (график 3) Если величина утечки превышает допустимую, то установившееся давление р"я будет ниже затемненного участка (график 4) Таким образом, регистрируя соотношение ръ и ри по истечении времени контроля ¡к можно судить о величине утечки газа, а, следовательно, -о герметичности испытуемого изделия.
Получены уравнения для проточной емкости с входным и выходным дросселями соответствующие:
1раничному условию перехода от турбулентного течения к ламинарному на ламинарном входном дросселе в зависимости от утечки
где Ру - установившееся давление в проточной емкости, - диаметр входного дросселя;
граничному условию перехода от ламинарного течения к турбулентному на выходном ламинарном дросселе в зависимости от утечки
РЛРг-РшГ- 3,314-10"(2)
где ¡2 - длина выходного дросселя;
граничному условию перехода от турбулентного течения к ламинарному на турбулентном входном дросселе в зависимости от утечки
2 8,536-10" Р0----
Определены зависимости для расчета временных интервалов, при различных режимах течения газа на входном и выходном дросселях в проточной емкости, на основании которых, а также уравнений (1.3), получены зависимости для расчета времени контроля, представленные в таблице 1. В данных зависимостях приняты следующие обозначения: рл - граничное давление для входного дросселя; рт2 - граничное давление для выходного дросселя
В результате исследования зависимости г = ф(/?)-времени испытания от давления в проточной емкости установлено, что для уменьшения времени контроля герметичности в схемах, выполненных по способу сравнения необходимо: уменьшать испытательное давление; объемы эталонной и измерительной линий задавать равными и минимально возможными; устанавливать продолжительность контроля равную времени достижения установившегося давления в эталонной линии.
Рассчитаны формулы для определения чувствительности У, контроля герметичности способом сравнения:
при турбулентном докритическом режиме на входном дросселе
\Рт, + Р* Ро-Руу, где Уэ, р^ -утечка и установившееся давление в эталонной линии, ри - давление, соответствующее порогу чувствительности дифференциального манометрического устройства;
при ламинарном режиме течения на входном дросселе
Таблица 1 Временные зависимости для расчета времени контроля
Варианты соотношения давлений
Последовательность изменения режимов течения на входном и выходном дроссе-яях в переходном процессе
Временные зависимости
Рп >Ру Ру >2 р, Ра *4р„ Ра <2рл
1 .турбулентный надкритический-ламинарный -> 2.турбулентный надкритический- турбулентный док-ритический-» Зтурбулентный надкритический-турбулентный надкритический-^ 4.турбулентный докритиче-ский- турбулентный надкритический
■ аг^!^- - - 2кт -
-(0,5яАт - 1п| Д? -2А, у[Щ) - А 1п|*т - 0,5| +
к,. .1-^- + <7-9,2 2ЙТ 12
Ук, \ 2 , „ , | ?!у
мость входного дросселя при турбулентном течении,
*,„ = - Ч),
/V) >/>у Ру >2/»., Л,
1 .турбулентный надкритический-ламинарный ->
2 турбулентный надкритический-турбулентный надкритический-» Зтурбулентный докритаче-ский - турбулентный надкритический
-(0,5*4, - 1п|Д5- 2кт + А 1п|Лт - 0,5| -
А 1п|*7 - 2^ + т 1я
Графические зависимости 4 чувствительности от давления, со- 3 5 ответствующего допустимой утеч- з ке, У, =ф(рд) для компрессион- ^ ^ ного способа контроля герметичности И Уч =Ф (Рзу) для контроля герметичности по способу сравнения при различных величинах рп
У„,х10 м /с
А"Ау"
представлены на рис. 3 и при раз- 3 34 36 38 4
личных р0 - на рис. 4. При срав- Рис 3 Графики" ^„¿^^ у,^); ! _
нительной оценке чувствительно- ^=3000 Па, 2-/,„=2000 Па. Графики зависимое™ сти контроля герметичности ком- уч=Ф^):3^п = 3000Па;4-Рп = 2000Ш.
Х10"*м" /с /
Р>"РЧ>
прессионным способом и иссле- 1 дуемым способом сравнения уста- 4 новлено, что при сходных рабочих 3 5 параметрах, одинаковом испыта- ^ тельном давлении и пороге чувствительности манометрического 2"5 измерительного устройства чувст- 2 вительность схем контроля, вы- 1,5 полненных по способу сравнения,) выше в среднем на 40 %. о,5
На основе результатов теоре- 3 3,2 3,4 3,6 3,8
тического исследования по спосо- Рис. 4 Графики зависимости У„ =<р (рд):1-
бу сравнения с непрерывной пода- ^ - 5 -ю"Па; 2-р„ = 4,5-10511а; 3- д, =4-105Па.
чей испытательного давления _ . ., / \ . ,
Графики 1аниеимоС1 и У = Ф (р«,):4 р„ = 5 -10 Па, предложены рекомендации по вы- ; ^ "
бору параметров, как основа для 5 - р0 = 4,5 10 Па; 6~ро =410 Па. разработки методики расчета и проектирования устройств контроля герметичности газовой арматуры по данному способу.
В третьей главе приведены результаты экспериментального исследования статических и динамических характеристик схемы контроля герметичности по способу сравнения.
Исследование выполнялось на специальном лабораторном стенде, который снабжен необходимыми измерительными приборами и обеспечивает подготовку сжатого воздуха по чистоте и по стабилизации давления в требуемом диапазоне, а также на экспериментальной установке, позволяющей моделировать устройства контроля герметичности и исследовать их характеристики. Экспериментальное исследование проводилось по разработанной методике с использованием серийных образцов запорных кранов бытовых газовых плит (при низком испытательном давлении), аппаратуры пневмоавтоматики (при среднем и высоком испытательном давлении), а также моделей течей.
Для проверки работоспособности схемы контроля герметичности, выполненной по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления, был проведен эксперимент по определению характеристики р = /(г)- изменения давления в ее линиях за время контроля при высоком (рис. 5,а), низком испытательном давлении (рис. 5,6), которые используются при контроле герметичности в различной газовой арматуре. Анализ полученных графических зависимостей показал, что разность между расчетными и экспериментальными значениями давления в емкости линии на всем протяжении графиков не более 6 %.
Для практического подтверждения возможности использования линий с проточной емкостью для построения схем контроля герметичности по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления определены их экспериментальные характеристики р = /(?) при различных значениях утечки воздуха: У, < Уя < У2. В эксперименте были приняты параметры, соответствующие техническим характеристикам 21 наименования пневмоаппаратуры, приведенным в нормативно-технических материалах. На рис. 6 приведены гра-
теоретическая р, кПа -1
теоретическая
0 10 20 30 40 50 60 70 /, 0 20 40 60 80 100 120 140 t,с
Рис 5 Графики характеристики р = f(t) проточной емкости линии при испытательном давлении: а - высоком (0,4 МПа); б - низком (15 кПа)
фики характеристики р = /(г), полученные экспериментальным путем в интер вале малого изменения давления, что соответствует рабочему участку. Характеристика 1 соответствует величине утечки У) = 1,12-Ю-5 м3 /с для годных изделий; характеристика 2 - утечке Уд = 1,16-Ю"5 м3 /с; характеристика 3 - утечки У2 = 1,23-10~5м3/с для бракованных изделий. Величина соответствует времени достижения установившегося давления при утечке У!; величина 12 -времени достижения установившегося давления при утечке У д; величина г3 -времени достижения установившегося давления при утечке У2. Таким образом, полученные экспериментальные характеристики р = /(/) (рис. 6) подтверждают выводы из теоретического исследования о возможности построения устройств для контроля герметичности по схеме способа сравнения с непрерывной подачей испытательного давления. Причем в эталонной линии должно устанавливаться давление рэ соответствующее допустимой для контролируемого изделия утечке (график 2); в измерительной линии схемы за время контроля /к будет устанавливаться давление ра соответствующее утечке в годном (график 1) или бракованном изделии (график 3). Разница между р, и рк является мерой утечки газа в контролируемом изделии. При этом время контроля должно задаваться равным времени 12 достижения установившегося давления в эталонной линии, что будет соответствовать необходимому (при этом минимально допустимому) времени контроля так как за это время гарантировано достигается установившееся давление измерительной линии при годном контролируемом изделии, в котором У < Уд. В случае бракованного изделия, у которого У > Уд, время достижения установившегося значения будет больше и при работе схемы может не выдерживаться.
На рис. 7 приведены графики характеристики / = /(У) линии с проточной
емкостью. Анализ представленных графических характеристик / = /(У) показал, что различие между экспериментальными и расчетными значениями времени не более 5 %.
Рис. 6 Графики характеристики р = /(I) Рис. 7 Графики характеристики /с
Экспериментальное исследование характеристики? = /(К) подтвердило теоретическую рекомендацию о том, что при использовании схем контроля герметичности по способу сравнения необходимо обеспечивать равные объемы эталонной и измерительной линий, что уменьшает погрешность контроля. При этом объемы линий должны быть минимально возможными (желательно менее 4-10"4м1), что позволяет уменьшить время контроля, а, следовательно, повысить производительность контрольно-сортировочных устройств.
На рис. 8 приведены графики статической характеристики рт - /(У), полученные при высоком (/?о~0,4 МПа), низком (р0=15 кПа) испытательном давлении и различных диаметрах входных дросселей. Из анализа полученных ха-
Рис. 8 Экспериментальные характеристики рт = ((У) измерительной линии схемы контроля герметичности: а - р0 = 0,4 МПа; б - р0 =15 кПа
рактеристик рку = /(У) следует: с ростом испытательного давления р„ чувствительность схемы контроля уменьшается, что совпадает с аналитическими зависимостями; с уменьшением диаметра d входного дросселя измерительной линии чувствительность схемы контроля возрастает, но при этом уменьшается диапазон контролируемой утечки, для увеличения которого требуется увеличение испытательного давления ра. Причем величина давления р>у в эталонной
линии, соответствующая допустимой утечке У д, может задаваться в зависимости от требуемой чувствительности и рабочих параметров схемы контроля по соответствующим экспериментальным графикам риу = /(У). При этом р>у будет совпадать с величиной риу для заданной У4. Возможные варианты выбора р.)у для определенной Уд показаны пунктиром на графиках рис. 8.
Экспериментальная проверка работоспособности и оценка точностных ха- р рактеристик устройства для контроля герметичности по способу сравнения бы- У, =1,0x10 5м"/с
ла выполнена на опытной модели данного устройства. Для проверки работоспособ- g ности устройства для контроля герметичности проведено исследование его рабочей характеристики Др = fit) - зависимости разности давлений в измерительной и о эталонной линиях от продолжительности контроля при различных значениях утечки, которая приведена на рис 9. Из анализа полученных графиков характеристики Др = /(0 следует, что для каждой вели- Рис. 9 Графики рабочей характеристики чины утечки У, за время контроля?„= 63с До = ДО
устанавливается определенное, соответствующее именно этой величине утечки, значение перепада давления Ар, по которому можно судить о годности или браке контролируемого изделия по параметру "герметичность".
Погрешность 5К устройств, основанных на схеме сравнения, определим как суммарную среднеквадратическую погрешность по формуле
= ^ + 5д2+5у2+5р2+5„2 , (6)
где SM - погрешность дифференциального манометрического датчика; Sд - погрешность из-за не идентичности параметров входных дросселей; Sy - погрешность задания утечки в эталонной линии; Sp - погрешность от нестабильности испытательного давления; Sa - погрешность от различия пневматических емкостей в измерительной и эталонной линиях. Рассчитанная по формуле (6) суммарная погрешность устройства не превышает 3,5 %, что является хорошим показателем точности для манометрического метода испытаний.
Для оценки достоверности сортировки изделий по параметру
"герметичность" на автоматическом контрольно-сортировочном оборудовании была использована установка, позволяющая измерять величину утечки в запорных газовых кранах. В результате измерения утечки в партии 1000 изделий были получены опытные данные, представленные в виде таблицы и гистограммы распределения давления, эквивалентного величине утечки в запорных кранах. На основании вероятностного расчета достоверности сортировки изделий по параметру "герметичность" предложены рекомендации, позволяющие при настройке автоматизированных контрольно-сортировочных устройств исключить попадание бракованных изделий в годные.
Четвертая глава посвящена практической реализации результатов исследования.
Дано описание типовых схем автоматизации манометрического метода испытаний и рекомендации по проектированию автоматизированного оборудования для контроля герметичности.
Разработана конструкция датчика герметичности с улучшенными рабочими характеристиками (патент РФ № 2156967), предназначенного для автоматизации манометрического метода испытания на герметичность, позволяющая учитывать изменение давления пробного газа в широком диапазоне, а также задавать и отслеживать время контроля. Предложены математическая модель физических процессов, протекающих в датчике при его функционировании, и методика расчета данного датчика
Для контроля герметичности газовой арматуры разработан переналаживаемый многопозиционный автоматизированный стенд оригинальной конструкции (патенты РФ № 2141634, № 2194259), обеспечивающий контроль и сортировку газовой арматуры по параметру "герметичность" с высокой производительностью. В автоматическом режиме на стенде осуществляются следующие операции: зажим и уплотнение изделия на время испытания под давлением; подача пробного газа в изделие и под держание испытательного давления на заданном уровне с требуемой точностью; выдержка изделия под испытательным давлением в течение заданного времени; выбор контрольного устройства в зависимости от уровня испытательного давления; стыковка испытательного блока с контрольным модулем; регистрация результатов контроля, расстыковка испытательного блока и контрольного модуля, расфиксация изделия; осуществление шагового перемещения поворотного стола с требуемой выдержкой времени и точностью.
Приведена методика расчета параметров контрольных модулей стенда, выполненных по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления.
Предложены методики расчета двух вариантов герметизирующих уплотнений, обеспечивающих надежную установку изделий на испытательные блоки автоматизированного стенда.
Приведена номограмма для определения производительности автоматизированного стенда для контроля герметичности, которая позволяет по принятой продолжительности рабочего цикла определять максимально возможную часовую производительность стенда, выбирать рациональное количество испытательных блоков и соответствующую скорость вращения стола.
Разработаны алгоритмы выбора и расчета параметров устройств для автоматизации контроля герметичности изделий.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ
1. Установлено, что создание автоматизированных устройств для контроля герметичности, выполненных по схеме сравнения с непрерывной подачей испытательного давления, является перспективным направлением в решении проблемы автоматизации приемо-сдаточных испытаний в производстве газовой арматуры. Целесообразность и эффективность применения таких автоматизированных устройств основывается на их сравнительной простоте и удобстве эксплуатации, необходимых точностных характеристиках, а также на соответствии процесса контроля этими устройствами реальным техническим условиям функционирования газовой арматуры.
2. Определены временные зависимости, теоретическое исследование которых дало возможность установить, что для уменьшения времени контроля герметичности по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления необходимо: эталонную и измерительную линии схемы контроля выбирать равными и минимально допустимыми по емкости; уменьшать величину испытательного давления; устанавливать продолжительность контроля равную времени достижения установившегося давления в эталонной линии.
3. Установлено, что при одинаковых испытательных давлениях и порогах чувствительности используемых манометрических измерительных устройств, чувствительность схемы контроля, основанной на способе сравнения с непрерывной подачей испытательного давления, выше, чем чувствительность схемы контроля, реализующей компрессионный способ.
4. Результаты исследования схем контроля герметичности, основанных на способе сравнения с непрерывной подачей испытательного давления, выявили расхождение теоретических и экспериментальных характерисшк на их рабочих участках не более 5 %, что позволило определить зависимости для выбора рабочих параметров соответствующих контрольно-сортировочных устройств.
5. Экспериментальное исследование опытной модели устройства для контроля герметичности при величине учечки и испытательном давлении, соответствующих техническим характеристикам серийной пневмоаппаратуры, подтвердило возможность создания автоматизированных контрольно-сортировочных устройств, выполненных на основе способа сравнения, погрешность которых не превышает 3,5 %, а чувствительность соответствует установленному диапазону чувствительности для манометрического метода испытаний на герметичность.
10. Все методики расчета устройств, используемых для автоматизации контроля герметичности, представлены в виде алгоритмов, что совместно с их " типовыми схемами и конструкциями дает возможность создания САПР оборудования для автоматизации манометрического метода испытания на герметичность.
1. Барабанов В.Г. Разработка средств авгоматизации компрессионного способа контроля герметичности // Прогрессивные технологии и средства автоматизации в промышленности: Матер. Межрегион. Науч.-техн. Конф., 11-14 сент. 1999 г. / ВолгП У. - Волгоград, 1999. - С. 14-15.
2. Барабанов В.Г. Автоматизация контроля герметичности газовой запорной арматуры И IV Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г. Волгоград, 8-11 декабря 1998 г.: Тезисы докладов / ВолгГТУ и др.- Волгоград, 1999. - С. 95-96.
3. Барабанов В.Г. К вопросу об исследовании манометрического метода испытаний на герметичность // Автоматизация технологических производств в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ,- Волгоград, 1999. - С. 67- > 73.
4. Барабанов В.Г. Пути автоматизации контроля герметичности газовой запорной аппаратуры // V Региональная конференция молодых исследователей " Волгоградской области, г. Волгоград, 21-24 ноября 2000 г.: Тезисы докладов / ВолгГТУ и др.- Волгоград, 2001. - С. 67-68.
5. Барабанов В.Г. Алгоритм выбора временной характеристики дифференциальной схемы контроля герметичности // Автоматизация технологических производств в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ - Волгоград, 2001.-С. 92-96.
6. Барабанов В.Г. Автоматизация контроля качества сборки газовой аппаратуры // Техника и технология сборки машин (ТТММ-01): Матер. IV Между-нар. Науч.-техн. конф. - Жешув, 2001. - С. 57-60.
7. Барабанов В.Г. Разработка и исследование датчиков герметичности с улучшенными рабочими характеристиками // VI Региональная конференция
молодых исследователей Волгоградской области, г. Волгоград, 13-16 ноября 2001 г.: Тезисы докладов / ВолгГТУ и др.- Волгоград, 2002. - С. 35-36.
8. Барабанов В.Г. Производительность автоматизированных стендов для контроля герметичности дискретно-непрерывного действия // Автоматизация технологических производств в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ,- Волгоград, 2002. - С. 47-51.
9. Барабанов В.Г. Автоматизация контроля качества сборки газовой арматуры по параметру "герметичность" // Вестник автомеханического ин-та: Труды Всерос. конф. с международ, участ. "Прогрессивные процессы в машиностроении" / Тольяттинский гос. ун-т - Тольятти, 2002. - № 1.- С. 27-30.
10. Барабанов В.Г. Контроль утечки газа на промышленных и бытовых установках // Процессы и оборудование экологических производств- Материалы VI традиционной науч. Техн. Конф. Стран СНГ / ВолгГТУ и др.- Волгоград, 2002. - С. 116-119.
11. Барабанов В.Г. Устройство для автоматического зажима и уплотнения газовых кранов при испытании на герметичность // Автоматизация технологических производств в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ - Волгоград, 2003. - С. 75-79.
12. Барабанов В.Г. Автоматизация контроля утечки газа в запорной арматуре // Актуальные проблемы конструкторско-техноло! ического обеспечения машиностроительного производства: Матер, междунар. конф., 16-19 сент. 2003г. / ВолгГТУ и др. - Волгоград. 2003. - С. 228-230.
13. Барабанов В.Г. Разработка автоматизированного оборудования для контроля герметичности газовой запорной аппаратуры // VIII Региональная конференция молодых исследователей Волгоградской области, г. Волгоград, 11-14 ноября 2003 г.: Тезисы докладов / ВолгГТУ и др.- Волгоград, 2004. -С. 90-91.
14. Барабанов В.Г. Исследование временных зависимостей схемы контроля герметичности по способу сравнения // Изв. ВолгГТУ. Сер. Автоматизация технологических процессов в машиностроении: Межвуз. сб. науч. статей. - Волгоград, 2004. - Вып. 1. - С. 17-19.
15. Диперштейн М.Б., Барабанов В.Г. Особенносш построения схем автоматизации контроля герметичности запорных кранов // Автоматизация технологических производств в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / Волг ГТУ. Волгоград, 1997. - С. 31 -37.
16. Диперштейн М.Б., Барабанов В.Г. Применение мостовых измерительных схем для автоматизации маномегрического метода контроля ¡ерметичио-сти. // Автоматизация технологических производств в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ - Волгоград, 1998. - С. 13-24.
17. Диперштейн М.Б., Барабанов В.Г. Разработка типовой математической модели сигнализаторов давления // Автоматизация технологических производств в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ - Волгоград, 1999. -С. 63-67.
18. Диперштейн М.Б. Барабанов В.Г. Автоматизация контроля качества газовой запорной арматуры по параметру герметичность // Автоматизация техно-
логических производств в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ-Волгоград, 2000. - С. 14-18.
19. Патент 2141634 РФ, МКИ в 01 М 3/02. Автоматизированный стенд для испытания изделий на герметичность / В.Г. Барабанов, М.Б. Диперштейн, Г.П. Барабанов. - 1999, БИ № 32.
20. Патент 2156967 РФ, МКИ в 01 Ь 19/08. Сигнализатор давления / В.Г. Барабанов, М.Б. Диперштейн, Г.П. Барабанов. - 2000, БИ К" 27.
21. Патент 2194259 РФ, МКИ в 01 М 3/02. Автоматизированный стенд для испытания изделий на герметичность / В.Г. Барабанов, Г.П. Барабанов. - 2002, БИ № 34.
Подписано в печать 21.0?. 2005 г. Заказ № "522 ■ Тираж 100 экз. Печ. л. 1,0. Формат 60 х 84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная.
Типография «Политехник» Волгоградского государственного технического университета.
400131, Волгоград, ул. Советская,35
РНБ Русский фонд
Введение.:.
Глава 1 Анализ состояния проблемы автоматизации контроля герметичности и постановка задачи исследования.
1.1 Основные термины и определения, используемые в настоящем исследовании.
1.2 Особенности контроля герметичности газовой арматуры.II
1.3 Классификация газовых методов испытания и анализ возможности их применения для контроля герметичности газовой арматуры.
1.4 Обзор и анализ средств автоматического контроля герметичности по манометрическому методу.
1.4.1 Первичные преобразователи и датчики для автоматических систем контроля герметичности.
1.4.2 Автоматизированные системы и устройства контроля герметичности.
Цель и задачи исследования.
Глава 2 Теоретическое исследование манометрического метода испытания на герметичность.
2.1 Определение режимов течения газа в объектах испытания.
2.2 Исследование компрессионного способа испытания на герметичность.
2.2.1 Исследование временных зависимостей при контроле герметичности компрессионным способом.
2.2.2 Исследование чувствительности контроля герметичности компрессионным способом с отсечкой.
2.3 Исследование способа сравнения с непрерывной подачей испытательного давления.
2.3.1 Схема контроля герметичности по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления.
2.3.2 Исследование временных зависимостей при контроле герметичности по способу сравнения.
2.3.3 Исследование чувствительности контроля герметичности по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления.
2.3.4 Сравнительная оценка чувствительности контроля герметичности компрессионным способом с отсечкой и способом сравнения.
Выводы к главе 2.
Глава 3 Экспериментальное исследование параметров схем контроля герметичности, выполненных на основе способа сравнения.
3.1 Экспериментальная установка и методика исследования.
3.1.1 Описание экспериментальной установки.
3.1.2 Методика исследования схем контроля герметичности.
3.2 Экспериментальное исследование схемы контроля герметичности на основе способа сравнения.
3.2.1 Определение характеристики р = /(/) линий схемы контроля герметичности.
3.2.2 Исследования временных характеристик линий схемы контроля герметичности по способу сравнения.
3.2.3 Исследование статической характеристики измерительной линии схемы контроля герметичности.
3.3. Экспериментальное исследование устройства для контроля герметичности, выполненного на основе способа сравнения.
3.3.1 Исследование модели устройства для контроля герметичности с дифференциальным манометрическим датчиком.
3.3.2 Оценка точностных характеристик устройств для контроля герметичности, выполненных по схеме сравнения.
3.4 Вероятностная оценка достоверности сортировки изделий при контроле герметичности по способу сравнения.
3.4.1 Экспериментальное исследование распределения величины давления, эквивалентного утечке пробного газа в партии изделий.
3.4.2 Статистическая обработка результатов эксперимента по оценке достоверности сортировки.
4.3 Разработка датчиков герметичности с улучшенными рабочими характеристиками.
4.3.1 Конструкция датчика герметичности.
4.3.2 Математическая модель и алгоритм расчета датчика герметичности.
4.4 Разработка автоматизированного стенда для контроля герметичности
4.4.1 Конструкция автоматизированного многопозиционного стенда.
4.4.2 Выбор параметров схем контроля герметичности.
4.4.2.1 Методика расчета параметров схемы контроля герметичности по компрессионному способу с отсечкой.
4.4.2.2 Методика расчета параметров схемы контроля герметичности по способу сравнения.
4.4.3 Определение производительности автоматизированного стенда для контроля герметичности.
4.4.4 Определение параметров герметизирующих уплотнений для автоматизированного стенда.
4.4.4.1 Методика расчета уплотняющего устройства с цилиндрической манжетой.
4.4.4.2 Методика расчета торцевого кольцевого уплотнения.
Введение 2005 год, диссертация по информатике, вычислительной технике и управлению, Барабанов, Виктор Геннадьевич
Важной проблемой в ряде отраслей промышленности является повышение требований к качеству и надежности выпускаемой продукции. Это вызывает острую необходимость в совершенствовании существующих, создании и внедрении новых методов и средств контроля, в том числе контроля герметичности, который относится к дефектоскопии - одному из видов контроля качества систем и изделий .
В промышленном производстве запорной и распределительной арматуры, в которой рабочей средой является сжатый воздух или другой газ, существующими стандартами и техническими условиями на ее приемку регламентируется, как правило, стопроцентный контроль параметра "герметичность" . Основным узлом (рабочим элементом) такой арматуры является подвижная пара "плунжер-корпус" или поворотный клапанный элемент, которые работают в широком диапазоне давлений. Для герметизации газовой арматуры применяются различные уплотнительные элементы и смазки (герметики). В процессе функционирования ряда конструкций газовой арматуры допускается определенная утечка рабочей среды . Превышение допустимой утечки из-за некачественной газовой арматуры может привести к неправильному (ложному) срабатыванию производственного оборудования, на котором она установлена, что может вызвать серьезную аварию. В бытовых газовых плитах повышенная утечка природного газа может стать причиной пожара или отравления им людей. Поэтому превышение допустимой утечки индикаторной среды при соответствующем приемо-сдаточном контроле газовой арматуры считается негерметичностью, т. е. браком изделия, а исключение брака повышает надежность, безопасность и экологическую чистоту всего агрегата, прибора или устройства, в котором газовая арматура применяется.
Контроль герметичности газовой арматуры является трудоемким, длительным и сложным процессом. Например, в производстве пневматической миниап-паратуры он занимает 25-30 % от общей трудоемкости и до 100-120 % от времени сборки . Решить эту проблему в крупносерийном и массовом производстве газовой арматуры можно применением автоматизированных методов и средств контроля, которые должны обеспечить требуемую точность и производительность . В реальных производственных условиях решение этой проблемы часто осложняется применением методов контроля, которые обеспечивают необходимую точность, но трудно поддаются автоматизации из-за сложности метода или специфики испытательной аппаратуры.
Для испытаний на герметичность изделий только лишь посредством газообразной испытательной среды разработано около десяти методов, для реализации которых создано свыше ста различных способов и средств контроля . Развитию современной теории и практики контроля герметичности посвящены исследования Зажигина А. С., Запунного А. И., Ланис В. А., Левиной Л. Е., Лемберского В. Б., Рогаль В. Ф., Сажина С. Г., Тру-щенко А. А., Фадеева М. А., Фельдмана Л. С.
Однако при разработке и внедрении средств контроля герметичности имеется ряд проблем и ограничений. Так большинство высокоточных методов можно и целесообразно применять только к крупногабаритным изделиям, в которых обеспечивается полная герметичность. Кроме того, накладываются ограничения экономического, конструктивного характера, экологические факторы, требования безопасности для обслуживающего персонала. В серийном и крупносерийном производстве, например, средств пневмоавтоматики, газовой арматуры для бытовой техники, в которой при приемо-сдаточных испытаниях допускается определенная утечка индикаторной среды и, следовательно, требования к точности контроля снижаются, на первое место при выборе метода контроля герметичности выдвигается возможность его автоматизации и обеспечения на этой основе высокой производительности соответствующего контрольно-сортировочного оборудования, что необходимо при стопроцентном контроле качества продукции.
Анализ особенностей оборудования и основных характеристик наиболее применяемых в промышленности газовых методов испытаний на герметичность позволил сделать вывод о перспективности для автоматизации контроля герметичности газовой арматуры использования способа сравнения и компрессионного способа, реализующих манометрический метод. В научно-технической литературе этим способам испытаний уделено мало внимания из-за их сравнительно низкой чувствительности, однако отмечается, что они наиболее легко автоматизируются . При этом отсутствуют какие-либо рекомендации по выбору и расчету параметров устройств контроля герметичности, выполненным по схеме сравнения с непрерывной подачей испытательного давления. Поэтому актуальными и важными являются исследования в области газодинамики глухих и проточных емкостей, как элементов схем контроля, а также техники измерения давления газа в качестве основы для создания новых типов преобразователей, датчиков, устройств и систем автоматического контроля герметичности изделий, перспективных для использования в производстве газовой арматуры.
При разработке и внедрении автоматизированных устройств контроля герметичности возникает важный вопрос достоверности контрольно-сортировочной операции. В связи с этим в диссертации проведено соответствующее исследование, на основании которого разработаны рекомендации, позволяющие при автоматической сортировке по параметру "герметичность" исключить попадание бракованных изделий в годные. Еще одним важным вопросом является обеспечение заданной производительности автоматизированного оборудования. В диссертации даны рекомендации по расчету рабочих параметров автоматизированного стенда для контроля герметичности в зависимости от требуемой производительности.
Работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложения.
В первой главе рассмотрены особенности контроля герметичности газовой арматуры, допускающей при функционировании определенную утечку. Приведен обзор методов газовых испытаний на герметичность, классификация и анализ возможности их применения для автоматизации контроля газовой арматуры, позволившие выбрать наиболее перспективный - манометрический метод. Рассмотрены устройства и системы, обеспечивающие автоматизацию контроля герметичности. Сформулированы цели и задачи исследования.
Во второй главе теоретически исследуются два способа контроля герметичности, реализующие манометрический метод: компрессионный с отсечкой давления и способ сравнения с непрерывной подачей испытательного давления. Определены математические модели исследуемых способов, на основании которых проведены исследования их временных характеристик и чувствительности при различных режимах течения газа, разных емкостях линий и соотношениях давлений, позволившие выявить преимущества способа сравнения. Даны рекомендации по выбору параметров схем контроля герметичности.
В третьей главе экспериментально исследованы статические и временные характеристики линий схемы контроля герметичности по способу сравнения при различных значениях утечки, емкости линий и испытательного давления, показана их сходимость с аналогичными теоретическими зависимостями. Экспериментально проверена работоспособность и оценены точностные характеристики устройства для контроля герметичности, выполненного по схеме сравнения. Приведены результаты оценки достоверности сортировки изделий по параметру "герметичность" и рекомендации по настройке соответствующих автоматизированных контрольно-сортировочных устройств.
В четвертой главе дано описание типовых схем автоматизации манометрического метода испытаний и рекомендации по проектированию автоматизированного оборудования для контроля герметичности. Приведены оригинальные конструкции датчика герметичности и автоматизированного многопозиционного стенда для контроля герметичности. Предложены методики расчета устройств контроля герметичности и их элементов, представленные в виде алгоритмов, а также рекомендации по расчету рабочих параметров контрольно-сортировочного стенда в зависимости от требуемой производительности.
В Приложении представлены характеристики газовых методов испытания на герметичность и временные зависимости для возможных последовательностей изменения режимов течения газа в проточной емкости.
Заключение диссертация на тему "Автоматизация контроля герметичности газовой арматуры на основе манометрического метода испытаний"
4. Результаты исследования схем контроля герметичности, основанных на способе сравнения с непрерывной подачей испытательного давления, выявили расхождение теоретических и экспериментальных характеристик на их рабочих участках не более 5 %, что позволило определить зависимости для выбора рабочих параметров соответствующих контрольно-сортировочных устройств.
5. Экспериментальное исследование опытной модели устройства для контроля герметичности при величине утечки и испытательном давлении, соответствующих техническим характеристикам серийной пневмоаппаратуры, подтвердило возможность создания автоматизированных контрольно-сортировочных устройств, выполненных на основе способа сравнения, погрешность которых не превышает 3,5 %, а чувствительность соответствует установленному диапазону чувствительности для манометрического метода испытаний на герметичность.
6. Определена методика вероятностной оценки достоверности сортировки изделий по параметру "герметичность", и на ее основании предложены рекомендации по настройке автоматизированных контрольно-сортировочных устройств, выполненных на основе способа сравнения.
7. Предложены типовые схемы автоматизации манометрического метода испытаний на герметичность и рекомендации по проектированию автоматизированного оборудования для контроля герметичности.
8. Разработана конструкция датчика герметичности с улучшенными рабочими характеристиками, защищенная патентом РФ № 2156967, предложена математическая модель и методика его расчета, позволяющая оценить характеристики датчиков данного типа на стадии проектирования.
9. Разработаны конструкция автоматизированного многопозиционного стенда для контроля герметичности, защищенная патентами РФ № 2141634, № 2194259, и рекомендации по определению рабочих параметров стенда в зависимости от требуемой производительности; предложены методика расчета устройства контроля герметичности по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления, которое используется в конструкции стенда, и методики расчета двух типов уплотняющих устройств, обеспечивающих надежную установку испытуемых изделий на рабочие позиции стенда, что расширяет возможности проектировщиков автоматизированного оборудования для контроля герметичности.
10. Все методики расчета устройств, используемых для автоматизации контроля герметичности, представлены в виде алгоритмов, что совместно с их типовыми схемами и конструкциями дает возможность создания САПР оборудования для автоматизации манометрического метода испытания на герметичность.
Библиография Барабанов, Виктор Геннадьевич, диссертация по теме Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)
1. Автоматические приборы, регуляторы и вычислительные системы: Справочник. 3-е изд. Перераб. и доп. / Б.Д. Кошарский, Т.Х. Безновская, В.А. Бек и др.; Под общ. ред. Б.Д. Кошарского - Л.: Машиностроение, 1976. - 488 с.
2. Агейкин Д.И., Костина Е.Н., Кузнецова Н.Н. Датчики контроля и регулирования: Справочные материалы. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1965.-928 с.
3. Азизов A.M., Гордов А.Н. Точность измерительных преобразователей. -М.: Энергия, 1975.-256 с.
4. Афанасьева Л.А., Карпов В.И., Левина Л.Е. Проблемы метрологического обеспечения контроля герметичности // Дефектоскопия. -1980. -№ 11. С. 57-61.
5. Бабкин В.Т., Зайченко А.А., Александров В.В. Герметичность неподвижных соединений гидравлических систем. М.: Машиностроение, 1977.- 120 с.
6. Барабанов В.Г. К вопросу об исследовании манометрического метода испытаний на герметичность // Автоматизация технологических производств в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ Волгоград, 1999. - С. 67-73.
7. Барабанов В.Г. Алгоритм выбора временной характеристики дифференциальной схемы контроля герметичности // Автоматизация технологических производств в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ Волгоград, 2001. -С. 92-96.
8. Барабанов В.Г. Автоматизация контроля качества сборки газовой аппаратуры // Техника и технология сборки машин (ТТММ-01): Матер. IV Междунар. Науч.-техн. Конф. Жешув, 2001. - С. 57-60.
9. Барабанов В.Г. Производительность автоматизированных стендов для контроля герметичности дискретно-непрерывного действия // Автоматизация технологических производств в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ.-Волгоград, 2002. С. 47-51.
10. Барабанов В.Г. Контроль утечки газа на промышленных и бытовых установках // Процессы и оборудование экологических производств: Материалы VI традиционной науч. Техн. Конф. Стран СНГ / ВолгГТУ и др.- Волгоград, 2002. -С. 116-119.
11. Барабанов В.Г. Устройство для автоматического зажима и уплотнения газовых кранов при испытании на герметичность // Автоматизация технологических производств в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ Волгоград,2003.-С. 75-79.
12. Барабанов В.Г. Исследование временных зависимостей схемы контроля герметичности по способу сравнения // Изв. ВолгГТУ. Сер. Автоматизация технологических процессов в машиностроении: Межвуз. сб. науч.статей. Волгоград,2004.-Вып. 1.-С. 17-19.
13. Беляев М.М., Хитрово А.А. Широкодиапазонное измерение расхода // Датчики и системы. 2004. -№ 1. - С. 3-7.
14. Беляев Н.М., Уваров В.И., Степанчук Ю.М. Пневмогидравлические системы. Расчет и проектирование / Под ред. Н.М. Беляева. М.: Высш. Шк., 1988. -271 с.
15. Белошицкий А.П., Ланина Г.В., Симулик М.Д. Анализ погрешности "пузырькового" метода измерения малых расходов газа. // Измерительная техника. 1983.-№ 9.-С.65-66.
16. Бойцова Т.М., Сажин С.Г. Достоверность автоматического контроля герметичности изделий. // Дефектоскопия. 1980. -№ 12. - С. 39-43.
17. Бридли К. Измерительные преобразователи: Справочное пособие: Пер. с англ. М.: Энергия, 1991. - 144 с.
18. Вакуумная техника: Справочник / Е.С. Фролов, В.Е. Минайчев, А.Т. Александрова и др.; Под общ. ред. Е.С. Фролова, В.Е. Минайчева. М.: Машиностроение, 1985. - 360 с.
19. Виглеб Г. Датчики: Пер. с нем. -М.: Мир, 1989. -196 с.
20. Власов-Власюк О.Б. Экспериментальные методы в автоматике. М.: Машиностроение, 1969. -412 с.
21. Водяник В.И. Эластичные мембраны. М.: Машиностроение, 1974. -136 с.
22. Гусаков Б.А., Кабанов В.М. Простой прибор для счета пузырьков при испытании пневмоагрегатов на герметичность // Измерительная техника. 1979. №Ю-С. 86-87.
23. Гусев В.И., Заводько И.В., Карпов А.А. Холловские чувствительные элементы из арсенида гелия и датчики на их основе // Приборы и системы управления. 1986,-№8.-С. 26-27.
24. Диперштейн М.Б., Барабанов В.Г. Особенности построения схем автоматизации контроля герметичности запорных кранов // Автоматизация технологических производств в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ.- Волгоград, 1997.-С. 31-37.
25. Диперштейн М.Б., Барабанов В.Г. Разработка типовой математической модели сигнализаторов давления // Автоматизация технологических производств в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ.- Волгоград, 1999. С. 63-67.
26. Диперштейн М.Б. Барабанов В.Г. Автоматизация контроля качества газовой запорной арматуры по параметру герметичность // Автоматизация технологических производств в машиностроении: Межвуз. сб. науч. тр. / ВолгГТУ- Волгоград, 2000.-С. 14-18.
27. Дмитриев В.Н., Градецкий В.Г. Основы пневмоавтоматики. М.: Машиностроение, 1973. - 360 с.
28. Дмитриев В.Н., Чернышев В.И. Расчет временных характеристик проточных пневматических камер // Автоматика и телемеханика. 1958. - Т. XIX, №12. -С. 1118-1125.
29. Жигулин Ю.Н. Контроль герметичности крупногабаритных емкостей // Измерительная техника. 1975. - №8 - С. 62-64.
30. Залманзон JI.A. Аэрогидродинамические методы измерения входных параметров автоматических систем. М.: Наука, 1973. - 464 с.
31. Залманзон JI.A. Проточные элементы пневматических приборов контроля и управления. М.: АН СССР, 1961. - 268 с.
32. Запунный А.И., Фельдман JI.C., Рогаль В.Ф. Контроль герметичности конструкций. Киев: Техшка, 1976. - 152 с.
33. Изделия машиностроения и приборостроения. Методы испытаний на герметичность. Общие требования: ГОСТ 24054-90. М.; 1990. - 18 с.
34. Карандина В.А., Дерябин Н.И. Новая установка контроля герметичности УКГМ-2 // Приборы и системы управления. 1973. -№9- С. 49-50.
35. Каратаев Р.Н., Копырин М.А. Расходомеры постоянного перепада давления (ротаметры). М.: Машиностроение, 1980. - 96 с.
36. Коган И.III., Сажин С.Г. Конструирование и наладка пневмоакустических измерительных устройств. М.: Машиностроение, 1980. - 124 с.
37. Кольман-Иванов Э.Э. Машины-автоматы химических производств. Теория и расчет- М.: Машиностроение, 1972. 296 с.
38. Контрольно-измерительные автоматы и приборы для автоматических линий. / М.И. Коченов, Э.Л. Абрамзон, А.С. Гликин и др.; Под общ. ред. М.И. Коче-нова. М.: Машиностроение, 1965. - 372 с.
39. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества: Справочник.4.е изд., перераб. И доп. JI.: Машиностроение. Ленингр. Отд-ние, 1989. - 701 с.
40. Кузнецов М.М., Усов Б.А., Стародубов B.C. Проектирование автоматизированного производственного оборудования. М.: Машиностроение, 1987. -288 с.
41. Левина Л.Е., Сажин С.Г. Общая характеристика и проблемы современной техники течеискания. // Дефектоскопия. 1978. -№ 6. - С. 6-9.
42. Левина Л.Е., Сажин С.Г. Манометрический метод контроля герметичности. // Дефектоскопия. 1980. - № 11. - С. 45-51.
43. Левина Л.Е., Пименов В.В. Методы и аппаратура контроля герметичности вакуумного оборудования и изделий приборостроения. М.: Машиностроение, 1985.-70 с.
44. Лемберский В.Б. Принципы проектирования операций пневматических и гидравлических испытаний // Измерительная техника. 1979. - №1. - С. 44-46.
45. Лемберский В.Б., Виноградова Е.С. О влиянии режима истечения на интерпретацию результатов контроля герметичности. // Дефектоскопия. 1979. № 6. - С. 88-94.
46. Лепетов В.А., Юрцев Л.Н. Расчеты и конструирование резиновых изделий. -Л.: Химия, 1987.-408 с.
47. Макаров Г.В. Уплотнительные устройства. Л.: Машиностроение, 1973232 с.
48. Неразрушающий контроль: В 5 кн. Кн. 1. Общие вопросы. Контроль проникающими веществами: Практическое пособие / А.К. Гурвич, И.Н. Ермолов, С.Г. Сажин и др.; Под ред. В.В. Сухорорукова. М.: Высшая школа, 1992. - 242 с.
49. Неразрушающий контроль и диагностика: Справочник / В.В. Клюев, Ф.Р. Соснин, В.Н. Филинов и др.; Под общ. ред. В.В. Клюева. М.: Машиностроение, 1995. - 488 с.
50. Осипович Л.А. Датчики физических величин. М.: Машиностроение, 1979.- 159 с.
51. Плиты газовые бытовые. Общие технические условия: ГОСТ 18460-91. -М.; 1991.-29 с.
52. Пневматическая миниаппаратура: Руководящие материалы / Е.А. Рагу-лин, А.П. Пятидверный, А.Ф. Караго и др.; Под общ. ред. А.И. Кудрявцева и В.Я. Сирицкого. -М.: НИИМАШ, 1975. 84 с.
53. Пневматические устройства и системы в машиностроении: Справочник / Е.В. Герц, А.И. Кудрявцев, О.В. Ложкин и др.; Под общ. ред. Е.В. Герц. М.: Машиностроение, 1981. - 408 с.
54. Пневмоприводы. Общие технические требования: ГОСТ 50696-94. М.; 1994.-6 с.
55. Проектирование пневматических устройств для линейных измерений БВ-ОРТМ-32-72: Руководящие материалы / А.Э. Авцин, В.И. Демин, Г.И. Иванова и др. М.: НИИМАШ, 1972. - 308 с.
56. Рабинович С.Г. Погрешность измерений. Л.: Энергия, 1973. -262 с.
57. Рогаль В.Ф. О повышении надежности манометрического контроля герметичности // Дефектоскопия. 1978. № 9. - С. 102-104.
58. Сажин С.Г. Акустико-пневматические измерительные устройства для контроля утечек газа и жидкости // Измерительная техника. 1973. №1 - С. 48-50.
59. Сажин С.Г., Лемберский В.Б. Автоматизация контроля герметичности изделий массового производства. Горький: Волго-Вятское кн. изд-во, 1977. -175 с.
60. Сажин С.Г. Классификация высокопроизводительного оборудования для контроля герметичности изделий. // Дефектоскопия. 1979. - № 11. - С. 74-78.
61. Сажин С.Г. Оценка инерционности испытательных систем контроля герметичности изделий. // Дефектоскопия. 1981. -№ 4. - С. 76-81.
62. Сажин С.Г., Столбова Л.А. Автоматизированные устройства для контроля герметичности изделий. // Дефектоскопия. 1984. -№ 8. - С. 3-9.
63. Соединения трубопроводов. Методы испытаний на герметичность: ГОСТ 25136-90.-М.; 1990.-21 с.
64. Справочник по вероятностным расчетам / В.Г. Абезгауз, А.Б. Тронь, Ю.Н. Копейкин, И.А. Коровина. М.: Воениздат, 1970. - 536 с.
65. Средства контроля герметичности: В 3-х т. Т. 1. Направления разработок средств контроля герметичности / Под ред. А.С. Зажигина. М.: Машиностроение, 1976.-260 с.
66. Средства контроля герметичности: В 3-х т. Т. 2. Промышленные средства контроля герметичности / Под ред. А.С. Зажигина. М.: Машиностроение, 1977. -184 с.
67. Техника течеискания. Термины и определения: ГОСТ 26790-91.- М.; 1991,- 18с.
68. Универсальная система элементов промышленной пневмоавтоматики: Каталог. М.: ЦНИИ приборостр., 1972. - 28 с.
69. Шкатов Е.Ф. Пневморезисторный преобразователь перепада давлений // Измерительная техника. 1983. - № 8. - С. 36-37.
70. Электрические измерения неэлектрических величин / A.M. Туричин, П.В. Навицкий, Е.С. Левшина и др.; Под общ. ред. П.В. Навицкого. J1.: Энергия, 1975.-576 с.
71. Элементы и устройства пневмоавтоматики высокого давления: Каталог / Е.А. Рагулин, А.В. Никитский, А.П. Пятидверный и др.; Под общ. ред. А.И. Кудрявцева, А.Я. Оксененко. М.: НИИМАШ, 1978. - 156 с.
72. А. С. 157138 СССР, МКИ G 01 L; 42 к, 30/01. Устройство для контроля герметичности тары / P.M. Смелянский. 1964, БИ №19.
73. А. С. 286856 СССР, МКИ G 01 L 5/00. Устройство для проверки изделий на герметичность / С.Г. Сажин. 1972, БИ № 35.
74. А. С. 331267 СССР, МКИ G 01 L 19/08. Сигнализатор давления / И.В. Ке-рин, С.И. Романенко, Н.И. ТумановВ.Н. Стафеев, С.Ф. Яковлева. 1972, БИ №9.
75. А. С. 484427 СССР, МКИ G 01 М 3/26. Устройство для контроля утечки газа / B.C. Белобородое, В.Н. Стафеев, С.Ф. Яковлева. 1975, БИ № 34.
76. А. С. 655921 СССР, МКИ G 01 М 3/02. Устройство для контроля герметичности запорных элементов пневмоаппаратуры / А.П. Гридалов, А.П. Махов, Ю.П. Мосалев. 1979, БИ № 13.
77. А. С. 676887 СССР, МКИ G 01 М 3/02. Устройство для испытаний изделий на герметичность / С.Г. Сажин, Г.А. Живчиков, С.Т. Стариков и др. 1979, БИ № 28.
78. А. С. 705292 СССР, МКИ G 01 L 19/08. Сигнализатор давления / Г.П. Барабанов, А.А. Липатов, Ю.А. Осинский. 1979, БИ № 47.
79. А. С. 1024773 СССР, МКИ G 01 М 3/02. Устройство для контроля утечки газа / С.Г. Сажин, М.А. Фадеев, В.М. Мясников и др. 1983, БИ № 23.
80. А. С. 1167465 СССР, МКИ G 01 М 3/02. Автомат для контроля герметичности полых изделий / Л.М. Верятин, В.Е. Галкин, О.Е. Денисов и др. 1985, БИ № 26.
81. А. С. 1177707 СССР, МКИ G 01 М 3/02. Манометрический способ определения суммарной утечки газа из изделий/ В.М. Мясников, А.И. Юрченко. -1985, БИ № 33.
82. А. С. 1303864 СССР, МКИ G 01 L 19/08. Сигнализатор давления / Г.П. Барабанов, И.А. Морковин, Ю.А. Осинский. 1987, БИ № 14.
83. А. С. 1670445 СССР, МКИ G 01 М 3/02. Стенд для испытания изделий на герметичность / Ю.В. Захаров, А.Г. Суворов, А.И. Сутин и др. 1991, БИ № 30.
84. А. С. 1675706 СССР, МКИ G 01 L 19/08, 19/10. Сигнализатор давления / Г.П. Барабанов, А.Г. Суворов. 1991, БИ № 33.
85. Патент 2141634 РФ, МКИ G 01 М 3/02. Автоматизированный стенд для испытания изделий на герметичность / В.Г. Барабанов, М.Б. Диперштейн, Г.П. Барабанов. 1999, БИ № 32.
86. Патент 2156967 РФ, МКИ G 01 L 19/08. Сигнализатор давления / В.Г. Барабанов, М.Б. Диперштейн, Г.П. Барабанов. 2000, БИ № 27.
87. Патент 2194259 РФ, МКИ G 01 М 3/02. Автоматизированный стенд для испытания изделий на герметичность / В.Г. Барабанов, Г.П. Барабанов. 2002, БИ № 34.
88. Заявка 63-34333 Япония, МКИ G 01 М 3/32. Устройство для контроля утечек с автоматической компенсацией погрешности измерения / заявитель К. К. Косумо кэйки № 56-14844; заявл. 18.09.81; опубл. 19.07.89, Бюл. № 6 -859.
89. Заявка 63-53488 Япония, МКИ G 01 М 3/26. Устройство для испытаний на утечку / заявитель Обару Кики Коте К. К. № 55-67062; заявл. 22.05.80; опубл.2410.88, Бюл. № 6 1338.
90. Заявка № 63-63847 Япония, МКИ G 01 М 3/32. Способ обнаружения утечек / заявитель К. В. Фукуда. -№ 57-61134; заявл. 14.04.82; опубл. 06.12.88, Бюл. №6- 1577.
91. Пат. 3739166 ФРГ, МПК G 01 М 3/06. Прибор для контроля утечек / Magenbaner R., Reimold О., Vetter Н.; заявитель и патентообладатель Bayer GmbH Sondermaschinen Entwicklung und Vertnieb, 7300 Esslingen, DE. заявл. 19.11.87; опубл. 01.06.89, Бюл. № 22.
92. Ensberg E.S., Wesley J.C., Jensen Т.Н. Leak Telescope. // Rev. Sci. Instr., -1977. -v. 48, № 3. P. 357-359.
93. Holme A.E., Shulver R.L. Microprocessor controlled vacuum leak test plant for in line production leak testing. // Proc. 8-th Int. Vac. Congr. Trienn, Meet. Int. Union Vac. Sci., Technol. And Appl., Cannes, 22-26 Sept., 1980. V.2, - P. 360-363.
94. Lentges J.G. Experiences with fully automatic He-leak testing plants used in large scale serien production. // Proc. 8-th Int. Vac. Congr. Trienn, Meet. Int. Union Vac. Sci., Technol. And Appl., Cannes, 22-26 Sept., 1980.- V.2, P. 357-359.
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
