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

АННОТАЦИЯ

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

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

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

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

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

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

 

 

 

                              

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………………..…6

ГЛАВА 1. Обзор и анализ методов контроля герметичности запорной и распределительной  газовой аппаратуры……………………………………..…8

1. Основные термины и определения…………………………………..…8
2. Особенности контроля герметичности распределительной и запорной газовой арматуры……………………………………………………....10
3. Принципы проектирования операций пневматических и гидравлических испытаний………………………………………..…...12
4. Методы и способы контроля герметичности………………………….17
5. Автоматизация контроля герметичности…………………………...…30

ГЛАВА 2. Основные этапы проектирования устройств контроля герметичности  запорной и распределительной газовой  арматуры………………………….....…48

2.1 Алгоритм проектирования автоматизированного оборудования

  для контроля герметичности……………………………………………48

  2.2 Схемы и принцип работы устройств по контролю герметичности                 манометрическим методом………………………………………….…53

2.3 Моделирование манометрического метода контроля герметичности            газовой запорной и распределительной арматуры……………….…59

ГЛАВА 3. Разработка конструкции стенда по проведению испытаний  на герметичность запорной и распределительной  арматуры…………………....67

          3.1  Компоновка и техническая характеристика стенда………….….…67

3.2 Принцип  работы стенда по испытанию  на герметичность газовой     запорной и распределительной  арматуры……………………………....68

3.2.1 Предварительная продувка…………………………………..…69

3.2.2 Зажим - фиксация изделия……………………………………....69

       3.2.2.1 Расчет схемы зажима, фиксации  и уплотнения крана…..69

        3.2.2.2 Разработка блока зажима, фиксации  и уплотнения крана.72

3.3.3. Вращение…………………………………………………………72

3.2.4. Позиционирование………………………………………………80

3.2.5 Испытание на герметичность…………………………..………82

3.2.6 Регулирование………………………………………………..…90

3.2.7  Разжим  – расфиксация…………………………………………88

3.2.8 Управление и индикация……………………………………….88

3.3 Разработка автоматизированного технологического процесса контроля герметичности……………………………………………………………..90

Заключение…………………………………………………………………….…92

Список использованной литературы…………………………………………..93

Приложение………………………………………………………………………97

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

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

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

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

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

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

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

Задачи  исследования:

1. Анализ известных методов испытания на герметичность запорной и распределительной газовой аппаратуры.
2. Исследование систем, используемых для проведения испытаний на герметичность запорной и распределительной газовой аппаратуры.
3. Моделирование параметров датчика давления, используемого в испытании на герметичность запорной и распределительной газовой аппаратуры.
4. Разработка стенда для проведения испытаний на герметичность запорной и распределительной газовой аппаратуры.

 

 

 

 

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

 

1. Основные термины и определения

 

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

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

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

,                                                       (1.1)

где V – внутренний объем испытуемого изделия с одной неплотностью;

      – изменение величины давления газа (перепад давления);

       t – время испытания.

Течь  – поток через неплотность  при нормированном перепаде давления, за который принимают величину равную физической атмосфере (1 0,1МПа).

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

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

,                                                        (1.2)

где – суммарный внутренний объем изделия;

       – суммарная утечка.

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

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

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

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

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

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

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

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

 

1.2 Особенности контроля  герметичности распределительной и запорной газовой арматуры

 

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

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

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

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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