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

Таблица 1.3 – Классификация средств контроля герметичности с использованием избыточного

давления различных жидкостей.

Классификация

Вода с хромпиком

Керосин

Керосин с люминофором

Гидросмеси с люминофором

Обессоленная вода с люнофором

Спирт с люминофором

Жидкость газированная с закисью  азота

Жидкость газированная пробным газом  для газолюминисценции

По технологии подготовки изделия  к проверке ерметичности

Подготовка контролируемой поверхности  в соответствии с ГОСТ 1.41182 - 71. Создание избыточного давления в проверяемом  объекте

Покрытие меловой обмазкой

Облучение контролируемой поверхности  ультрафиолетовом светом

Отбор газовоздушных проб

Облучение Контролируемой поверхности ультрафиолетом светом

По способу индикации

Визуально (по изменению окраски мелового покрытия)

Визуально (по свечению люминофора в  несплошности)

С помощью оптико- акустического датчика течеискателя ИГТ-1

Визуально по свечению индикатора в  местах выхода жидкости или газа через  несплошности

По чувствительности, л·мкм/с

10

1·10-3

1·10-4

1·10-3

1·10- 2

1·10-4

1·10-3 – 1·10-4

1·10-4

Область применения

Неответствен- ные агрегат

На изделиях, где допустимо использование  других жидкостей

Для гидросмесей

Для топливных крупногабаритных изделий  при одновременной проверке прочности

Не при- меня- ется

Для одновременной проверки прочности  и герметичности топливных баков, отсеков и систем

По состоянию разработки и внедрении  в промышленности

Используется на заводах отрасли

Проведено опытное внедрение

Не внедрено

Проведено опытное внедрение

Не внедренно

Намечено внедрение на заводах  отрасли

В стадии разработки индикаторных масс

 

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

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

 

      (1.5 )

 

где    V_Ж – объем вытекшей жидкости, м³;

 –  время наблюдения, с.

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

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

      (1.6 )

 

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

 – плотность жидкости, с.

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

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

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

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

 

1 – диаметр    2   мм;    второй диаметр  – 1 мм

 

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

 

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

 

      (1.7)

 

где   V – контролируемый объем с несколькими неплотностями, м³;

– изменение величины давления, МПа;

– время замера падения давления, с.

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

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

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

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

1 – диаметр  2   мм;   второй диаметр  – 1 мм

 

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

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

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

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

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

 

      (1.8)

 

где      d_о – диаметр пузырька в момент отрыва, мм;

– время до отрыва пузырька, с;

– изменение величины давления, МПа.

 

Время наблюдения за отдельным пузырьком не должно превышать 30 мин.

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

 

                                                           (1.9)

 

где  n  – число пузырьков.

 

Тогда величину утечки приближенно определяют по формуле:

 

                                                       ( 1.10  )

 

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

 

 

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

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

 

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

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

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

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

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

 

1.5. Автоматизация контроля герметичности

 

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