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

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

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

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

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

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

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

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

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

 

 

 

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

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

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

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

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

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

Рисунок 1.8 Автоматизированное устройство для контроля утечек газа компрессионным способом.

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

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

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

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

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

 

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

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

 

                                 

                                       (1.11)

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

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

Для первой (верхней) ветви моста:

                                                                                               (1.12)

для второй (нижней) ветви моста:

       (1.13)

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

Разделив (2) на (3) получим

 

                                                                                          (1.14)

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

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.