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

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 р^к 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 давления р в линиях и одновременно позволяет судить о величине утечки, т.к. пропорциональна ей:

     

                               

                                    (1.15)

 

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 р^к 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 R^y 0 , 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 р^к в трубке 10 установится давление р^п, которое определяется зависимостью:

 

            (1.16)

 

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 р^к 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:

                                                                                (1.17)                    

 

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 р^и в измерительной линии будет выше, чем противодавление р^п, 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:

 

                                                                                      (1.18)

Для объектов контроля с утечкой превышающей  допустимую:

                                                                                         (1.19)

                   

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 р^к 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:

                                                                          (1.20)

 

Рисунок 1.14 Схема контрольного устройства с дифференциальным мембранным преобразователем

В случае появления утечки давление р^и 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.

Выводы:

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.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

2.1. Алгоритм проектирования автоматизированного  оборудования

для контроля герметичности

 

При создании автоматизированных средств контроля герметичности газовой аппаратуры возникает ряд особенностей, обусловленных  типом и точностными характеристиками применяемых датчиков герметичности, характером производства изделий –  объектов испытания и их конструкцией, техническими условиями на контроль, требуемым уровнем автоматизации, переналадки, производительности.

Проведенные исследования позволили  разработать рекомендации (представлены в виде алгоритма, изображенного  на рисунке) по созданию автоматизированного  оборудования для контроля герметичности  на этапе его технического проектирования. Проектирование данного оборудования представляет задачу, которую целесообразно  решать итерационным путем, поэтому  первый проход алгоритма от начала до конца можно осуществлять приближенно, формулируя вопросы и данные, которые  необходимы для принятия рационального  решения на последующих итерациях.

На первом этапе осуществляется технологический  анализ номенклатуры и объема партии изделий. При этом следует учитывать, что количество изделий в партии должно быть достаточно большим, чтобы  обеспечить необходимую загрузку проектируемого контрольного оборудования без его  переналадки. Если производство многономенклатурное, а объем партии мал, то рекомендуется  изделия различных производственных партий и типов объединять в группы по общим техническим условиям на контроль герметичности – это  дает возможность использовать единую схему контроля и контрольно-измерительную  аппаратуру, а также группировать по сходным конструкциям корпусов изделий  и их входных каналов, что позволяет  применять при проектировании общие  уплотнительные элементы, загрузочные  и фиксирующие устройства. Здесь  же необходимо проанализировать пригодность конструкций изделий и требований технических условий на их испытания на герметичность для автоматизации данной операции.

Рисунок 2.1 Алгоритм создания автоматизированного  оборудования для испытаний на герметичность

Рациональное  группирование изделий позволяет  проектировать оборудование с максимальной производительностью и минимальной  переналадкой на контроль различных  типов изделий. Например, средства пневмоавтоматики высокого давления можно группировать по одинаковым техническим условиям на контроль утечки сжатого воздуха (по величине испытательного давления 0,63 МПа и 1,0 МПа, а также одинаковой допустимой утечке), по сходной конструкции  входного пневмоканала – это позволяет  использовать в разрабатываемом  оборудовании в первом случае общий  контрольный блок, а во втором –  одинаковое уплотняющее устройство (торцевое или внутреннее манжетное [1]). Первый этап завершается определением производительности проектируемого оборудования, пример расчета которого рассмотрен в [1, 3].