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

Индуктивные бесконтактные датчики надежны  и просты в эксплуатации. Могут  работать при воздействии шумов, света, диэлектрической пыли и жидкостей, например, машинного масла. Имеют  четко очерченную активную зону. При  попадании в активную зону датчика  любого металлического предмета, происходит изменение логического состояния  выходного коммутирующего элемента датчика, в качестве которого может  использоваться PNP или NPN транзистор или  тиристор (при работе датчика на переменном токе). Конструктивно все модели делятся на два типа: цилиндрические (PM) и прямоугольные (PS).

 

 

 

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

 

На основании  результатов выполненных исследований метода и технологического процесса контроля и регулирования расхода  газа через кран разработана конструкция  стенда автоматизированного для  контроля и регулирования.

 

3.1  Компоновка и техническая  характеристика стенда.

 

Стенд полуавтоматический с шестью рабочими позициями обслуживается  одним оператором. Представляет собой  установку настольного типа, к  которой подводится питание от сети переменного тока напряжения 220 В, с частотой 50Гц  и сжатый воздух от магистрали давлением 0.4 МПа.

Рисунок 3.1 Стенд автоматизированный вид сверху.

 

Основание стенда выполнено в виде поворотного  стола пошагового действия, на котором  закреплены шесть модулей регулирования. Состоящие из кронштейна с механизмом регулирования, установленным на ползуне, перемещаемом в направляющих с помощью пневмоцилиндра и включающим реверсивный двигатель, винтовертную головку в виде подпружиненной отвертки с направляющей втулкой, а также позиция предварительной продувки кранов, выполненная в виде клапана.

Работа  начинается с подключения стенда к сети переменного тока напряжением 220 В и питания сжатым воздухом от заводной магистрали. Затем необходимо проверить и при необходимости  отрегулировать с помощью редуктора  давление питания блоков контроля и  силовых элементов стенда на давление . Перед контролем и регулировкой крана необходимо его продуть. Для этого кран торцем бокового штуцера устанавливается на позицию продувки и нажатием клапана осуществляется кратковременная продувка (2…3 с). После продувки необходимой для освобождения каналов от излишней уплотнительной смазки, кран устанавливается на одну из рабочих позиций. Ползун с электродвигателем и отверткой должен находится в верхнем крайнем положении. Отвертка, посредством направляющей втулки вводится в отверстие стержня крана после чего осуществляется зажим. После зажима крана включается система регулирования. В зависимости от положения регулировочного винта электродвигатель вращает винт до положения норма, после чего вращение двигателя прекращается. Кронштейн с электродвигателем отводится в крайнее верхнее положение, а отрегулированный кран удаляется в тару годной продукции. Наличие шести рабочих позиций на стенде позволяет увеличить производительность стенда.

 

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

 

Основой модернизированного испытательного стенда является программируемый логический контроллер. Рассмотрим операции контроля и управления технологическим процессом  испытания изделия на герметичность.

3.2.1 Предварительная продувка

 

Предварительная продувка необходима для освобождения каналов от излишней уплотнительной смазки. Предварительная продувка осуществляется в ручном режиме и не имеет каких-либо связей с управляющей системой стенда. В дальнейшем возможно частичная  или полная автоматизация данной операции. После продувки кран устанавливается  на одну из рабочих позиций.

3.2.2 Зажим - фиксация изделия

 

Перед осуществлением операции «Зажим-фиксация» отвертка и ползун с электродвигателем  перемещаются в верхнее крайнее  положение. Подается сигнал начала операции «Зажим - фиксация», отвертка посредством  направляющей втулки вводится в отверстие  стержня крана, после чего осуществляется зажим.

 

3.2.2.1 Расчет схемы зажима, фиксации и уплотнения крана.

 

При установке  крана на контрольно-измерительную  позицию необходимо зажать в определенном положении, зафиксировать стержень 4 (рисунок 1) от возможного поворота и  уплотнить место подключения  к пневматической сети от возможности  утечки или подсоса воздуха.

Схема, позволяющая  осуществить все выше указанные  операции, приведена на рисунке 22. Здесь  кран 1 установлен в вертикальном положении  посредством направляющих 2 и зажат  в осевом направлении усилием  . Стержень крана фиксируется по имеющейся на нем лыске 3. уплотнение осуществляется эластичным уплотнителем 4 под действием уплотняющего усилия . При этом при относительно небольших усилиях достигается практически полное прилегание поверхности эластичного материала к жесткой поверхности крана.  Благодаря этому достигается высокая степень герметизации в месте подключения пневмосети даже при низком качестве поверхности сопрягаемых деталей крана. Таким образом, исключается подсос воздуха в месте сопряжения.

Рисунок 3.2 Схема контрольно-измерительной позиции.

 

Материал, используемый для эластичного уплотнителя, должен обладать малым модулем упругости, большой зоной упругих деформаций, малой остаточной деформацией, однородностью  механических свойств по объему материала, большой ударной вязкостью, способностью сохранять высокий класс чистоты  поверхности в процессе эксплуатации, обладать химической инертностью по отношению к воздуху и графитовому  уплотнению крана. Учитывая все особенности  разработанной схемы, в качестве материала уплотнителя принята  резина [18].

Величина  усилия, необходимого для обеспечения  герметичного уплотнения крана в  месте подключения к пневмосети посредством эластичного уплотнителя, зависит от рабочего давления воздуха, диаметра крана в месте сопряжения, класса чистоты сопрягаемой поверхности.

Для обеспечения  герметичности места подключения  крана в рабочих условиях (при  действии давления среды) требуется  усилие зажима

,      (3.1)

где  - расчетное усилие зажима крана в рабочих условиях в кгс;

- реакция уплотнения в момент  нарушения герметичности в кгс;

- усилие, создаваемое давлением  воздуха в месте уплотнения  в кгс.

Реакция уплотнения в момент нарушения герметичности  для круглых уплотнителей определяется по формуле:

,      (3.2)

где  - средний диаметр уплотнения в см;

- ширина уплотнения в см;

- минимальное герметизирующее  удельное давление (удельная реакции  прокладки в момент нарушения  герметичности) в кгс/см².

Величина  минимального удельного герметизирующего давления для резины:

,       (3.3)

где - расчетное давление воздуха в кгс/см².

Тогда  

Размеры поперечного сечения места сопряжения крана и резинового уплотнителя  должно удовлетворять следующим  условиям:

       (3.4) 

      (3.5)

      (3.6)

где  - толщина уплотнителя в см;

- модуль упругости резины, кгс/см² [20];

- пробное давление при испытании  уплотнения на герметичность,  равное  , в кгс/см².

Если  хоть одно из условий не удовлетворяется, следует увеличить отношение  .

Усилие  , создаваемое давлением воздуха вместе уплотнения определяется по формуле:

,      (3.7)

Подставив значение из формулы (3.2) и из формулы (3.7) в формулу (3.1), получим величину усилия необходимого для герметичного уплотнения места подключения крана к пневмосети контрольно-регулировочного блока:

    (3.8)

Таким образом  (3.9)

 

3.2.2.2 Разработка блока зажима, фиксации и уплотнения крана.

 

Для качественного  поведения процесса регулирования  крана по принятой схеме контроля необходимо обеспечить надежный зажим, фиксацию от поворота и уплотнение в месте подключения крана  к пневмосети на протяжении всего  технологического цикла. Анализ изделия  и исследование схемы позволяют  спроектировать и изготовить блок зажима, фиксации и уплотнения как составную  часть рабочей позиции регулирования  крана. В блоке все три операции совмещены и осуществляются за счет одного вертикального усилия. При  этом уплотнение происходит по торцу  крана путем его прижатия к  эластичной герметизирующей прокладке; фиксация осуществляется по лыске не стержне крана, а зажим – нажатием на  корпус.

Блок  зажима, фиксации и уплотнения крана приведена на рисунке 3.3

Рисунок 3.3 Схема зажима крана в измерительном модуле пневматическая.

 

Все устройства блока смонтированы на планшайбе 1. На планшайбе 1 крепится направляющая 2, типа «ласточкин хвост», в которой  перемещается каретка 3. На каретке  по средством кронштейна 4 крепится реверсивный электродвигатель 5, а  валу которого закреплена вынтовертная регулирующая головка, состоящая из муфты, подвижной подпружиненной в  осевом направлении отвертки 7. Винтовертная головка вставлена в о втулку 10, которая свободно перемещается в  направлении кронштейна11, установленного на каретке 3. Первое отверстие втулки 10 служит направляющей для винтовертной головки, второе отверстие – направляющей для стержня крана, специальный  винт 12, установленный во втулке 10 обеспечивает фиксацию крана по лыске на его стержне и от поворота. Соосно винтовертной головке на планшайбе 1 установлена втулка 13 с эластичным герметизирующим элементом 14, осуществляющим уплотнение крана, и штуцером 15, к которому подключен блок контроля. Зажим и регулирование крана осуществляется при перемещении каретки 3 в крайнее нижнее положение посредством пневмоцилиндра 16, установленного на планшайбе 1, шток которого посредством кронштейна 17 скреплен с кареткой 3. управление пневмоцилиндром 16 осуществляется посредством кнопки 18, установленной на панели управления стенда. Установка крана осуществляется при крайнем верхнем положении каретки 3 и отведенной вверх втулке 10.

После завершения фиксации изделия на вход ПЛК подается сигнал «Завершение операции Зажим-Фиксация».

3.3.3. Вращение

 

Стол  поворотный состоит из корпуса , в котором установлена планшайба, предназначенная для монтажа основного и вспомогательного оборудования. В корпусе  смонтирован привод  шагового поворота планшайбы на угол 60º.

Для использования  данного поворотного устройства в нашем стенде необходимо его  немного модернизировать, а именно увеличить диаметр планшайбы, сделать  в ней соответствующие технологические  отверстия, а также увеличить  высоту ножек корпуса для соответствующего расположения частотного преобразователя.

Для более  удобного расположения соответствующих  регулировочных модулей диаметр  планшайбы необходимо увеличить  до 750 мм. Так же в планшайбе необходимо сделать 12 технологических отверстий из которых: 

• 6 технологических отверстий диаметром 92 мм на расстоянии 225 мм от центра планшайбы;
• 6 технологических отверстий диаметром 26 мм на расстоянии 335 мм от центра планшайбы;

Вращение  планшайбы испытательного стенда осуществляется от асинхронного короткозамкнутого  двигателя. Выходной вал электродвигателя соединен с осевым валом планшайбы  через редуктор с целью уменьшения частоты вращения и увеличения момента  на выходном валу.

Контроль  и управление скоростью вращения планшайбы обеспечивает частотный  преобразователь. Питание осуществляется от однофазной цепи 220 Вольт.

Двигатель снабжен электромагнитным (механическим тормозом) для фиксации планшайбы  в моменты остановки.

Планшайба обладает достаточно небольшими габаритами (750 мм в диаметре) и массой, для  обеспечения быстрого эффективного торможения электродвигателя нет необходимости  в использование тормозного резистора. Частотный преобразователь можно  использовать без тормозного транзистора.

Изменение скорости вращения планшайбы осуществляется плавно, с панели оператора при  помощи потенциометра (непосредственно  в частотный преобразователь  или через контроллер) и/или на графическом терминале (задается в  об/мин, контроллер осуществляет перевод  в Гц).

На рисунке 3.4 изображено подключение силовых и цепей управления.

Рисунок 3.4 - Подключение силовых и цепей управления к частотному преобразователю

При использовании  электрооборудования не исключены  случаи нарушения изоляции токоведущих  проводов и возможность прикосновения  к ним. Для защиты человека и самой  электрической сети существует множество  устройств защиты. Все устройства защиты разработаны для защиты от определенной неисправности электросети.

Автомат защиты обеспечивает протекание тока в нормальном режиме и автоматически отключает (обесточивают) электрическую цепь при аварийных ситуациях: коротком замыкании и перегрузке.

Для пуска и разгона электродвигателя до номинальной скорости, обеспечения его непрерывной работы, отключения питания и защиты электродвигателя и подключенных цепей от рабочих перегрузок используется электромагнитный пускатель. Пускатель представляет собой контактор, комплектованный дополнительным оборудованием: тепловым реле, дополнительной контактной группой или автоматом для пуска электродвигателя, плавкими предохранителями.

С целью защиты ПЧ (диодов и тиристоров выпрямителя) и сети, от бросков тока при переходных процессах в питающей сети и нагрузке ПЧ, особенно при резком скачке сетевого напряжения, который может произойти при отключении асинхронного двигателя, необходимо использовать сетевой дроссель.