Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ состояния проблемы автоматизации контроля герметичности и постановка задачи исследования 9
1.1 Основные термины и определения, используемые в настоящем исследовании 9
1.2 Особенности контроля герметичности газовой арматуры 11
1.3 Классификация газовых методов испытания и анализ возможности их применения для контроля герметичности газовой арматуры 15
1.4 Обзор и анализ средств автоматического контроля герметичности по манометрическому методу 24
1.4.1 Первичные преобразователи и датчики для автоматических систем контроля герметичности 24
1.4.2 Автоматизированные системы и устройства контроля герметичности 30
Цель и задачи исследования 39
Глава 2 Теоретическое исследование манометрического метода испытания на герметичность 40
2.1 Определение режимов течения газа в объектах испытания... 40
2.2 Исследование компрессионного способа испытания на герметичность 42
2.2.1 Исследование временных зависимостей при контроле герметичности компрессионным способом 43
2.2.2 Исследование чувствительности контроля герметичности компрессионным способом с отсечкой 45
2.3 Исследование способа сравнения с непрерывной подачей испытательного давления 51
2.3.1 Схема контроля герметичности по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления 52
2.3.2 Исследование временных зависимостей при контроле герметичности по способу сравнения 54
2.3.3 Исследование чувствительности контроля герметичности по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления 65
2.3.4 Сравнительная оценка чувствительности контроля герметичности компрессионным способом с отсечкой и способом сравнения 68
2.3.5 Рекомендации по выбору параметров схемы контроля герметичности по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления 70
Вы воды к главе 2 72
Глава 3 Экспериментальное исследование параметров схем контроля герметичности, выполненных на основе способа сравнения 75
3.1 Экспериментальная установка и методика исследования 75
3.1.1 Описание экспериментальной установки 75
3.1.2 Методика исследования схем контроля герметичности 78
3.2 Экспериментальное исследование схемы контроля герметичности на основе способа сравнения 81
3.2.1 Определение характеристики p = f(t) линий схемы контроля герметичности 81
3.2.2 Исследования временных характеристик линий схемы контроля герметичности по способу сравнения 86
3.2.3 Исследование статической характеристики измерительной линии схемы контроля герметичности 91
3.3. Экспериментальное исследование устройства для контроля герметичности, выполненного на основе способа сравнения 97
3.3.1 Исследование модели устройства для контроля герметичности с дифференциальным манометрическим датчиком 97
3.3.2 Оценка точностных характеристик устройств для контроля герметичности, выполненных по схеме сравнения 100
3.4 Вероятностная оценка достоверности сортировки изделий при контроле герметичности по способу сравнения 105
3.4.1 Экспериментальное исследование распределения величины давления, эквивалентного утечке пробного газа в партии изделий 105
3.4.2 Статистическая обработка результатов эксперимента по оценке достоверности сортировки 108
Выводы к главе 3 112
Глава 4 Рекомендации по выбору и расчету средств автоматизации манометрического метода контроля герметичности газовой арматуры ... 115
4.1 Рекомендации по проектированию автоматизированного оборудования... 115
4.2 Рекомендации по выбору схем автоматизации контроля герметичности... 121
4.3 Разработка датчиков герметичности с улучшенными рабочими характеристиками 126
4.3.1 Конструкция датчика герметичности 127
4.3.2 Математическая модель и алгоритм расчета датчика герметичности 130
4.4 Разработка автоматизированного стенда для контроля герметичности .133
4.4.1 Конструкция автоматизированного многопозиционного стенда 133
4.4.2 Выбор параметров схем контроля герметичности 142
4.4.2.1 Методика расчета параметров схемы контроля герметичности по компрессионному способу с отсечкой 142
4.4.2.2 Методика расчета параметров схемы контроля герметичности по способу сравнения 144
4.4.3 Определение производительности автоматизированного стенда для контроля герметичности 146
4.4.4 Определение параметров герметизирующих уплотнений для автоматизированного стенда 149
4.4.4.1 Методика расчета уплотняющего устройства с цилиндрической манжетой 149
4.4.4.2 Методика расчета торцевого кольцевого уплотнения 154
Общие выводы и результаты 157
Список литературы 159
Приложение 168
- Особенности контроля герметичности газовой арматуры
- Исследование чувствительности контроля герметичности компрессионным способом с отсечкой
- Методика исследования схем контроля герметичности
- Рекомендации по проектированию автоматизированного оборудования...
Введение к работе
Важной проблемой в ряде отраслей промышленности является повышение требований к качеству и надежности выпускаемой продукции. Это вызывает острую необходимость в совершенствовании существующих, создании и внедрении новых методов и средств контроля, в том числе контроля герметичности, который относится к дефектоскопии - одному из видов контроля качества систем и изделий [46, 53, 54].
В промышленном производстве запорной и распределительной арматуры, в которой рабочей средой является сжатый воздух или другой газ, существующими стандартами и техническими условиями на ее приемку регламентируется, как правило, стопроцентный контроль параметра "герметичность" [54, 56, 59]. Основным узлом (рабочим элементом) такой арматуры является подвижная пара "плунжер-корпус" или поворотный клапанный элемент, которые работают в широком диапазоне давлений. Для герметизации газовой арматуры применяются различные уплотнительные элементы и смазки (герметики). В процессе функционирования ряда конструкций газовой арматуры допускается определенная утечка рабочей среды [12, 56, 57, 58, 59]. Превышение допустимой утечки из-за некачественной газовой арматуры может привести к неправильному (ложному) срабатыванию производственного оборудования, на котором она установлена, что может вызвать серьезную аварию. В бытовых газовых плитах повышенная утечка природного газа может стать причиной пожара или отравления им людей. Поэтому превышение допустимой утечки индикаторной среды при соответствующем приемо-сдаточном контроле газовой арматуры считается негерметичностью, т. е. браком изделия, а исключение брака повышает надежность, безопасность и экологическую чистоту всего агрегата, прибора или устройства, в котором газовая арматура применяется.
Контроль герметичности газовой арматуры является трудоемким, длительным и сложным процессом. Например, в производстве пневматической миниап-паратуры он занимает 25-30 % от общей трудоемкости и до 100-120 % от времени
сборки [9, 11,31]. Решить эту проблему в крупносерийном и массовом производстве газовой арматуры можно применением автоматизированных методов и средств контроля, которые должны обеспечить требуемую точность и производительность [64, 65, 67]. В реальных производственных условиях решение этой проблемы часто осложняется применением методов контроля, которые обеспечивают необходимую точность, но трудно поддаются автоматизации из-за сложности метода или специфики испытательной аппаратуры.
Для испытаний на герметичность изделий только лишь посредством газообразной испытательной среды разработано около десяти методов, для реализации которых создано свыше ста различных способов и средств контроля [22, 37, 38,46, 70, 71, 78, 80, 93, 95, 97, 98, 99]. Развитию современной теории и практики контроля герметичности посвящены исследования Зажигина А. С, Запунного А. И., Ланис В. А., Левиной Л. Е., Лемберского В. Б., Рогаль В. Ф., Сажина С. Г., Тру-щенко А. А., Фадеева М. А., Фельдмана Л. С.
Однако при разработке и внедрении средств контроля герметичности имеется ряд проблем и ограничений. Так большинство высокоточных методов можно и целесообразно применять только к крупногабаритным изделиям, в которых обеспечивается полная герметичность. Кроме того, накладываются ограничения экономического, конструктивного характера, экологические факторы, требования безопасности для обслуживающего персонала. В серийном и крупносерийном производстве, например, средств пневмоавтоматики, газовой арматуры для бытовой техники, в которой при приемо-сдаточных испытаниях допускается определенная утечка индикаторной среды и, следовательно, требования к точности контроля снижаются, на первое место при выборе метода контроля герметичности выдвигается возможность его автоматизации и обеспечения на этой основе высокой производительности соответствующего контрольно-сортировочного оборудования, что необходимо при стопроцентном контроле качества продукции.
Анализ особенностей оборудования и основных характеристик наиболее применяемых в промышленности газовых методов испытаний на герметичность позволил сделать вывод о перспективности для автоматизации контроля герме-
тичности газовой арматуры использования способа сравнения и компрессионного способа, реализующих манометрический метод. В научно-технической литературе этим способам испытаний уделено мало внимания из-за их сравнительно низкой чувствительности, однако отмечается, что они наиболее легко автоматизируются [6, 7, 37, 47]. При этом отсутствуют какие-либо рекомендации по выбору и расчету параметров устройств контроля герметичности, выполненным по схеме сравнения с непрерывной подачей испытательного давления. Поэтому актуальными и важными являются исследования в области газодинамики глухих и проточных емкостей, как элементов схем контроля, а также техники измерения давления газа в качестве основы для создания новых типов преобразователей, датчиков, устройств и систем автоматического контроля герметичности изделий, перспективных для использования в производстве газовой арматуры.
При разработке и внедрении автоматизированных устройств контроля герметичности возникает важный вопрос достоверности контрольно-сортировочной операции. В связи с этим в диссертации проведено соответствующее исследование, на основании которого разработаны рекомендации, позволяющие при автоматической сортировке по параметру "герметичность" исключить попадание бракованных изделий в годные. Еще одним важным вопросом является обеспечение заданной производительности автоматизированного оборудования. В диссертации даны рекомендации по расчету рабочих параметров автоматизированного стенда для контроля герметичности в зависимости от требуемой производительности.
Работа состоит из введения, четырех глав, общих выводов, списка литературы и приложения.
В первой главе рассмотрены особенности контроля герметичности газовой арматуры, допускающей при функционировании определенную утечку. Приведен обзор методов газовых испытаний на герметичность, классификация и анализ возможности их применения для автоматизации контроля газовой арматуры, позволившие выбрать наиболее перспективный - манометрический метод. Рассмотрены устройства и системы, обеспечивающие автоматизацию контроля герметичности. Сформулированы цели и задачи исследования.
Во второй главе теоретически исследуются два способа контроля герметичности, реализующие манометрический метод: компрессионный с отсечкой давления и способ сравнения с непрерывной подачей испытательного давления. Определены математические модели исследуемых способов, на основании которых проведены исследования их временных характеристик и чувствительности при различных режимах течения газа, разных емкостях линий и соотношениях давлений, позволившие выявить преимущества способа сравнения. Даны рекомендации по выбору параметров схем контроля герметичности.
В третьей главе экспериментально исследованы статические и временные характеристики линий схемы контроля герметичности по способу сравнения при различных значениях утечки, емкости линий и испытательного давления, показана их сходимость с аналогичными теоретическими зависимостями. Экспериментально проверена работоспособность и оценены точностные характеристики устройства для контроля герметичности, выполненного по схеме сравнения. Приведены результаты оценки достоверности сортировки изделий по параметру "герметичность" и рекомендации по настройке соответствующих автоматизированных контрольно-сортировочных устройств.
В четвертой главе дано описание типовых схем автоматизации манометрического метода испытаний и рекомендации по проектированию автоматизированного оборудования для контроля герметичности. Приведены оригинальные конструкции датчика герметичности и автоматизированного многопозиционного стенда для контроля герметичности. Предложены методики расчета устройств контроля герметичности и их элементов, представленные в виде алгоритмов, а также рекомендации по расчету рабочих параметров контрольно-сортировочного стенда в зависимости от требуемой производительности.
В Приложении представлены характеристики газовых методов испытания на герметичность и временные зависимости для возможных последовательностей изменения режимов течения газа в проточной емкости.
Особенности контроля герметичности газовой арматуры
Приведенные в диссертации разработки и исследования связаны с газовой арматурой, при изготовлении которой существующими стандартами и техническими условиями регламентируется стопроцентный контроль параметра "герметичность" и допускается определенная утечка рабочей среды [56,57, 58, 59,76]. 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 - гермети-ком, 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).
В соответствии с [56] установлены следующие требования при проведении испытаний на герметичность запорного крана. Испытания проводятся сжатым воздухом под давлением (15000±20) Па, так как более высокое давление может нарушить уплотняющую смазку. Утечка воздуха не должна превышать 70 см3/ч. Допустимый объем коммутационных каналов и емкостей контролирующего устройства не более (1 ±0,1) дм3. Время контроля 120 с.
Утечку сжатого воздуха в лабораторных условиях в соответствии с [56] рекомендуется контролировать с помощью волюмометрического устройства (рис. 1.2). Устройство состоит из измерительной бюретки 1, к которой по каналу 2 подходит воздух под давлением, резервного сосуда 3, сосуда 4 для поддержания необходимого уровня и места подключения испытуемого крана 5. Допускается осуществлять контроль с помощью других устройств, пофешность которых не превышает пофешности волюмометрического устройства ±10 см3/ч. Контроль утечки осуществляется посредством измерения вытесненного объема воды.
К газовой арматуре среднего и высокого давления, которую необходимо испытывать на герметичность, относятся пневмораспределители, переключатели, регулируемые дроссели и другие устройства пневмоаппаратуры, типовые конструкции которых приведены на рис. 1.3 и 1.4. На рис. 1.3 показан пневмораспреде-литель с цилиндрическим золотником типа П-РОЗП1-С, Пневмораспределитель крановый с плоским золотником типа В71-33
каналом 1 для управляющего сигнала, цилиндрического золотника 2, корпуса 3, крышки с каналом 4, соединяющим с атмосферой, рабочего канала 5 и уплотни-тельного кольца 6. На рис. 1.4 показан пневмораспределитель крановый с плоским золотником типа В71-33, состоящий из корпуса 1, крышки 2, плоского поворотного золотника 3, рукоятки 4, валика 5, рабочих каналов 6, 7, 8, 9, канала 10, соединяющего с атмосферой и канала для подвода сжатого воздуха 11. Наличие регламентированной утечки в пневмоаппаратуре объясняется тем, что в ее конструкциях содержатся плоские золотники, цилиндрические золотники с уплотняющим зазором, клапанные и крановые устройства, которые предполагают перетечки сжатого воздуха из одной полости в другую или утечки в атмосферу через зазоры и неплотности. Величина допустимой утечки конкретного пневмоаппарата устанавливается разработчиком на основании ГОСТ и указывается в его технической характеристике. Значения допустимой утечки для различных типов пневмоаппара-тов при установленном для данного устройства номинальном давлении сжатого воздуха приведены в таблице 1.1 [57, 58, 59, 76]. Пневмоаппаратура применяется в системах управления различным промышленным оборудованием, поэтому повышенные утечки рабочей среды и, как следствие, падение давления могут привести к несрабатыванию устройства или вызвать ложное срабатывание, т. е. привести к аварийной ситуации, поломке оборудования.
При испытании на герметичность пневмоаппаратуры возникают сложности, обусловленные многообразием конструкций, широким диапазоном допустимой утечки индикаторной среды (0,0001...0,004) м3/мин; различной величиной испытательного давления (0,16...1,0) МПа и времени контроля (от десятков секунд и более). Кроме того, загрязнение индикаторной среды (сжатого воздуха) не должно превышать 1 класс по ГОСТ 17433-91, температура окружающей среды 20±5С. Погрешность средств измерения и контроля, по которым определяется величина утечки, не должна превышать ±5 % [4, 37, 71]. Для контроля герметичности пневмоаппаратуры применяются датчики (сигнализаторы) давления и специально разработанное оборудование. Анализ этих устройств приведен в разделе 1.4.
Исследование чувствительности контроля герметичности компрессионным способом с отсечкой
Чувствительность контроля герметичности - это наименьшая утечка пробного газа, которая может быть измерена в процессе испытания изделия [37, 53]. Исследуем зависимость чувствительности контроля герметичности компрес Таблица 2.2 Временные зависимости при различных последовательностях режимов истечения газа из глухой камере Варианты соотношения давлений Последовательность изменения режимов истечения в переходном процессе Временные зависимости сионным способом с отсечкой от испытательного давления р0 при заданных У и рд при различных режимах истечения газа через дроссель, т. е. при соответствующих утечках газа через неплотности объекта испытания. Выразим утечку газа У через массовый расход G Предположим, что независимо от режима истечения газа при величине про 47 водимости f утечка равна Уд, а при проводимости / утечка равна У. Для турбулентного надкритического режима после подстановки в (2.15) формулы (2.5) получим:При одинаковой продолжительности испытания /, -( в результате преобразования (2.19) и (2.20) получим соотношение (2.21) Подставляя (2.21) в (2.18), получим соотношение Так как в (2.23) ЛУ будет иметь одинаковую абсолютную величину не зависимо от соотношений Уд У или Уд У , то для упрощения расчетов примем, что Уд У . Тогда (2.23) можно представить в виде выражения- отклик давления рА на изменение утечки АУ. Если в зависимости (2.25) величину Арт принять равной порогу чувствительности рп манометрического измерительного устройства, то получим формулу для определения самого малого изменения утечки Уч, которое может быть зафиксировано при контроле герметичности исследуемым способом. В соответствии с определением эта величина У,, является чувствительностью контроля герметичности компрессионным способом с отсечкой при турбулентном надкритическом режиме
Преобразование (2.25) относительно р0 позволяет получить выражение для определения испытательного давления в зависимости от чувствительности Уч контроля герметичности при турбулентном надкритическом режиме Подставив в зависимость (2.35) вместо Д/?от порог чувствительности рп манометрического измерительного устройства, получим формулу для определения чувствительности Уч контроля герметичности компрессионным способом с отсечкой при турбулентном докритическом режиме Преобразование (2.36) относительно р0 позволяет получить выражение для определения испытательного давления в зависимости от чувствительности Уч контроля герметичности при турбулентном докритическом режиме ґ Ґ у л у , При одинаковой продолжительности испытания /, = / в результате преобразования (2.41) и (2.42) получим соотношение
Исследование способа сравнения с непрерывной подачей испытательного давления Общие положения и схема испытания на герметичность по способу сравнения с отсечкой источника пробного газа рассмотрены в разделе 1.3.2. Однако, как показал анализ, перспективным для дальнейшего исследования является способ сравнения с непрерывной подачей испытательного давления. Это объясняется тем, что запорная, распределительная и переключающая газовая арматура в реальных условиях функционирует под постоянным рабочим давлением и по техническим характеристикам допускает определенную величину утечки [56, 57, 58, 59, 76]. Поэтому для испытания на герметичность данного класса устройств целесообразно применять именно схему контроля с непрерывной подачей испытательного давления, как наиболее соответствующую реальным условиям их функционирования. Кроме того, устраняется необходимость отсечки источника давления при каждом испытании, что существенно упрощает конструкцию контрольного устройства и облегчает автоматизацию процесса испытания. 2.3.1 Схема контроля герметичности по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления представлена схема, поясняющая контроль герметичности по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления. Схема состоит из измерительной линии ИЛ и линии ЭЛ эталонного давления, входы которых Схема контроля герметичности по способу сравнения с непрерывной подачей испытательного давления подключены к общему источнику испытательного давления pQ, а выходы соединены с атмосферой. Линия эталонного давления содержит входное пневматическое сопротивление (дроссель) проводимостью /J, емкость с регулируемым объемом Гэ и выходное пневматическое сопротивление с регулируемой проводимостью /2, которые предназначены для настройки схемы. Измерительная линия содержит входное пневматическое сопротивление проводимостью /т, и объект испытания ОИ, который можно представить в виде емкости объемом Ки, имеющей течь эквивалентную пневматическому сопротивлению проводимостью f4. Измерительная и эталонная линии образуют пневматический измерительный мост. Сравнение давлений в линиях схемы осуществляется посредством дифференциального манометрического измерительного устройства ИУ, включенного в диагональ пневматического моста. В данной схеме измерительное устройство имеет проводимость /= 0, поэтому давления /г, и рн в линиях не зависят друг от друга. Каждая линия схемы представляет собой проточную емкость. При контроле герметичности по схеме, приведенной на рис. 2.2, под утечкой понимается объемный расход газа через все сквозные неплотности объекта испытания при установившемся режиме течения пробного газа в линиях схемы. Такой режим соответствует одинаковому массовому расходу газа через входное и выходное сопротивление в линии.
Методика исследования схем контроля герметичности
Экспериментальное исследование проводилось с использованием серийных промышленных образцов запорных кранов бытовых газовых плит (при низком испытательном давлении), запорной и распределительной аппаратуры пневмоавтоматики (при среднем и высоком испытательном давлении), а также моделей течей. При этом использовалась следующая методика: 1. Длина пневмолинии от выхода блока подготовки воздуха до стабилизатора w Рис. 3.3 Специальная аппаратура для экспериментального исследования: а - переменная емкость; б - дроссель диаметром 0,1 мм; в - контрольные течи: 1 - цилиндр; 2 - крышка; 3 - поршень; 4 - фиксатор объема; 5 -входной штуцер; 6 - выходной штуцер; 7 - цанговый зажим; 8 - трубка сменная (внутренний диаметр 0,1 мм) давления на входе экспериментальной установки составляла не более 1,5 м. 2. При испытаниях обеспечивалась стабилизация пробного газа (сжатого воздуха) от колебания сетевого давления. 3. Загрязненность пробного газа не превышала требований 1 класса по ГОСТ 17433-80. 4. Установка величины испытательного давления, подаваемого на модели схем и устройства контроля герметичности, производилась регулировочным винтом стабилизатора давления экспериментальной установки. 5. Измерение величины испытательного давления на входе моделей схем и устройства контроля герметичности осуществлялась образцовыми манометрами класса 0.4 с пределами измерения 0... 1; 0... 1,6; 0...4 кгс/см . 6. Измерение давления в эталонной и измерительной линиях моделей схем и устройства контроля герметичности осуществлялось образцовыми манометрами класса 0.4 с пределами измерения 0...1; 0...1,6; 0...4 кгс/см и жидкостным микроманометром с относительной погрешностью измерения 2 %. 7. В исследованиях при среднем (до 1,5 кгс/см «0,15 МПа) и высоком испытательном давлении (до 4,0 кгс/см « 0,4 МПа) задание требуемой утечки осуществлялось посредством регулируемых дросселей, предварительно оттарированных по ротаметру с относительной погрешностью измерения 2,5 %. 8. В исследованиях при низком испытательном давлении (до 0,3 кгс/см" « ЗОкПа) задание требуемой утечки осуществлялось посредством контрольных течей, изготовленных в виде металлических щелевых капилляров из латуни марки Л63 (рис. 3.3, в). Капилляры были получены сверлением отверстия диаметром 1мм и последующим сплющиванием концевого участка длиной «20 мм. Тарировка контрольных течей осуществлялась воздухом при давлении 15 кПа посредством вольюметрического устройства с относительной погрешностью 2 %. 9. Задание пневматической емкости эталонной и измерительной линий схем контроля герметичности осуществлялось посредством набора постоянных емкостей, а установка равных емкостей в линиях - посредством переменных (регули 81 руемых) емкостей. 10. Измерение перепада давления между линиями в модели контрольного устройства осуществлялось дифференциальным манометрическим датчиком с относительной погрешностью измерения 2 % и пределами измерения 0...25 кПа и 0...40 кПа. 11. При снятии временных характеристик отсчет времени осуществлялся по электронному секундомеру с относительной погрешностью измерения 0,5 %. 12. Измерения соответствующих параметров (ри, Ар, I) для каждой исследуемой характеристики или параметра модели схемы или устройства контроля герметичности проводились с повторением отсчетов не менее 5 раз. 13. Обработка результатов каждого эксперимента осуществлялась нахождением средних значений параметров для каждого опыта. По полученным данным строились соответствующие характеристики. Описание пунктов методики исследования отдельных характеристик приведены в соответствующих разделах данной главы. Исследование характеристики р = /(/) линий схемы контроля герметичности Для проверки принятой математической модели (2.48) и работоспособности схемы контроля герметичности, выполненной на основе способа сравнения с непрерывной подачей испытательного давления был проведен эксперимент по определению характеристики р = f(J) - изменения давления в ее линиях за времяконтроля при высоком и низком испытательном давлении, которые используются при контроле герметичности в различной газовой арматуре. В разделе 2.3.1 было показано, что данная схема контроля содержит две линии, каждую из которых можно представить в виде проточной емкости. В исследовании использовалась экспериментальная установка, приведенная на рис. 3.2, а также рекомендации главы 2, что все параметры измерительной и эталонной линий схемы должны быть равны, поэтому эксперимент проводился только с измерительной линией. Для этого вентили 15, подсоединяющие эталонную линию к источнику испытательного давления и измерительную линию - к дифференциальному манометрическому устройству 14, были перекрыты.
Для определения характеристики р = /(/) проточной емкости линии при вы ч соком испытательном давлении использовался образцовый манометр 8 с верхним пределом измерения 4,0 кгс/см (400 кПа) класс 0.4 и электронный секундомер. В эксперименте были заданы следующие параметры: испытательное давление/?о=400 кПа; величина утечки воздуха У = 1,16-10-5 м3/с; суммарный объемпроточной емкости и пневматических каналов V «0,5дм3. Величина утечки воздуха У устанавливалась оттарированным по ротаметру переменным дросселем 10 типа П2Д.1М, при этом контрольная течь 9 была перекрыта вентилем 15. В интервале интенсивного нарастания давления показания манометра 8 снимались через 10 с. Для построения экспериментальной характеристики р = /(/) в качестве значений изменения давления были приняты среднеарифметические значения из пяти опытов.
Рекомендации по проектированию автоматизированного оборудования...
Рассмотрим основные этапы технического проектирования автоматизированного оборудования для контроля герметичности. На первом этапе осуществляется технологический анализ номенклатуры и объема партии изделий. При этом следует учитывать, что количество изделий в партии должно быть достаточно большим (по возможности, соответствовать среднесерийному и крупносерийному производству), 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, что позволяет 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. 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 ТУ 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, что позволяет использовать в разрабатываемом оборудовании в первом случае общий контрольный блок, а во втором - одинаковое уплотняющее устройство (торцевое или внутреннее манжетное). Этот этап завершается определением производительности проектируемого оборудования, пример расчета которого рассмотрен в разделе
На втором этапе проектирования определяется необходимость переналадки проектируемого устройства, которая должна предусматривать: возможность системы управления функционировать с учетом различного времени испытания из делий под давлением; перенастройку контрольно-измерительного блока на различные допустимые величины утечки пробного газа, а также на различные уровни испытательного давления. Затем следует осуществить выбор способа контроля и средств его реализации. Предварительно технические условия на проведение контроля герметичности должны быть рассмотрены при анализе технического задания. Здесь, как правило, предпочтение следует отдавать типовым, широкопредельным контрольно-измерительным устройствам. Но в отдельных случаях рекомендуется разработка специального контрольного блока, который в полной мере соответствует требованиям проектируемого автомата или полуавтомата, например, по требованию к переналаживаемости устройств, диапазону испытательного давления [39, 49, 71, 89]. Примеры расчета и применения контрольного оборудования рассмотрены в разделах 4.3 и 4.4.
На третьем этапе проектирования выбирается уровень автоматизации и переналаживаемости всего устройства. К автоматам для испытания на герметичность относятся устройства, которые осуществляют весь процесс контроля герметичности, включая разбраковку, а также загрузку - разгрузку изделий без участия оператора [64, 65, 67]. К автоматизированным устройствам (полуавтоматам) для контроля герметичности относятся устройства, в работе которых участвует оператор. Он может осуществлять, например, загрузку - разгрузку испытуемого изделия, разбраковку на "Годные" и "Брак" по информации контрольно-измерительного блока, снабженного автоматическим регистрирующим элементом. При этом общее управление устройством, включая привод транспортного приспособления, зажим - разжим (фиксация), уплотнение изделия, выдержка времени контроля и другие функции осуществляются автоматически. Перспективные схемы автоматизации контроля герметичности по манометрическому методу рассмотрены в разделе 4.2.
После оценки уровня автоматизации следующей важной задачей является выбор и анализ компоновочной схемы, которую следует вычертить в масштабе. Она позволяет рационально скомпоновать все устройства проектируемого оборудования. Здесь особое внимание следует уделить выбору позиции загрузки - разгрузки изделия, траектории перемещения загрузочного оборудования. Проблемы связаны с тем, что загружаемые изделия (объекты испытания), как правило, имеют сложную пространственную конфигурацию, поэтому трудно ориентируются, захватываются и удерживаются. Из-за этого требуется создание специального ориентирующего и загрузочно-разгрузочного оборудования, что не всегда приемлемо по экономическим причинам, поэтому ручная загрузка может оказаться рациональным решением. Как адекватное решение вопроса, рекомендуется рассматривать применение промышленных манипуляторов и роботов [45]. Примеры выбора и расчета параметров некоторого вспомогательного оборудования приведены в разделе
Следующим важным этапом проектирования является выбор системы управления и синтез схемы управления. Здесь следует придерживаться рекомендаций и методик разработки систем управления технологическим оборудованием, приведенных в литературе [42, 45]. Выбор схемы подготовки воздуха является достаточно простым, так как хорошо технически проработан и освещен в литературе [58, 60]. Но недооценка важности этого вопроса может привести к повышенной загрязненности сжатого воздуха (механическими примесями, водой или маслом), используемого в качестве пробного газа, что серьезно повлияет на точность контроля и надежность работы оборудования в целом. Требования к воздуху, используемому в пневматических контрольно-измерительных устройствах, изложены в ГОСТ 11662-80 "Воздух для питания пневматических приборов и средств автоматизации1 . При этом класс загрязненности должен быть не ниже второго по ГОСТ 17433-80.
При выборе схемы подачи испытательного давления следует учитывать обязательную его стабилизацию с высокой точностью, необходимость подключения к поворотному тактовому столу или другому перемещающемуся оборудованию, а также одновременное питание большого количества блоков контроля. Эти вопросы рассмотрены на примере автоматизированного стенда для контроля герметичности в разделе 4.4.
На завершающем этапе осуществляется экспертная оценка проекта автоматизированного устройства для контроля герметичности. Здесь целесообразно давать оценку проекту коллегиально, по определенным критериям, с привлечением специалистов подразделения, где предполагается внедрение разрабатываемого устройства. Затем проводится экономическая оценка проекта. На основании сделанных заключений принимаются окончательные решения о дальнейшей разработке рабочей документации, создании и внедрении автоматического или автоматизированного устройства для контроля герметичности по данному проекту.
Необходимо отметить, что по многим вопросам проектирование автоматических устройств для контроля герметичности сходно с проектированием автоматического оборудования для линейных измерений, размерной сортировки, сборки и т. п. [45, 60]. Однако имеются и определенные особенности, которые не нашли должного отражения в технической литературе по контролю герметичности, и поэтому рассмотрены в данном разделе.
