Автоматизация испытаний изделий на герметичность
Покупка
Основная коллекция
Тематика:
Автоматика
Издательство:
Инфра-Инженерия
Автор:
Жежера Николай Илларионович
Год издания: 2020
Кол-во страниц: 552
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-9729-0518-8
Артикул: 744344.01.99
Приведен анализ устройств для испытания изделий на герметичность и показаны разработанные способы, устройства и производственные линии автоматизированных испытаний изделий на герметичность. Рассматриваются теоретические положения по расчету и моделированию динамических свойств измерительных элементов, устройств как объектов автоматического управления, исполнительных устройств и цифровых САУ, обеспечивающих автоматизированный контроль герметичности изделий. Установленные положения являются основой проектирования автоматизированных систем испытаний с контролем герметичности изделий по утечкам пробной среды.
Для аспирантов и студентов, обучающихся по направлениям подготовки 15.03.04, 15.04.04 «Автоматизация технологических процессов и производств», а также для научных работников и инженеров при проектировании автоматизированных систем испытаний изделий на герметичность.
Тематика:
ББК:
УДК:
- 620: Испытания материалов. Товароведение. Силовые станции. Общая энергетика
- 681: Точная механика. Автоматика. Приборостроение
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.04: Автоматизация технологических процессов и производств
- ВО - Магистратура
- 15.04.04: Автоматизация технологических процессов и производств
ГРНТИ:
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Н. И. ЖЕЖЕРА АВТОМАТИЗАЦИЯ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ Учебное пособие 4-е издание Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2020
УДК 681.5:620.165.29.008.6 (075.8) ББК 32.965я7 Ж47 Р е ц е н з е н т ы : кафедра систем автоматизации производства Оренбургского государственного университета (заведующий кафедрой доктор технических наук, профессор Н. З. Султанов); заведующий кафедрой промышленной автоматики Уфимского государственного авиационного технического университета доктор технических наук, профессор Н. И. Тюков Жежера, Н. И. Ж47 Автоматизация испытаний изделий на герметичность : учебное пособие / Н. И. Жежера. – 4-е изд. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2020. – 552 с. : ил., табл. ISBN 978-5-9729-0518-8 Приведен анализ устройств для испытания изделий на герметичность и показаны разработанные способы, устройства и производственные линии автоматизированных испытаний изделий на герметичность. Рассматриваются теоретические положения по расчету и моделированию динамических свойств измерительных элементов, устройств как объектов автоматического управления, исполнительных устройств и цифровых САУ, обеспечивающих автоматизированный контроль герметичности изделий. Установленные положения являются основой проектирования автоматизированных систем испытаний с контролем герметичности изделий по утечкам пробной среды. Для аспирантов и студентов, обучающихся по направлениям подготовки 15.03.04, 15.04.04 «Автоматизация технологических процессов и производств», а также для научных работников и инженеров при проектировании автоматизированных систем испытаний изделий на герметичность. УДК 681.5:620.165.29.008.6 (075.8) ББК 32.965я7 ISBN 978-5-9729-0518-8 © Н. И. Жежера, 2020 © Издательство «Инфра-Инженерия», 2020 © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2020
Содержание Введение....................................................................................................16 1 Методы, способы и устройства испытаний изделий на герметичность......................................................................................21 1.1 Изделия, испытываемые на герметичность на промышленных предприятиях......................................................................................21 1.2 Методы испытаний на герметичность изделий............................24 1.3 Применяемость методов испытаний изделий на герметичность.29 1.4 Способы и устройства контроля герметичности изделий..... .......30 1.4.1 Контроль герметичности изделий по давлению......…...............30 1.4.2 Контроль герметичности изделий по разности давлений..........34 1.4.3 Контроль герметичности при равенстве давлений в испытываемом изделии и эталонной емкости...............................41 1.4.4 Контроль герметичности изделий по визуально наблюдаемым цветным газообразным средам............................................................45 1.4.5 Контроль герметичности изделий газоанализаторами химического состава газов............................................................47 1.4.6 Контроль герметичности изделий при погружении в жидкость..49 1.4.7 Течеискатели, используемые при испытаниях изделий на герметичность............................................................................50 1.4.7.1 Газоструйные течеискатели.......................................................50 1.4.7.2 Масс-спектрометрические течеискатели..................................56 1.5 Примеры технологических схем испытаний на герметичность изделий...............................................................................................60 1.6 Взаимосвязь объектов испытаний на герметичность с устройствами контроля и управления систем испытаний изделий...…………………………………………………................63 2 Статистические исследования герметичности изделий...................65 2.1 Паспортизация неплотностей автотракторных теплообменников при испытаниях на герметичность.........…......................................65 2.1.1 Методика проведения паспортизации неплотностей соединений теплообменников при испытаниях на герметичность в условиях массового производства................65 2.1.2 Основные виды неплотностей теплообменников, влияющих на герметичность..........………..................................67 2.1.3 Утечки сжатого воздуха через неплотности теплообменников при испытаниях на герметичность в условиях серийного производства..................................…….. .....................................68 3
2.1.4 Построение гистограмм эмпирического распределения
утечек воздуха при испытаниях на герметичность сердцевин
теплообменников и теплообменников в сборе.……….........69
2.1.5 Определение основных статистических параметров утечек
воздуха при испытаниях на герметичность сердцевин
теплообменников и теплообменников в сборе.......…................70
2.2 Статистические исследования причин негерметичности
предохранительных и перепускных клапанов гидравлических
систем..................................................................................................81
2.2.1 О случайности расхождения между средними значениями
износа перепускных и предохранительных клапанов..............81
2.2.2 Исследование величины и ориентации эксцентриситетов
сопряжений клапан-седло предохранительных и перепускных
клапанов.......................................…...............................................88
2.2.3 Определение статистических параметров максимальных
значений износа деталей клапанов.............................................93
3 Основы теории и совершенствование методов, способов
и устройств испытаний изделий на герметичность............….........95
3.1 Основы теории и совершенствование пузырькового метода и
устройств испытаний изделий на герметичность..........................95
3.1.1 Базовый пузырьковый метод с камерным способом
реализации испытаний изделий на герметичность..........…......95
3.1.2 Математическое описание статических характеристик
устройств пузырькового камерного способа испытаний
изделий на герметичность...........………......................................96
3.1.2.1 Влияние диаметра барботажной трубки пузырьковой
камеры на потери давления на трение при движении
в ней жидкости...……………………………………………......96
3.1.2.2 Изменение лапласовского давления от поверхностного
натяжения жидкости на срезе барботажной трубки
в зависимости от ее диаметра...................……...........................97
3.1.2.3 Потери давления на формирование пузырьков сжатого
воздуха на срезе барботажной трубки.................….................98
3.1.2.4 Влияние диаметра барботажной трубки на размер
формируемых пузырьков сжатого воздуха в жидкости
пузырьковой камеры..………………………………………..103
3.1.2.5 Влияние типа жидкости в пузырьковой камере на размер
формируемых пузырьков сжатого воздуха.............................108
4
3.1.3 Математическое описание динамических свойств устройств
пузырькового камерного способа испытаний изделий на
герметичность ......................................…....................................109
3.1.3.1 Модель устройства, содержащего пузырьковую камеру и
герметичное изделие.................................................................109
3.1.3.2 Модель устройства, содержащего пузырьковую камеру
и изделие с микрощелью..........................................................116
3.1.3.3 Модель устройства, содержащего эталонную емкость,
пузырьковую камеру и изделие с микрощелью..................119
3.1.4 Совершенствование газового пузырькового камерного
метода автоматизированного контроля герметичности
изделий.....……………………………………………………....127
3.1.4.1 Совершенствование технологического процесса
испытаний изделий на герметичность газовым
пузырьковым методом………………………………………..127
3.1.4.2 Использование гидравлического затвора в устройствах
испытаний изделий пузырьковым камерным методом.......129
3.1.4.3 Выбор геометрических размеров эталонной емкости при
испытаниях изделий пузырьковым камерным методом.....132
3.1.4.4 О пороге чувствительности пузырькового камерного
метода..………………………………………………………...136
3.2 Сравнительная оценка течения газа через микрощели изделий
систем испытаний на герметичность............................ ...............139
3.2.1 Определение избыточного давления в микрощелях изделий,
погружаемых в индикаторную жидкость, от воздействия
поверхностного натяжения жидкости……..............................139
3.2.2 Расход сжатого воздуха через микрощели изделий
в атмосферу.……………………………………………………..141
3.2.3 Расход сжатого воздуха через микрощели изделий
в воздушную камеру с избыточным давлением........................147
3.2.4 Влияние температуры сжатого воздуха и температуры
изделия на расход воздуха через микрощели изделия
в атмосферу....……………………………………………….......149
3.2.5 Влияние температуры сжатого воздуха, жидкости
и поверхности изделия на расход воздуха через
микрощели изделия в жидкость………………………………..152
3.3 Основы теории и совершенствование манометрического метода
и устройств с горизонтальной трубкой испытаний изделий на
герметичность.....................…….....................................................154
5
3.3.1 Базовый способ реализации манометрического метода
испытаний изделий с использованием горизонтальной
трубки............……………………………………………............154
3.3.2 Определение максимального диаметра горизонтальной
трубки с жидкостным поршнем...............…..............................156
3.3.3 Определение касательного напряжения в ламинарном
пограничном слое горизонтальной трубки с жидкостным
поршнем........................................................................................159
3.3.4 Математическое моделирования расхода газа через
горизонтальную трубку при испытаниях изделий на
герметичность...............................................................................163
3.3.5 Проводимость и гидравлическое сопротивление
горизонтальной трубки систем испытаний изделий.....…........166
3.3.6 Статические погрешности контроля герметичности изделий
горизонтальной трубкой по утечкам газа и выбор объема
эталонной емкости......................................................................168
3.3.7 Возможные перемещения жидкостного поршня в
горизонтальной трубке в установившемся режиме при
испытаниях изделий различных классов герметичности.........169
3.3.8 Время запаздывания перемещения жидкостного поршня
в горизонтальной трубке при контроле герметичности
изделий.………………………………………………………….172
3.3.9 Динамические погрешности контроля герметичности
изделий устройством с горизонтальной трубкой по
утечкам газа.......…………………………………………..........174
3.3.10 Оценка динамических погрешностей контроля
герметичности изделий при изменении параметров
устройства с горизонтальной трубкой.........………........….....176
3.3.11 Определение объема утечек газа из изделия, которые
вызывают начальное движение жидкостного поршня
в горизонтальной трубке, преодолевая поверхностное
натяжение жидкости………………………………………......182
3.3.12 Испытания на герметичность изделий устройством с
горизонтальной трубкой с жидкостным поршнем и
гидравлическим затвором...................…...................................184
3.4 Метод автоматизированного контроля герметичности
изделий при периодических возмущениях давления
пробной среды…........……………………………………………186
6
3.4.1 Дифференциальное уравнение движения жидкостного поршня в горизонтальной трубке..................…......................186 3.4.2 Исследование передаточной функции движения жидкостного поршня в горизонтальной трубке........................191 3.4.3 Исследование влияния поверхностного натяжения различных жидкостей и сил вязкого трения на перемещение жидкостного поршня в горизонтальной трубке..…………………………………………………………...201 3.4.4 Исследование влияния перепада давлений на жидкостном поршне от утечек газа из изделия, который меньше по значению, чем перепад давлений, создаваемый поверхностным натяжением жидкости..............…....................213 3.4.5 Движение жидкостного поршня в горизонтальной трубке без учета инерционных сил и силы вязкого трения..……...............220 3.4.6 Контроль герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды в устройстве испытаний................……..............................................................224 3.5 Основы теории и совершенствование манометрического метода и устройств с дифференциальным манометром испытаний изделий на герметичность...............…......................228 3.5.1 Типовая схема испытаний изделий на герметичность с использованием дифференциальных манометров.....................228 3.5.2 Выбор объема эталонной емкости при испытаниях изделий газом с использованием дифманометров...................229 3.5.3 Разработка способа и устройств испытаний изделий на герметичность с использованием изменяемых дополнительных емкостей..................….....................................233 3.5.4 Разработка устройств испытаний изделий на герметичность без их разгерметизации....……...................................................237 3.6 Основы теории и совершенствование гидростатического метода и устройств испытаний изделий на герметичность.......239 3.6.1 Базовый гидростатический метод испытаний изделий на герметичность................…...........................................................239 3.6.2 Разработка пузырькового камерного способа реализации гидростатического метода........…...............................................240 3.6.2.1 Пузырьковый камерный способ реализации гидростатического метода при равенстве давлений пробной жидкости и индикаторного газа....................…......240 7
3.6.2.2 Пузырьковый камерный способ реализации
гидростатического метода при неравных давлениях
пробной жидкости и индикаторного газа........……............242
3.6.2.3 Выбор геометрических размеров эталонной емкости при
испытаниях изделий жидкостью пузырьковым камерным
способом.......................……......................................................243
3.6.3 Совершенствование гидростатического метода испытаний
изделий на герметичность с использованием
дифманометра…..….……………………………………………245
3.6.3.1 Основные причины, препятствующие применению
гидростатического метода испытаний изделий на
герметичность с использованием дифманометра………..245
3.6.3.2 Разработка эталонной емкости и выбор ее геометрических
размеров при испытаниях изделий жидкостью с
использованием дифманометра……….……....................….247
3.6.3.3 Испытания изделий на герметичность жидкостью с
использованием эталонной емкости и дифманометра с
возвратом его показаний в исходное положение..................251
3.7 Разработка и исследование устройств испытаний изделий
на герметичность перегретым водяным паром......…..............254
3.7.1 Устройства испытаний изделий на герметичность по
наличию водяного пара в окружающем воздухе............….....254
3.7.2 Исследование измерительного преобразователя водяного
пара в окружающем изделие пространстве.......…..................256
3.7.3 Исследование чувствительности прибора обнаружения
водяного пара в воздухе, окружающем изделие.………..........257
3.8 Разработка устройств испытаний изделий на герметичность
с использованием излучателей света....…...........…....................258
3.9 Разработка и исследование устройств дегазации пробной
жидкости автоматизированных систем испытаний.....................260
3.9.1 Акустический деаэратор...........…...............................................260
3.9.2 Экспериментальные исследования дегазации жидкости
под воздействием ультразвуковых колебаний.......…..............262
4 Математическое моделирование устройств и процессов
испытаний на герметичность как объектов
автоматического управления.....…………………………………....264
4.1 Устройства, содержащие пневматическую емкость и
регулирующий клапан на входе газа в емкость......................265
8
4.2 Устройства, содержащие пневматическую емкость и клапаны
на входе и выходе газа из емкости.....................….......................270
4.3 Математическое моделирование газожидкостных устройств
испытаний на герметичность изделий как объектов
автоматического управления по давлению газа..........................275
4.4 Математическое моделирование газожидкостных устройств
испытаний изделий на герметичность как объектов
автоматического управления по уровню жидкости.....................290
4.4.1 Математическое моделирование газожидкостных устройств
как объектов автоматического управления по уровню
жидкости с учетом расходов газа и жидкости...........…...........290
4.4.2 Варианты математического моделирования газожидкостных
устройств как объектов автоматического управления по
уровню жидкости с учетом расхода жидкости........................297
4.4.2.1 Заполнение емкости газожидкостного устройства
жидкостью от нулевого уровня до заданного или
максимального значения.…………………………………….298
4.4.2.2 Снижение уровня жидкости в изделии от верхнего
до нижнего значения....................…….....................................300
4.5 Математическое моделирование динамики изделий,
испытываемых на герметичность перегретым водяным
паром, как объектов автоматического управления...............…..304
4.6 Методика анализа технологических и конструктивных
параметров газа и устройств испытаний изделий на
герметичность как объектов автоматического управления........313
4.7 Обобщение мероприятий по математическому
моделированию объектов управления автоматизированных
систем испытаний изделий на герметичность...............…..........319
5 Методы повышения ресурса герметичности клапанных
устройств автоматизированных систем испытаний......….............320
5.1 Математическое описание воздействия рабочей жидкости
на детали сопряжения клапан-седло предохранительных
и регулирующих клапанов.........……...........................................320
5.2 Теоретический анализ влияния эксцентриситета в сопряжении
клапан-седло на работу и гидравлическую плотность
предохранительных клапанов.........…….......................................338
5.3 Экспериментальные исследования влияния эксцентриситета
в сопряжении клапан-седло на работу и гидравлическую
плотность предохранительных клапанов.....................................342
9
5.4 Теоретические положения о влиянии упругой емкости
на работу клапанов гидравлических систем.......…..................346
5.5 Установка для ресурсных испытаний на герметичность
клапанов гидравлических систем............….................................357
5.6 Экспериментальные исследования влияния упругой емкости
на работу клапанов гидравлических систем.......….....................359
5.7 Экспериментальные исследования работы предохранительных
клапанов в автоколебательном режиме...................................364
5.8 Экспериментальные исследования герметичности
предохранительных и перепускных клапанов гидравлических
систем. ...........................…............................................................367
5.8.1 Исследование герметичности сопряжения перепускной
клапан-седло в переходном режиме...........…............................367
5.8.2 Исследование герметичности сопряжения перепускной
клапан-седло в режиме перегрузки............................................368
5.8.3 Исследование герметичности перепускных клапанов в
переходном режиме и режиме перегрузки ................................370
5.8.4 Исследование герметичности предохранительных клапанов
в автоколебательном режиме предохранения.........................371
5.8.5 Исследование герметичности предохранительных клапанов
в режиме обычного предохранения............................................371
6 Измерительные преобразователи и исполнительные устройства
автоматизированных систем испытаний изделий
на герметичность…………………………………………………....378
6.1 Емкостные измерительные преобразователи систем испытаний
изделий на герметичность.......…...................................................378
6.1.1 Расположение емкостных измерительных
преобразователей в устройствах испытаний изделий
на герметичность....………………………………………….....378
6.1.2 Вывод исходных уравнений емкостного измерительного
преобразователя систем испытаний изделий............................379
6.1.3 Чувствительность емкостного измерительного
преобразователя………………………………………………...382
6.1.4 Коэффициент чувствительности емкостного
измерительного преобразователя и влияние на него
различных жидкостей........…………………………………......383
6.1.5 Суммарная погрешность емкостного измерительного
преобразователя...........................…..............................................385
10