Промышленный лизинг Промышленный лизинг  Методички 

0 1 2 3 4 5 6 7 [ 8 ] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76

Средний коэффициент / для п = 3...6 определяют из формулы (1.48): / = = /о(Ро/р) «/l(p)гдe/l «0,2 при р = 1 МПа:

р, МПа 1 2 5 10 15 Более 15 /. . . 0,2 0,125 0,07 0,05 0,03 Возможно

увеличение до 0,07

Сочетанием конструктивных параметров в отдельных УПС можно получить

/ти до 1,5/.

1.5. Критерии оценки и классы негерметичности

Критерии оценки герметичности гид-ро- и пневмосистем, работающих при избыточном давлении рабочей среды или в условиях вакуума, различны. Они зависят от целей и методов контроля. Применяют следующие оценки герметичности: качественную («герметично» - «негерметично»); количественную (определение утечки рабочей среды) и оценку интенсивности утечки индикаторной среды с помощью приборов - течеиска-телей.

Качественную оценку герметичности проводят после сборки гидро- и пневмосистем обычного назначения с целью выявления мест утечки и устранения дефектов. Она необходима также при наблюдении за системой во время эксплуатации и во всех случаях, когда невозможен специальный контроль герметичности. Требование «полной герметичности» означает при этом отсутствие в течение установленного времени визуально видимых утечек или запаха герметизируемой среды. После сборки систему сначала подвергают опрес-совке под давлением рта„ которое обычно превышает номинальное рабочее давление р„ в 1,25-1,5 раза, с целью контроля прочности и выявления грубых дефектов и мест утечки. Затем многие гидросистемы подвергают пневмоиспы-таниям, при которых систему заполняют газообразной средой. Проникающая способность у газов значительно выше, чем у жидкостей, поскольку их вязкость

(см. табл. 1.4) на 2 - 3 порядка меньше вязкости рабочих жидкостей (утечки воздуха, например, в 10 разпревышают утечки керосина и в 40 раз утечки воды). Смена среды в гидросистеме - трудоемкая и дорогостоящая операция, поэтому целесообразнее контролировать герметичность системы, заполненной рабочей жидкостью. Методы контроля герметичности можно подразделить на гидравлические и пневматические; с использованием рабочей или контрольной среды. В последнем случае смена сред в системе неизбежна.

Наименьшие утечки, фиксируемые методом контроля, называют чувствительностью контроля [39]. Чувствительность, Вт (м • Па/с), некоторых методов, применяемых в промышленных условиях:

Аквариума (вода - воздух) . Гелиевым течеискателем . Галоидным течеискателем . Акустического.....

10-* 10-9-10-" 10- 10-5

При выборе метода контроля следует иметь в виду, что высокочувствительные специальные методы очень трудоемки и дороги, поэтому их применяют только для особо ответственных систем. Для обычных систем, изготовляемых по хорошо отлаженной технологии, их целесообразно применять при периодических испытаниях.

Гидравлические системы. Визуальным методом выявляют места возможной утечки. Преимуществом метода является то, что система заполнена рабочей жидкостью, испытания совмещаются с опрес-совкой и проверкой функционирования. Недостаток метода - невозможность контроля визуально недоступных мест утечки, низкая чувствительность и субъективность. Критерии оценки: образование подтеков без каплепадения, подтекания с каплеобразованием, капельные утечки. Соответствующий диапазон утечек для масел и нефтепродуктов 0,()25...10 мм(м-с). Визуальный метод контроля со сбором утечек на фильтровальную бумагу несколько точ-

нее, чем просто визуальный. По площади масляных пятен на бумаге дают грубую количественную оценку утечек. Это один из наиболее распространенных методов контроля уплотнений подвижных соединений. Визуальный метод контроля с применением окраски также позволяет выявлять места возможной утечки. Меловая краска хорошо выявляет подтеки масла и легко удаляется после проведения испытания. Некоторые составы для окраски меняют цвет в местах утечки. Для окраски применяют также составы, вступающие в химическую реакцию с рабочей средой, проникающей В местах утечки. Состав при контакте с утечкой масла интенсивно вспучивается. Визуально-каталиметрический метод основан на химической реакции вводимых в контрольную или рабочую среду специальных веществ - катализаторов с компонентами окраски. Вследствие каталитического характера реакции метод имеет повышенную чувствительность [б « 0,001 мм/(м • с)]. Визуальный контроль паровыделения в местах утечки перегретой рабочей жидкости применяют для контроля герметичности высокотемпературных гидросистем сверхскоростных самолетов [105]. Нефтяная рабочая жидкость в местах утечек из системы при высоком давлении й 9 = 288 °С > 9в образует облачко пара. Испытания проводят в специальных помещениях с подключением гидросистемы к высокотемпературной насосной установке. Одновременно проверяют функционирование гидросистемы.

Люминисцентный метод основан на флюоресценции некоторых жидкостей при облучении ультрафиолетовыми лучами. При этом выполняют визуальный осмотр мест возможной утечки. В качестве контрольной среды используют керосин.

Пневматические системы и пневмо-испытания на герметичность. В системе под давлением в результате утечек давление снижается. Измерение изменения давления в системе при статических условиях при строго постоянной темпе-

ратуре позволяет оценить суммарные утечки в соответствии с уравнением (1.2). Чувствительность метода 10" * Вт.

Метод обмыливания мест возможной утечки позволяет выявлять места дефектов и ускоряет проведение контроля, однако его можно применять для контроля только визуально доступных мест. В качестве покрытия применяют специальные составы с ПАВ (например, ПИГ-11, ПИГ-2С), что позволяет повысить чувствительность метода до 10Вт. При контроле методом вакуумирования контролируемый объект помещают в хорошо герметизированную камеру, в которой поддерживается заданное разряжение. О герметичности объекта судят по интенсивности откачки из камеры.

При контроле методом аквариума контролируемое изделие помещают в прозрачную жидкость и следят за появлением пузырьков контрольного (нши рабочего) газа в местах негерметичности изделия. При использовании воздуха и воды метод позволяет оценивать утечки порядка 10" - 10~* Вт. При использовании водорода и спирта чувствительность повышается до 5-10"* Вт [29]. Если можно подсчитать число пузырьков, утечки, см/с, оценивают по формуле Q = ndn/6t, где t - время измерения, с; п - число пузырьков; d - диаметр пузырьков, см. Давление р указывают в паспорте испытания. Метод аквариума с перегретой жидкостью отличается повышенной чувствительностью, обусловленной локальным кипением жидкости в местах утечки газа. Эбуллоскопический метод аквариума обеспечивает очень высокую чувствительность контроля утечек. Операция контроля включает двухступенчатый последовательный перегрев контрольной и индикаторной жидкостей.

Методы аквариума наиболее удобны и распространены для контроля малогабаритных изделий, а остальные рассмотренные методы - для крупногабаритных изделий и систем.

Испытания с помощью специальных контрольных сред и приборов - тече-



искателей. При контроле систем особо ответственного назначения используют приборы, регистрирующие весьма малую концентрацию индикаторных сред в потоке утечки. Большинство течеиска-телей регистрирует в месте дефекта интенсивность (мощность) потока утечек N - kQp, Вт (м Па/с). Нормы негерметичности в указанных единицах трудно сопоставить с нормами в единицах расхода для гидравлических систем, поэтому они обычно являются лишь критериями приемных испытаний.

В течеискателе имеется преобразователь, вырабатывающий сигнал, зависящий от состава и состояния анализируемой индикаторной среды (пробного газа). Масс-спектрометрические газоанализаторы, например, способны регистрировать концентрацию индикаторных сред порядка 10"%.

Для контроля применяют следующие среды и течеискатели:

гелий, гелиево-воздушную или гелиево-азотную смесь и гелиевые течеискатели ПТИ-10, ПТИ-7, СТИ-11, МХ1104;

фреоны 12 и 22 в смеси газов и галоидные течеискатели ГТИ-6, ГТИ-3;

воздух и акустические течеискатели ТУЗ-2, ТУЗ-5М, АТ-1, АТ-2;

синтетические газы и течеискатели с магниторазрядными датчиками.

Высокую точрюсть обнаружения утечек (до 10" Вт) обеспечивает метод накопления, при котором утечки пробного газа отводятся в специальную герметичную камеру с течеискателем [14].

Чувствительность контроля гелиевым течеискателем 10"-10" Вт [28], течеискателем с магниторазрядными датчиками - 10"** Вт.

Критерии подобия утечек. Общие для уплотнений всех видов соотношения, вытекающие из уравнений утечки, позволяют распространять результаты исследований уплотнений какого-либо типоразмера на уплотнения остальных видов. Основное назначение критериальных уравнений - анализ поведения уплотнения при изменении параметров эксплуатации (9, х, V, р) и размеров (В, [).

Поскольку утечки Q зависят от большого числа факторов и индивидуальных особенностей каждого образца, описать их универсальным уравнением Q = F(v, ц, р, ...) практически невозможна Такие уравнения приемлемы лишь для определения среднестатистических утечек, характерных для уплотнений данного вида.

В основных уравнениях утечки (1.28) - (1.43) для УН, УВ и УПС вьще-лены эксплуатационные (ц, v, р) и конструктивные {В, [) параметры. Это позволяет отразить характерные особенности уплотнения в безразмерных функциональных коэффициентах "V. Для УН Т - функция формы микроканалов, для УВ и УПС Т - функция формообразования зазоров при движении. Для диффузионного проницания Ч* - функция свойств и состояния вещества. Таким образом, функция Ч* - наиболее универсальная безразмерная характеристика герметичности уплотнения.

Для УН из уравнений (1.18), (1.20) и (1.36) следует пропорциональность Q периметру уплотнения В при одинаковых А/) и ц, т. е. для них применим критерий удельной утечки Q = Q/B. В широком диапазоне изменения размера В (до 2000 мм) необходимо учитывать влияние погрешностей формы мест установки уплотнений, вводя поправку {BJBq)":

ё = (е/В)(В/Во)", (1.55)

где и = 1 для активных уплотнений (эластомерных колец); п = 1,5 для прокладок и уплотнений периодического действия (затворов, клапанов и вентилей).

Более грубое приближение дает учет в уравнении (1.55) изменения вязкости ц и давления р по сравнению с базовыми параметрами цо, Ро:

в

В\ \1о Р

(1.56)

\Во J Ц \Ро,

Уравнение (1.56) не учитывает свойства самоуплотнения активных уплотнений (эластомерных колец), смазывающей способности и коэффициента поверх-

ностного натяжения. Для активных уплотнений при жидкой среде можно считать, что Q не зависит от р (s w 0).

Удельные утечки могут быть объемными Q, м(м-с) (утечки по периметру В = 1 м за время t = 1 с) и массовыми е„, кгДм • с), причем Q„ = pQ, где р -плотность жидкости.

Сравнение утечек жидкостей « газов. Объемные удельные утечки газов Qr вследствие малой их вязкости значи-тельно превышают утечки жидкостей бж: Gr/Gж«Ш...10 Кроме того, Qua ~ Pi - ри Qt ~ Рг - р\ бг не зависит от поверхностного натяжения. Установление эквивалента сравнения Qr и через одинаковые микрозазоры всегда вызывает затруднения. Массовые удельные утечки 2 „ж и 2 г различаются значительно меньше, так как плотность большинства газов рго находится в пределах 0,9 • 10-* (гелий) - 2 10" (пропан) г/см. Так, для воздуха рго = = 1,29 10" г/см, для пробных газов Р2о«10- г/см. Отношения р/л, г-см--мПа~-с", для жидкостей и газов близки (для рабочих жидкостей 0,02...1,0, для газов 0,05...0,1), поэтому при прочих равных условиях удельные массовые утечки для жидкостей и газов также близки [(2тж = 10-*...2,5 • 10- ёг= 10-°...10-* г/(м-с)].

Кроме того, для большинства жид-крстей р = 0,7...1,2 г/см, поэтому бтж ~ бж- Следовательно, при сравнении удельных утечек можно применя7ь единую шкалу для бж, мм(м • с) и бг, мгДм • с).

Диффузионная проницаемость [см. уравнение (1.34)] пропорциональна площади мембраныХ. Удельные объемная Qs и массовая 6ms проницаемости связаны соотношением 6ms = p6s- Если известно значение 6so при базовой температуре То (обычно То = 273 -f 60 = = 333 К), площади So и толщине /о мембраны, то при Т, S, / [35]

где и - энергия активации, Дж/моль;

ДТ= Т- То, К.

Коэффициент диффузии для полимеров слабо зависит от давления [3,35], поэтому последнее можно не учитывать при определении удельного диффузионного расхода жидкостей. Концентрация газов пропорциональна давлению, поэтому приведенный к нормальным условиям объем газа, продиффундировавше-го через мембрану за время t,

Vs = PApStH, (1.58)

где Р - газопроницаемость, мДс • Па).

По степени возрастания газопроницаемости материалы располагаются в ряд: бумага, кожа, керамика, жидкости, эластомеры, пластмассы, стекла, металлы.

Удельные утечки [см. уравнение (1.41)] через УПС характеризуются объемом К отнесенным к площади штока S = кПЬп, контактировавшей с уплотнением за п двойных ходов. Если из-, вестны утечки Ко при ро, vo, Цо, то утечки при параметрах р, v, \i рассчитывают по формуле (1.43).

Классы негерметичности уплотнений. Сравнительный анализ удельных утечек через уплотнения различных групп позволил систематизировать статистические данные [35, 52] и на их основе сделать следующие выводы.

Утечки в большой партии уплотнений одного вида характеризуются некоторой функцией распределения р (б) со средним значением бм и определенными пределами отклонения (рис. 1.37, а). Удельные утечки Q, Qs, Охарактеризуются аналогичными функциями распределения и значениями бм, бхм, К„.

Сопоставление кривых распределения утечек выявляет диапазоны утечек, характерные для каждой группы уплотнений. Наименьшие утечки возникают в уплотнениях с диффузионной проницаемостью, наибольшие - в щелевых уплотнениях. Средние для каждой группы утечки бм образуют определенную последовательность (рис. 1.37, б, в).



р(а).У

Щ УВ контактные, УПС бесконтактные

---- диафрагмовые

---УПС контактные


Тип иплотнения 6)


класс негерметичности

Рис. 1.37. Функции распределения утечек для различных уплотнений:

/ - диафрагмовых; 2 - УН; 3 - эластомерных УПС; 4 - манжетных УВ; 5 - торцовых УВ; б - набивочных УПС; 7-УПС, щелевых компенсированных УВ; 8 - бесконтактных УВ и УПС

При ЭТОМ утечки рассматривают в характерном для каждого вида уплотнений диапазоне скоростей и давлений.

Для уплотнений разных групп утечки находятся в очень широких пределах (рис. 1.37, в), поэтому шкала классов негерметичности выбрана нелинейной [35, 52] (по закону геометрической прогрессии). Для бесконтактных уплотнений кривые распределения p{Q) симметричны. Для уплотнений остальных групп характерны несимметричные кривые р(б) с максимумом, смещенным к нижнему пределу. Такая закономерность является результатом стремления добиться при изготовлении продукции минимума утечек после монтажа и отладки уплотнений. Изделия с утечками свыше допускаемых при приемо-сдаточных испытаниях бракуют и направляют на доработку.

Утечки через уплотнения во время эксплуатации характеризуются определенной нестабильностью (рис. 1.38), возрастая в экстремальных режимах. В процессе эксплуатации вследствие старения, изнашивания и коррозии материала, деформации посадочных мест утечки постепенно увеличиваются. Когда они превышают допускаемые значения.

уплотнения заменяют. При рассмотрении большого числа уплотнений случайные отклонения утечек также подчиняются определенной закономерности. Обычно случайные максимальные отклонения утечек достигают значений утечек следующего класса негерметичности. Например, для эластомерных УН в обычных условиях Q к 0,0005.. .0,005 мм7(мс), в режиме динамических нагрузок Q « 0,005...0,05 (подтекание

OA 0,3 0,2 0,1

II,,

II III

ilii

0 500 1500 2500 3500 4500 5500 6500 7500 t, ч

0,32 4,22

5,89

0 500 1500 Z500 3500 4500 55m 6500 7500 t,4

.1.1

Рис. 1.38. Утечки при длительной работе трех торцовых уплотнений (D = 45 мм; пара трения сталь - бронза; р = 0,05 МПа, масло АУ, п = 15(Ю об/мин)

Таблица 1.8

Классы негерметичности уплотнений и соответствующие им удельные утечки

Класс

Удельная утечка

Критерий качественной (визуальной) оценки

Характерные

типы уплотнений

б, mmV(m с)

V, смЗ/м2

Qs, ммЗ/(м2-с)

0-0 0-1

До 10-5

СВ 10-5 ,Q-4

До 10-5

Св 10-5 до 10-

Абсолютная герметичность

Металлические сильф он ы, мембраны полимерные

1-1 1-2

» 10-* » 5 10-* » 5 » 5 IQ-

До 10-3

» 10-Ь)5-10" » 5 10" » 5 10"

Слабый запах, визуально невидимое отпотевание

Мембраны резиновые, рукава, УН эластомерные

2-1 2-2

» 5 10- » 5 10" »5 10-» 5 10-

Св 10" до 10~ » 10- » 2 10"

» 5 10~ » 5 10-

Подтекание без каплеоб-разования

УН в тяжелых режимах, эластомерные УПС и УВ

» 5 10- » 2,5 » 2,5 » 10

»2 10"» 1

» 1 » 5

Подтекание с каплеобразованием

УПС в тяжелых режимах, УВ манжетные, торцовые, набивные

» 10 » 50

» 5 » 50

Капельные утечки

УВ торцовые, УПС и УВ набивочные, щелевые - компенсированные

» 50 » 5 102

Частые капли

» 5 102 » 103 » 103

Непрерывные утечки

УПС, УВ бесконтактные

Примечание. Для газовых сред вместо Q критерием является массовая удельная утечка б„, мг/(м • с), вместо Q, - Q„, мгДм • с).

без каплеобразования), при наличии мелких рисок и грязи в канавках Q « «0,5...2,5 мм7(м-с) (подтекание с каплеобразованием).

Для уплотнений различных групп в соответствии с удельными утечками Q, Qs и V установлены классы негерметичности (табл. 1.8).

Количественная оценка утечек при эксплуатации изделий, как правило, затруднена или невозможна, поэтому для каждого класса негерметичности уплотнений для жидких сред установлен

также критерий качественной - визуальной оценки (см. табл. 1.8).

При оценке герметичности уплотнений для газовых сред качественными критериями являются массовые удельные утечки Q„ и Q.

Нормы негерметичности. Для трубопроводной запорной арматуры (клапанов, вентилей и т. п.) применяют уплотнения периодического действия, многократно находящиеся в положениях «закрыто - открыто». Для таких уплотнений характерно большое влияние на



0 1 2 3 4 5 6 7 [ 8 ] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76