CC BY
14
УДК 681.5:620.165.29.008.6
Жежера Н.И. ©
Профессор, доктор технических наук, Оренбургский государственный университет
ПОВЫШЕНИЕ РАЗНОСТИ ДАВЛЕНИЙ ПРИ КОНТРОЛЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫМ МАНОМЕТРОМ ПУТЕМ СЖАТИЯ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ
ЕМКОСТЕЙ
Аннотация
Предложен способ повышения разности давлений на дифференциальном манометре при испытаниях изделий на герметичность за счет сжимаемых емкостей, присоединенных к дифференциальному манометру. Установлена аналитическая зависимость для определения коэффициента повышения давления в сжимаемых емкостях и полостях дифференциального манометра при испытаниях изделий на герметичность. Определены условия соотношения изменения объемов сжимаемых емкостей и объемов полостей дифференциального манометра и соединительных трубопроводов.
Ключевые слова: контроль, сжимаемые емкости, герметичность, газ, дифференциальный манометр, разность давлений, коэффициент повышения.
Keywords: control, compressed capacity, tightness, gas, differential pressure gauge, pressure difference, rate of increase.
Повышение разности давлений при контроле герметичности изделий дифференциальным манометром по разности давлений достигается путем использования сжимаемых емкостей [2; 3, 56; 6, 49]. Устройство [1], приведенное на рисунке, содержит эталонную емкость 1, объем которой выбирается в соответствии с данными работы [4, 64], изделие 2, дифманометр 3, источник 4 пробного газа, емкости 5 и 6 равного объема, привод 7, опорную пластину 8, ножевидные регулируемые опоры 9-12 и запорные вентили 13-16. Первая емкость 5 соединена с левым входом
герметичность дифференциальным манометром путем сжатия дополнительных емкостей
© Жежера Н.И., 2013 г.
Вторая емкость 6 соединена с вторым входом дифманометра 3 и через вентили 14 и 15 соответственно с изделием 2 и источником 4 пробного газа. Емкости 5 и 6 выполнены, например, в виде сильфонов [8, 47]. Одни торцы сильфонов жестко закреплены к основанию устройства, а другие - к подвижной пластине 8, которая соединена с подвижной частью привода 7.
Пластина 8 в исходном состоянии опирается на ножевидные опоры 9 и 10, а при сжатии сильфонов - на опоры 11 и 12. Геометрические размеры сильфонов выбираются из условия равенства вытесняемых объемов при перемещении опорной пластины 8 с опор 9 и 10 на опоры 11 и 12. Для компенсации погрешностей от неточности геометрических размеров сильфонов [5] ножевидные опоры 9 - 12 выполнены регулируемыми.
После завершения испытаний изделия 2 в течение заданного промежутка времени и отсоединения емкостей 5 и 6 от эталонной емкости 1 и изделия 2 в емкости 5 давление газа составляет P1, а в емкости 6 - (Р1- АР).
На основании того, что существует для изотермического процесса соотношение PV = const (Р - давление газа в изделии, Па; V - объем газа в изделии, м3), при уменьшении емкостей 5 и 6 в к раз, давления в них возрастут в к раз и измеряемая дифманометром 3 разность давлений также увеличивается в к раз и составит
Р = кр1 - к(Р1 - АР) = кАР,
где Р - измеряемая дифманометром разность давлений, Па, между эталонной емкостью и изделием, испытываемым на герметичность, после того, как проведено сжатие емкостей 5 и 6 на объем (для каждой емкости), равный Д V; АР - разность давлений, Па, между эталонной емкостью и изделием до сжатия емкостей 5 и 6 на объем (для каждой емкости), равный Д V; к - коэффициент повышения давлений и разности давлений между эталонной емкостью и изделием после сжатия емкостей 5 и 6.
Основными величинами, влияющими на реализацию способа испытаний изделий на герметичность, являются объемы емкостей Vk1 и Vk2 , причем Vk1 = Vk2 = Vk , объемы полостей дифманометра 3 совместно с объемами трубопроводов, соединяющими емкости с дифманометром 3 Vdi и Vd2, полагая, что Vdi = Vd2 = Vd, и коэффициент увеличения давлений и разности давлений к в емкостях 5 и 6 по сравнению с первоначальной разностью давлений и давлениями в эталонной емкости 1 и изделии 2.
Объем каждой из сжимаемых емкостей совместно с объемом трубопроводов, соединяющих емкость с дифманометром, составляет (Vk + Vd), то есть ( Va + Vm) и ( Vk2+ V2). После сжатия каждой из емкостей на объем, равный Д V, объем этих емкостей будет равным (Vk + Vd) - ДV. Относительное изменение объема емкостей (каждой из двух рассматриваемых по этому способу) составит
Vk + Vd
k = -k-д— (1)
Vk + Vd - JV y>
где к - коэффициент уменьшения объема емкостей при их сжатии, который является также коэффициентом повышения давления в этих емкостях при их сжатии. Этот вывод вытекает из следующего представления соотношения PV = const
(kP){V/k) = const.
Абсолютное уменьшение объемов сжимаемых емкостей 5 и 6 при относительном увеличении в них давления в к раз, с учетом объемов полостей дифманометра и соединительных трубопроводов согласно соотношению (1), определяется по формуле [7, 82]
JV = JVk1 = Л Vk 2 = (Vk + Vd)(1 - 1 /к), при AV <Vk ,
где АУ, АУк\, АУк2 - изменение объема емкостей (общее обозначение) и емкостей 5 и 6 при их сжатии.
Условие AV <Vk означает, что объем пробного газа, находящийся в емкостях 5 и 6, полостях дифманометра и соединительных трубопроводах, можно уменьшить (сжать) только на величину меньшую, чем объем емкости 5 или 6. Из этого условия определяют, что
(Vk + vd)(i -1 /к)< vk, а поэтому Vd < Vk/(k - 1) или Vk > (k - 1 )Vd .
Например, при разработке устройства для испытаний на герметичность изделий, в котором коэффициент повышения давления к = 25, объем полости дифманометра 3 и соединительных трубопроводов Vd = 60 см 3, объем емкости 5 или 6 должен быть Vk > (25 - 1) 60 = 1440 см3 = 1,44
3
дм .
В качестве сжимаемых емкостей 5 и 6 используют, например, многослойные сварные сильфоны из нержавеющей стали на статическое давление до 15 МПа. В качестве дифманометра 3 используют, например, датчик разности давлений «Метран» типа М4ЭФ-ДД модели 3494-02 на статическое давление 16 МПа и пределы измерения 0 - 4000 Па.
Давление пробного газа в эталонной емкости 1 и изделии 2, испытываемом на герметичность, (например для автотракторных теплообменников) составляет 0,12 МПа. С учетом давления, равного 0,12 МПа, и предельного давления в сварных сильфонах (15 МПа) коэффициент повышения давления не должен превышать к = 125.
Таким образом, предложен способ повышения разности давлений на дифференциальном манометре при испытаниях изделий на герметичность за счет сжимаемых емкостей, присоединенных к дифференциальному манометру. Установлена аналитическая зависимость для определения коэффициента повышения давления в сжимаемых емкостях и полостях дифференциального манометра при испытаниях изделий на герметичность. Определены условия соотношения изменения объемов сжимаемых емкостей и объемов полостей дифференциального манометра и соединительных трубопроводов.
Литература
1. А.с. 1613901 СССР, НКИ G01 М 3/26. Способ испытания изделий на герметичность / Жежера Н. И., Тюков Н. И., Жежера Д. Н. (СССР).- №4655765; заявл. 27.02.89; опубл. 15.12.90. Бюл. №46. - 3 с.
2. Жежера Н. И. Развитие теории и совершенствование автоматизированных систем испытаний изделий на герметичность: дис. д-ра техн. наук: 05.13.06. - Оренбург : ОГУ, 2004. - 441 с.
3. Жежера Н.И. Утечки жидкости из вибрируемых изделий, испытываемых на герметичность // Альманах современной науки и образования. -2012.- № 5. -С. 56-60.
4. Жежера Н.И. Выбор объема эталонной емкости при испытаниях изделий на герметичность газом с использованием пузырьковой камеры // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. -2012. - №5 (40). - С. 64-67.
5. Жежера, Н. И. Научные основы автоматизации испытаний изделий на герметичность : моногр. / Н. И. Жежера. С грифом Уфимского науч. центра РАН. - Оренбург : ОГУ, 2003. - 258 с.
6. Жежера Н. И., Абубакиров Д. Р. Влияние касательных и капиллярных напряжений на движение и диаметр жидкостного поршня горизонтальной трубки устройств испытаний изделий на герметичность // Законодательная и прикладная метрология. - М.: - 2006. - № 4. - С. 49-52.
7. Жежера Н. И., Абубакиров Д. Р. Испытания с вибрацией изделий на герметичность жидкостью устройством с горизонтальной трубкой // Законодательная и прикладная метрология. - М.: - 2007. - № 3. -С. 82-84.
8. Жежера Н. И., Самойлов Н. Г. Теоретические положения к устройству измерения динамической составляющей расхода газа // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. - 2012. - №4 (39). - С. 47-50
