Лекция 12. Методы испытаний на герметичность
Испытания герметизирующих систем – экспериментальное определение качественных и количественных характеристик герметизации для выявления соответствия герметизирующей системы техническим требованиям. Типы испытания уплотнений соответствуют установившейся в машиностроении последовательности испытания изделий и подразделяются на лабораторные, стендовые и эксплуатационные.
Лабораторные испытания проводят на моделях уплотнений обычно на стадии разработки уплотнительной техники с целью нахождения принципиальных решений, касающихся конструкции уплотнения, технологии применения герметизирующих материалов и работоспособности отдельных узлов. Для этого применяют методы исследования, оборудование и инструментарий, характерные для методологии научных исследований в области естественных наук.
В последние годы в практике герметологии определилась тенденция к расширению стендовых испытаний на герметичность. Стенд – специальная установка для испытания машин, позволяющая имитировать эксплуатационные воздействия на исследуемый узел и его взаимодействие с другими узлами машины. Стендовым испытаниям подвергают отдельные элементы уплотнения или уплотнение в сборе. Стендовые испытания позволяют:
- применить повышенные и учащенные нагрузки по сравнению с эксплуатационными, благодаря чему в короткие сроки установить качественные и количественные технические характеристики и гарантийные сроки службы герметизирующей системы;
- изучить влияние отдельных переменных факторов на работоспособность узлов уплотнения, что позволяет проверить эффективность конструкторских решений;
- создать стабильные режимы нагружения, соответствующие эксплуатационным условиям, для выявления наиболее уязвимых узлов и деталей;
- при длительном сроке службы уплотнений оценить вероятность разгерметизации в разные периоды эксплуатации.
В развитых странах внимание к стендовым испытаниям связано с необходимостью частой модификации техники в результате конкуренции. При ужесточении сроков создания машин роль стендовых испытаний возрастает вследствие сокращения периода доводки машин и опасности разгерметизации, которая во многих изделиях машиностроения ведет к тяжелым последствиям.
Эксплуатационные испытания позволяют получить наиболее ценные сведения о работоспособности герметизирующих систем и являются основой для совершенствования их конструкций, установления эксплуатационных, параметров, уточнения профилактических мероприятий технического обслуживания и установления потребности в запасных герметизаторах и других частях.
Оценка герметичности уплотнений в разные периоды эксплуатации является основной целью испытания герметизирующих систем. Критерии оценки зависят от типа испытаний и методов контроля утечки, отличающихся чувствительностью. Чувствительность метода оценки герметичности – минимальная регистрируемая интенсивность (мощность) потока утечек, измеряемая в м3×Па/с = Вт. Нормы герметичности в этих единицах трудно сопоставить с нормами в обычных единицах утечки, поэтому их используют преимущественно как критерии приемочных испытаний герметизирующих систем. Различают, количественные и качественные методы оценки герметичности, а также испытания герметизирующих систем с помощью специальных приборов – течеискателей.
Качественная оценка герметичности дает ответ на вопрос, герметична или негерметична система. Это необходимо для устранения дефектов сборки системы, при наблюдении за ней во время эксплуатации, а также во всех случаях, когда невозможен контроль герметичности с помощью измерительных приборов. Процедура качественной оценки герметичности пневмо- и гидросистем состоит в том, что их спрессовывают под давлением, превышающим рабочее в 1,25 – 1,5 раза, и осматривают с целью выявления мест утечки. При повышенных требованиях к герметичности вместо рабочей среды используют контрольные газовые среды, хотя смена сред в системе – трудоемкая и дорогостоящая операция, которой стремятся избежать. Места утечки определяют визуально, что обусловливает два основных недостатка метода: низкую чувствительность и невозможность контроля удаленных и труднодоступных частей системы. Систему считают герметичной, если не обнаружены видимые утечки или не чувствуется запаха герметизируемой среды в течение установленного времени.
Таблица 7 – Классы негерметичности уплотнений и соответствующие им утечки
| Класс |
Удельная утечка через |
Критерий визуальной оценки |
||
| УН и УВ, мм3/(м×с) |
УПС, см3/м2 |
УР, мм2/(м2×с) |
||
| 0-0 0-1 |
до 10-5 10-5 – 10-4 |
- - |
до 10-5 10-5 – 10-3 |
Абсолютная герметичность |
| 1-1 1-2 |
10-4 – 5×10-4 5×10-4 – 5×10-3 |
- до 10-3 |
10-3 – 5×10-3 5×10-3 – 5×10-2 |
Слабый запах сред, отпотевание |
| 2-1 2-2 |
5×10-3 – 5×10-2 5×10-2 – 5×10-1 |
10-3 – 10-2 10-2 – 2×10-1 |
5×10-2 – 5×10-1 - |
Подтекание без каплеобразования |
| 3-1 3-2 |
5×10-1 – 2,5 2,5 – 10 |
2×10-1 – 1 1 – 5 |
- |
Подтекание с каплеобразованием |
| 4-1 4-2 |
10 – 50 50 – 5×102 |
- |
- |
Капельные утечки |
| 5 |
5×102 – 103 |
- |
- |
Утечка жидкости непрерывным потоком |
| 6 |
Свыше 103 |
|||
Чтобы повысить чувствительность визуального контроля подвижных соединений, утечки собирают на фильтровальную бумагу. При испытаниях неподвижных соединений используют меловую краску, на которой хорошо видны потеки масла, а также специальные составы, меняющие цвет в местах утечки или вступающие в реакцию с герметизируемой средой. Известен люминесцентный метод визуального контроля, утечек, основанный на флуоресценции герметизируемых жидкостей под действием ультрафиолетового излучения. Испытания высокотемпературных гидросистем сверхскоростных самолетов проводят при температуре 565 К и высоком давлении. Это, облегчает обнаружение мест негерметичности по образованию облачка пара нефтяной рабочей жидкости.
Для визуального обнаружения утечки газовых сред обмыливают места возможной негерметичности. Использование специальных составов (ПИГ-11, ПИГ-2С), содержащих поверхностно-активные вещества, обеспечивает чувствительность метода до 10-6 Вт. Метод аквариума состоит в том, что исследуемую (обычно малогабаритную) систему погружают в прозрачную жидкость и следят за появлением пузырьков контрольного газа в местах негерметичности.
Количественная оценка герметичности предполагает определение численных значений утечки (табл. 7). Несмотря на субъективность критериев визуального контроля, образование подтеков без каплепадения, подтекание с каплеобразованием и капельные утечки поддаются количественной оценке, диапазон которой для масел и нефтепродуктов составляет от 0,25 до 10 мм3/(м×с).
контрольные вопросы:
1. Перечислите основные типы испытаний уплотнений, применяемых в машиностроении.
2. В чем суть стендовых испытаний уплотнений?
3.Какие методы оценки герметичности вам известны. В каких единицах производится оценка герметичности уплотнений?
4.Что представляет собой течеискатель?