УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ Российский патент 1994 года по МПК G01M3/14 

Изобретение относится к технике контроля герметичности емкостей, например, трубопроводов, находящихся под давлением газа или жидкости.

Известно устройство для контроля герметичности изделий, содержащее камеру и обнаружитель утечки газа (течеистекатель) [1]. Данное устройство, обеспечивая контроль герметичности ограниченного участка изделия, не позволяет тем не менее осуществить обнаружение утечки дистанционно.

Известно устройство для контроля герметичности изделий, содержащее камеру, выполненную с возможностью расширения, электроконтактный датчик с контрольно-пусковым органом, установленным с возможностью взаимодействия с наружной поверхностью камеры, и сигнализатор, электрически связанный с электроконтактным датчиком [2]. Устройство обеспечивает дистанционный контроль герметичности ограниченного участка изделия, находящегося под давлением газа. Однако не в состоянии обеспечить контроль герметичности ряда участков или протяженного участка, например, при тотальном контроле длинномерного трубопровода. При попытке же наладить подобный контроль потребовалось бы приумножить материальные затраты за счет увеличения числа датчиков, метража кабеля и т.д. Кроме того, устройство далеко не безопасно в плане воспламенения горючих веществ. Даже выполненное в взрывобезопасном варианте, оно не устраняет опасности возникновения аварии: полость с контактами в датчике может разгерметизироваться, кабель случайно оборваться в момент утечки с образованием искры и т.д.

Целью настоящего изобретения является расширение технологических возможностей и повышение безопасности. Посредством одного электроконтактного датчика устройство обеспечивает избирательный (отдельных участков) или тотальный дистанционный контроль герметичности технологических емкостей, например, трубопроводов, проложенных прямолинейно, либо в трех пространственных плоскостях. Устройство позволяет сэкономить значительные материальные средства, причем экономический эффект тем ощутимее, чем протяженнее контролируемая зона. Конструктивные особенности устройства позволяют установить электрическую часть вне контролируемой емкости, тем самым существенно снизить степень взрывоопасности. Устройство сравнительно просто конструктивно, надежно в эксплуатации.

Цель изобретения и положительные эффекты достигаются тем, что устройство для контроля герметичности изделий, содержащее камеру, выполненную с возможностью расширения, электроконтактный датчик с контрольно-пусковым органом, установленным с возможностью взаимодействия с наружной поверхностью камеры, и сигнализатор, электрически связанный с электроконтактным датчиком, снабжено дополнительными камерами, контрольно-пусковой орган выполнен в виде длинномерного гибкого элемента, предназначенного для натяжения вдоль поверхности изделия, устройство также снабжено направляющими опорами для длинномерного гибкого элемента и неподвижной опорой для закрепления свободного конца длинномерного гибкого элемента.

Цель изобретения и положительные эффекты достигаются также тем, что
длинномерный гибкий элемент выполнен в виде плоской ленты;
длинномерный гибкий элемент выполнен в виде нити;
устройство снабжено гибкими трубками, установленными на нити в местах взаимодействия нити с камерами;
устройство снабжено жесткими пластинчатыми элементами, установленными на нити в местах взаимодействия нити с камерами;
жесткие пластинчатые элементы выполнены дугообразными с радиусом дуги, превышающим радиус контролируемого участка изделия (трубопровода) на 1-3 см;
устройство снабжено цилиндрическими роликами по числу направляющих опор, установленными на последних с возможностью контактирования с плоской лентой;
устройство снабжено вкладышами по числу направляющих опор, установленными на последних в виде втулки с округлыми кромками отверстия, через которое пропущена нить.

Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг.1 изображено устройство для контроля герметичности изделий с длинномерным гибким элементом в виде плоской ленты, выполненное в варианте избирательного контроля, общий вид; на фиг.2 - устройство с длинномерным гибким элементом в виде плоской ленты, выполненное в варианте тотального контроля, общий вид; на фиг.3 - устройство с длинномерным гибким элементом в виде нити с жесткими пластинчатыми элементами, выполненное в варианте избирательного контроля, общий вид; на фиг.4 - устройство с длинномерным гибким элементом в виде нити с жесткими пластинчатыми элементами, выполненное в варианте тотального контроля, общий вид; на фиг.5 - вид А на фиг.4; на фиг.6 - направляющая опора для плоской ленты, общий вид; на фиг.7 - рабочая часть направляющей опоры для плоской ленты, снабженная цилиндрическим роликом; на фиг.8 - рабочая часть направляющей опоры с цилиндрическим роликом, укрепленным в скобе; на фиг.9 - рабочая часть направляющей опоры для плоской ленты, предназначенная для тотального (преимущественно) контроля; на фиг.10 - рабочая часть направляющей опоры для нити, предназначенная для контроля фланцевых (преимущественно) соединений; на фиг.11 - рабочая часть направляющей опоры для нити, предназначенная для тотального (преимущественно) контроля; на фиг. 12 - рабочая часть направляющей опоры с вкладыщем для нити, разрез; на фиг. 13 - длинномерный гибкий элемент в виде ленты, аксонометрическая проекция; на фиг.14 - длинномерный гибкий элемент в виде нити с жесткими пластинчатыми элементами, аксонометрическая проекция; на фиг.15 - устройство для контроля герметичности трубопровода с фланцевыми соединениями в варианте тотального контроля с минимальными потерями на трение длинномерного гибкого элемента, общий вид; на фиг.16 - устройство для контроля герметичности трубопровода с фланцевыми соединениями с длинномерным гибким элементом в виде нити в варианте избирательного контроля, общий вид; на фиг.17 - устройство для контроля герметичности трубопровода с фланцевыми соединениями с длинномерным гибким элементом в виде нити с гибкими трубками в варианте избирательного контроля, общий вид; на фиг.18 - электроконтактный датчик, аксонометрическая проекция; на фиг.19 - электроконтактный датчик с удаленной половиной корпуса.

Устройство для контроля герметичности изделий в варианте избирательного контроля (см. фиг.1) содержит две или большее число камер 1, выполненных с возможномтью расширения (например, выполненных из поликапроамидной пленки с заранее заданным объемом наполнения) и установленных на изделии, например, трубопроводе, 2 в местах потенциальной утечки: фланцевых соединениях, сварных швах и т.д. Кромки камер герметично соединены с поверхностью трубопровода. На трубопроводе (или неподвижной опоре) установлен электроконтактный датчик 3, снабженный контрольно-пусковым органом, выполненным в виде гибкой плоской ленты 4, например, из полимера с низким коэффициентом температурно-линейного растяжения и слабо выраженной способностью к спружиниванию (обеспечить данные свойства можно, в частности, путем продольного армирования ленты металлическими нитями - см. фиг.13). Желательно также, чтобы поверхность ленты 4 обладала низким коэффициентом трения. Противоположный датчику конец ленты закреплен на неподвижной опоре (на чертеже не показано). Лента 4 натянута вдоль контролируемого трубопровода 2 и пропущена через направляющие опоры 5, установленные вблизи кромок камер 1, причем лента максимально приближена к поверхности камер или соприкасается с ней.

Направляющие опоры 5 могут быть выполнены из проволоки в виде незамкнутого обруча, диаметр которого примерно равен наружному диаметру контролируемого трубопровода 2. Концы проволочных дуг незамкнтого обруча загнуты и образуют петли 6 (см. фиг.6), предназначенные для фиксирования направляющих опор к трубопроводу посредством нити или проволоки. Рабочая часть направляющих опор выполнена в виде замкнутой вытянутой петли 7, через которую пропущена лента 4. Причем петля 7 отнесена от поверхности контролируемого трубопровода на расстояние, обеспечивающее ленте 4 возможность сохранять прямолинейность при контроле фланцевых соединений (отсутствие лишних изгибов в натянутой ленте снижает потери на сопротивление трению, что позволяет поставить под контроль одного датчика достаточно протяженный участок трубопровода). Внутренняя поверхность петли 7 отполирована. На изгибах трубопровода целесообразно установить направляющие опоры, снабженные цилиндрическим роликом 8, контактирующим с лентой 4 и обладающим относительно низким коэффициентом трения поверхности. Ролик 8 может быть отнесен от поверхности контролируемого трубопровода на расстояние от 0,5 до нескольких сантиметров - в зависимости от выполняемой задачи (если удаленность ролика от трубопровода значительная, ролик можно установить на оси в П-образной металлической скобе 9, жестко скрепленной с незамкнутым обручем направляющей опоры). Ролик 8 может быть установлен также в каждой из направляющих опор 5, задействованных в устройстве, что позволяет снизить суммарные потери на сопротивление трению.

Рабочая часть направляющих опор 5 может быть выполнена в форме П-образного ложемента 10 под ленту 4, отнесенного от поверхности контролируемого трубопровода незначительно. Вариант этот используется преимущественно при тотальном, т.е. полном контроле трубопровода, отличие которого от избирательного состоит в том, что камерами 1 снабжаются не только участки с наиболее вероятной утечкой, например, фланцевые соединения, но практически вся поверхность трубопровода (см. фиг.2). При этом фланцевые соединения, как потенциально более опасные в плане утечки, снабжаются отдельными относительно короткими камерами с целью их скорейшего снятия с трубопровода. Цельнометаллическая же часть трубопровода снабжается длинномерными камерами, охватывающими значительные участки последнего и разделенными на отдельные секции посредством туго наложенной на камеру нейлоновой нити 11. Направляющие опоры здесь допускается устанавливать через 2-3 секции. В местах изменения угла натяжения ленты 4, например, в изгибах трубопровода, здесь, как и при избирательном контроле, также целесообразно использоваться направляющие опоры с роликами 8.

Направляющие опоры 5 помимо рассмотренного могут быть выполнены и в других вариантах, причем установлены не только на контролируемом изделии, но и на расположенных близ него элементах, например, несущих конструкциях, эстакадах и т.п.

В случае, если транспортируемое по трубопроводу вещество представляет собой жидкость, длинномерный гибкий элемент контрольно-пускового органа датчика желательно размещать под трубопроводом.

Устройство для контроля герметичности изделий работает следующим образом.

При утечке из фланцевого соединения трубопровода 2 газа (жидкости) камера 1 расширяется и давит на ленту 4. Последняя прогибается, причем прогиб благодаря направляющим опорам 5, установленным вблизи кромок камеры, может быть весьма значительным. Натяжение ленты 4 в результате усиливается, что ведет к срабатыванию электроконтактного датчика 3, следовательно, сигнальной аппаратуры. С целью предотвращения разрыва оболочки камеры 1 при избыточном в ней давлении газ может стравливаться в атмосферу через микронеплотности в соединении кромок камеры с трубопроводом 2. При тотальном контроле утечка фиксируется в равной мере как на разъемных соединениях, например, фланцах, так и на других участках трубопровода, т.е. практически на всей площади контролируемого изделия. В случае утечки из цельнометаллической части трубопровода одна из секций длинномерной камеры расширяется, давит на ленту 4, что приводит к срабатыванию электроконтактного датчика 3. При избыточном давлении в секции газ может стравливаться в соседние секции камеры.

Устройство для контроля герметичности изделий (трубопроводов) может быть снабжено контрольно-пусковым органом датчика, выполненным в виде нити 12 с относительно низким коэффициентом температурно-линейного растяжения и слабо выраженной способностью к спружиниванию. Данное техническое решение позволяет обеспечить контроль герметичности трубопровода, проложенного в трех пространственных плоскостях. Здесь используются опорно-направляющие элементы 5, рабочая часть которых выполнена в виде круглой замкнутой петли 13, через которую пропущена нить 12. Для контроля герметичности выступающих элементов трубопровода, например, фланцевых соединений, используются направляющие опоры 5 с петлей 13, отнесенной от поверхности трубопровода на расстояние, позволяющее нити 12 сохранять прямолинейность при избирательном контроле (см. фиг.10,16). При тотальном контроле на прямых и ровных участках трубопровода используются преимущественно направ- ляющие опоры 5 с максимально приближенной к поверхности трубопровода петлей 13 (см. фиг.11). В местах изменения угла натяжения нити 12, например, в изгибах трубопровода, целесообразно устанавливать направляющие опоры, петля 13 которых снабжена вкладышем 14, выполненным в форме втулки с округлыми кромками отверстия, обладающего низким коэффициентом трения поверхности, через которое пропускается нить 12. Вкладыш может быть выполнен из полимера, например, политетрафторэтиена (тефлона). Вкладышем 14 могут быть снабжены и все другие направляющие опоры, задействованные в устройстве, что позволяет снизить суммарные потери на сопротивление трению.

Для увеличения площади контакта нитевидного контрольно-пускового органа датчика с оболочкой камеры 1 в процессе ее расширения и, следовательно, усиления натяжения нити 12, последняя в местах ее взаимодействия с камерами может быть снабжена гибкими трубками 15 (см. фиг.17), выполненными, например, из полимера, или жесткими пластинчатыми элементами 16, выполненными из металла или пластмассы (в целях снижения веса элементов 16 и экономии материала они могут быть выполнены в форме кольца). С целью более эффективного использования рабочей поверхности элементов 16 в процессе расширения камеры 1 последние выполнены дугообразными с радиусом дуги, превышающим радиус контролируемого участка трубопровода (например, фланцевого соединения) на 1-3 см. Элементы 16 при необходимости могут быть размещены на нити 12 достаточно часто: до 3 и более на камеру или секцию камеры. Если фланцевые соединения трубопровода расположены сравнительно близко друг к другу, то направляющие опоры 5 можно устанавливать по одной в промежутках между ними (см. фиг.16), экономя, таким образом, материалы.

В случае, если нить 12 не снабжена опорными элементами (трубками 15 или пластинами 16), то с целью увеличения площади взаимодействия нити и оболочки камер 1 последние целесообразно выполнить удлиненными.

С целью снижения потерь на трение длинномерного гибкого элемента контрольно-пускового органа датчика при тотальном контроле трубопровода с фланцевыми соединениями длинномерный гибкий элемент натягивают таким образом, чтобы он до момента расширения камер 1, контролирующих фланцы, не касался их (или касался незначительно, без надавливания), что обеспечивается благодаря применению вблизи фланцев направляющих опор 5 с достаточно далеко отнесенной от поверхности трубопровода рабочей частью. При этом ближайшие к фланцам секции камер могут оказаться вне контакта с длинномерным гибким элементом (см. фиг.15). Контроль прилегающих к фланцам участков трубопровода обеспечивается здесь за счет того, что секции, как и в предыдущем варианте, выполнены сообщающимися между собой и, следовательно, поступление газа в любую из них приведет к расширению соседней, находящейся в контакте с длинномерным гибким элементом.

Устройство с нитевидным гибким элементом контрольно-пускового органа датчика работает следующим образом.

При утечке камера 1 (или секция камеры) расширяется и давит на нить 12 (либо на гибкие трубки 15 или жесткие пластины 16, если нить снабжена таковыми), что усиливает натяжение нити и приводит к срабатыванию электроконтактного датчика 3.

Электроконтактный датчик, задействованный в устройстве, состоит из корпуса 17, выполненного из пластмассы в виде двух половинок, скрепленных посредством болтов и разжиженной полимерной массы, обеспечивающей, кроме того, герметичность сочленения. Корпус 17 снабжен элементами, обеспечивающими его фиксацию посредством нити или проволоки к трубопроводу (опоре). В корпусе 17 выполнена полость 18, в которой размещены контакты 19 и 20, а также фиксирующий элемент 21, выполненные из пружинящей металлической пластины. Последний снабжен пластмассовым штырем 22 и защелкой 23, взаимодействующей с П-образно изогнутым концом контакта 20. Полость 18 в целях взрывобезопасности герметично перекрыта гибкой мембраной 24, выполненной, например, из поликапроамидной пленки. В корпусе 17 выполнено отверстие, в которое герметично вставлена пластмассовая пробка 25. Датчик, кроме того, снабжен рычагом 26, установленным вне полости 18, взаимодействующим посредством выполненного на нем выступа 27 через мембрану 24 со штырем 22 фиксирующего элемента 21. Рычаг 26 жестко сочленен с пластинчатой пружиной 28. Между рычагом и последней размещен упор 29. Кроме того, рычаг 26 шарнирно сочленен с металлической петлей 30, к которой подсоединяется ленточный или нитевидный контрольно-пусковой орган датчика.

Электроконтактный датчик работает следующим образом.

При натяжении длинномерного гибкого элемента рычаг 26 смещается и давит выступом 27 через мембрану 24 на штырь 22 фиксирующего элемента 21. Последний освобождает подпружиненный контакт 20, который устремляется к контакту 19 и замыкает электрическую цепь сигнализации.

Чтобы привести датчик в исходное состояние, из отверстия в корпусе 17 вынимают пробку 25 и в полость 18 вводят удлиненной формы предмет, которым надавливают на контакт 20 до момента фиксирования последнего в защелке 23. Затем предмет удаляют и в отверстие вновь вставляют пробку 25, герметизирующую полость 18.

Использование: контроль герметичности изделий, находящихся под давлением газа или жидкости. Сущность: кольцевые камеры, выполненные с возможностью их расширения, герметично скреплены кромками с испытуемым трубопроводом. На трубопроводе /или на опоре/ установлен электроконтактный датчик /ЭКД/, соединенный посредством кабеля с сигнализатором и снабженный контрольно - пусковым органом, выполненным в виде ленточного или нитевидного длинномерного гибкого элемента /ДГЭ/, натянутого вдоль трубопровода и пропущенного через направляющие опоры /НО/, установленные на кромках камер или на некотором удалении от них, причем конец ДГЭ, противоположный ЭКД, закреплен на неподвижный опоре. При утечке газа /жидкости/ на одном из участков трубопровода соответствующая ему камера расширяется и давит на ДГЭ. Натяжение последнего усиливается, что ведет к срабатыванию ЭКД, а следовательно, сигнализатора. Нитевидный ДГЭ в целях увеличения площади взаимодействия с камерами может быть снабжен гибкими трубками или жесткими пластинчатыми элементами, причем последние в направлении натяжения нити выполнены дугообразными с радиусом дуги, превышающим радиус контролируемого участка трубопровода на 1 - 3 см. В целях снижения потерь на трение контрольно - пускового элемента датчика устройство с ленточным ДГЭ может быть снабжено НО с цилиндрическим роликом, а устройство с нитевидным ДГЭ - НО с вкладышем, выполненным в форме втулки с округлыми кромками отверстия, обладающего низким коэффициентом трения поверхности. 7 з.п. ф-лы, 19 ил.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ, содержащее камеру, выполненную с возможностью расширения, электроконтактный датчик с контрольно-пусковым органом, установленным с возможностью взаимодействия с наружной поверхностью камеры, и сигнализатор, электрически связанный с электроконтактным датчиком, отличающееся тем, что, с целью расширения технологических возможностей и повышения безопасности, оно снабжено дополнительными камерами, контрольно-пусковой орган выполнен в виде длинномерного гибкого элемента, предназначенного для натяжения вдоль поверхности изделия, и устройство снабжено направляющими опорами для длинномерного гибкого элемента и неподвижной опорой для закрепления свободного конца длинномерного гибкого элемента. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что длинномерный гибкий элемент выполнен в виде плоской ленты. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что длинномерный гибкий элемент выполнен в виде нити. 4. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что оно снабжено гибкими трубками, установленными на нити в местах взаимодействия нити с камерами. 5. Устройство по пп.1 и 3, отличающееся тем, что оно снабжено жесткими пластинчатыми элементами, установленными на нити в местах взаимодействия нити с камерами. 6. Устройство по пп.1,3 и 5, отличающееся тем, что жесткие пластинчатые элементы выполнены дугообразными с радиусом дуги, превышающим радиус контролируемого участка изделия (трубопровода) на 1 - 3 см, и расположены в направлении натяжения нити. 7. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что оно снабжено цилиндрическими роликами, установленными на направляющих опорах с возможностью контактирования с плоской лентой. 8. Устройство по пп.1,3 - 6, отличающееся тем, что оно снабжено вкладышами, установленными на направляющих опорах и выполненными в виде втулки с округлыми кромками отверстия, через которое пропущена нить.