СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМА И/ИЛИ СТЕПЕНИ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ЗАМКНУТОЙ ОБОЛОЧКИ Российский патент 2007 года по МПК G01M3/26 G01F17/00 

Изобретение относится к способам испытаний изделий на герметичность и может быть использовано в судостроении, атомной энергетике, машиностроении и других отраслях промышленности.

Известен способ определения объема и/или степени герметичности [1], заключающийся в том, что в оболочке изделия монтируют две технологические калиброванные течи, имеющие разный расход, и поочередно для каждой течи при одинаковом начальном избыточном давлении определяют, исходя из полученных экспериментальных данных, натекание и время падения на заранее заданную величину ΔР избыточного давления, выбираемую из величины объема оболочки, величины натекания тарированных течей и расчета погрешности определения степени герметичности. Далее по формулам определяют величину натекания через микронеплотности оболочки, а затем определяют величину свободного воздушного объема оболочки и/или степень герметичности оболочки расчетным путем.

В качестве прототипа выбран известный способ определения объема судовой емкости [2], согласно которому в судовой емкости создают избыточное начальное давление, измеряют падение давления в заданный интервал времени, затем в емкости выполняют калиброванное отверстие, повторно создают начальное избыточное давление и вновь измеряют падение давления за тот же интервал времени. После этого вычисляют объем судовой емкости по формуле

где V - объем судовой емкости;

С - коэффициент истечения;

f_к - площадь калиброванного отверстия;

ΔР_нк - падение давления при первом измерении;

ΔР_н - падение давления при повторном измерении;

t - заданный интервал времени при падении давления.

Недостатком данного способа является то, что для конструкций с высокой степенью герметичности, например для защитных оболочек атомных паропроизводящих установок, время первого измерения достаточно велико и может составлять несколько суток.

Задачей настоящего изобретения является получение более быстрого способа определения объема и/или степени герметичности высокогерметичных замкнутых оболочек.

Техническим результатом настоящего изобретения, позволяющим решить настоящую задачу, является снижение продолжительности измерений при одинаковой точности по сравнению со способом-прототипом.

Технический результат достигается за счет того, что в оболочку устанавливают первое технологическое калиброванное отверстие, задают продолжительность испытаний на основе метрологического расчета, заполняют оболочку сжатым воздухом и замеряют величину падения давления в оболочке через указанное отверстие, после чего заглушают первое калиброванное отверстие, устанавливают в оболочку второе калиброванное отверстие другого размера, вторично заполняют оболочку сжатым воздухом и замеряют величину падения давления через второе калиброванное отверстие за то же время. Далее по формулам определяют объем и/или степень герметичности замкнутой оболочки.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего заявленный способ.

На чертеже приведены следующие обозначения:

KO1, KO2 - калиброванные отверстия 1 и 2 с заглушками;

DPI - прибор для измерения давления (калибратор);

К - компрессор;

D - условное обозначение всех микронеплотностей оболочки.

Измерения начинают с демонтажа заглушки отверстия KO1, о величине падения давления судят по калибратору DPI, после падения начального избыточного давления на величину ΔР_1и в течение времени t закрывают заглушку отверстия KО1 и производят аналогичное измерение за тот же промежуток времени для второго калиброванного отверстия.

Падение давления при первом измерении ΔP_1и составит, согласно [3]

где f_k1 - площадь калиброванного отверстия KO1;

f - суммарная площадь всех дефектов.

Согласно [3], коэффициент С определяют по формуле

В качестве В и Е в формуле (3) обозначены следующие выражения

где m - показатель политропы;

k - величина отношения теплоемкости газа при постоянном давлении к теплоемкости при постоянном объеме;

P_a - атмосферное давление;

Р_исп - среднее давление при испытаниях;

g - ускорение свободного падения;

R - универсальная газовая постоянная;

Т - температура газа.

Выразив f из (2), получают

Падение давления при втором измерении ΔР_2и составит

где f_k2 - площадь калиброванного отверстия КО2.

Подставив значение f из (6) в (7), после преобразования получают расчетную формулу определения объема оболочки

Подставив значение V из (8) в (2) и проведя преобразования, получают формулу для расчета степени герметичности по критерию f/V

Формулы (8) и (9) являются расчетными при реализации предлагаемого способа.

Полученное значение критерия герметичности сравнивают с допускаемым из ТУ испытания оболочки.

При необходимости, для проверки полученных результатов, требуется оценить величину погрешности измерений. Погрешность каждой расчетной многопараметрической величины определяют, согласно [4], по формуле

где γ - коэффициент гарантированной надежности измерения (например, при значении вероятности 0,95 γ=1.1);

- погрешность измерения параметра испытаний i;

- коэффициенты влияния, которые в свою очередь определяются как частные производные функции по соответствующему параметру

где f(x₁,..., x_i) - многопараметрическая функция;

x₁,..., х_i - контролируемые параметры, для которых известны погрешности прямых измерений.

Расчетная величина считается достоверной, если погрешность ее определения не превышает 30% от самой величины.

Пример расчетов.

При проведении измерений были получены следующие значения параметров:

диаметр первого калиброванного отверстия d₁=5·10^-3 мм;

диаметр второго калиброванного отверстия d₂=1·10^-2 мм;

погрешность измерения диаметра отверстия ξ_d=1·10^-4м;

продолжительность испытаний t=10800 с (3 ч);

погрешность измерения продолжительности испытаний ξ_t=60 с;

падение давления в первом измерении ΔP₁ =-10000 Па;

падение давления во втором измерении ΔР₂=-20000 Па;

(знак минус объясняется тем, что в расчетных формулах под ΔР понимается приращение давления, в данном случае оно отрицательно);

погрешность измерения падения давления ξ_ΔP=50 Па;

абсолютное давление испытаний Р_исп=150000 Па;

погрешность измерения падения испытаний ξ_Рисп=50 Па;

атмосферное давление Р_a=100000 Па;

погрешность измерения атмосферного давления ξ_Pa=133 Па;

температура воздуха Т=293К;

погрешность измерения температуры воздуха ξ_T=0.2К.

При проведении расчетов приняты следующие значения коэффициентов:

коэффициент расхода μ=0.7;

ускорение свободного падения g=9.81 м/с²;

показатель политропы m=1.2;

коэффициент адиабаты k=1.4;

газовая постоянная для воздуха R=287 Дж/моль·К.

Определим площади калиброванных отверстий f_k1 и f_k2

где 1000000 - коэффициент перевода размерности из мм² в м².

Погрешность определения площади калиброванного отверстия находят в соответствии с (10) по формуле

где по (11)

Подставив значения величин в(14)и(15), получают

Условия достоверности определения площадей калиброванных отверстий выполняются.

Для вычисления значения коэффициента С находят значения выражений В и Е. После подстановки числовых значений в (4), получают В=3.59·10^-7.

В соответствии с (10) погрешность определения коэффициента В равна

где коэффициенты влияния определяют по формулам

После подстановки значений в выражения, получают значение ξ_B=3.99·10^-1.

После подстановки числовых значений в (5), получают Е=0.037.

Погрешность определения коэффициента Е находят по формуле

где коэффициенты влияния определяют по формулам

Произведя расчет по полученным формулам, находят значение ξ_E=6.66·10^-5.

После расчета по формуле (3), получают значение коэффициента истечения С

С=-1.33·10^-8.

Определяют величину погрешности коэффициента С

где коэффициенты влияния определяют по формулам

А_B=-Е, А_E=-В.

Окончательно ξ_C=3.094·10^-11.

Находят объем оболочки

Находят погрешность определения объема

ξ_v=1.1((A_t·ξ_t)²+(A_c·ξ_c)²+(A_fk1·ξ_fk1)²+(A_fk2·ξ_fk2)²+(A_ΔP1·ξ_ΔP1)²+(A_ΔP2·ξ_ΔP2)²)^0.5,

где коэффициенты влияния определяют по формулам

Окончательно ξ_V=178.8 м³, , условие достоверности выполняется.

Далее находят степень герметичности оболочки

Погрешность определения степени герметичности находят по формуле

где коэффициенты влияния определяют по формулам

Окончательно , условие достоверности выполняется.

Таким образом, объем оболочки равен V=4770±179 м³, степень герметичности

Источники информации

1. Патент №2217721 «Способ определения объема и/или степени герметичности оболочек большого объема».

2. Авторское свидетельство СССР №1136021, кл. G 01 F 17/00, 1983.

3. Паллер А.М., Соколов В.Ф. Непроницаемость и герметичность металлических судов. Л.: Судостроение. 1967 г., с.239.

4. Рабинович С.Г. «Погрешность измерений». Л., Энергия, 1978 г., 262 с.

Изобретение может быть использовано в судостроении, атомной энергетике, машиностроении и других отраслях промышленности, где проводятся испытания на герметичность. Техническим результатом изобретения является снижение продолжительности измерений при их высокой точности. Этот результат обеспечивается за счет того, что в оболочке изделия монтируют планку с двумя калиброванными отверстиями, имеющими разные диаметры, оболочку заполняют сжатым воздухом и поочередно для каждого калиброванного отверстия определяют величину падения давления за одинаковый промежуток времени при одинаковых начальных условиях испытаний. Далее определяют величину объема оболочки и/или степень ее герметичности по математическим формулам, приведенным в формуле и в описании изобретения. 1 ил.

Способ определения объема и/или степени герметичности замкнутой оболочки, при котором в оболочку устанавливают технологическое калиброванное отверстие, задают время испытаний, заполняют оболочку сжатым воздухом и замеряют величину падения давления в оболочке через указанное отверстие, отличающийся тем, что после падения давления калиброванное отверстие заглушают и устанавливают в оболочку второе калиброванное отверстие другого размера, вторично заполняют оболочку сжатым воздухом и замеряют величину падения давления через второе калиброванное отверстие за то же время, после чего определяют объем оболочки по формуле

и/или степень герметичности по формуле

где V - объем оболочки; ΔP_1И - падение давления при первом измерении; ΔР_2И - падение давления при втором измерении; t - продолжительность измерений; С - коэффициент истечения; f_k1 - площадь первого калиброванного отверстия; f_k2 - площадь второго калиброванного отверстия; f/V - критерий герметичности.