автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды

На правах рукописи

КУЛЕНКО Евгений Сергеевич

АВТОМАТИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЯХ ДАВЛЕНИЯ ПРОБНОЙ СРЕДЫ

05.13.06 - Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Оренбург 2005

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Оренбургский государственный университет».

Научный руководитель доктор технических наук, доцент ЖЕЖЕРА Николай Илларионович

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор РАПОПОРТ Эдгар Яковлевич;

кандидат технических наук, доцент ТАБАКОВ Владислав Евгеньевич

Ведущая организация: ООО «Волго-Уральский научно-исследовательский и проектный институт нефти и газа»

Защита состоится << ^ » ¡МЛрГй 2005 г. в И часов на заседании диссертационного совета Д212.181.02 в ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет» по адресу: 460018, г. Оренбург, пр. Победы, 13, ауд. 6205.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГО У ВПО «Оренбургский государственный университет».

Автореферат разослан

2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

щг

Рассоха В.И.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Множество разнообразных изделий работает в условиях эксплуатации при избыточном давлении рабочей среды. Одним из важнейших параметров работоспособности изделий является герметичность. К таким изделиям относятся трубопроводы различного назначения, стационарные сосуды на промышленных предприятиях, сосуды и трубопроводы на подвижной технике, различные виды трубопроводной арматуры. Из практики испытаний изделий на промышленных предприятиях известно, что испытания на герметичность фактически не автоматизированы, в подавляющем большинстве случаев не имеется устройств автоматизированного контроля герметичности по утечкам пробной среды. Вводимыми стандартами по герметичности требуются конкретные значения допустимых утечек пробной среды для контролируемых изделий.

В работах Сажина СТ., Лемберского В.Б., Долотова A.M., Огар П.М., Чегодаева Д.Е., Гуревича Д.Ф., Кондакова Л.А. рассмотрены основы теории уплотнительной техники и общие вопросы автоматизации технологических процессов испытаний изделий на герметичность. Способы и устройства контроля герметичности освещены во многих отечественных и зарубежных авторских свидетельствах и патентах. Однако в этих работах не рассматривается метод повышения точности контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды в испытательных устройствах.

В условиях возрастающих требований к контролю герметичности исследования по совершенствованию методов контроля герметичности и разработка систем автоматизированного контроля герметичности изделий по утечкам пробной среды являются актуальными.

Настоящая работа выполнена в рамках госбюджетной научно-исследовательской работы №01000000120 "Разработка интеллектуальных систем автоматизированного проектирования и управления" (2000 г. - н.в.) кафедры систем автоматизации производства ОГУ.

Целью работы является повышение эффективности испытаний на герметичность промышленных изделий путем создания автоматизированных систем контроля и управления при периодических возмущениях давления пробной среды.

Объект исследований. В качестве объекта исследований в работе рассматриваются производственные процессы испытаний на герметичность, включающие способы испытаний, средства и системы контроля и управления.

Методы исследования. Использованы методы механики жидкостей и газов и теории автоматического управления - методы анализа нелинейных систем, методы проектирования цифровых систем автоматического управления.

Научная новизна работы:

- выполнено теоретическое обоснование метода контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды в испыта-

тельных устройствах;

- разработана методика расчета электромагнитного сильфонного исполнительного устройства автоматического управления амплитудой периодических возмущений в системе автоматизированного контроля герметичности изделий;

- разработаны математические модели объектов автоматического управления в системах автоматизированного контроля герметичности изделий;

Практическая значимость работы:

- разработаны способы, устройства и системы автоматизированного контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды при испытаниях изделий манометрическим, пузырьковым и гидростатическим методами; предлагаемые способы и устройства испытаний защищены рядом авторских свидетельств и патентов на изобретения;

- предложены инженерные методики расчета устройств САУ амплитудой периодических возмущений давления пробной среды при контроле герметичности изделий.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в филиале «Оренбургбургаз» ООО «Бургаз» ОАО «Газпром», Оренбургском отделении Южно-Уральской железной дороги ОАО «Российские железные дороги», 0 0 0 Научно-производственное предприятие «ТАН» (г. Оренбург).

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и были одобрены на Всероссийской научно-технической конференции «Проблемы современного энергомашиностроения» (Уфа, 2002), международной научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития гидромашиностроения в XXI веке» (Санкт - Петербург, 2003), региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Оренбургской области (Оренбург, 2003), Всероссийской научно-технической конференции «Моделирование и обработка информации в технических системах» (Рыбинск, 2004).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 15 работ, в том числе 5 статей в научных журналах, получено 2 патента и решение о выдаче патента на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 122 наименований. Общий объем работы 193 страницы, в том числе 154 страницы машинописного текста, 54 рисунка и 28 таблиц.

На защиту выносятся:

1) Метод автоматизированного контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды и его теоретическое обоснование.

2) Способ испытаний изделий пробной жидкостью с контролем герметичности пузырьковым методом.

3) Способы построения систем автоматизированного контроля герметичности изделий.

4) Методика расчета электромагнитного сильфонного исполнительного устройства, используемого в САУ амплитудой периодических возмущений.

5) Результаты реализации систем автоматизированного контроля испытаний изделий на герметичность.

Основное содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи, научная новизна и практическая значимость исследований.

В первой главе проведен анализ литературных источников по испытаниям на герметичность изделий, рассмотрены основные методы испытаний и способы реализации наиболее применяемых на промышленных предприятиях манометрического, пузырькового и гидростатического методов испытаний.

Установлено, что контроль герметичности изделий манометрическим, пузырьковым и гидростатическим методами не автоматизирован, контроль герметичности ведется по косвенным параметрам визуально без автоматизированного определения утечек пробной среды из изделия, точность контроля герметичности этими методами фактически не позволяет проводить контроль изделий по классам герметичности А и В. На основании этого сформулированы следующие задачи:

1) Разработка и теоретические исследования метода автоматизированного контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды в испытательных устройствах.

2) Разработка способа реализации гидростатического метода испытаний на герметичность с количественной оценкой утечек жидкости.

3) Разработка и исследование основных элементов и систем автоматизированного контроля герметичности изделий манометрическим, пузырьковым и гидростатическим методами при периодических возмущениях давления пробной среды в испытательных устройствах.

Во второй главе приведены теоретические исследования по обоснованию возможности и целесообразности использования периодических возмущений пробной среды при испытаниях изделий на герметичность манометрическим, пузырьковым и гидростатическим методами с использованием устройств с горизонтальной трубкой, пузырьковой камерой или дифференциальным манометром.

Теоретически исследовано влияние на движение жидкостного поршня в горизонтальной трубке устройств контроля герметичности: сил поверхностного натяжения жидкости; типа жидкости с различным значением поверхностного натяжения; сил жидкостного трения; совместного действия сил поверхностного натяжения жидкости и сил жидкостного трения; перепада давлений на жидкостном поршне от утечек пробной среды из изделия, меньшего по значению, чем перепад давлений, создаваемый поверхностным натяжением жидкости. Обоснована возможность автоматизированного контроля герметичности изделий всех классов герметичности за счет линеаризации нелинейной зависимости между перемещением жидкостного поршня в горизонтальной трубке и прило-

женным перепадом давлений от утечек среды из изделия при периодических возмущениях давления пробной среды.

Дифференциальное уравнение движения жидкостного поршня в горизонтальной трубке устройств контроля изделий на герметичность, с учетом известного уравнения движения жидкостного поршня, имеет вид

или при *(/) = 0 и \AP2{t)\Fmp>N,,-, (1)

х = const при x(t) = 0 и \&.P2{t)\Fmp< N„.

где т, x(t) - масса и перемещение жидкостного поршня в горизонтальной трубке, кг, м; к,\тр - размерный коэффициент гидравлического трения, Нс/м; Ег - модуль упругости газа, МПа; Fmp- площадь сечения трубки, м2; ДPi(t) разность давлений газа, приложенная к поршню трубки, МПа; Vm - объем изделия, м3; N„ - нелинейная сила, связанная с действием поверхностного натяжения жидкости и приложенная к жидкостному поршню в трубке, Н.

Рассматривая свободные движения жидкостного поршня в горизонтальной трубке с учетом перепада давлений на жидкостном

поршне от утечек жидкости, оцениваемого величиной b„ изменяющейся в пределах 0<Ьц<Ь, где Ъ - величина, характеризующая нелинейную силу No, создаваемую поверхностным натяжением жидкости в горизонтальной трубке, получены решения уравнений (1) для первых четырех полупериодов свободных движений x/t) - x/t) и скоростей движений жидкостного поршня в горизонтальной трубке которые имеют вид:

х2(t) = -b + b0 + - 2¿>)[cos cot + (fi /ü>)sin tot\\

y 2 (t) = -x0e~^' ■ (a + p 2 /a )sin al + 2b(a sin at - P cos at)

x3(t) = b + b0 +■ (x0e~P' - 4b)- [cos cot + (fi i ю )sin at]; (2)

y3 (t) = -x0e~P' (и + /? 2 /со )sin at + 4b(a sin cot - fi cos at)

y4(í) = ~x0e~P' (б) + /? 2 /со )sin al + 6b(a sin cot - p cos at)

Построенные по выражениям (2) фазовые траектории движения жидкостного поршня (из воды и ртути ) в горизонтальной трубке устройства контро-

ля герметичности при различных значениях перепада давления на жидкостном поршне, создаваемого утечками пробной среды, представлены на рис. 1.

Рис. 11 - Фазовые траектории движения жидкостного поршня в горизонтальной трубке: для волы: 1-4 = 6 мм, 6о = 0 мм; 2-6 = 6 мм, ^^ 6о = 1,00 Ь; для ртути: 3 - Ь = 40,3 мм, к Ьа = 0 мм; 4 - Ь = 40,0 мм, 6о~30мм

На рис. 2 отражена методика контроля герметичности изделий при периодических возмущениях пробной среды по значениям амплитуд перемещений жидкостного поршня в горизонтальной трубке а = Лз + Аа или а = Аг~ А\ за установленное время контроля, при котором учитывается перепад давлений на жидкостном поршне как меньший по значению, когда а=Ьо<Ь=А-)+А^ или

так и больший по значению, когда или

чем зона нечувствительности перемещения жидкостного поршня в трубке, связанная с силами поверхностного натяжения жидкости.

Рис. 2 - Фазовые траектории перемещения жидкостного поршня в горизонтальной трубке устройства контроля герметичности изделий при периодических возмущениях и постепенном снижении давления в испытываемом изделии от утечек пробного газа: 1, 2 - в начале и в конце контроля герметичности

Теоретическое перемещение жидкостного поршня в горизонтальной трубке в зоне нечувствительности нелинейной характеристики от приложенного перепада давлений из-за утечек пробной среды из изделия при периодических возмущениях давления пробной среды определяется по формуле, установленной на основании выражений (2), х(1) = = Ут /ЕгРтр и представлено прямой 1 на рис. 10.

В третьей главе проведены совершенствование гидростатического метода контроля герметичности путем создания способа контроля герметичности изделий жидкостью с контролем утечек жидкости по количеству газовых пузырьков в жидкости пузырьковой камеры или по перемещению жидкостного поршня в горизонтальной трубке; разработаны функциональные схемы систем автоматизированного контроля герметичности изделий пробным газом или пробной жидкостью при периодических возмущениях давления пробной среды с использованием устройств с горизонтальной трубкой, пузырьковой камерой или дифференциальным манометром; расчеты электромагнитного исполнительного устройства систем автоматического управления, обеспечивающих автоматизированный контроль герметичности изделий.

На рис. 3 приведена схема устройства контроля герметичности изделий жидкостью с использованием пузырьковой камеры.

Рис. 3 - Схема контроля герметичности изделий жидкостью с использованием пузырьковой камеры: 1 - эталонная емкость; 2 - изделие; 3- преобразователь давления газ - жидкость; 4 - возбудитель периодических возмущений давления; 5, 9, 12, 13 - вентиль; 6 - счетчик пузырьков газа; 7- источник газа; 8-измерительный преобразователь формируемых пузырьков газа; 10 -барботажная трубка; 11 - пузырьковая камера; 14 - источник жидкости

Относительная погрешность у§ , %, измерения количества пузырьков газа в пузырьковой камере по отношению к количеству капель жидкости из изделия (рис. 3) определяется по формуле

1 Л,

/М1

1 + К.У,

рж

100,

(3)

где Ут = Ущ + Укс + Уа и Ут - суммарный объем газовой полости пузырьковой камеры, соединительных линий и упругой емкости, заполненной газом, преоб-

разователя давления газ-жидкость;

- объем воздушной полости пузырьковой камеры; упругой емкости, заполненной газом, преобразователя давления; соединительных линий и объем эталонной емкости, м3.

Выражение (3) позволяет выбирать необходимый диаметр барботажной трубки и тип жидкости в пузырьковой камере в зависимости от класса герме-

тичности испытываемых изделий. Например, погрешность измерений утечек по ГОСТ 9544-93 для затворов трубопроводной арматуры с условным диаметром DN=250 мм класса герметичности А не должна превышать ±0,01 смэ/мин, классов В, С, D - ±5 %, а с использованием пузырьковой камеры можно измерять утечки жидкости с точностью соответственно ±0,008 см3/мин, ±2,9, ±0,29, ±0,03 %.

Выполнено математическое моделирование изделий, испытываемых на герметичность жидкостью, как объектов автоматического управления при проведении подготовительно-заключительных операций и контроле герметичности на примере железнодорожных цистерн (рис. 3) водой, которая подается в цистерну до начала испытаний, а затем отводится после испытаний в подземные емкости сжатым воздухом из пневмосистемы. Динамика объекта описывается дифференциальным уравнением

Т„ dy/(t)/Jt = a{t)- ktx(t) - к2Ъ(1) - *3я(0 + к МП + М'> + MC) - Та dx{i)l dt, (4) где ^(/)=ДЯ/Я0- безразмерный уровень жидкости в изделии;a(l)= AFt/Fi0, - безразмерные проходные сечения клапанов на входе и выходе жидкости из изделия и выходе воздуха из изделия;

- безразмерные давления в изделии, во

входном и выходном трубопроводах жидкости и в воздухопроводе;

-

уровню жидкости и по давлению воздуха в изделии; - объем воздушного пространства изделия, м3; Rt - радиус изделия, м; L - длина изделия, м; Go - установившейся расход газожидкостной смеси через изделие, кг/с; R - газовая постоянная сжатого воздуха, м2с'2К Т - абсолютная температура воздуха, К; к/ — kg - коэффициенты, определяемые по установленным выражениям.

В качестве примера на рис. 4 приведена функциональная схема разработанной системы автоматизированного контроля герметичности изделий газом с использованием горизонтальных трубок. В систему автоматизированного контроля герметичности изделий входят система автоматического управления амплитудой периодических возмущений давления газа и система автоматического измерения объема утечек газа из изделия.

Установлены зависимости между перемещением подвижного торца сильфона 3 x1(t) (рис. 4) и давлением газа в эталонной емкости 2, изделии 9 и во всех устройствах и между перемещениями подвижно-

го торца сильфона x1(t) и жидкостного поршня 19 x{t) в трубке 17:

постоянные времени по

4 F„

1-

U

(5)

а также соотношения для определения разности давлений \РС, Па, и силы Ма Н, приложенных к подвижному торцу сильфона 3 электромагнитного исполнительного устройства:

К+К. к.

др. = р - р = р.

(6)

где Кс, У,„ Ур, Ук - объем сильфона, изделия, эталонной емкости и камеры, в которой расположено электромагнитное сильфонное исполнительное устройство, м3; -эффективная площадь поперечного сечения сильфона, м2; рг - плотность газа, кг/м3; Сс - жесткость сильфона, Н/м.

Рис. 4 - Функциональная схема системы автоматизированного контроля герметичности изделий газом с использованием горизонтальной трубки

В четвертой главе проведен синтез САУ амплитудой периодических возмущений давления пробного газа, которая является основной частью системы автоматизированного контроля герметичности изделий устройствами с горизонтальной трубкой: составлены функциональная и структурная схемы САУ (рис. 5); определена передаточная функция управляемого процесса; проведен анализ управляемого процесса в частотной области с использованием логарифмических частотных характеристик и билинейного преобразования передаточных функций на Ж плоскости и выбран по этим характеристикам дискретный регулятор с передаточной функцией построены лога-

рифмические частотные амплитудная и фазовая характеристики (рис. 6) и переходные характеристики скорректированной САУ амплитудой (рис. 7); произведены реализация выбранного дискретного регулятора САУ в виде импульсного пропорционально-интегрального RC-контура и оценка установившихся ошибок по положению и скорости САУ; построены переходные характеристики САУ амплитудой колебаний давления в устройстве контроля герметичности изделий при подаче прямоугольных сигналов (программы) от управляющей ЭВМ (рис. 8).

л

Рис. 5 - Схема САУ амплитудой возмущений давления в изделии при контроле герметичности с использованием горизонтальной трубки: а) функциональная (ИП1 - измерительный преобразователь перемещения жидкостного поршня в горизонтальной трубке; У1, У2 - усилители; Зд - задатчик; Т - квантователь; Р - дискретный регулятор; Ф - фиксатор; ИМ - исполнительный механизм; РО - регулирующий орган; ОУ -объект управления); б) структурная, в которой управляемый процесс Суп($) представлен схемой в)

Рис. 6 - Логарифмические частотные характеристики САУ амплитудой периодических возмущений давления газа в изделии: 1, 3- амплитудные и 2. 4- фазовые частотные характеристики не скорректированной разомкнутой САУ (кривые 1, 2) и с выбранным регулятором (кривые 3,4)

Рис. 7 - Переходные характеристики замкнутой САУ амплитудой возмущений давления в устройстве с горизонтальной трубкой с выбранным регулятором при: 1 - Кр, = 20,0; 2 - Кр = 85,0; 3 - Кр, =150,0; 4 -К = 500,0

Рис. 8 - Периодические единичные возмущения давления пробной среды в изделии (кривая 1), формируемые управляющей ЭВМ, и переходные характеристики перемещения жидкостного поршня в горизонтальной трубке (кривая 2) САУ амплитудой возмущений давления

В пятой главе приведены результаты экспериментальных исследований влияния периодических возмущений давления пробной среды на контроль герметичности изделий (рис. 9,10).

Если в дифференциальном уравнении движения жидкостного поршня в горизонтальной трубке (1) принять, как это делается в литературе для подобных дифференциальных уравнений с сухим трением, что инерционные силы и силы вязкого трения малы, тогда получим выражение

fartp/Ka}*«) + NaSign x(t) = AP2(t)Fmp при x(l) * 0

(7)

при x(i) = 0 и (¿/^(OI^V^; * = const при x(t) = 0 и \AP2U)\Fmp< N„.

По выражению (7) построена нелинейная характеристика 1 на рис. 9 перемещения жидкостного поршня от приложенного к нему перепада давлений. В качестве приложенного возмущения по давлению пробной среды в устройстве контроля герметичности предложено использовать (рис. 9) смещаемые в зоне

нечувствительности (кривые 3,4).

хО) мм 600+-/

нелинейной характеристики гармонические возмущения

Л, = Ак(<)

АгЛ2=Аз-Аа; Аъ-А^А,-Аг

Рис. 9-Графики реализации автома-У^^У ^ | I у// /гизированного контроля герметичности

^ I } ' /// изделий по формуле (7) и при периоди-—' АУ Г^'ч I \// ческих возмущениях давления пробной

среды ДР(1): 1, 2 - исходное и смешенное положения нелинейной характеристики перемещения жидкостного поршня в горизонтальной трубке; 3, 4 - периодические возмущения давжняя Д Р(0 во времени в устройстве испытаний при перепаде давлений на жидкостном поршне в трубке, равном нулю и равном половине перепада давления, создаваемого поверхностным натяжением воды; 5, 6 - перемещения жидкостного поршня в трубке во времени при возмущениях по 1фивым 3 и 4

т__________________

Рис. 10 - Теоретическая (прямая 1) и экспериментальная (кривая 2) зависимости перемещения жидкостного поршня в горизонтальной трубке от приложенного к поршню перепада давления в пределах зоны нечувствительности при подаче периодических возмущений по давлению в устройство испытаний

мм 500

400

300

200

1

Л.

0

15

30

45 60 &Р2(1)1Па

Теоретическая прямая 1 на рис. 10 построена по выражению х(1)=Ьо ~АР2(01/„1 /ЕгРтр, а экспериментальная кривая 2 - по методике, отраженной на рис. 9, по выражению х(1) = (Х5(Л3 + Д,)-0,5(4 + Л2)= - 4 = '

В заключении обобщены результаты проведенных исследований, сформулированы практические выводы и рекомендации.

Основные результаты и выводы работы

1. Разработан пузырьковый способ и устройства реализации гидростатического метода контроля герметичности изделий жидкостью. Способ позволяет осуществлять автоматизированный контроль герметичности изделий по газовым пузырькам в пузырьковой камере при испытаниях изделий жидкостью при равном или неравном давлении пробной жидкости в изделии и давлении контрольного газа в эталонной емкости.

2. Разработан метод контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды в испытательных устройствах. Сущность метода состоит в том, что при подаче в устройство контроля герметичности изделий периодических возмущений давления пробной среды происходит линеаризация нелинейных характеристик измерительных устройств (горизонтальной трубки, пузырьковой камеры), обусловленных действием поверхностного натяжения жидкости.

3. Теоретическими и экспериментальными исследованиями для устройств контроля герметичности изделий с использованием горизонтальной трубки установлено:

- изменение перепада давлений на жидкостном поршне горизонтальной трубки от утечек пробного газа из изделия не изменяет формы фазовой траектории движения жидкостного поршня, а пропорционально сдвигает фазовую траекторию движения поршня в горизонтальной трубке в направлении снижения давления среды в изделии;

- подводимые в устройство контроля герметичности изделий периодические возмущения по давлению способствуют формированию линейной зависимости перемещения жидкостного поршня в горизонтальной трубке в зависимости от перепада давлений от утечек среды из изделия практически в пределах от нуля до 100 % зоны нечувствительности нелинейной характеристики;

- начальные значения давления в устройстве контроля герметичности изделия или снижение давления в изделии от утечек газа не влияют на результаты контроля герметичности изделий по амплитудам фазовых траекторий жидкостного поршня в горизонтальной трубке и поэтому метод контроля герметичности изделий при возмущениях по давлению пробной среды в изделии применим для различных давлений, при которых производятся испытания изделий на герметичность.

4. Для систем автоматического управления, используемых при автоматизированном контроле герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды в изделии, разработаны два варианта исполнитель-

ного устройства: электромагнитное сильфонное с пружиной исполнительное устройство и электромагнитное сильфонное исполнительное устройство с пневматической разгрузкой сильфона давлением пробного или контрольного газа.

5. Установлены аналитические выражения изменения давления в силь-фонном регулирующем органе, в регулирующем органе соединенным с изделием, и регулирующем органе, соединенным с изделием, горизонтальной трубкой и эталонной емкостью, в зависимости от перемещения подвижного торца регулирующего органа. Определена зависимость между перемещением подвижного торца сильфонного регулирующего органа и перемещением жидкостного поршня в горизонтальной трубке различных диаметров.

6. Проведены расчеты по выбору сильфона и электромагнита электромагнитного сильфонного исполнительного устройства с пневматической разгрузкой сильфона давлением пробного или контрольного газа для САУ амплитудой периодических возмущений давления пробной среды, а также определены численные значения коэффициентов и постоянных времени передаточных функции электромагнита и сильфона исполнительного устройства.

7. Проведено математическое описание изделий, испытываемых на герметичность жидкостью, как объектов автоматического управления на примере железнодорожных цистерн для перевозки углеводородного сырья и испытываемых на герметичность водой.

8. Разработаны системы автоматизированного контроля герметичности изделий пробным газом или пробной жидкостью при периодических возмущениях давления пробной среды с использованием устройств с горизонтальной трубкой, пузырьковой камерой и дифференциальным манометром, каждая из которых содержит САУ амплитудой периодических возмущений давления пробной среды и систему автоматического измерения объема утечек среды из изделия за установленное время контроля герметичности.

9. Проведен синтез САУ амплитудой периодических возмущений давления пробной среды - основной составляющей систем автоматизированного контроля герметичности изделий манометрическим, пузырьковым или гидростатическим методом: составлены функциональные и структурные схемы САУ, определена передаточная функция управляемого процесса, проведено г -преобразование передаточной функции управляемого процесса, проведен анализ управляемого процесса в частотной области с использованием логарифмических частотных характеристик и билинейного преобразования передаточных функций на W плоскости, выбран регулятор с параметрами настройки и построены логарифмические частотные амплитудная и фазовая характеристики скорректированной САУ амплитудой периодических возмущений давлений пробной среды.

Логарифмические частотные характеристика САУ с выбранным регулятором показывает, что на рабочей частоте квантования и работы САУ, равной 0,1 с-1, запас по фазе составляет 47°, а запас по амплитуде - 61,3 дБ.

Построены переходные характеристики, определены статические ошибки САУ амплитудой периодических возмущений давления пробного газа и уста-

новлено, что САУ работоспособна в диапазоне коэффициентов усиления регулятора от 40 до 500.

Проведена реализация выбранного дискретного регулятора САУ амплитудой периодических возмущений давления пробной среды в виде импульсного пропорционально-интегрального ЯС - контура, проведена оценка установившихся ошибок по положению и скорости САУ амплитудой периодических возмущений. Установившаяся ошибка по положению составляет 1,9 %, коэффициент ошибки по скорости - 0,014 В/с.

10. Полученные теоретические и экспериментальные результаты показывают, что при периодических возмущениях давления пробной среды в изделии или устройствах испытаний можно проводить автоматизированный контроль герметичности изделий манометрическим, пузырьковым или гидростатическим методами как в зоне нечувствительности нелинейных характеристик звеньев систем контроля, так и вне зоны нечувствительности. Это позволяет проводить контроль герметичности по утечкам пробной среды, например, затворов трубопроводной арматуры всех классов герметичности А - Б в соответствии с требованиями стандартов. Точность контроля герметичности изделий в зоне действия сил поверхностного натяжения жидкости в горизонтальной трубке при периодических возмущениях давления пробного газа составляет 2,0 %.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Куленко Е.С. Автоматизация испытаний изделий на герметичность перегретым водяным паром // Проблемы современного энергомашиностроения: Тезисы докладов Всероссийской молодежной науч.-техн. конф. -Уфа: УГАТУ, 2002.-С.51.

2. Куленко Е.С. Способ реализации гидростатического метода испытаний изделий на герметичность с использованием барботера // Региональная на-уч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов Оренбургской области: Сборник материалов. - Оренбург: РИК ГОУ, 2003.- С.49.

3. Жежера Н.И., Куленко Е.С. Влияние объема эталонной емкости на погрешность измерений утечек газа из изделия, испытываемого на герметичность с использованием пузырьковой камеры // Законодательная и прикладная метрология. - 2003. - №1. - С. 26 -28.

4. Жежера Н.И., Куленко Е.С. Ввод сигнала по производной от входного давления в предохранительном клапане с серводействием // Современное состояние и перспективы развития гидромашиностроения в XXI веке: Труды международн. науч.-техн. конф. -Санкт-Петербург: СПб Нестор, 2003. - С. 309.

5. Жежера Н.И., Куленко Е.С. Размеры пузырьков сжатого воздуха в пузырьковой камере систем испытаний изделий на герметичность // Законодательная и прикладная метрология. - 2003. - №3. - С. 42 - 45.

6. Пат. №2206879 РФ. Способ испытания изделий на герметичность / Н.И. Жежера, А.И. Сердюк, Е.С. Куленко (РФ). -№2002110032/28. Заяв. 16.04.

2002; Опубл. 20.06. 2003, Бюл.№17.

7. Жежера Н.И., Сердюк А.И., Куленко Е.С. Испытания изделий на герметичность жидкостью с использованием пузырьковой камеры // Законодательная и прикладная метрология. - 2003. - №6. - С. 37 - 39.

8. Жежера Н.И., Куленко Е.С. Моделирование изделия, испытуемого на герметичность перегретым водяным паром // Автоматизация и современные технологии. - 2003. - №11. - С. 3 - 6.

9. Жежера Н.И., Куленко Е.С. Моделирование изделий, испытуемых на герметичность жидкостью // Автоматизация и современные технологии. -2004. -№2.-С. 12-17.

10. Пат. №2234069 РФ. Устройство контроля герметичности изделий/ Н.И. Жежера, А.И. Сердюк, Е.С. Куленко, А.В. Ведехин (РФ). -№2002129271/28. Заяв. 01.11.2002; Опубл. 10.08. 2004, Бюл.№22.

11. Куленко Е.С. Испытания изделий на герметичность с использованием горизонтальной трубки // Материалы региональной науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов Оренбургской области. - Оренбург: РИК ГОУ ОГУ, 2004.- С.93.

12. Куленко Е.С. Испытания изделий на герметичность жидкостью с использованием пузырьковой камеры // Моделирование и обработка информации в технических системах: Материалы Всероссийской науч.-техн. конф. -Рыбинск: РГАТА, 2004.- С.316-318.

13. Решение о выдаче патента на изобретение от 30.08.04 по заявке №2003131673/28(033913). МПК 7С01М3/00. Способ испытания изделий на герметичность / А.И. Сердюк, Н.И. Жежера, Е.С. Куленко (РФ). Заяв. 28.10. 2003.

Лицензия № ЛР 063109 от 04.02.1999.

Подписано в печать 19.01.2005. Формат 60x841/16. Бумага писчая. Усл. печ. листов 1,0. Тираж 100. Заказ 5124.

ООО «Агентство «Пресса» г. Оренбург, ул. Комсомольская, 45, тел. 79-17-25

0$. JZ ' /3

301

ВВЕДЕНИЕ.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Контроль герметичности изделий по давлению.

1.2. Контроль герметичности изделий по разности давлений.

1.3. Контроль герметичности изделий при равенстве давлений в испытываемом изделии и эталонной емкости.

1.4. Контроль герметичности изделий с использованием звуковых и ультразвуковых колебаний.

1.5. Автоматизация технологических процессов испытаний на герметичность изделий.

Выводы, цель и задачи исследований.

2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЯХ ДАВЛЕНИЯ ПРОБНОЙ СРЕДЫ.

2.1. Наиболее распространенные известные способы и устройства контроля герметичности изделий.

2.1.1. Известный пузырьковый камерный способ и устройство испытаний изделий на герметичность.

2.1.2. Известный способ реализации манометрического метода испытаний изделий с использованием горизонтальной трубки.

2.1.3. Типовая схема испытаний изделий на герметичность с использованием дифференциальных манометров.

2.1.4. Основные недостатки наиболее распространенных способов и устройств испытаний изделий на герметичность и принятые пути их совершенствования.

2.2. Статические характеристики горизонтальной трубки с жидкостным поршнем устройств контроля герметичности изделий.

2.2.1. О максимальном диаметре горизонтальной трубки, при котором существует жидкостный поршень.

2.2.2. Касательные напряжения в ламинарном пограничном слое горизонтальной трубки с жидкостным поршнем.

2.2.3. Расход газа через горизонтальную трубку при испытаниях изделий на герметичность.

2.2.4. Проводимость и гидравлическое сопротивление горизонтальной трубки систем испытаний изделий.

2.2.5. Статические погрешности контроля герметичности изделий горизонтальной трубкой по утечкам газа и выбор объема эталонной емкости.

2.2.6. Возможные перемещения жидкостного поршня в горизонтальной трубке в установившемся режиме при испытаниях изделий различных классов герметичности.

2.2.7. Запаздывание перемещения жидкостного поршня в горизонтальной трубке при контроле герметичности изделий.

2.2.8. Определение объема утечек газа из изделия, которые вызывают начальное движение жидкостного поршня в горизонтальной трубке, преодолевая силы поверхностного натяжения жидкости.

2.3. Исследование движения жидкостного поршня в горизонтальной трубке устройств контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды.

2.3.1. Дифференциальное уравнение движения жидкостного поршня в горизонтальной трубке.

2.3.2. Исследование передаточной функции движения жидкостного поршня в горизонтальной трубке.

2.3.3. Исследование влияния сил поверхностного натяжения различных жидкостей и сил вязкого трения на перемещение жидкостного поршня в горизонтальной трубке.

2.3.4. Исследование влияния перепада давлений на жидкостном поршне от утечек газа из изделия, который меньше по значению, чем перепад давлений, создаваемый силой поверхностного натяжения жидкости.

2.3.5. Движение жидкостного поршня в горизонтальной трубке без учета инерционных сил и силы вязкого трения.

2.3.6. Контроль герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды в устройстве испытаний.

Выводы.

3. РАЗРАБОТКА СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЯХ ДАВЛЕНИЯ ПРОБНОЙ СРЕДЫ.

3.1. Разработка способа реализации гидростатического метода испытаний на герметичность с количественной оценкой утечек жидкости.

3.1.1. Необходимость совершенствования гидростатического метода испытаний изделий на герметичность.

3.1.2. Контроль герметичности изделий жидкостью с использованием пузырьковой камеры или горизонтальной трубки.

3.1.2.1. Контроль герметичности изделий жидкостью с использованием пузырьковой камеры или горизонтальной трубки при равных давлениях пробной жидкости и контрольного газа.

3.1.2.2. Контроль герметичности изделий жидкостью с использованием пузырьковой камеры или горизонтальной трубки при неравных давлениях пробной жидкости и контрольного газа.

3.2. Устройство контроля герметичности изделий при периодических возмущениях пробной среды.

3.3. Разработка и расчет исполнительного устройства систем автоматизированного контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды.

3.3.1. Известное исполнительное устройство создания возмущений по давлению при контроле герметичности изделий.

3.3.2. Разработка схем исполнительного устройства САУ амплитудой периодических возмущений давления пробной среды.

3.3.3. Дифференциальное уравнение давления в сильфонном регулирующем органе при перемещении его подвижной части.

3.3.4. Дифференциальное уравнение давления в сильфонном регулирующем органе, соединенным с изделием.

3.3.5. Дифференциальное уравнение давления в сильфонном регулирующем органе, соединенным с изделием, горизонтальной трубкой и эталонной емкостью.

3.3.6. Перемещение жидкостного поршня в горизонтальной трубке в зависимости от перемещения подвижного торца сильфона регулирующего органа, соединенного с изделием, горизонтальной трубкой и эталонной емкостью.

3.3.7. Выбор сильфона для исполнительного устройства САУ амплитудой периодических возмущений давления пробной среды.

3.3.8. Выбор электромагнита для исполнительного устройства САУ амплитудой периодических возмущений давления.

3.3.9. Передаточная функция электромагнита исполнительного устройства САУ амплитудой периодических возмущений давления.

3.4. Математическое моделирование изделий, испытываемых на герметичность жидкостью, как объектов автоматического управления.

3.5. Разработка систем автоматизированного контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды.

3.5.1. Система автоматизированного контроля герметичности изделий газом с использованием горизонтальных трубок.

3.5.2. Система автоматизированного контроля герметичности изделий жидкостью с использованием горизонтальных трубок.

3.5.3. Система автоматизированного контроля герметичности изделий газом с использованием пузырьковой камеры.

3.5.4. Система автоматизированного контроля герметичности изделий жидкостью с использованием пузырьковой камеры.

Выводы.

4. СИНТЕЗ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ АМПЛИТУДОЙ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ ДАВЛЕНИЯ ПРОБНОЙ СРЕДЫ ПРИ КОНТРОЛЕ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ.

4.1. Функциональная и структурная схемы САУ амплитудой периодических возмущений давления пробного газа при контроле герметичности изделий устройствами с горизонтальной трубкой.—.

4.2. Передаточная функция управляемого процесса САУ амплитудой периодических возмущений давления пробного газа при контроле герметичности изделий с использованием горизонтальной трубки.

4.3. Построение частотных характеристик управляемого процесса и выбор передаточной функции регулятора САУ амплитудой периодических возмущений давления газа при контроле герметичности изделий с использованием горизонтальной трубки.

4.4. Переходные характеристики САУ амплитудой периодических возмущений давления газа с выбранным регулятором при контроле герметичности изделий с использованием горизонтальной трубки.

4.5. Частотные характеристики САУ амплитудой периодических возмущений давления газа с выбранным регулятором при контроле герметичности изделий с использованием горизонтальной трубки.

4.6. Реализация выбранного дискретного регулятора для САУ амплитудой возмущений давления пробной среды в виде импульсного RC - фильтра.

4.7. Установившиеся ошибки САУ амплитудой периодических возмущений давления газа с выбранным регулятором при контроле герметичности изделий с использованием горизонтальной трубки.

Выводы

5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ ПРИ ПЕРИОДИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЯХ ДАВЛЕНИЯ ПРОБНОЙ СРЕДЫ.

5.1. Лабораторная установка автоматизированного контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды.

5.2. Лабораторные исследования автоматизированного контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды.

Выводы (по пятой главе).

Актуальность темы. Множество разнообразных изделий работает в условиях эксплуатации при избыточном давлении рабочей среды. Одним из важнейших параметров работоспособности изделий является герметичность. К таким изделиям относятся трубопроводы различного назначения, стационарные сосуды на промышленных предприятиях, сосуды и трубопроводы на подвижной технике, различные виды трубопроводной арматуры. Из практики испытаний изделий на промышленных предприятиях известно, что испытания изделий на герметичность практически не автоматизированы, в подавляющем большинстве случаев не имеется устройств автоматизированного контроля герметичности по утечкам пробной среды, что особенно требуется вводимыми стандартами по герметичности изделий с конкретными требованиями по допустимым утечкам пробной среды и точности контроля герметичности.

В работах Сажина С.Т. /15, 81/, Гуревича Д.Ф. /29, 30/, Лем-берского В.Б. /81/, Долотова A.M., Огар П.М. /32/, Кондакова JI.A. /52/, Голубева А.И. /21, 83/, Ланис В.А. /60/ рассмотрены основы теории уплотнений и уплотнительной техники, общие вопросы автоматизации технологических процессов испытаний изделий на герметичность. Способы и устройства контроля герметичности освещены во многих отечественных /1-15/ и зарубежных /44-48, 70-72/ авторских свидетельствах и патентах, сайтах Интернета /85-118/ и научно-технической литературе /23-27, 31, 55, 63, 66, 69, 119-122/. Однако в этих работах не рассматривается метод повышения контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды в испытательных устройствах.

По литературным источникам рассмотрены основные методы испытаний и способы реализации наиболее применяемых на промышленных предприятиях манометрического, пузырькового и гидростатического методов испытаний. Подробно рассмотрены литературные источники, авторские свидетельства и патенты по контролю герметичности изделий по давлению, по разности давлений, при равенстве давлений в испытываемом изделии и эталонной емкости, при постоянном давлении в изделии, окруженном газом, при постоянном давлении и погружении изделия в жидкость, по контролю герметичности изделий с использованием звуковых и ультразвуковых колебаний. Установлено, что контроль герметичности изделий манометрическим, пузырьковым и гидростатическим методами не автоматизирован, контроль герметичности ведется по косвенным параметрам визуально без автоматизированного определения утечек пробной среды из изделия, точность контроля герметичности этими методами фактически не позволяет проводить контроль изделий по классам герметичности А и В.

В условиях растущей потребности в проведении испытаний изделий на герметичность исследования по совершенствованию методов контроля герметичности изделий и разработке систем автоматизированного контроля герметичности изделий по утечкам пробной среды с использованием периодических возмущений пробной среды являются актуальными.

Целью работы является повышение эффективности испытаний на герметичность промышленных изделий путем создания автоматизированных систем контроля и управления при периодических возмущениях давления пробной среды. Показателями эффективности должны служить: а) прямые, а не косвенные количественные показатели утечек пробной среды при контроле герметичности изделий; б) повышение чувствительности методов контроля герметичности изделий и уровня автоматизации основных технологических операций испытаний.

На основании поставленной цели сформулированы следующие задачи:

1. Разработка и теоретические исследования метода автоматизированного контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды в испытательных устройствах.

2. Разработка способа реализации гидростатического метода испытаний на герметичность с количественной оценкой утечек жидкости.

3. Разработка и исследование основных элементов и систем автоматизированного контроля герметичности изделий манометрическим, пузырьковым и гидростатическим методами при периодических возмущениях давления пробной среды в испытательных устройствах.

Настоящая работа выполнена в рамках госбюджетной научно-исследовательской работы №01000000120 "Разработка интеллектуальных систем автоматизированного проектирования и управления" (2000 г. - н.в.) кафедры систем автоматизации производства ОГУ.

Объект исследований. В качестве объекта исследований в работе рассматриваются производственные процессы испытаний на герметичность, включающие способы испытаний, средства и системы контроля и управления.

Методы исследования. Использованы методы механики жидкостей и газов, методы теории автоматического управления - методы анализа нелинейных систем, методы проектирования цифровых систем автоматического управления.

Научная новизна работы:

Выполнено теоретическое обоснование метода контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды в испытательных устройствах.

Разработана методика расчета электромагнитного сильфонного исполнительного устройства автоматического управления амплитудой периодических возмущений в системе автоматизированного контроля герметичности изделий.

Разработаны математические модели объектов автоматического управления в системах автоматизированного контроля герметичности изделий.

Практическая значимость работы:

Разработаны способы, устройства и системы автоматизированного контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды при испытаниях изделий манометрическим, пузырьковым и гидростатическим методами. Предлагаемые способы и устройства испытаний защищены рядом авторских свидетельств и патентов на изобретения.

Предложены инженерные методики расчета устройств САУ амплитудой периодических возмущений давления пробной среды при контроле герметичности изделий.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в филиале «Оренбургбургаз» ООО «Бургаз» ОАО «Газпром», Оренбургском отделении Южно-Уральской железной дороги ОАО «Российские железные дороги», ООО Научно-производственное предприятие «ТАН» (г. Оренбург).

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и были одобрены на Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Проблемы современного энергомашиностроения» (Уфа, 2002), международной научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития гидромашиностроения в XXI веке» (Санкт — Петербург, 2003), региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Оренбургской области (Оренбург, 2003), Всероссийской научно-технической конференции «Моделирование и обработка информации в технических системах» (Рыбинск, 2004).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 15 работ, в том числе 5 статей в научных журналах, получено 2 патента и решение о выдаче патента на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 122 наименований. Общий объем работы 193 страницы, в том числе 154 страницы машинописного текста, 54 рисунка и 28 таблиц.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

1. Разработан пузырьковый способ и устройства реализации гидростатического метода контроля герметичности изделий жидкостью. Способ позволяет осуществлять автоматизированный контроль герметичности изделий по газовым пузырькам в пузырьковой камере при испытаниях изделий жидкостью при равном или неравном давлении пробной жидкости в изделии и давлении контрольного газа в эталонной емкости.

2. Разработан метод контроля герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды в испытательных устройствах. Сущность метода состоит в том, что при подаче в устройство контроля герметичности изделий периодических возмущений давления пробной среды происходит линеаризация нелинейных характеристик измерительных устройств (горизонтальной трубки, пузырьковой камеры), обусловленных действием поверхностного натяжения жидкости.

3. Теоретическими и экспериментальными исследованиями для устройств контроля герметичности изделий с использованием горизонтальной трубки установлено:

- изменение перепада давлений на жидкостном поршне горизонтальной трубки от утечек пробного газа из изделия не изменяет формы фазовой траектории движения жидкостного поршня, а пропорционально сдвигает фазовую траекторию движения поршня в трубке в направлении снижения давления среды в изделии;

- подводимые в устройство контроля герметичности изделий периодические возмущения по давлению способствуют формированию линейной зависимости перемещения жидкостного поршня в горизонтальной трубке в зависимости от перепада давлений от утечек среды из изделия практически в пределах от нуля до 100 % зоны нечувствительности нелинейной характеристики;

- начальные значения давления в устройстве контроля герметичности изделия или снижение давления в изделии от утечек газа не влияют на результаты контроля герметичности изделий по амплитудам фазовых траекторий жидкостного поршня в горизонтальной трубке и поэтому метод контроля герметичности изделий при возмущениях по давлению пробной среды в изделии применим для различных давлений, при которых производятся испытания изделий.

4. Для систем автоматического управления, используемых при автоматизированном контроле герметичности изделий при периодических возмущениях давления пробной среды в изделии, разработаны два варианта исполнительного устройства: электромагнитное сильфонное с пружиной исполнительное устройство и электромагнитное сильфонное исполнительное устройство с пневматической разгрузкой сильфона давлением пробного или контрольного газа.

5. Установлены аналитические выражения изменения давления в сильфонном регулирующем органе, в регулирующем органе соединенным с изделием, и регулирующем органе, соединенным с изделием, горизонтальной трубкой и эталонной емкостью, в зависимости от перемещения подвижного торца регулирующего органа. Определена зависимость между перемещением подвижного торца сильфонного регулирующего органа и перемещением жидкостного поршня в горизонтальной трубке различных диаметров.

6. Проведены расчеты по выбору сильфона и электромагнита электромагнитного сильфонного исполнительного устройства с пневматической разгрузкой сильфона давлением пробного или контрольного газа для САУ амплитудой периодических возмущений давления пробной среды, а также определены численные значения коэффициентов и постоянных времени передаточных функции электромагнита и сильфона исполнительного устройства.

7. Проведено математическое описание изделий, испытываемых на герметичность жидкостью, как объектов автоматического управления на примере железнодорожных цистерн для перевозки углеводородного сырья и испытываемых на герметичность водой.

8. Разработаны системы автоматизированного контроля герметичности изделий пробным газом или пробной жидкостью при периодических возмущениях давления пробной среды с использованием устройств с горизонтальной трубкой, пузырьковой камерой и дифференциальным манометром, каждая из которых содержит систему автоматического управления (САУ) амплитудой периодических возмущений давления пробной среды и систему автоматического измерения объема утечек среды из изделия за установленное время контроля герметичности.

9. Проведен синтез САУ амплитудой периодических возмущений давления пробной среды - основной составляющей систем автоматизированного контроля герметичности изделий манометрическим, пузырьковым или гидростатическим методом: составлены функциональные и структурные схемы САУ, определена передаточная функция управляемого процесса, проведено z — преобразование передаточной функции управляемого процесса, проведен анализ управляемого процесса в частотной области с использованием логарифмических частотных характеристик и билинейного преобразования передаточных функций на W плоскости, выбран регулятор с параметрами настройки и построены логарифмические частотные амплитудная и фазовая характеристики скорректированной САУ амплитудой периодических возмущений давлений пробной среды.

Логарифмические частотные характеристика САУ с выбранным регулятором показывает, что на рабочей частоте квантования и работы САУ, равной 0,1 с"1, запас по фазе составляет 47°, а запас по амплитуде - 61,3 дБ.

Построены переходные характеристики, определены статические ошибки САУ амплитудой периодических возмущений давления пробного газа и установлено, что САУ работоспособна в диапазоне коэффициентов усиления регулятора от 40 до 500.

Проведена реализация выбранного дискретного регулятора САУ амплитудой периодических возмущений давления пробной среды в виде импульсного пропорционально-интегрального RC - контура, проведена оценка установившихся ошибок по положению и скорости САУ амплитудой периодических возмущений. Установившаяся ошибка по положению составляет 1,9 %, коэффициент ошибки по скорости - 0,014 В/с.

10. Полученные теоретические и экспериментальные результаты показывают, что при периодических возмущениях давления пробной среды в изделии или устройствах испытаний можно проводить автоматизированный контроль герметичности изделий манометрическим, пузырьковым или гидростатическим методами как в зоне нечувствительности нелинейных характеристик звеньев систем контроля, так и вне зоны нечувствительности. Это позволяет проводить контроль герметичности по утечкам пробной среды, например, затворов трубопроводной арматуры всех классов герметичности А - D в соответствии с требованиями стандартов. Точность контроля герметичности изделий в зоне действия сил поверхностного натяжения жидкости в горизонтальной трубке при периодических возмущениях давления пробного газа составляет 2,0 %.

1. А.с. 1012063 СССР, МКИ4 G01M3/26. Устройство для контроля герметичности емкостей /В.М. Мурашов, Е.И. Штяшн, Л.К. Лимонов, Л.В. Цвилев (СССР). №2937448/25 -28. Заяв. 09.06.80; Опуб. 15.04.83.Бюл. № 14. -2 с.

2. А.с. 1173221 СССР, МКИ G01M 3/26. Устройство для контроля герметичности емкостей /Е.И. Штяшн, В.М. Мурашов (СССР). -№3702419/25-28; Заяв. 16.02.84; Опуб. 15.08.85. Бюл. № 30. 3 с.

3. А.с. 1201701 СССР, МКИ4 G01M 3/02. Устройство для контроля герметичности изделий /И.М. Бирман, И.И. Бухмиль, М.А. Фадеев, А.И. Юрченко (СССР). - №3748035/25-28; Заяв.01.06.84; Опуб. 23.10.85. Бюл. №48. -3 с.

4. А.с. 658421 СССР, МКИ2 G01M 3/26. Способ определения уровней герметичности изделий И.В. Корин, Н.К. Наумов, Ю.В. Воеводин (СССР), №2375142/25-28; Заяв.22.06.76; Опуб. 25.04.79. Бюл. №15. - 4 с.

5. А.с. 1027560 СССР, МКИ3 G01M 3/26. Устройство для контроля герметичности изделий /В.М. Политов, В.В. Новиков, Г.Г. Прокофьев (СССР). -№3412719/25-28; Заяв. 29.03.82; Опуб. 7.07.83. Бюл. №25 4 с.

6. А.с. 800759 СССР, МКИ3 G01M 3/26. Устройство для контроля герметичности изделий. /В.П. Рябов, P.M. Малкин, В.Н. Ткачук, В.В. Бабкина (СССР). -№2745043/25-28; Заяв. 04.04.79. Опуб.23.01.81. Бюл. №4. 3 с.

7. А. с. 781648 СССР, МКИ3 G01M 3/26. Устройство для испытания полых изделий на герметичность /И.В. Самыкин, А.А. Индеев (СССР). №2710263/25-28; Заяв. 08.01.79; Опуб. 23.11.80; Бюл. № 43 -4 с.

8. А.с. 518668 СССР, МКИ2 G01M 3/26. Устройство для контроля герметичности изделий /А.Г. Макаев, М.И. Степанов, Е.П. Рогов, А.В. Окунев, В.Ф. Андреев (СССР).- №2059605/25-28; Заяв. 13.09.74; Опуб. 25.07.76. Бюл. №28.-1с.

9. А.с. 1177707 СССР, МКИ4 G01M 3/02. Манометрический способ определения суммарной утечки газа из изделия / В.М. Мясников, А.И. Юрченко (СССР). №3706310/25-28; Заяв. 02.03.84; Опуб. 7.09.85. Бюл. №33 - 2 с.

10. А.с. 485335 СССР, МКИ3 G01M 1/08. Способ установки датчиков инерционного типа дли измерения вибрации вала /М.Д. Ген-кин, А.А. Гусаров, В.К. Кринкевич, Ю.Б. Железков (СССР). -№1472610/25-28; Заяв. 18.09.70; Опубл. 25.09.75. Бюл.№ 13.-2 с.

11. А.с. 954831 СССР, МКИ3 G01 МЗ/40. Устройство для контроля герметичности изделий / В.Д. Острун, B.JI. Куслицкий (СССР).-№ 3246843/25-28; Заяв. 11.02.81; Опуб. 30.08.82. Бюл.№32 -1 с.

12. А.с. 1232975 СССР, МКИ4 G01 МЗ/06. Устройство для контроля герметичности /E.JI. Овчинников, В.А. Хохлов, А.И. Андерсон (СССР). -№3856192/25; Заяв.24.12.84; Опуб.23.05.86. Бюл.№19 1 с.

13. А.с. 1226098 СССР, МКИ4 G01 МЗ/26. Способ контроля герметичности / А.И. Снилициков, В.И. Хохлов, А.И. Андерсон (СССР).- №3716008/25-28; Заяв. 28.03.84; Опуб.23.04.86. Бюл. №15. 1 с.

14. А.с. 724960 СССР МКИ2 G01M 3/26. Устройство для контроля герметичности изделий /С.Г. Сажин (СССР). №2583400/2528; Заяв. 22.02.78; Опуб. 30.04.80. Бюл. №12. - 8 с.

15. Башта Т.М. Машиностроительная гидравлика: Справочное пособие. М.: Машиностроение, 1971. - 672 с.

16. Бесекерский В.А., Ефимов Н.Б., Зиатдинов С.И. Микропроцессорные системы автоматического управления. —JL: Машиностроение, 1988. -365 с.

17. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория систем автоматического регулирования. -М.: Наука, 1975. -576 с.

18. Браславский Д.А., Петров В.В. Точность измерительных устройств. М.: Машиностроение, 1976. - 312 с.

19. Воронов А.А. Основы теории автоматического управления, ч. II, -М.: Энергия, 1966. 365 с.

20. Голубев А.И. Торцовые уплотнения вращающихся валов. -М.: Машиностроение, 1984. -212 с.

21. Гомельский Ю.С. Электрические элементы электрогидравлических устройств автоматики. М.: Энергия, 1968. - 144 с.

22. ГОСТ 2798-80. Радиаторы водяные дизелей тракторов и самоходных сельскохозяйственных машин. (Сердцевины. Общие технические условия). Введ. с 01.01.80.-М.: Изд-во стандартов, 1979. -6 с.

23. ГОСТ 18353-79 Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов. М.: Издательство стандартов, 1987. -17 с.

24. ГОСТ 24054-80. Изделия машиностроения и приборостроения. Методы испытаний на герметичность. Общие требования Введ. 01.01.81. -М.: Изд-во стандартов, 1987. -18 с.

25. ГОСТ 9544-93 Арматура трубопроводная запорная. Нормы герметичности затворов. М.: Издательство стандартов, 1995.- 18 с.

26. ГОСТ 25136-82. Соединения трубопроводов. Методы испытаний на герметичность. Введен 01.01.83. -М.: Изд-во стандартов, 1986. -21 с.

27. ГОСТ 21.404-85.Функциональные схемы автоматизации. Введен 01.01.86. -М.: Изд-во стандартов, 1986. -12 с.

28. Гуревич Д. Ф., Шпаков О.Н. Справочник конструктора трубопроводной арматуры. -JL: Машиностроение, 1987. -518 с.

29. Гуревич Д.Ф. Расчет и конструирование трубопроводной арматуры. -Л. Машиностроение, 1969. -888 с.

30. Дмитриев В.Н., Градецкий В.Г. Основы пневмоавтоматики. М.: Машиностроение, 1973. 360 с.

31. Долотов A.M., Огар П.М., Чегодаев Д.Е., Основы теории и проектирования уплотнений пневмогидроарматуры летательных аппаратов. М.: Издательство МАИ, 2000. 294 с.

32. Емельянов А.И., Емельянов В.А. Исполнительные устройства промышленных регуляторов. М.: Машиностроение, 1975.- 224 с.

33. Емцев Б.Т. Техническая гидромеханика. -М.: Машиностроение, 1987. 440 с.

34. Жежера Н.И. Развитие теории и совершенствование автоматизированных систем испытаний изделий на герметичность. Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. -Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. 441 с.

35. Жежера Н.И. Автоматизация контроля герметичности полых изделий: Монография. Оренбург: ОГУ, 2001. - 185 с.

36. Жежера Н.И. Микропроцессорные системы автоматизации и управления. Учебное пособие. -Изд. 2-е перераб. и доп./ Рекомендовано к изданию УМО AM. Оренбург: ОГУ, 2001. - 81 с.

37. Жежера Н.И., Куленко Е.С. Моделирование изделий, испытуемых на герметичность жидкостью // Автоматизация и современные технологии. 2004. - №2. - С. 12 -17.

38. Жежера Н.И., Сердюк А.И., Куленко Е.С. Испытания изделий на герметичность жидкостью с использованием пузырьковой камеры// Законодательная и прикладная метрология. 2003. - №6. -С. 37 - 39.

39. Жежера Н.И., Куленко Е.С. Размеры пузырьков сжатого воздуха в пузырьковой камере систем испытаний изделий на герметичность // Законодательная и прикладная метрология. 2003. - №1. - С. 15 -17.

40. Жежера Н.И., Куленко Е.С. Влияние объема эталонной емкости на погрешность измерения утечек газа из изделия, испытуемого на герметичность с использованием пузырьковой камеры // Законодательная и прикладная метрология. — 2003. №3. - С. 22 -23.

41. Жежера Н.И., Куленко Е.С. Моделирование изделия, испытуемого на герметичность перегретым водяным паром // Автоматизация и современные технологии. 2003. - №11. - С. 3 - 6.

42. Заявка №52-395 Япония, МКИ G01M 3/26. Устройство обнаружения утечки в герметичном изделии. /Косе Киёси (Япония); За-яв. З.уп.70г.,№45-58131; Опуб. 1977.7.1, №6-10; 1с.

43. Заявка №1464825 Великобритания, МКИ2 G01M 3/02, Omega louis brandt fre re sa ; Заяв. July 1975; Опуб.16.02.77; -lc.

44. Заявка 52-34397 Япония, МКИ G01 M3/32. Устройство для обнаружения течи в герметических корпусах; Заяв.30.06.72; Опуб.2.09.77.

45. Заявка №2310558 Франция. МКИ G01 МЗ/24. Dispositif de-tecture de fuites d'air notamment pour le controle de l'etancheite des habbacies des vehicule automobiles; Заяв. 7.05.75; Опубл.7.01.77.

46. Заявка 58-47014 Япония, МКИ G01 М23/28. Устройство для сигнализации об утечке жидкости; Заяв. 761012; 51-121288; Опубл.20.10.83

47. Иващенко Н.Н. Автоматическое регулирование. Теория и элементы систем. М.: Машиностроение, 1978. -736 с.

48. Изерман Р. Цифровые системы управления: Перевод с английского. -М.: Мир, 1984. -541 с.

49. Коган В.Б., Харисов М.А. Оборудование для разделения смесей под вакуумом. -JL: Машиностроение, 1976.- 416 с.

50. Кондаков JI.A. Уплотнение гидравлических систем. М.: Машиностроение, 1972. - 240 с.

51. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. Определения, теоремы, формулы: Перевод с американского. -М.: Наука, 1984. -831 с.

52. Краснов Н.Ф. Аэродинамика. -М.: Высшая школа, 1971,632с.

53. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. — М.: Машиностроение, 1989. 701 с.

54. Куленко Е.С. Испытания изделий на герметичность с использованием горизонтальной трубки// Тезисы докладов региональной науч.-техн. конф. молодых ученых и специалистов Оренбургской области. Оренбург: РИК ГОУ, 2004.- С.26.

55. Куленко Е.С. Испытания изделий на герметичность жидкостью с использованием пузырьковой камеры// Моделирование и обработка информации в технических системах: Тезисы Всероссийской науч.-техн. конф. Рыбинск: РГАТА, 2004.-С.316-318.

56. Куленко Е.С. Использование горизонтальной трубки при контроле герметичности изделий// Авиакосмические технологии и оборудование. Казань -2004: Тезисы Всероссийской науч.-практич. конф. Казань: КГТУ, 2004.- С.178-179.

57. Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления: Перевод с английского. -М.: Машиностроение, 1986. 448 с.

58. Ланис В.А., Левина Л.Е. Техника вакуумных испытаний. -М.: Госэнергоиздат, 1963. -264 с.

59. Лысов В. Е. Теория автоматического управления. Основы линейной теории автоматического управления. Самара: Самар. гос. техн. ун-т., 2001. - 200 с.

60. Математический энциклопедический словарь/ Главный редактор Ю.В. Прохоров. -М.: Советская энциклопедия, 1988. -847 с.

61. Методы и средства контроля герметичности гидрогазовых систем летательных аппаратов. Владивосток: Дальнаука, 2000. -187 с.

62. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. -М.: Наука, 1971. 481 с.

63. Неразрушающие методы контроля материалов и изделий. Сборник статей. Под ред.С.Т. Назарова М.: Онтиприбор, 1964. -516 с.

64. Ордынцев В.М. Математическое описание объектов автоматизации. М.: Машиностроение, 1965. -360 с.

65. Основы метрологии и электрические измерения/ Под ред. Е.М. Душина. JL: Энергоатомиздат, 1987. - 480с.

66. Отчет №117-2065/6. О патентных исследованиях по теме: Технология производства радиаторов двигателей внутреннего сгорания. Челябинский филиал государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий, г. Челябинск, 1983. -38 с.

67. Патент 4012945 США, МКИ2 G01M3/32. Means for testing containers teakage, Опуб. 23.03.77; НКИ 73 49.2. - 1 с.

68. Патент №3987664 США, МКИ2 G01M 3/32/ Dry-testing system for detecting leaks in containers; Заяв. Filed Dec 16.1975 Ser No 641,296; Опуб. 2.11.76; НКИ 264-40.1. lc.

69. Патент 4419883 США, МКИ G01M3 3/10. Leanage detection method using helium. Опуб.83.12.13; НКИ 73-49.3.-1 с.

70. Патент №2206879 РФ. Способ испытания изделий на герметичность/ Жежера Н.И., Сердюк А.И., Куленко Е.С.(РФ). Заявка № 2002110032/28(010555). МПК-7 G01M3/00. Заяв. 16.04. 2002. Опубл. 20.06. 2003. Бюл. №17.

71. Патент №2234069 РФ. Устройство контроля герметичностиизделий/ Н.И. Жежера, А.И. Сердюк, Е.С. Куленко, А.В. Ведехин (РФ). -№2002129271/28. МПК-7 G01M3/26. Заяв. 01.11. 2002; Опубл. 10,08. 2004, Бюл. №22.

72. Пневматические устройства и системы в машиностроении: Справочник/ Под редакцией Е.В. Герц. М.: Машиностроение, 1981. - 408с.

73. Попов Д.Н. Динамика и регулирование гидропневмосистем. -М.: Машиностроение, 1987. 464 с.

74. Попов Е.П. Автоматическое регулирование и управление. -М.: Машиностроение, 1966. 346 е.

75. Попов Е.П. Динамика систем автоматического регулирования. -М.: Гостехиздат, 1954. -800 с.

76. Попов Е.П. Прикладная теория процессов управления в нелинейных системах. -М.: Наука, 1973. -458 с.

77. Савостьянов В.П., Филатова Г.А., Филатов В.В. Расчет и конструирование деталей аппаратуры САУ. М.: Машиностроение, 1982. - 328 с.

78. Сажин С.Т., Лемберский В.Б. Автоматизация контроля герметичности изделий массового производства. Горький: Волго-Вятское кн. изд-во, 1977. 175 с.

79. Теория автоматического управления/ Под ред. А.А. Воронова. -М.: Высшая школа, 1977. -4.1,2.

80. Уплотнения и уплотнительная техника: Справочник /Л.А. Кондаков, А.И. Голубев, В.Б. Овандер; Под общ. ред. А.И. Голубе-ва, Л.А. Кондакова. М.: Машиностроение, 1986. -464 с.

81. Элементы приборных устройств/ Под редакцией О.Ф. Ти-щенко, Л.Т. Киселева, А.П. Коваленко и др. -М.: Высшая школа, 1982.-304 с.

82. M.Wutz, H.Adam, W.Wachler. Theorie und Praxis der Va-kuumtechnik, F. Vieweg& Sohn Verlag GmbH, Braunschwieg, 1987.-76c.

83. J.L Ryan, D.L.Roper: Process vacuum system, design and operation; McGraw-Hill Book Company, New York, 1986.- 112 c.

84. Nigel Harris: Modem vacuum practice, McGraw-Hill Book Company Europe, Berkshire, England, 1989.-214 c.

85. E. Kansky: Hermetologija sticnih ploskev in spojev, preda-vanja na III. st.- Vakuumistika.; FERI Maribor, IEVT, Ljubljana, 1983. 144 c.