автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Развитие теории и совершенствование автоматизированных систем испытаний изделий на герметичность

На правах рукописи

ЖЕЖЕРА Николай Илларионович

РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Оренбург 2004

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

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники РФ,

доктор технических наук, профессор РАПОПОРТ Эдгар Яковлевич;

доктор физико-математических наук, доцент ВАСИЛЬЕВ Анатолий Павлович;

доктор технических наук, профессор ПЕТЬКО Виктор Гаврилович

Ведущая организация: ООО «Волто-Уральский научно-

исследовательский и проектный институт нефти и газа»

Защита состоится » % 2004 г. в часов на заседании

диссертационного совета Д212.181.02 в ГОУ ВПО «Оренбургский государственный университет» по адресу: 460352, г. Оренбург, пр. Победы, 13, ауд. 6205.

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

Автореферат разослан ■»'ЯК^^'ЛЯ 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Щ

Рассоха В.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Полые изделия широко применяются в машиностроении, химической, нефтегазовой, автомобильной, авиационной, пищевой и других отраслях промышленности. Однако, испытания изделий на герметичность практически не автоматизированы, в подавляющем большинстве случаев не имеется устройств автоматизированного контроля герметичности по утечкам пробной среды, фактически отсутствует теория создания автоматизированных систем испытаний изделий на герметичность.

Об актуальности повышения эффективности испытаний на герметичность изделий свидетельствует введенный с 01.06.2002 года ГОСТ Р 517802001 (Контроль неразрушающий. Методы и средства испытаний на герметичность. Порядок и критерии выбора). Наличие проблемы подтверждается решением Европейской арматурной ассоциации СЕИР, приступившей к финансированию исследований по теме "Методология испытаний на герметичность трубопроводной арматуры".

В теории уплотнений и уплотнительной техники достигнуты значительные результаты благодаря трудам Жуковского Н.Е., Гуревича Д.Ф., Голубева

A.И., Никитина ГА, Крагельского И. В., Кондакова Л.А., Овандера В.Б., Майе-ра Э. Математическое описание гидропневматических объектов автоматического управления проводили Иващенко Н.Н., Попов Д.Н., Герц Е.В., Ордынцев

B.М., Коробочкин Б.Л., Лещенко В.А., Ермаков С.А., Гийон М. Математическое описание цифровых систем автоматического управления рассматривается в трудах Бесекерского ВА, Изермана Р., Куо Б. Тем не менее, в работах упомянутых авторов не затрагивались процессы и устройства автоматизированных систем испытаний изделий на герметичность.

В условиях растущей потребности в проведении испытаний изделий на герметичность развитие теории и совершенствование методов испытаний и способов их реализации, разработка нового и модернизация применяемого оборудования и технологий его использования, разработка научных основ автоматизации испытаний с автоматизированным контролем герметичности изделий по утечкам пробной среды является актуальным научным направлением.

Настоящая работа выполнена в рамках научно-технических программ: "Компьютеризированные интегрированные производственные системы" (приказ Министерства образования СССР № 349 от 23.05.90 г.), "Технологии, машины и производства будущего" (1990 - 1996 г., госзаказчик - Министерство науки России), "Инженирингсеть России" (постановление Правительства РФ № 332 от 15.04.94 г.), г/б НИР №01000000120 "Разработка интеллектуальных систем автоматизированного проектирования и управления" (2000 г. - н.в.) кафедры систем автоматизации производства ОГУ, х/д НИР "Исследование и проектирование САР технологическим процессом пайки радиаторов" (1982 г., № гос. per. 01829028636), х/д НИР «Разработка элементов САУ ТП нанесения защитных покрытий» (1988 г., № гос. per. 01890000754), х/д НИР "Разработка гибких производственных С КОНтЛоЗД c^ft'KfJjVill'iilrtilVli^ЧоеданеШ,Й лообменников" (1989 г., № гос. per. 018ф0882|ЩиоГЕКА I

Целью работы является повышение эффективности испытаний на герметичность промышленных изделий на основе разработки теоретических и практических основ создания автоматизированных систем контроля и управления.

Объект исследований. В качестве объекта исследований в работе рассматриваются производственные процессы испытаний на герметичность, включающие методы испытаний и способы их реализации, применяемое оборудование и технологии его использования, средства и системы контроля и управления.

Методы исследования. Использованы методы математического моделирования, методы механики жидкостей и газов, методы теории автоматического управления, методы математической статистики и теории вероятностей, методы теории тепло- и массообмена, методы измерительной техники.

Научная новизна работы состоит в разработке математических моделей устройств систем автоматизированного контроля герметичности изделий при испытаниях изделий манометрическим, пузырьковым и гидростатическим методами. На основе моделей проведена сравнительная оценки расхода газа или подогретого газа через микрощели в атмосферу, жидкость или подогретую жидкость, выявлены диапазоны применимости и причины неудовлетворительной работоспособности существующих устройств контроля герметичности, проведено их усовершенствование применительно к автоматизированным системам контроля герметичности. Разработан принцип получения информации и автоматизированного контроля герметичности изделий при периодических возмущениях контролируемого или взаимосвязанного параметра в устройстве испытаний.

Предложен принцип управления по отклонению в промежутках между периодическими возмущениями для систем автоматического управления.

Разработаны математические модели типовых устройств и процессов как объектов автоматического управления применительно к системам, обеспечивающим автоматизированный контроль герметичности или подготовительно-заключительные операции испытаний. Выполнено математическое моделирование объектов управления, в которые поступают две фазы среды в одном потоке - жидкость и газ (воздух, углеводородные газы) или взаимодействуют две фазы среды в объекте - водяной пар и жидкость.

Предложены методы и их математические обоснования, напрааченные на повышение ресурса герметичности и качества работы элементов автоматизированных систем испытаний на примерах гидравлических затворов, регулирующих и предохранительных клапанных устройств. Проведено математическое моделирование распределения давления в сопряжениях клапан -седло в зависимости от приложенного перепада давления, геометрической формы деталей сопряжения и скорости возвратно-поступательного перемещения клапана относительно седла, а также моделирование работы предохранительных клапанов непрямого действия с присоединенной упругой емкостью.

Разработана методика расчета эталонных емкостей, заполняемых жидкостью, с присоединенной упругой емкостью, заполненной газом, применительно к автоматизированному крнтрою герметичности изделий гидростатическим методом по

Па основе предложенных принципов автоматизированного контроля герметичности изделий с использованием периодических возмущений и управления по отклонению в промежутках между возмущениями и математических моделей разработаны новые структуры автоматизированных систем испытаний с автоматизированным контролем герметичности изделий по утечкам пробной среды. Рассмотрены примеры синтеза и реализации дискретных систем автоматического управления с ПИ и ПИД регуляторами, работающими в промежутках между возмущениями, которые обеспечивают автоматизированный контроль герметичности изделий по утечкам пробной среды.

Практическая значимость работы состоит в разработке способов и устройств, позволяющих автоматизировать испытания и контроль герметичности изделий, защищенных авторскими свидетельствами и патентами: а) способ и устройство испытаний на герметичность изделий газом с использованием пузырьковой камеры и эталонной емкости переменного объема; б) способ и устройство испытаний на герметичность изделий с использованием эталонной емкости, дифманометра и сжимаемых пневматических емкостей; в) способ и устройство испытаний изделий жидкостью с контролем герметичности по газовым пузырькам в пузырьковой камере; г) устройство испытаний на герметичность изделий с использованием эталонной емкости, горизонтальной трубки с жидкостным поршнем и гидравлического затвора; д) способ и устройство испытаний на герметичность изделий с помощью света; е) устройство для ультразвуковой дегазации пробной жидкости при испытаниях изделий; ж) предохранительный клапан с серводействием.

Установлены аналитические зависимости по выбору рациональных для практического построения автоматизированных систем испытаний конструктивных и технологических параметров устройств в зависимости от типа испытательной среды, метода испытаний и способа его реализации, от класса герметичности испытываемого изделия, времени испытаний и заданной погрешности контроля герметичности при испытаниях изделий манометрическим, пузырьковым и гидростатическим методами.

Разработаны системы автоматизированного контроля герметичности изделий по утечкам пробной среды при испытаниях пузырьковым, манометрическим и гидростатическим методом, которые являются основой автоматизированных систем испытаний. Каждая из таких систем состоит из двух-трех (в зависимости от метода испытаний) систем автоматического управления: генерирования в устройстве испытаний периодических возмущений давления, коррекции амплитуды возмущений давления, системы подачи в изделие пробной среды для компенсации утечек и системы автоматического измерения объема пробной среды, подаваемой в изделие для компенсации утечек.

Предложены практические рекомендации по повышению ресурса герметичности и качества работы регулирующих, запорных и предохранительных клапанных устройств автоматизированных систем испытаний.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в Авиационном производственном объединении КумАПО (г. Кумертау, Башкортостан), Управлении железнодорожным транспортом ООО «Оренбурггазпром»,

Газоперерабатывающем заводе ООО «Оренбурггазпром», Филиале «Оренбург -газпром» ДООО «Бургаз» ОАО «Газпром», ЗАО «Производство и реализация стальных водогазопроводных труб» «Друза» (г. Оренбург), ОАО «Нефтемасло-завод» (г. Оренбург), ООО «Исток Электро-КИПиА» (г. Оренбург), ООО «Живой исток» (г. Оренбург), 0 0 0 «Нефтехимическая компания Экодиметил» (г. Оренбург), в учебном процессе Оренбургского государственного университета и Уфимского государственного авиационного университета.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и обсуждались в ПО «Радиатор» (г. Оренбург, 1982, 1988, 1989), на Всесоюзной конференции «Конструкторско-технологическая информатика, автоматизированное создание машин и технологий» (КТИ-89) (г. Москва, 1989), на научно -практической конференции «Пути повышения эффективности использования оборудования с ЧПУ» (г. Оренбург, 1989), на второй Всероссийской научно-технической конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (г. Орск, 2000), на Всероссийской научно-практической конференции «Социокультурная динамика региона» (г. Оренбург, 2000), на международной юбилейной научно-практической конференции «Научно-производственная и инновационная деятельность высшей школы в современных условиях» (г. Оренбург, 2001), на Всероссийской научно-практической конференции «Форум - инновации —2002» (г. Оренбург, 2002), на международной научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития гидромашиностроения в XXI веке» (г. Санкт - Петербург, 2003).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 32 работы, в том числе 4 монографии, учебное пособие, 12 статей в научных журналах, получено 7 авторских свидетельств и патентов на изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 201 наименования и 13 приложений. Общий объем работы 441 страница, в том числе 342 страницы машинописного текста, 160 рисунков и 17 таблиц.

На защиту выносятся:

- математические модели устройств автоматизированного контроля герметичности изделий;

- метод автоматизированного контроля герметичности изделий, испытываемых газом или жидкостью, при периодических возмущениях контролируемого или взаимосвязанного параметра в устройстве испытаний;

- разработанные и усовершенствованные способы и устройства автоматизированных систем испытаний изделий манометрическим, пузырьковым и гидростатическим методами;

- математические модели устройств и процессов как объектов автоматического управления, применительно к системам, обеспечивающим автоматизированный контроль герметичности или подготовительно-заключительные операции испытаний;

- метод управления по отклонению величины в промежутках между специально генерируемыми в объекте управления периодическими возмущениями по управляемому или взаимосвязанному параметру;

- схемотехническая реализация автоматизированных систем испытаний изделий манометрическим, пузырьковым и гидростатическим методами с системами автоматизированного контроля герметичности по утечкам пробной среды.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе проведен анализ литературных источников по испытаниям на герметичность изделий, рассмотрены виды изделий и методы их испытаний, оборудование и технологии, используемые на предприятиях различных отраслей промышленности Приведены результаты статистических исследований герметичности автотракторных теплообменников, серийно выпускаемых в Оренбургском ПО «Радиатор», и гидравлических клапанных устройств систем испытаний, поступающих в ремонт в АО «Уралсибгидромеханизация» г. Оренбурга.

Установлено, что в зависимости от конструкции и технологии изготовления доля негерметичных теплообменников изменяется от 10 до 2 9 % Гидравлические клапанные устройства систем испытаний теряют работоспособность из-за утечек рабочей жидкости через сопряжение клапан-седло и существенного превышения (в 1,3-1,5 раза) допустимых значений давления в системе при их срабатывании.

Для оценки применимости различных методов испытаний рассмотрены данные по 50 предприятиям, на которых проводятся испытания на герметичность изделий. Установлено (рис.1), что свыше 70 % всех изделий испытыва-ются гидростатическим, пузырьковым или манометрическим методом.

На основе анализа существующих технологических процессов, оборудования и систем контроля герметичности изделий выделены (рис.2) автоматизированные системы испытаний изделий на герметичность, системы автоматизированного контроля герметичности изделий, системы автоматического управления, которые обеспечивают непосредственно автоматизированный контроль герметичности, системы автоматического управления подготовительно-заключительными операциями испытаний изделий и системы автоматического управления вспомогательными механизмами и устройствами.

Рис.2 - Схема взаимосвязи объектов испытаний на герметичность с системами автоматизированного контроля герметичности и системами автоматического управления

Для систем автоматизированного контроля герметичности изделий характерной является работа при равных нулю или малых расходах пробной среды (газа или жидкости) в виде утечек и равных нулю или малых изменениях давления (измеряемых в Па) пробной среды на протяжении сравнительно большого отрезка времени (до 60-90 с), в течение которого происходят испытания изделия.

Например, максимально допустимые утечки сжатого воздуха для затворов трубопроводной арматуры с условным диаметром 50 мм составляют 0,09 см3/мин. Погрешность измерения утечек при этом не должна превышать ±0,01 см3/мин на всем диапазоне изменения допустимых значений утечек среды. Для систем автоматического управления, которые обеспечивают автоматизированный контроль герметичности, эти условия работы сохраняются за исключением того, что нет необходимости в получении ими абсолютных значений утечек пробной среды или изменений давления.

Для систем автоматического управления, обеспечивающих выполнение подготовительно-заключительных операций испытаний изделий, в сравнении с системами автоматизированного контроля, характерны расходы пробной среды в десятки тысяч раз больше допустимых значений утечек, разности давле-

ний изменяются на единицы или десятки мегапаскалеи, а время выполнения операций не должно превышать 1-5 с. Эти и другие особенности работы систем автоматизированного контроля и автоматического управления положены в основу выбора направлений теоретических и экспериментальных исследований.

По литературным источникам и фактическому состоянию испытаний изделий на герметичность установлено, что отсутствуют теоретические разработки по процессам и устройствам систем автоматизированного контроля и автоматического управления испытаниями изделий и существует практическая необходимость в таких разработках. Поэтому развитие теории и совершенствование автоматизированных систем испытаний с использованием гидростатического, пузырькового и манометрического методов с целью повышения эффективности испытаний изделий на герметичность является актуальным научным направлением. Для достижения поставленной цели в работе сформулированы и решены следующие задачи:

- развитие теории и исследование устройств автоматизированного контроля герметичности изделий при испытаниях манометрическим, пузырьковым и гидростатическим методами;

- совершенствование устройств и способов реализации пузырькового, манометрического и гидростатического методов применительно к системам автоматизированного контроля герметичности изделий;

- разработка математических моделей процессов и устройств как объектов систем автоматического управления, обеспечивающих автоматизированный контроль герметичности изделий и подготовительно-заключительные операции испытаний изделий на герметичность;

- исследование повышения ресурса герметичности и качества работы клапанных устройств автоматизированных систем испытаний;

- разработка и исследование конкретных автоматизированных систем испытаний изделий на герметичность.

Во второй главе развита теория и проведено совершенствование методов, способов и устройств автоматизированного контроля герметичности изделий при испытаниях пузырьковым, манометрическим и гидростатическим методами. На основе моделей выявлены диапазоны применимости и причины неудовлетворительной работоспособности существующих устройств контроля герметичности, проведено их усовершенствование применительно к автоматизированным системам контроля герметичности. Разработан принцип получения информации и автоматизированного контроля герметичности изделий при периодических возмущениях контролируемого или взаимосвязанного параметра в устройстве испытаний.

Для пузырькового метода с камерным дифференциальным способом реализации, разработанная схема которого приведена на рис. 3, исследованы чувствительность и производительность процесса испытаний в зависимости от конструктивных параметров и режимов работы пузырьковой камеры, габаритных размеров и состояния (степени герметичности) испытываемого изделия, объема эталонной емкости и характеристик жидкости, находящейся в пузырьковой камере. Рассмотрены процессы начальной настройки испытательных

устройств путем дросселирования части газа из изделия и при сообщении периодических возмущений давления газа в устройстве испытаний изделий.

Рис.3 - Схема устройства испытаний изделий на герметичность газом с использованием пузырьковой камеры: 1 - изделие, 2 - пузырьковая

камера, 3 - барботажная трубка, 4 - эталонная емкость, 5, 7, 8 - вентиль, 6 - источник газа, 9 - измерительный преобразователь формируемых пузырьков газа, 10 - счетчик пузырьков газа, 11- возбудитель периодических возмущений давления газа в устройстве

Диаметр формируемых пузырьков сжатого воздуха Д,, отрывающихся от барботажной трубки, зависит от типа жидкости (воды, керосина или этилового эфира) в пузырьковой камере, диаметра трубки (от 0,2 до 2,2 мм) и исполнения ее нижнего конца: отогнут в сторону под углом 45-60 градусов или расположен вниз по вертикальной оси. Для каждого варианта исполнения барбо-тажной трубки диаметром й, м, получены выражения для Бп:

12 рг 32 ' "2 ^¡2pg

Выражения (1) позволяют выбирать необходимый диаметр барботажной трубки и тип жидкости в пузырьковой камере в зависимости от класса герметичности испытываемых изделий, например, затворов трубопроводной арматуры с условным диаметром БК=250 мм по ГОСТ 9544-93 (таблица 1).

ГзаТ

= Ър8

32

(1)

Таблица 1

Класс герметичности затворов трубопроводной арматуры Максимально допустимые утечки по ГОСТ 9544-93 для воздуха и ОЫ=25() мм Погрешность измерений утечек не должна превышать Использование пузырьковой камеры

Жидкость трубки Погрешность

А Нет видимых протечек ±0,01 см3/мин Этиловый эфир 1 мм ±0,008 см'/мин

В 4,5 см^мин ±5% Вода 4 мм ±2,9%

С 45 см^/мин ±5% Вода 4 мм ±0,29 %

И 450 см3/мин ±5% Вода 4 мм ±0,03%

Рассмотрена динамика пузырьковой камеры с присоединенным герметичным изделием, изделием с микрощелью, с эталонной емкостью и изделием с микрощелью. Для каждого варианта работы пузырьковой камеры получено дифференциальное уравнение, позволяющее идентифицировать испытательное

и

устройство как типовое динамическое звено, определить передаточную функцию и оценить параметры переходного процесса.

Например, для устройств, в которые входят эталонная емкость, пузырьковая камера и изделие с микрощелью, дифференциальное уравнение расхода газа С1 (0 через барботажную трубку по отношению к расходу газа Сг(0 через микрощель изделия имеет вид

(3)

где постоянная времени Т, с, коэффициент усиления к^,

_ г (Л ~рг) t сг\

' " С„ +с,2 Л - «а[(А/к,)+(/уи2)Г 61 ~ (с„ +с,2)'

где Rit - гидравлическое сопротивление пузырьковой камеры, Пас/кг; С,/, Сг2 - гидравлическая емкость эталонной емкости и изделия, кг/Па, Сг, = У\р/пР\, Сг2 = V2p/nP2 ; Pi, Р2 - давление пробного газа в эталонной емкости и изделии, Па; V/ и V2 - объем эталонной емкости и и з д е л ия,;пл о т н о с т ь газа, кг/м3; л показатель политропы (для адиабатического процесса); Qi— расход сжатого воздуха через пузырьковую камеру, м3/с.

Принимая время переходного процесса ti = ЪТ\, построены (рис. 4) графики изменения времени переходного процесса t/ для устройства испытаний на герметичность, содержащего пузырьковую камеру, эталонную емкость и изделие с микрощелью, в зависимости от перепада давлений àP-(Pi - Р2) на пузырьковой камере (кривые 1,2 и 3 соответствуют Д/", равному 10, 50 и 100 Па) и расхода сжатого воздуха через камеру.

Рис. 4 - Изменение времени переходного процесса для устройства испытаний на герметичность, содержащего пузырьковую камеру, эталонную емкость и изделие с микрощелью

2 4 6

( Класс герметичности С (РИ = 250 мм)

Класс герметичности Р (РМ = 250 мм

Класс герметичности В (РЫ = 250 мм)

Класс герметичности А (DN = 250 ММ)

\0'6Mi/c

Расход ()1 выбран по допустимым утечкам, определяемым по ГОСТ 9544-93 для примера затворов трубопроводной арматуры БК=250 мм классов

герметичности A-D. Горизонтальными линиями с указанием класса герметичности изделия А, В, С и D на рис. 4 отмечены диапазоны допустимых утечек газа. Время переходного процесса, как видно из этого рисунка (по пунктирным линиям, проведенным к кривой 3), может изменяться для затворов класса герметичности D от 2,3 с до бесконечности, для затворов класса герметичности С -от 17,0 с до бесконечности, затворов класса герметичности В — от 22 с до бесконечности и для затворов класса герметичности А время переходного процесса равно бесконечности.

Время переходного процесса зависит от герметичности изделия. Если изделие герметично, тогда это время приближается к бесконечности, а если имеются утечки, тогда время переходного процесса имеет реальное значение. Это является одной из причин того, что пузырьковая камера как измерительное устройство, измеряющее расход газа с точностью до одного пузырька газа, при подключении к герметичному изделию не позволяет оценить его герметичности.

Решение этой проблемы, как видно из выражения (3) для Тх, состоит в создании дополнительного расхода газа через пузырьковую камеру, когда (2/ = +ДС?. Такой расход газа может быть создан, например, путем сообщения в устройстве испытаний периодических возмущений давления.

Установлены соотношения для определения абсолютной Дг^ и относительной %, погрешностей контроля герметичности при испытаниях изделий газовым пузырьковым методом с камерным способом реализации:

где Уи— объем испытываемого на герметичность изделия; Ур- объем эталонной емкости; - число пузырьков воздуха, проходящих через жидкость пу-

зырьковой камеры и через микрощель изделия за время испытаний.

Формула (4) позволяет выбирать объем эталонной емкости в зависимости от объема изделия и заданной относительной погрешности испытаний.

Для оценки порога чувствительности систем испытаний с использованием пузырьковой камеры получено выражение

%н -

яО

(5)

где - показатель порога чувствительности при испытаниях изделий на

герметичность дифференциальным пузырьковым (камерным) методом, м3-Па/с; Д, - диаметр пузырька газа, формируемого на срезе барботажной трубки пузырьковой камеры, м; - время от момента образования пузырька газа до его отрыва от барботажной трубки, с; - поверхностное натяжение и плотность жидкости в пузырьковой камере, Н/м и кг/м3; # - ускорение силы тяжести, м/с2; Л -высотастолба жидкости в пузырьковой камере, находящейся над выходящим из барботажной трубки пузырьком газа, м.

Зависимость (5) показывает, что для устройств испытаний с пузырьковой камерой можно путем предварительного дросселирования части пробного

газа из изделия и понижения уровня жидкости в барботажной трубке до нижнего среза (компенсируя давление, равное р%\0, а также путем подвода периодических возмущений с амплитудой, близкой или большей по значению с потерями давления на формирование пузырька газа на срезе барботажной трубки (компенсируя давление, равное 3 с/Д,), понизить порог чувствительности (по мощности) на два - три порядка по сравнению с обычным пузырьковым (камерным) методом.

Для манометрического метода испытаний изделий с компрессионным способом реализации с использованием горизонтальной трубки с жидкостным поршнем, схема которого приведена на рис. 5, исследованы: влияние диаметра горизонтальной трубки на формирование жидкостного поршня в ней и касательные напряжения в ламинарном пограничном слое жидкости; расход газа через горизонтальную трубку, ее проводимость и гидравлическое сопротивление; статические погрешности измерения утечек газа и выбор объема эталонной емкости; время запаздывания; оценка динамической погрешности измерения утечек газа с учетом накопления отклонений при измерениях; различные варианты движения жидкостного поршня в горизонтальной трубке.

Условием существования жидкостного поршня в горизонтальной трубке диаметром й„„, м, является н е р а в е ® ,тдее (рхностное

натяжение жидкости (воды, этилового эфира, ртути), Н/м; р — плотность жидкости в трубке, кг/м3; g - ускорение сил земного тяготения м/с2.

Для касательного напряжения тст, Па, в пограничном ламинарном слое жидкостного поршня в горизонтальной трубке установлена зависимость: тст = 32 ßVcp /d„m , где ц - динамический коэффициент вязкости жидкости, Н-с/м2; V^ — скорость движения жидкостного поршня в трубке, м/с. Касательное напряжение изменяется от нуля, когда жидкостный поршень неподвижен, и до определенного значения, когда он перемещается, и может быть равным или существенно большим, чем давление от поверхностного натяжения жидкости в трубке. Эти положения показывают, что жидкостный поршень при повторном движении по трубке перемещается по жидкостной пленке с меньшими

Рис.5 - Схема устройства

испытаний изделий на герметичность газом с использованием горизонтальной трубки с жидкостным поршнем:

1 - источник газа; 2, 6, 7, 8, 9, 12 - вентиль; 3 - эталонная емкость; 4 - возбудитель периодических возмущений давления; 5 — изделие; 10 - жидкостный поршень; 11 - показывающий прибор; 13 — горизонтальная трубка; 14 - измерительный преобразователь перемещения жидкостного поршня

потерями давления. Это особенно важно при сообщении жидкостному поршню возвратно-поступательных движений при испытаниях.

Дифференциальное уравнение взаимосвязи между массовым расходом газа из изделия СзСО , кг/с, (утечками газа) и массовым расходом газа через горизонтальную трубку С/(г) , кг/с, имеет вид

где постоянная времени Т2 = ЦДЛГ• к„„), с; и У2 - объем эталонной емкости и изделия, м3; коэффициент усиления каг = + У2)\ Я

газовая постоянная,

м'/^-К); Т - абсолютное значение температуры газа, К; к„„ - размерный коэффициент, кг/(с-Па), который является гидравлической проводимостью горизонтальной трубки, к,т = л ■ с1*„-р;/(128-цг-1„), где с/ит. /„ - диаметр и длина горизонтальной трубки, м; рг - динамическая вязкость газа, Н-с/м2, и плотность газа, кг/м3, [проводимость, например, горизонтальной трубки диаметром 2 мм составляет 0,52-10"6 кг/ (с Па), а диаметром 6 мм

Уравнение (6) позволяет оценить статические и динамические погрешности измерений утечек устройством с горизонтальной трубкой. Статическая относительная погрешность измерения расхода газа горизонтальной трубкой определяется по выражению ргы = 100К2/(К, + К2), %. При теоретическом анализе времени запаздывания и времени переходного процесса в устройстве испытаний изделий с использованием горизонтальной трубки установлено по сущности совпадение результатов с данными, приведенными на рис. 4 для устройства с пузырьковой камерой.

Динамическая ошибка измерения утечек газа при использовании устройства с горизонтальной трубкой определяется по выражению

гО-^-О-

то,

(7)

где ко, - размерный коэффициент, учитывающий снижение утечек газа из изделия от снижения давления в изделии при испытаниях на герметичность, с"1

Из выражения (7) следуют важные для практики выводы: чем больше объем эталонной емкости Уи тем меньше динамическая погрешность контроля герметичности изделий; снижение давления в изделии от утечек газа из изделия уменьшает динамическую ошибку, и динамическая ошибка пропорциональна утечкам газа из изделия.

Если уравнение (6) преобразовать по Лапласу, определить передаточную функцию для расхода газа через горизонтальную трубку С/^) относительно утечек газа из изделия и постоянную времени заменить выражением

- заданное значение постоянной времени, с; клонение постоянной времени от изменения параметров испытательной среды и устройств испытаний, тогда получим

,_<3<!>__Л___1

С2м М+У2) +1

Используя это выражение и функции чувствительности (например, функцию чувствительности первого порядка), определено выражение для расхода газа через горизонтальную трубку <7о1(Л <*,„„) при изменении постоянной времени от изменения проводимости горизонтальной трубки и объемов эталонной емкости и изделия в следующем виде

По формуле (8) проведены расчеты для горизонтальных трубок диаметром 2; 4; 6 и 8 мм при отклонении постоянной времени от номинального значения и построены переходные характеристики для расхода газа через трубку от утечек газа из изделия. Например, для трубки диаметром 8 мм изменение постоянной времени в два раза не оказывает практически влияния на переходные характеристики, однако изменение постоянной времени на 20 % в значительной степени влияет на переходные характеристики (в основном увеличивает время запаздывания) при использовании трубок диаметром 2-4 мм.

Выведены дифференциальные уравнения движения жидкостного поршня в горизонтальной трубке при постоянном и при снижающемся во времени давлении в испытываемом изделии от утечек пробной среды. Для второго варианта дифференциальное уравнение имеет вид

Лс(Г)

+ К,л = АР2(1) -Ртр-Кр.,. Д/>2(,). /г

(9)

где

-Ыа при ДР2(1)>Ыа\ А«/* = Опри -^<АР2(1)<Ыа; Ыа при ДРг{1)<-Ыа,

где - масса жидкостного поршня в горизонтальной трубке, кг; - перемещение жидкостного поршня, м; - разность давлений, приложенная к горизонтальной трубке от эталонной емкости и изделия, МПа; площадь сечения трубки, м ; V», - объем изделия, м3; Ег - модуль упру-

1 тр

гости газа, МПа;

К;

г.тр

коэффициент гидравлического трения при перемещении жидкостного поршня в трубке, Н-с/м, кг.тр =32 яр1; ц коэффициент динамической вязкости жидкости поршня в трубке, Н-с/м2; / - длина жидкостного поршня в трубке, м; Ын,я- нелинейная сила, Н, возникающая при движении жидкостного поршня в горизонтальной трубке и зависящая от ; Ы„ - сила от действия поверхностного натяжения жидкости на жидкостный поршень в трубке, Н, к„ - размерный коэффициент понижения давления газа в изделии при и -1 испытаниях его на герметичность,

Если не учитывать нелинейную часть в уравнении (9), тогда, после преобразования по Лапласу (с оператором в), получим передаточную функцию перемещения жидкостного поршня в горизонтальной трубке от приложенного к ее границам перепада давлений и снижения давления в

изделии от утечек пробной среды 1Рж/дг($)=.х($)/ДР2($)= Е^^Г1^л-

в котором - постоянная времени и коэффициент демпфирова-

ния, определяемые по выражениям: Т = ('/^„^)• V"'Кч/^г • 4 = ^.■шр/^^тр^Кп/'"^/ •

Расчетами определено, что \ может принимать значение больше или меньше единицы в зависимости от конструктивных параметров горизонтальной трубки и объема испытываемого на герметичность изделия (например, Т =0,235 с и 0,440; Т =0,546 си{ = 2,29). Переходные функции, определенные по уравнению (9) без учета силы для колебательного и апериодического звена второго порядка имеют вид:

где Х| и Хг - корни характеристического уравнения; С1 и С2 - коэффициенты, определяемые по корням характеристического уравнения (например, при Т =0,546 си <* = 2,29 /I [=-0,421; Я2=-7,967; С,= -1,056; С2= 0,056).

Переходные характеристики перемещения жидкостного поршня в горизонтальной трубке, построенные по формулам (10) и (11), приведены на рис. 6 (кривые 1 и 2). Если в формулах (10) и (11) принять кр = 0, тогда получим переходные функции, когда не учитываются сила и сила от снижение давления в изделии из-за утечек пробной среды в уравнении (9). Переходная характеристика для этого случая и устройства испытаний с горизонтальной трубкой как колебательного звена представлена кривой 3 на рис. 6.

1-йГ'л/'Ял 450

300

150

^ 1 4

II 1/ 2 \V

Рис.6 - Переходные характеристики перемещения жидкостного поршня в горизонтальной трубке устройства испытаний изделий на герметичность (без учета силы ): 1, 2, 3 - кривые, построенные по формулам (10), (11) и (10 при кр =0); 4 - линия снижения давления в изделии от утечек пробного газа

0 12 3 1С

Однако, точность контроля герметичности изделий по перемещению жидкостного поршня в горизонтальной трубке устройства испытаний сущест-

венно зависит от нелинейности силы N„1, в уравнении (9), связанной с действием капиллярных сил. Поэтому исследовано движение жидкостного поршня в горизонтальной трубке с учетом силы Ын/.,. Принимая силу от приложенного к границам трубки перепада давлений Д/^(0 равной нулю, из уравнения (9) получим

Решения этого уравнения и переходные характеристики (рис.7), соответствующие четырем полупериодам дт^/) - х* (<) движений жидкостного поршня, имеют вид:

- начальное перемещение жидкостного поршня в

горизонтальной трубке, мм.

Рис. 7 - Переходные характеристики , перемещения жидкостного поршня, в горизонтальной трубке устройства испытаний изделий на герметичность с учетом нелинейной. силы поверхностного натяжения жидкости:

0; 2 - .го = 36 мм, у?=0; 3- л0 = 50 мм, Р = 0,15; 4 - ж0 = 50 мм, р = 1,87;

4, 5 - линии, ограничивающие зону нечувствительности в перемещении жидкостного поршня в трубке при Ь = 6мм

Известные методы контроля герметичности изделий не позволяют устранить влияние зоны нечувствительности на перемещение жидкостного поршня в горизонтальной трубке. Предложен метод автоматизированного контроля герметичности изделий при периодических возмущениях контролируемого или взаимосвязанного с ним параметра (давления, уровня или другого) в устройствах испытаний манометрическим, пузырьковым или гидростатическим мето-

дом (рис. 8) по разности одноименных амплитуд перемещения жидкостного поршня в горизонтальной трубке а =(А ¡-А)) или а =(А4 - А2).

Разность амплитуд, измеренная через установленный промежуток времени, отмеченный прямыми линиями М и 11-11 (рис. 8), существенно меньше зоны нечувствительности перемещения жидкостного поршня, выделенной пунктирными линиями 3 и 4, и отражающими снижение давления в изделии от утечек пробного газа.

Рис. 8 - Переходные характеристики перемещения жидкостного поршня в горизонтальной трубке устройства испытаний изделий на герметичность, полученные при двух возмущениях по давлению газа в устройстве (кривые 1,2)

Для разработанного способа испытаний изделий на герметичность с использованием изменяемых емкостей установлено соотношение (Ук + Гд)(|-1/А) при Д^, = <Ук и Ук > {к - ОУ,,, где к - коэффициент повышения измеряемой разности давлений; Ук = Ц, =Ук2, ДУк\, Д^«- объемы и изменение объемов сжимаемых емкостей; Уа - объем полостей дифманометра.

При использовании способа испытаний изделий на герметичность без их разгерметизации расчетное давление в камере, в которую помещают испытываемое изделие, определяется по формуле а

давление газа в эталонной емкости Ре при испытываемом давлении в изделии Рр по формуле Ре гДе V, - объем эталонной емко-

сти; Ре - давление пробного газа в эталонной емкости; V* - объем камеры, в которую размещают испытываемое на герметичность изделие; V„ - объем изделия; Ро -начальное давление в камере.

Для гидростатического метода испытаний изделий на герметичность разработаны два новых способа реализации: пузырьковый камерный (рис. 9) и дифференциальный с использованием эталонной емкости, заполненной жидкостью, соединенной с упругой емкостью, заполненной сжатым воздухом.

Для пузырькового камерного способа реализации разработаны соотношения по выбору геометрических размеров эталонной емкости, камеры и упругих емкостей при равных или не равных давлениях пробной жидкости и индикаторного газа.

Основными недостатками, которые препятствуют применению известного дифференциального способа реализации гидростатического метода являются: а) существенное понижение давления в эталонной емкости при изменении давления в испытываемом изделии от утечек жидкости; б) отсутствие количественных значений утечек жидкости; в) влияние уровня жидкости в изделии и в эталонной емкости на показания дифманометра.

Для устранения первого и второго недостатков разработаны различные варианты эталонной емкости, например, заполненной жидкостью, к которой подключается упругая емкость, заполненная сжатым воздухом, и специальные системы автоматизированного измерения утечек жидкости. Снижение влияния третьего недостатка достигнуто за счет разработанной схемы расположения эталонной емкости, изделия и дифманометра.

В качестве измерительных преобразователей 14 (рис.5) перемещения жидкостного поршня 10 в горизонтальной трубке и 13 (рис.9) для учета формируемых пузырьков газа на выходе барботажной трубки 7 использованы разработанные емкостные измерительные преобразователи на основе прямоугольных (по сечению) стеклянных трубок 1 (рис.10).

Рис.9 - Схема устройства для испытаний изделий на герметичность жидкостью с использованием пузырьковой камеры: 1-эталонная емкость,

2 - возбудитель периодических возмущений давления; 3 - изделие; 4 - упругая емкость, 5 - камера; 6, 9, 10, 14 - вентиль; 7 - барботажная трубка, 8 - пузырьковая . камера; 11 - счетчик пузырьков газа, 12- источник газа, 13-измерительный преобразователь формируемых пузырьков газа, 15 - источник жидкости

1 ~Се Ш

Рис. 10 - Электрическая схема подключения емкостного измерительного преобразователя: 1 - стеклянная трубка, 2 - пластины конденсатора; 3 - усилитель; 4 - источник питания

4

—

Полная емкость Сц и чувствительность £„,, емкостного измерительного преобразователя перемещения жидкостного поршня в горизонтальной трубке определяются выражениями:

СЕ = е0-Л| -Ь/Д,„ + с0-(Ь~И[)-Ь1Вт; 5„„ =£0-А52(1/е„ -1/егж)/АипВип, (14) где Аи„=281/еП1 + 62/£г,1С; Вт = 25]/£„1,+32/е„; £0, Егж, ег<п £ги1-абсолютная ди-

электрическая проницаемость вакуума и диэлектрические проницаемости жидкости, воздуха и стекла; Д Ь - длина и ширина пластин конденсатора; /11 -длина пластин конденсатора, перекрываемая жидкостью; <5), 52 - толщина стеклянной стенки и жидкостного слоя в трубке.

Перемещение жидкостного поршня в горизонтальной трубке на I мм изменяет емкость измерительного преобразователя на 8,6 %. Суммарная погрешность емкостного измерительного преобразователя при изменении пяти влияющих параметров составляет 0,48 % от изменения емкости преобразователя при перемещении жидкостного поршня в горизонтальной трубке на 1 мм.

Передаточная функция емкостного измерительного преобразователя

где - выходной и входной сигналы измерительного

преобразователя; Ке , Те - коэффициент усиления и постоянная времени преобразователя, ,5 -оператор Лапласа.

В третьей главе произведено развитие теории процессов и устройств как объектов автоматического управления применительно к системам, обеспечивающим автоматизированный контроль герметичности или подготовительно-заключительные операции при испытаниях пузырьковым, манометрическим и гидростатическим методами.

Выполнено математическое моделирование объектов управления, в которые поступают две фазы среды в одном потоке - жидкость и газ (воздух, углеводородные газы) или взаимодействуют две фазы среды в объекте - водяной пар и жидкость. На рис.11 приведена схема объекта автоматического управления по давлению газа с учетом поступления в него газожидкостной смеси с произвольным соотношением жидкой и газообразной фаз и изменением уровня жидкости.

Подобное устройство является основной частью, например, систем испытаний железнодорожных цистерн водой, которая подается в цистерну до на-

КМ = Ц»«|М/Ц»<»> = КЬТЕз/(Т£з+1),

(15)

Рис. 11 - Схема газожидкостного объекта автоматического управления по давлению газа систем испытаний изделий на герметичность: 1,10-трубопрово-ды подвода газожидкостной смеси и отвода жидкости; 2, 7, 9 - клапаны регулирующие; 3 - емкость; 4 - жидкость; 5 - газовое пространство, 6, 8 - трубопроводы, используемые для подвода или отвода газа из емкости

чала испытании, а затем отводится после испытании в подземные емкости сжатым воздухом из пневмосистемы. Динамика объекта описывается дифференциальным уравнением

+ МО = о(') - кгЬ(!) - МО + МО + *бт + кМ» + 7,^, а! а!

(16)

где х{1) = ЬР/Р0, с(/)=Щ/Р(0, </(/)= Щ/Р2о> '"(')= Д'з/'зо- безразмерные давления в емкости 3, во входном трубопроводе 1, в трубопроводах газа 8 и жидкости 10;

- безразмерные проходные сечения клапанов 2, 7 и 9; у(')= Д/////о - безразмерный уровень жидкости в емкости 3; Та = К,Я0/С0ЛГ; Г, = 2/,Я0Я0^2Я0/?| - //о /с0/г7" - постоянные времени по давлению газа и по уровню жидкости; V, - объем газового пространства в емкости, м3; Л| - радиус цилиндрической емкости, м; Ь — длина емкости, м; Со - установившейся расход газожидкостной смеси через емкость, кг/с; Л - газовая постоянная сжатого воздуха, м2с"2К~'; Т- абсолютная температура газа, К; к{-кб-коэффициенты, определяемые по установленным выражениям.

Дифференциальное уравнение, моделирующее поведение давления внутри емкости 3 (рис. 11) в зависимости от изменения проходного сечения клапана 2 в соответствии с выражением (16), принимает вид Г,,, +ЛС|.г(.г) =£г{*), где

- постоянная времени и - коэффици-

ент самовыравнивания объекта управления. На рис. 12 представлены, например, зависимости коэффициента от давлении для рассматриваемого

объекта управления.

Рис. 12 - Зависимость коэффициента

от давления при заданных значениях давления (кривые 1- 4 построены для давлений /»20= 0,55; 0,65; 0,80 и 1,00 МПа)

0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,6 МПа

По выражениям для кс/ получены соотношения параметров, при которых коэффициент самовыравнивания объекта автоматического управления имеет наименьшее значение (¿с1 )тт = '/(' _ л/^о /Ло ) при (/о)тт = ^рюрго • Аналогично на основе анализа выражения (16) выявляются экстремальные значения других управляемых параметров (Р/, Рг, Рз, /г/. Я?, Я".}, Н) Из этого выте-

кает необходимость составления дифференциальных уравнений для объектов управления с учетом максимального количества влияющих технологических величин на основные управляемые параметры. С другой стороны, микропроцессорные системы управления позволяют измерять все параметры, входящие в коэффициенты дифференциальных уравнений, вычислять значения коэффициентов уравнений и осуществлять управление процессом по установленным дифференциальным уравнениям.

Способ испытаний на герметичность с использованием перегретого водяного пара требует рассмотрения процессов, происходящих в изделии при его прогреве и испытаниях. Дифференциальное уравнение модели прогрева изделия (в которой образующийся и испаряющийся конденсат внутри изделия заменен водой, подводимой через клапан 4) (рис. 13), например, автотракторного теплообменника, испытываемого перегретым водяным паром, имеет вид

Т„ dx(l)/dt+*,*(/) = K^t) - b(t) + к2с(1)+Кт/Щ) + /с4л(0 + кАк5т(1) + Та da(t)fdt+k4a(t)/2 ,(17) где x(t)=HP/P0, c(t) = M)/Pi0, d(t)=bP2fP20, т(/) = Щ/Р30- безразмерные давления в изделии 2, во входном и выходном трубопроводах водяного пара и в трубопроводе подвода воды; a(t)=/iFl/Fl0, b(i)- AF2/F20, n(i)= AF3/F30- безразмерные проходные сечения клапанов 1, 3 и 4; a(t) = АТ/Т0 - безразмерная абсолютная температура водяного пара в изделии; Ttt = VP0/G0Rr - постоянная времени объекта, с; V- объем изделия, м3; Go - установившейся расход пароводяной смеси через изделие, кг/с; R — газовая постоянная водяного пара, м с"2К Г- абсолютная температура водяного пара в изделии, К; kt — ks - коэффициенты, определяемые по соотношениям: = 0,5[(2Ро - Р2о )/(Л» ~ 'го )] + 0.5fcM-V(/>3o-/,ox*M + i)]; к2 = |/(*«ш + 0; ^ = /20/2(^0-^0); *4=*«,/(*.„+0; *5 = *зо/2(/зо _ ^о) ; к'ч — коэффициент соотношения массовых расходов воды и пара, поступающих в изделие.

<1 1

Рис.13 - Схема модели прогрева изделия, испытываемого на герметичность перегретым водяным паром: 1,3, 4 - клапаны; 2 - испытываемое изделие

Например, по уравнению теплового баланса для прогреваемых при испытаниях на герметичность водяным перегретым паром автотракторных теплообменников вычислено, что £„,== 0,118; ¿2= 0,894 и £« = 0,105.

В четвертой главе, руководствуясь предложенным принципом неразделимости испытаний изделий на герметичность и повышения ресурса герметичности изделий, разработаны методы повышения герметичности запорных и предохранительных клапанов и улучшения динамических характеристик предохранительных клапанов непрямого действия систем испытаний изделий на герметичность.

Как показывает практика, клапанные устройства при эксплуатации имеют значительные утечки рабочей среды в закрытом состоянии, а их срабатывание сопровождается повышениями давлений от установленных значений в 1,31,5 раза. В работе показано, что одной из важнейших первопричин быстрой потери герметичности клапанов является воздействие рабочей жидкости на детали сопряжений как от приложенного перепада давлений, так и особенно от давлений, возникающих при возвратно-поступательных движениях затвора относительно седла. Существенное влияние на распределение этих давлений по длине сопряжения оказывает геометрическая форма деталей сопряжения. Например, для щели, состоящей из плоской и выпуклой стенок, давление Па, возникающее в щели от движения одной из стенок перпендикулярно другой, определяется выражением

где х - текущая полудлина щели от центра к границе, м; т - половина длины щели, м; D =2Н - диаметр выпуклости стенки щели, м; * - расстояние между стенками по центру щели, м; г/з/Л, Л/Л2 - скорость и ускорение перемещения одной стенки перпендикулярно другой, м/с, м/с2; ц - динамическая вязкость жидкости, кг-с/м2.

Подобные выражения определены для щелей, состоящих из плоской и вогнутой стенок, из двух выпуклых или двух вогнутых стенок. На основании этих выражений установлено, что уменьшением кривизны уплотнительных поверхностей можно в несколько раз снизить гидравлическое давление и этим уменьшить гидроэрозионный износ деталей сопряжения клапан - седло.

Теоретически и экспериментально исследовано влияние эксцентриситета в сопряжении клапан-седло на работоспособность клапанов. Появление эксцентриситета в сопряжениях предохранительный клапан-седло приводит к тому, что клапан начинает открываться не при расчетном, а фактическом давлении, которое меньше расчетного давления в раз. Полное открытие клапана происходит при давлении, которое больше расчетного в раз. Коэффициенты определяются по выражениям:

Л/КМ1 »

sin(a] -0,50о) - =-s.np - (19)

'"" sm(ai-O^OoJ+O^/,./^,-sinfo-а0)' ~ s¡n 0 - °.5<*с / г» + sin (а, - а„)'

где dc_ гш - диаметр седла и радиус шарового предохранительного клапана, м; oto. «/. Р - углы в градусах, определяемые по геометрическим размерам с учетом эксцентриситета фаски седла.

Для улучшения качества срабатывания клапанного устройства, состоящего из предохранительного и перепускного клапанов, предложено подключать упругую емкость к камере за перепускным клапаном. Для перепускного и предохранительного клапанов с упругой емкостью составлены дифференциальные уравнения движения и определены оригиналы движений h(t) затворов. Для перепускного клапана

НО = -

_ cosov j + е~ы J + a{l\kf) [.-*-»'(cosa*-¿sinW/j] (20)

где ы = ^аг-п2 при условии с?>п2\ п=уТ\\ а-ИТи а = й,/7]2; Тх = ^М/с„р ; М-

приведенная масса подвижных частей клапана, кг; с„р - жесткость пружины перепускного клапана, Н/м; к/ — коэффициент площадей, воспринимающих давление, к\

Экспериментально подтверждено, что превышения давления в гидравлической системе при срабатывании клапанного устройства с упругой емкостью не превышают 5-10 % от установленного (при обычных 30-50 % ).

По результатам исследований сформулированы практические выводы и рекомендации по увеличению ресурса герметичности клапанных механизмов, в частности, совершенствование конструкций механизмов, например, использование гидравлических затворов, подключение упругой емкости, выбор геометрии деталей сопряжения клапан-седло, подбор материалов деталей с учетом гидроэрозионного износа, юстировка седел предохранительных клапанов, создание ремонтных размеров для клапанных механизмов.

В пятой главе сформулированы специальные принципы управления и построения автоматизированных систем испытаний изделий на герметичность пузырьковым, манометрическим и гидростатическим методами, разработаны структуры и примеры функциональных схем систем автоматизированного контроля герметичности изделий, проведен анализ работоспособности принципа управления по отклонению в промежутках между возмущениями и синтез систем автоматического управления, обеспечивающих автоматизированный контроль герметичности пузырьковым, манометрическим или гидростатическим методом.

К специальным принципам управления и построения автоматизированных систем испытаний изделий пузырьковым, манометрическим и гидростатическим методами относятся: принцип автоматизированного контроля герметичности изделий при специально генерируемых в устройстве испытаний периодических возмущениях по управляемому или взаимосвязанному параметру; принцип управления по отклонению параметра в промежутках между генерируемыми в объекте управления или другом устройстве периодическими возмущениями по управляемому или взаимосвязанному параметру; принцип контроля герметичности изделия при постоянном испытательном давлении; принцип соответствия точности автоматизированных систем испытаний классам герметичности изделий; принцип неразделимости испытаний изделий на герметичность и повышения ресурса герметичности изделий и другие.

На основании этих принципов и теоретических положений по процессам и устройствам автоматизированного контроля герметичности и элементам систем автоматического управления разработаны структуры построения автоматизированных систем управления испытаниями изделий (рис.14) с системами автоматизированного контроля герметичности изделий по утечкам пробной среды и принципиальные схемы систем автоматизированного контроля герметичности изделий манометрическим, гидростатическим или пузырьковым методом. На рис. 15 приведена в качестве примера принципиальная схема системы

автоматизированного контроля герметичности изделий газом манометрическим методом с использованием горизонтальных трубок с жидкостным поршнем.

Система автоматизированного контроля герметичности изделий (рис.15) содержит систему генерирования в основной эталонной емкости 2 устройства испытаний периодических возмущений (с помощью устройств 4-12); систему автоматического управления амплитудой возмущений давления в эталонной емкости 2 (с помощью устройств 1,4-16, 19,20,22, 24,25) независимо от возможного снижения давления в эталонной емкости 2 из-за утечек газа из изделия 32; систему автоматического восстановления исходного (первоначального) положения жидкостного поршня 30 в горизонтальной трубке 28 путем подвода газа в изделие (с использованием устройств 32, 29, 37, 38, 35, 34, 33) и систему автоматического измерения прибором 36 количества подводимого в изделие газа, которое равно утечкам газа из изделия.

Рис.14 - Структурные схемы автоматизированных систем управления

испытаниями изделий на герметичность 1 - манометрическим или гидростатическим методом; 9 - пузырьковым методом: 2 - система автоматизированного контроля герметичности изделий манометрическим или гидростатическим методом; 3,11- система генерирования периодических возмущений давления в устройстве испытаний; 4 - система автоматического управления амплитудой возмущений давления газа (жидкости) в эталонной емкости; 5 - система автоматического восстановления первоначального давления газа (жидкости) в испытываемом изделии путем подачи в изделие газа (жидкости), равного объему утечек, в промежутках между возмущениями давления в устройствах испытаний; 6 - система автоматического измерения объема газа (жидкости), подаваемого в изделие для компенсации утечек; 7,14 - системы автоматизации вспомогательных устройств и механизмов, обеспечивающих испытания изделий; 8,15 - системы автоматизации подготовительно-заключительных операций испытаний изделий; 10 - система автоматизированного контроля герметичности изделий пузырьковым методом; 12 - система автоматического управления амплитудой возмущений уровня жидкости в барботажной трубке пузырьковой камеры; 13 - система автоматического учета количества пузырьков газа, выходящих из барботаж-ной трубки в жидкость пузырьковой камеры, и определения объема утечек газа (жидкости) при испытаниях на герметичность

Разработанные структуры и принципиальные схемы систем автоматизированного контроля герметичности с системами автоматического управления, обеспечивающими контроль, реализованы как с использованием локальных средств автоматизации, так и с использованием микропроцессорных средств с цифровым управлением. Эти системы могут работать двумя способами в промежутках между периодическими возмущениями в устройствах испытаний изделий: способом полной стабилизации параметра в одном промежутке между возмущениями и способом стабилизации параметра в нескольких последовательных промежутках между возмущениями.

Рис.15 - Принципиальная схема системы автоматизированного контроля герметичности изделий газом с использованием горизонтальных трубок

Для системы автоматического управления (САУ) амплитудой возмущений давления в эталонной емкости при испытаниях изделий на герметичность с использованием горизонтальных трубок (рис. 15 ) составлены функциональная и структурная схемы (рис. 16).

Структурная схема САУ амплитудой возмущений давления в устройствах испытаний содержит типовые динамические звенья и нелинейный элемент типа люфт. Проведена гармоническая линеаризация нелинейного дифференциального уравнения движения жидкостного поршня в горизонтальной трубке. Анализ и синтез замкнутой САУ амплитудой возмущений давления в устройствах с горизонтальной трубкой, работающей по способу полной стабилизации параметра в одном промежутке между возмущениями, проведен с дискретным ПИ или ПИД регулятором при периоде квантования сигнала Тц = 0,2 с и нали-

чии в передаточной функции звена второго порядка как апериодического звена при постоянной времени Т = 0,546 С и коэффициенте демпфирования £ = 2,29 и как колебательного звена при Т = 0,235 с; £ = 0,440. Качество переходного процесса, оцениваемое по переходным характеристикам (рис.17), зависит от коэффициентов дискретного ПИ или ПИД регулятора и параметров динамических звеньев, особенно динамического звена второго порядка.

Рис 16 - Схема САУ амплитудой возмущений давления в эталонной емкости при испытаниях изделий на герметичность с использованием горизонтальных трубок: а) функциональная (ИП1 - измерительный преобразователь приложенной к горизонтальной трубке разности давлений в перемещение жидкостного поршня; ИП2 - измерительный преобразователь перемещения жидкостного поршня в горизонтальной трубке в электрический сигнал; 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 представлен схемой в)

Если динамическое звено второго порядка является колебательным звеном, тогда время переходного процесса составляет 3,0-4,0 с (кривые 4-7 на рис. 17), а если - апериодическим звеном второго порядка, тогда время переходного процесса не превышает 1,5-2,5 с (кривые 1-3 на рис.17). При возмущениях в устройствах испытаний с периодом 3,0-6,0 с системы автоматического управления могут полностью восстановить заданное значение управляемого пара-

метра в одном промежутке между возмущениями при периоде квантования аналогового сигнала, равном 0,2 с.

Если же САУ амплитудой возмущений давления в устройствах с горизонтальной трубкой работает по способу стабилизации параметра в нескольких последовательных промежутках между возмущениями с периодом, равным 1 с, отрабатывают и реализуют только одно управляющее воздействие на исполнительный механизм в одном промежутке между возмущениями, тогда при апериодическом звене второго порядка в передаточной функции системы управления с дискретным ПИ регулятором время переходного процесса по переходным характеристикам составляет 6,0 - 8,0 с, а с колебательным звеном время переходного процесса - 16,0 - 20,0 с.

1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 ОД

О 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 //с

Рис. 17 - Переходные характеристики замкнутой САУ амплитудой возмущений давления в устройствах с горизонтальной трубкой с дискретным ПИ регулятором при с апериодическим звеном второго порядка при = 2,29:1- Кр= 10,0; К\ =4,15; 2-Л>= 16,0; К,= 6,64; 3 - К>= 25,0; Л-,= 10,375; с колебательным звеном при Т = 0,235 с; ( = 0,440: А- Кр= 10,0; = 15,24; 5 - Кр = 20,0; К\ = 30,48; 6 • Кр= 30,0; К\ = 34,572 7 - для СЛУ с дискретным ПИД регулятором и колебательным звеном при Т = 0,235 с; £ = 0,440; Кр = 10,0; К\ = 15,24; Кл= 0,5 (в сопоставлении с кривой 4 при таких же Кр и )

Проведены также исследования САУ амплитудой возмущений уровня жидкости в барботажной трубке устройств с пузырьковой камерой, работающей с дискретным ПИ регулятором по способу стабилизации параметра в не-

скольких последовательных промежутках между возмущениями с периодом, равным 2, 3 и 10 с. Время переходного процесса при периоде между возмущениями, равном 2,0 с, составляет 3-4 периода возмущений по управляемому или взаимосвязанному параметру в устройствах испытаний.

Время переходного процесса для подобных САУ можно существенно уменьшить путем синтеза дискретной системы автоматического управления амплитудой возмущений уровня жидкости в барботажной трубке с апериодическим переходным процессом, который полностью завершается в течение одного такта квантования.

Для САУ амплитудой возмущений уровня жидкости в барботажной трубке устройств с пузырьковой камерой построены корневые годографы. С дискретным ПИ регулятором САУ устойчива при 0< К < 258,7 (К- общий коэффициент передачи управляемого процесса), а с дискретным ПИД регулятором устойчива при 0 < К< 103,5.

Проведен анализ дискретной САУ амплитудой возмущений уровня жидкости в барботажной трубке с ПИ регулятором в частотной области с использованием логарифмических частотных характеристик и билинейного преобразования передаточных функций на Ж плоскости. Определены амплитудные частотные характеристики при К = 50 и 250 и фазовые частотные характеристики для разомкнутых САУ с дискретным ПИ регулятором. Фазовые частотные характеристики для разомкнутых САУ с дискретным ПИ регулятором не пересекают линии - 180° при изменении К от 50 до 250. Амплитудные частотные характеристики при К>65 не пересекает нулевую линию амплитуды, а при К>50 САУ имеет запас по фазе. Таким образом, рассматриваемая САУ в замкнутом состоянии при периодах возмущений Т<10 с, по данным логарифмических частотных характеристик, будет всегда устойчивой с ПИ регулятором, для которого выбраны необходимые значения коэффициентов.

Проведена реализация дискретного ПИД регулятор САУ амплитудой возмущений давления в эталонной емкости устройства с горизонтальной трубкой, который имеет передаточную функцию

Ор(г) = (4,179г2-0,5712-г+ 0,25Уг(г-1) при периоде возмущений Т= 2 с и коэффициентах Кр - 2,0; К\ ~ 1,929 и К/ =0,5, в виде импульсного фильтра -пропорционально-интегрального дифференцирующего контура с передаточной функцией ^)=Лг[7|Г2$2 + (7| + Г2>+1|'5, где Л- = !/Лв1Сос; Г, =Кос-Сос; Г2=й„ Си; Лм=ЮкОм; С«=55 мФ; ^=1,09 кОм; С„=231,4мФ.

Проведена также реализация дискретных ПИ и ПИД регуляторов при управлении от ЭВМ.

Для микропроцессорного управлении испытаниями изделий на герметичность предложена методика организации ввода информации от измерительных преобразователей в управляющую ЭВМ и вывода управляющих сигналов на исполнительные механизмы. В основу методики положена классификация объектов автоматического управления по свойству самовыравнивания, геометрическим размерам, типу регулируемых параметров и времени переходного процесса. Выделены фиксированные временные интервалы, и

САУ, имеющие близкое по значению время переходного процесса, объединяются в группы и обслуживаются одновременно как по вводу информации, так и выводу управляющих сигналов.

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

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

Общим результатом работы является решение научно-технической проблемы повышения эффективности испытаний изделий на герметичность, включающее теоретический анализ и совершенствование методов испытаний, способов их реализации и устройств применительно к автоматизации процессов испытаний, разработку общих структур и принципиальных схем типовых вариантов систем автоматизированного контроля герметичности изделий по утечкам пробной среды и систем автоматического управления, обеспечивающих автоматизированный контроль, а также основы повышение ресурса герметичности элементов систем управления испытаниями изделий.

1. Испытания на герметичность основной массы изготавливаемых и ремонтируемых изделий (до 70 %) на промышленных предприятиях проводятся манометрическим, пузырьковым или гидростатическим методом. Технологические процессы испытаний изделий не автоматизированы и не позволяют проводить автоматизированный контроль герметичности по утечкам пробной среды в соответствии с требованиями стандартов. Основными причинами являются не приспособленность способов реализации методов испытаний к автоматизации технологических процессов, отсутствие теории процессов и устройств для создания систем автоматизации и управления применительно к испытаниям изделий на герметичность.

2. Предложены принципы создания автоматизированных систем управления технологическими процессами испытаний изделий на герметичность: принцип автоматизированного контроля герметичности изделий при периодических возмущениях контролируемого (управляемого) или взаимосвязанного с ним параметра в устройстве испытаний; принцип управления по отклонению параметра в промежутках между специально генерируемыми в объекте управления или другом устройстве периодическими возмущениями по управляемому или взаимосвязанному параметру; принцип соответствия точности автоматизированных систем испытаний на герметичность классам герметичности изделий; принцип контроля герметичности изделия при постоянном испытательном давлении; принцип неразделимости испытаний изделий на герметичность и повышения ресурса герметичности изделий и другие.

3. На основании предложенных принципов автоматизации технологических процессов испытаний изделий на герметичность усовершенствованы способы и устройства применительно к автоматизации процессов испытаний: контроль герметичности изделий, испытываемых на герметичность жидкостью, по количеству и объему пузырьков сжатого воздуха в пузырьковой камере; ис-

пользование гидравлических затворов взамен обычных запорных органов; применение упругой емкости, заполненной газом, в качестве составной части эталонной емкости, заполненной жидкостью, при испытаниях изделий жидкостью; повышение значений измеряемых разностей давлений при контроле герметичности путем сжатия выделенных объемов газовой среды в устройстве испытаний и другие.

4. Проведено структурирование процессов и устройств систем испытаний применительно к автоматизированным системам управления испытаниями изделий на герметичность, системам автоматизированного контроля герметичности изделий и системам автоматического управления (САУ), которые разделены на САУ, непосредственно обеспечивающие автоматизированный контроль герметичности изделий и взаимосвязанные общими устройствами и процессами с системами контроля, и САУ подготовительно-заключительных операций испытаний изделий и вспомогательных механизмов и устройств. К системам автоматизированного контроля герметичности изделий отнесены системы автоматического измерения контролируемых параметров и разработанные системы автоматического управления, которые непосредственно обеспечивают автоматизированный контроль герметичности. На основании такого деления систем автоматизации разработаны основы теории процессов и устройств автоматизированного контроля герметичности и систем автоматического управления испытаниями изделий на герметичность.

5. Устройства автоматизированного контроля герметичности изделий пузырьковым, манометрическим и гидростатическим методами представлены в виде математических моделей, которые позволили: а) существенно понизить оценочный по мощности порог чувствительности устройств; б) выявить взаимосвязи между параметрами устройств для испытаний и временем выполнения основных и вспомогательных операций; в) идентифицировать системы "измерительное устройство-изделие" как типовые динамические звенья в зависимости от степени герметичности изделия; г) установить соотношения для оценки статических и динамических погрешностей измерения утечек пробной среды из изделия; д) оценить влияние дросселирования части пробного газа из изделия в атмосферу перед непосредственным контролем герметичности изделия; е) установить зависимости между объемом испытываемого изделия, объемом эталонной емкости и погрешностью испытаний. Это позволяет обоснованно выбирать конструктивные и технологические параметры при разработке систем автоматизированного контроля герметичности изделий по утечкам пробной среды в зависимости от требований к изделию по герметичности.

Выявлены и разрешены противоречия между технологическими процессами испытаний и требованиями систем автоматического управления такие, например, как: при контроле герметичных или с малыми допустимыми утечками пробной среды изделий время переходного процесса для систем управления стремится к бесконечности; в системах контроля и управления при испытаниях изделий на герметичность имеются нелинейности типа люфт, значения параметров которых при контроле герметичных изделий выше полезных сигналов. Для устранения этих и других противоречий разработан метод автома-

тизированного контроля герметичности при периодических возмущениях контролируемого (управляемого) или взаимосвязанного с ним параметра.

6. Типовые процессы и устройства систем испытании представлены как модели объектов автоматического управления. Выполнено математическое моделирование объектов управления, в которые поступают две фазы среды в одном потоке - жидкость и газ (воздух, углеводородные газы) или взаимодействуют две фазы среды в объекте - водяной пар и жидкость. Полученные дифференциальные уравнения позволяют на стадии проектирования проводить оценку динамических свойств объектов управления, а также осуществлять автоматическое управление процессами испытаний по вычисляемым параметрам с использованием управляющей ЭВМ. Разработанные математические модели газожидкостных объектов управления апробированы при автоматизации технологических процессов испытаний изделий на герметичность и при автоматизации различных непрерывных химико-технологических процессов производства.

7. Предложены и исследованы методы и их математические обоснования, направленные на повышение ресурса герметичности и качества работы элементов автоматизированных систем испытаний на примерах гидравлических затворов, регулирующих и предохранительных клапанных устройств. Проведено математическое моделирование распределения давления в сопряжениях клапан-седло в зависимости от приложенного перепада давления, геометрической формы деталей сопряжения и скорости возвратно-поступательного перемещения клапана относительно седла, а также моделирование работы предохранительных клапанов непрямого действия с присоединенной упругой емкостью.

8. На основе предложенных принципов автоматизированного контроля герметичности изделий с использованием периодических возмущений и управления по отклонению в промежутках между возмущениями и математических моделей разработаны новые структуры автоматизированных систем испытаний с автоматизированным контролем герметичности изделий по утечкам пробной среды. Рассмотрены примеры синтеза и реализации дискретных систем автоматического управления с ПИ и ПИД регуляторами, работающими в промежутках между возмущениями, которые обеспечивают автоматизированный контроль герметичности изделий по утечкам пробной среды.

9. Способы реализации методов испытаний изделий на герметичность и конструкции оборудования, средства автоматизации и методы проведения исследований, организация испытаний и структуры построения систем автоматизированного контроля герметичности изделий по утечкам пробной среды из изделий с системами автоматического управления, непосредственно обеспечивающими контроль герметичности, примеры принципиальных схем систем автоматизированного контроля герметичности и примеры синтеза и реализации дискретных систем автоматического управления, работающими в промежутках между возмущениями, представляют собой теоретическую и практическую основу создания и совершенствования автоматизированных систем испытаний на герметичность изделий.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ В РАБОТАХ:

1. Жежера Н.И., Янсон В.М. Улучшение работы клапанного устройства распределителей типа Р75-ВЗ гидросистем тракторов // Тракторы и сельскохозяйственные машины. -1974. - №6. -С. 24-29.

2. А.с. 500382 СССР, НКИ Р15Б 20/00. Предохранительный клапан с сер-водействием / Н.И.Жежера, В.М. Янсон. (СССР). -№1737856/25-8. Заяв. 11.01.72. Опубл. 25.01.76. Бюл. №3.

3. А.с. 1546863 СССР, НКИ 001М 3/06. Способ испытания изделий на герметичность / Н.И. Жежера, Н.И. Тюков, Д.Н. Жежера. (СССР). -№4396194/25-28. Заяв. 24.03.88. Опубл. 28.02.90. Бюл. №8.

4. А.с. 1552033 СССР, НКИ в01 М 3/26. Устройство для контроля герметичности изделий / Н.И. Жежера, Н.И. Тюков, Д.Н. Жежера. (СССР). -№4444826/25-28. Заяв. 20.06.88. Опубл. 23.03.90. Бюл. №11.

5. А.с. 1613901 СССР, НКИ в01 М 3/26. Способ испытания изделий на герметичность / Н.И. Жежера, Н.И. Тюков, Д.Н. Жежера, Ю.Р. Владов. (СССР). -№4655765/25-28. Заяв. 27.02.89. Опубл. 15.12.90. Бюл. №46.

6. А.с. 1810775 СССР, НКИ в01 М 3/38.Способ контроля герметичности полых изделий / Ю.Р. Владов, Н.И. Жежера, Р.Т. Абдрашитов. (СССР).- № 4913620/28. Заяв. 17.12.90. Опубл. 23.04.93. Бюл. №15.

7. Жежера Н.И. Микропроцессорные системы автоматизации и управления. - Оренбург: ОГУ, 1999. -64 с.

8. Жежера Н.И., Кривсун С.Н. Автоматизированный контроль герметичности железнодорожных цистерн //Прочность и разрушение материалов и конструкций: Тезисы докл. 2-й Всерос. науч.-техн. конф. - Орск: Изд-во ОГТИ, 2000.-С. 80-81.

9. Жежера Н.И., Кравченко В.В. Математическое описание редукционных установок тепловых электростанций и котельных агрегатов при докритическом течении водяного пара // Вестник Оренбургского государственного университета. -2000. - № 2.- С. 106 -109.

10. Жежера Н.И. Ввод сигнала по производной от входного давления в предохранительном клапане с серводействием// Вестник Оренбургского государственного университета. -2000. - №3.- С.90 - 94.

11. Жежера Н.И. Давление рабочей жидкости в щелях с криволинейными стенками регулирующих клапанов систем автоматизации и управления // Вестник Оренбургского государственного университета. -2001.- №1. -С.146 -150.

12. Жежера Н.И., Тугов В.В. Моделирование установки сепарации газонефтяной смеси как объекта управления по уровню жидкости // Нефтегазовые технологии. - 2001. - №4. - С. 4-8.

13. Жежера Н.И., Кривсун С.Н. Контроль герметичности железнодорожных цистерн с использованием барботера// Учебная, науч.-производств. и инновационная деятельность высшей школы в современных условиях: Тезисы докл. международн. науч.- практ. конф. -Оренбург: ИПК ОГУ, 2001 .-С. 197-198.

национальная

БИБЛИОТЕКА ' _О® ЮЯ. ««Г I

14. Жежера Н И., Тугов В.В. Математическое описание сепарационной установки газ-нефть как объекта управления по уровню жидкости / Оренб. гос. ун-т. -Оренбург, 2001.-Юс. -Деп. в ВИНИТИ 13.07.2001, №1670-В2001.

15. Жежера Н.И., Тугов В.В. Математическое описание сепарационной установки газ-нефть как объекта управления по давлению газа / Оренб. гос. ун-т. -Оренбург,2001.-9 с. -Дсп. в ВИНИТИ 13.07.2001, №1671-В2001.

16. Жежера Н.И. Дифференциальное уравнение редукционно-охладитель-ных установок тепловых электростанций как объектов управления/ Оренб. гос. ун-т. -Оренбург,2001.-8 с. -Деп. в ВИНИТИ 13.07.2001, №1672-В2001.

17. Жежера Н.И., Фролов А.В. Моделирование барабана котельного агрегата по уровню воды как объекта управления / Оренб. гос. ун-т. - Оренбург,

2001.-7 с. -Деп. в ВИНИТИ 13.07.2001, №1673-В2001.

18. Пат. № 2173569 РФ. МКИ Б0Ю 19/00. Акустический деаэратор / Н.И. Жежера, В.В.Тугов, А.И. Сердюк (РФ). - №2000107961/12. Заяв. 30.03.2000. Опубл. 20.09.2001. Бюл. №26.

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

20. Жежера Н.И. Микропроцессорные системы автоматизации и управления. Изд. 2-е, перераб. и доп. - Оренбург: ОГУ, 2001. - 81 с.

21. Жежера Н.И., Тугов В.В. Моделирование сепарационной установки газ - нефть как объекта управления по давлению газа // Нефтяное хозяйство. -

2002.-№2.-С. 91-94.

22. Тугов В.В., Жежера Н.И., Шевченко А.И. Сопоставление способов и устройств дегазации нефти как объектов управления // Нефтегазовые технологии. - 2002. - №3. - С. 13-15.

23. 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.

24. 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.

25. Жежера Н.И., Тюков Н.И. Основы автоматизации испытаний изделий на герметичность. -Уфа-Кумертау: УГАТУ, 2003. - 328 с.

26. Жежера Н.И., Сердюк А.И., Тугов В.В. Автоматизация процессов дегазации нефти. - Оренбург: ОГУ, 2003. - 168 с.

27. 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.

28. 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.

29. 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.

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

31. Жежера Н.И. Научные основы автоматизации испытаний изделий на герметичность. -Оренбург: ОГУ, 2003.-258 с.

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

Р - 9 5 5 7

Лицензия № ЛР020716 oт 02.11.98.

Подписано в печать 25.03.2004. Формат 60x84 '/|6. Бумага писчая. Усл.печ. листов 2,0. Тираж 100. Заказ 173.

РИК ГОУ ОГУ 460352 г. Оренбург ГСП пр. Победы, 13 Государственное образовательное учреждение «Оренбургский государственный университет»

ВВЕДЕНИЕ.

1 .СТАТИСТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ И ОБЗОР МЕТОДОВ И СХЕМ ИСПЫТАНИЙ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ.

1.1. Использование методов испытаний изделий на герметичность на промышленных предприятиях.

1.2. Статистические исследования герметичности изделий.

1.2.1. Результаты статистических исследований герметичности автотракторных теплообменников при массовом производстве.

1.2.2. Статистические исследования герметичности предохранительных и перепускных клапанов систем испытаний.

1.3. Традиционные методы и схемы испытаний на герметичность изделий.

1.3.1. Методы испытаний на герметичность изделий.

1.3.2. Примеры технологических схем испытаний на герметичность изделий.

1.3.3. Автоматизация технологических процессов испытаний на герметичность изделий.

1.4. Рекомендации по выбору методов и средств испытаний на герметичность изделий.

1.5. Математическое описание устройств и процессов испытаний на герметичность изделий.

Выводы, цель и задачи исследований.

2. РАЗВИТИЕ ТЕОРИИ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ, СПОСОБОВ И УСТРОЙСТВ АТОМАТИЗИРОВАННОГО

КОНТРОЛЯ ГЕРМЕТИЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ

2.1. Развитие теории и совершенствование пузырькового метода и устройств испытаний изделий на герметичность.

2.1.1. Известный пузырьковый метод с камерным способом реализации испытаний изделий на герметичность.

2.1.2. Математическое описание статических характеристик устройств пузырькового камерного способа.

2.1.2.1. Влияние диаметра барботажной трубки пузырьковой камеры на потери давления на трение при движении в ней жидкости.

2.1.2.2. Изменение лапласовского давления от сил поверхностного натяжения жидкости на срезе барботажной трубки в зависимости от ее диаметра.

2.1.2.3. Потери давления на формирование пузырьков сжатого воздуха на срезе барботажной трубки.

2.1.2.4. Влияние диаметра барботажной трубки на размер формируемых пузырьков сжатого воздуха в жидкости пузырьковой камеры.

2.1.2.5. Влияние типа жидкости в пузырьковой камере на размер формируемых пузырьков сжатого воздуха.

2.1.3. Математическое описание динамических свойств устройств пузырькового камерного способа.

2.1.3.1 .Модель устройства, содержащего пузырьковую камеру и герметичное изделие.

2.1.3.2. Модель устройства, содержащего пузырьковую камеру и изделие с микрощелью.

2.1.3.3.Модель устройства, содержащего эталонную емкость, пузырьковую камеру и изделие с микрощелью.

2.1.4. Совершенствование газового пузырькового (камерного) метода для осуществления автоматизированного контроля герметичности изделий.

2.1.4.1. Совершенствование технологического процесса испытаний изделий на герметичность газовым пузырьковым методом.

2.1.4.2. Использование гидравлического затвора в устройствах испытаний изделий пузырьковым (камерным) методом.

2.1.4.3.Выбор геометрических размеров эталонной емкости при испытаниях изделий пузырьковым (камерным) методом.

2.1.4.4. О пороге чувствительности пузырькового (камерного) метода

2.2. Сравнительная оценка течения газа через микрощели изделий систем автоматизированного контроля герметичности.

2.2.1. Определение избыточного давления в микрощелях изделий при погружении в индикаторную жидкость за счет поверхностного натяжения жидкости.

2.2.2. Расход сжатого воздуха через микрощели изделий в атмосферу.

2.2.3. Расход сжатого воздуха через микрощели изделий в воздушную камеру с избыточным давлением.

2.2.4. Влияние температуры сжатого воздуха и температуры изделия на расход воздуха через микрощели в атмосферу.

2.2.5. Влияние температуры сжатого воздуха, жидкости и поверхности изделия на расход воздуха через микрощели изделия в жидкость.

2.3. Развитие теории и совершенствование манометрического метода и устройств с горизонтальной трубкой испытаний изделий на герметичность.

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

2.3.2. Определение максимального диаметра горизонтальной трубки с жидкостным поршнем.

2.3.3. Определение касательного напряжения в ламинарном пограничном слое горизонтальной трубки с жидкостным поршнем.

2.3.4. Математическое моделирования расхода газа через горизонтальную трубку при испытаниях изделий на герметичность.

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

2.3.6. Статические погрешности при контроле герметичности изделий горизонтальной трубкой по утечкам газа и выбор объема эталонной емкости.

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

2.3.8. Время запаздывания перемещения жидкостного поршня в горизонтальной трубке при контроле герметичности изделий.

2.3.9. Динамическая погрешность контроля герметичности изделий устройством с горизонтальной трубкой по утечкам газа.

2.3.10.Оценка динамической погрешности контроля герметичности изделий при изменении параметров устройства с горизонтальной трубкой.

2.3.11. Испытания на герметичность изделий устройством с горизонтальной трубкой с жидкостным поршнем и гидравлическим затвором.

2.4. Разработка и исследование метода автоматизированного контроля герметичности изделий при периодических возмущениях.

2.4.1. Математическое описание движения жидкостного поршня в горизонтальной трубке.

2.4.2. Математическое описание движения жидкостного поршня в горизонтальной трубке с учетом постоянно снижающегося давления в изделии.

2.4.3. Влияние сил поверхностного натяжения жидкости на движение жидкостного поршня в горизонтальной трубке.

2.5. Развитие теории и совершенствование манометрического метода и устройств с дифференциальным манометром испытаний изделий на герметичность.

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

2.5.2. Выбор объема эталонной емкости при испытаниях изделий газом с использованием дифманометров.

2.5.3. Разработка способа и устройства испытаний на герметичность изделий с использованием изменяемых дополнительных емкостей.

2.5.4. Разработка устройства испытаний на герметичность изделий без их разгерметизации.

2.6. Развитие теории и совершенствование гидростатического метода и устройств испытаний изделий на герметичность.

2.6.1. Известный гидростатический метод испытаний изделий на герметичность.

2.6.2. Разработка пузырькового камерного способа реализации гидростатического метода.

2.6.2.1. Пузырьковый камерный способ реализации гидростатического метода при равенстве давлений пробной жидкости и индикаторного газа.

2.6.2.2. Пузырьковый камерный способ реализации гидростатического метода при не равных давлениях пробной жидкости и индикаторного газа.

2.6.2.3. Выбор геометрических размеров эталонной емкости при испытаниях изделий жидкостью пузырьковым камерным способом.

2.6.3. Совершенствование дифференциального способа реализации гидростатического метода испытаний.

2.6.3.1. Основные причины, препятствующие использованию дифференциального способа реализации гидростатического метода.

2.6.3.2. Разработка эталонной емкости и выбор ее геометрических размеров для дифференциального способа испытаний изделий жидкостью.

2.6.3.3. Испытания изделий на герметичность жидкостью с использованием эталонной емкости и дифманометра с возвратом его показаний в исходное положение.

2.7. Емкостные и контактные измерительные преобразователи систем испытаний изделий на герметичность пузырьковым, манометрическим и гидростатическим методами.

2.7.1. Емкостные измерительные преобразователи систем испытаний изделий на герметичность.

2.7.1.1. Расположение емкостных измерительных преобразователей в устройствах испытаний изделий на герметичность.

2.7.1.2. Вывод исходных уравнений емкостного измерительного преобразователя систем испытаний изделий.

2.7.1.3. Чувствительность емкостного измерительного преобразователя.

2.7.1.4. Коэффициент чувствительности емкостного измерительного преобразователя и влияние на него различных жидкостей.

2.7.1.5. Суммарная погрешность емкостного измерительного преобразователя.

2.7.1.6. Передаточная функция емкостного измерительного преобразователя.

2.7.2. Контактные измерительные преобразователи систем испытаний изделий на герметичность.

2.8. Разработка и исследование устройств испытаний на герметичность изделий перегретым водяным паром.

2.8.1. Устройства испытаний на герметичность изделий по наличию водяного пара в окружающем воздухе.

2.8.2. Исследование измерительного преобразователя обнаружения водяного пара в окружающем изделие пространстве.

2.8.3.Исследование чувствительности прибора обнаружения водяного пара в воздухе, окружающем изделие.

2.9. Разработка устройств испытаний на герметичность изделий с использованием излучателей света.

2.10.Разработка и исследование устройств дегазации пробной жидкости автоматизированных систем испытаний.

2.10.1. Акустический деаэратор.

2.10.2. Экспериментальные исследования дегазации жидкости под воздействием ультразвуковых колебаний.

2.11 .Обобщение мероприятий по совершенствованию методов, способов и устройств автоматизированного контроля герметичности изделий.

Выводы.

3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ И ПРОЦЕССОВ ИСПЫТАНИЙ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ КАК ОБЪЕКТОВ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ.

3.1. Устройства, содержащие пневматическую емкость и регулирующий клапан на входе газа в емкость.

3.2. Устройства, содержащие пневматическую емкость переменного объема.

3.3. Устройства, содержащие пневматическую емкость и клапаны на входе и выходе газа из емкости.

3.4. Математическое моделирование газожидкостных устройств испытаний на герметичность изделий как объектов автоматического управления по давлению газа.

3.5. Математическое моделирование газожидкостных устройств испытаний на герметичность изделий как объектов автоматического управления по уровню жидкости.

3.5.1. Математическое моделирование газожидкостных устройств как объектов автоматического управления по уровню жидкости с учетом расходов газа и жидкости.

3.5.2. Варианты математического моделирования газожидкостных устройств как объектов автоматического управления по уровню жидкости с учетом расхода жидкости.

3.5.2.1. Заполнение емкости газожидкостного устройства жидкостью от нулевого уровня до заданного или максимального значения.

3.5.2.2.Снижение уровня жидкости в изделии от верхнего до нижнего значения.

3.6. Математическое моделирование динамики изделий, испытываемых на герметичность перегретым водяным паром, как объектов автоматического управления.

3.7. Методика анализа технологических и конструктивных параметров газа и устройств испытаний на герметичность изделий как объектов автоматического управления.

3.8. Обобщение мероприятий по математическому моделированию объектов управления автоматизированных систем испытаний изделий на герметичность.

Выводы.

4. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОВЫШЕНИЯ РЕСУРСА ГЕРМЕТИЧНОСТИ КЛАПАННЫХ УСТРОЙСТВ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ИСПЫТАНИЙ.

4.1. Математическое описание воздействия рабочей жидкости на детали сопряжения клапан-седло предохранительных и регулирующих клапанов.

4.2. Теоретический анализ влияния эксцентриситета в сопряжении клапан-седло на работу и гидравлическую плотность предохранительных клапанов.

4.3. Экспериментальные исследования влияния эксцентриситета в сопряжении клапан-седло на работу и гидравлическую плотность предохранительных клапанов.

4.4. Теоретические положения о влиянии упругой емкости на работу клапанов гидравлических систем.

4.5. Установка для ресурсных испытаний на герметичность клапанов гидравлических систем.

4.6. Экспериментальные исследования влияния упругой емкости на работу клапанов гидравлических систем.

4.7. Экспериментальные исследования работы предохранительных клапанов в автоколебательном режиме.

4.8.Экспериментальные исследования герметичности предохранительных и перепускных клапанов гидравлических систем.

4.8.1 .Исследование герметичности сопряжения перепускной клапан- седло в переходном режиме.

4.8.2.Исследование герметичности сопряжения перепускной клапан-седло в режиме перегрузки.

4.8.3.Исследование герметичности перепускных клапанов в переходном режиме и режиме перегрузки

4.8.4. Исследование герметичности предохранительных клапанов в автоколебательном режиме предохранения.

4.8.5. Исследование герметичности предохранительных клапанов в режиме обычного предохранения.

4.9.Обобщение мероприятий по совершенствованию клапанных устройств автоматизированных систем испытаний на герметичность изделий.

Выводы.

5. СИНТЕЗ И РЕАЛИЗАЦИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ

СИСТЕМ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ.

5.1. Принципы управления и построения автоматизированных систем испытаний изделий на герметичность.

5.2. Разработанные системы автоматизированного контроля герметичности изделий при периодических возмущениях в устройствах испытаний.

5.2.1. Система автоматизированного контроля герметичности изделий газом с использованием устройств с пузырьковой камерой.

5.2.2. Система автоматизированного контроля герметичности изделий газом с использованием устройств с горизонтальной трубкой.

5.2.3. Система автоматизированного контроля герметичности изделий газом с использованием дифманометров.

5.2.4. Система автоматизированного контроля герметичности изделий жидкостью с использованием дифманометров и пузырьковой камеры.

5.3. Функциональная и структурная схемы САУ амплитудой возмущений давления в устройствах с горизонтальной трубкой.

5.4. Влияние коэффициентов дискретного ПИ регулятора на переходные характеристики САУ амплитудой возмущений давления в устройствах с горизонтальной трубкой.

5.5. Применение дискретного ПИД регулятрра в САУ амплитудой возмущений давления в устройствах с горизонтальной трубкой.

5.6. Анализ САУ амплитудой возмущений уровня жидкости в барботажной трубке устройства контроля герметичности изделий с пузырьковой камерой.

5.6.1. Влияние коэффициентов дискретного ПИД регулятора на переходные характеристики САУ амплитудой возмущений уровня жидкости в барботажной трубке в промежутках между возмущениями при Т =

5.6.2. Влияние коэффициентов дискретного ПИ регулятора на переходные характеристики и устойчивость САУ амплитудой возмущений уровня жидкости в барботажной трубке в промежутках между возмущениями при Т=

5.6.3. Влияние коэффициентов дискретных ПИ и ПИД регуляторов на переходные характеристики САУ амплитудой возмущений уровня жидкости в барботажной трубке в промежутках между возмущениями при Г =

5.6.4. Корневые годографы САУ амплитудой возмущений уровня жидкости в барботажной трубке в промежутках между возмущениями при Г = 2 с и с дискретным П или

ПИ регулятором.

5.6.5. Реализация дискретных ПИ и ПИД регуляторов для САУ амплитудой возмущений уровня жидкости в барботажной трубке в виде импульсного RC-фильтра.

5.6.6. Реализация на ЭВМ дискретных ПИ и ПИД регуляторов для САУ амплитудой возмущений уровня жидкости в барботажной трубке.

5.6.7. Логарифмические частотные характеристики дискретной САУ амплитудой возмущений уровня жидкости в барботажной трубке с П и ПИ регулятором.

5.7. Автоматизированные линии и участки испытаний изделий на герметичность.

5.7.1. Автоматизированные линии непрерывного и периодического действия испытаний на герметичность автотракторных теплообменников с использованием устройств с пузырьковой камерой.

5.7.2. Автоматизированные линии испытаний на герметичность автотракторных теплообменников с использованием перегретого водяного пара и датчика обобщенного или локального обнаружения пара в воздухе.

5.7.3. Автоматизация участка испытаний изделий в вакуумной камере и в камере внешнего давления.

5.7.4. Автоматизация акустического деаэратора для дегазации пробной жидкости.

5.7.5. Испытания на герметичность железнодорожных цистерн.

5.8. Лабораторная установка автоматизированного контроля герметичности изделий при периодических возмущениях.

5.9. Мероприятия по применению микропроцессорных устройств управления при автоматизации испытаний изделий на герметичность.

5.10. Алгоритм автоматизации процессов испытаний изделий на герметичность.

Выводы (по пятой главе).

Актуальность проблемы. Одним из основных направлений научно-технического прогресса является создание и внедрение в производство новых технологических процессов и более совершенных автоматизированных машин и оборудования.

Полые изделия имеют широкое применение в различных отраслях народного хозяйства, например, в машиностроении, химической, нефтегазовой, автомобильной, авиационной и пищевой промышленности. К полым изделиям относятся трубопроводы для транспортирования рабочих сред и стационарные сосуды различного давления и назначения на промышленных предприятиях; теплообменники в системах отопления и вентиляции; баллоны для сжиженного кислорода, ацетилена или гелия; железнодорожные цистерны; сосуды на подвижной технике: автомобильные и тракторные баки для топлива или минерального масла и автотракторные теплообменники; запорная и предохранительная арматура: вентили, задвижки, шаровые краны и предохранительные клапаны.

В подавляющем большинстве случаев испытания изделий на герметичность проводят гидростатическим, пузырьковым или манометрическим методами с различными способами реализации (компрессионным, капиллярным, камерным, вакуумным, внешней опрес-совки, нагреванием, обмыливанием). Эти методы требуют больших затрат времени на испытания изделий, однако, испытания практически не автоматизированы, не имеется устройств автоматизированного контроля герметичности изделий по утечкам пробной среды, фактически отсутствует теория создания автоматизированных систем испытаний изделий на герметичность.

Об актуальности повышения эффективности испытаний на герметичность изделий свидетельствует введенный с 01. 06. 2002 года ГОСТ Р 51780-2001 /32/, в котором указывается, что испытания на герметичность должны проводиться «в соответствии с требуемыми показателями, с наименьшими экономическими затратами и с необходимым уровнем защиты людей, объектов испытаний и окружающей среды».

Наличие проблемы подтверждается и решением Европейской арматурной ассоциации СЕИР, приступившей к финансированию исследований по теме "Методология испытаний на герметичность трубопроводной арматуры".

Испытания на герметичность проводятся с использованием жидкости или газа и основываются на теоретических положениях механики жидкостей и газов. К первым крупным работам по герметичности относятся труды Жуковского Н.Е. о гидравлическом ударе в трубопроводах, о том, что одной из причин гидравлического удара являются предохранительные клапаны, срабатывающие с запаздыванием из-за инерционности подвижных частей. Увеличение чувствительности клапанов, снижение превышения от заданного значения давления при их срабатывании является одной из проблем и в настоящее время.

В области разработки основ теории уплотнения и уплотни-тельной техники достигнуты значительные результаты благодаря трудам Гуревича Д.Ф./24, 25/, Голубева А.И. /22/, Крагельского И.В. /101/, Кондакова JT.A., Овандера В.Б. /32/, Майера Э /110/. Однако, в этих работах не отражены вопросы испытаний изделий на герметичность.

Математическое описание гидропневматических устройств проводили Иващенко H.H. /95/, Попов Д.Н. /131/, Герц Е.В. /130/, Ордынцев В.М. /121/, Коробочкин Б.Л. /99/, Лещенко В.А. /106/, Моль Р. /119/, Гийон М /20/. Появление цифровых управляющих вычислителей приводит к изменению как структуры, так и функций автоматизированного управления, и математическое описание устройств как объектов автоматического управления должно быть более расширенным, с учетом многообразия влияющих параметров для конкретной системы автоматического управления, отмечается в трудах Бесекерского В.А. /17/, Изермана Р. /96/, Куо Б. /104/. В трудах Солодовникова В.В. /143/, Попова Е.П. /132/, Иващенко H.H. /95/, Воронова A.A. /141/, Соломенцева Ю.М. /3/, Сердюка А.И. /135 , 136/, Шевеленко В.Д. /148/, Дащенко А.И /2/ предложены основы создания общей теории управления и автоматизации технологических процессов и производств. Однако, в этих теоретических положениях для устройств как объектов автоматического управления не отражены процессы и устройства автоматизированных систем испытаний.

Фрагменты настоящей работы выполнены в рамках научно-технических программ:

Компьютеризированные интегрированные производственные системы" (приказ Министерства образования СССР №349 от 23.05.90 г.), "Технологии, машины и производства будущего" (1990 - 1996 г., Госзаказчик - Министерство науки России), "Инженирингсеть России" (постановление Правительства РФ № 332 от 15.04.94 г.), г/б НИР №01000000120 "Разработка интеллектуальных систем автоматизированного проектирования и управления" (2000 г. - н.в.) кафедры систем автоматизации производства ОГУ, х/д НИР 28/82 "Исследование и проектирование САР технологическим процессом пайки радиаторов" (Оренбург: ОрПИ, 1982.-№ гос. per. 01829028636, инв. № 02840080587 и № 02860064492), х/д НИР 5/88 «Разработка элементов САУ ТП нанесения защитных покрытий» (Оренбург: ОрПИ, 1988.-№ гос. per. 01890000754, инв. № 02890029591), х/д НИР 14/88 "Разработка гибких производственных систем контроля качества паяных соединений теплообменников" (Оренбург: ОрПИ, 1989.-№ гос. per. 01880088286, инв. № 02890049272).

Таким образом, в настоящее время существует практическая и теоретическая потребности в разработке комплекса методов, повышающих эффективность испытаний на герметичность изделий. В этих условиях развитие теории и совершенствование методов испытаний и способов их реализации, разработка нового и модернизация применяемого оборудования и технологий его использования, нацеленные на создание научных основ автоматизации контроля герметичности изделий по утечкам пробной среды и автоматизации испытаний изделий на герметичность, является актуальным научным направлением.

Рассмотренные обстоятельства определяют актуальность работы, целью которой является решение важной народно-хозяйственной проблемы — повышение эффективности испытаний на герметичность промышленных изделий на основе создания теоретических и практических основ автоматизированных систем испытаний. Показателями эффективности должны служить: а) прямые, а не косвенные количественные показатели утечек пробной среды; б) чувствительность методов испытаний; в) достоверность измерительной информации; г) производительность процессов испытаний; д) уровень автоматизации основных технологических операций испытаний; е) долговечность устройств автоматизированных систем испытаний.

Для достижения поставленной цели в работе решается ряд задач научного характера, вызванных противоречиями между известными свойствами и возможностями устройств и потребностью практики при автоматизированных испытаниях на герметичность изделий:

- развитие теории и исследование устройств автоматизированного контроля герметичности изделий при испытаниях манометрическим, пузырьковым и гидростатическим методами;

- совершенствование устройств и способов реализации пузырькового, манометрического и гидростатического методов применительно к системам автоматизированного контроля герметичности изделий;

- разработка математического описания процессов и устройств как объектов автоматического управления, обеспечивающих автоматизированный контроль герметичности изделий и подготовительно-заключительные операции испытаний изделий на герметичность;

- исследование повышения ресурса герметичности и качества работы клапанных устройств автоматизированных систем испытаний;

- разработка и исследование конкретных автоматизированных систем испытаний изделий на герметичность.

Объекты исследований. В качестве объекта исследования в работе рассматриваются производственные процессы испытаний на герметичность, включающие методы испытаний и способы их реализации, применяемое оборудование и технологии его использования, средства автоматизации и алгоритмы управления процессами.

Методы исследования. В работе использованы методы математического моделирования, методы механики жидкостей и газов, методы теории автоматического управления, методы математической статистики и теории вероятностей, методы теории тепло- и массо-обмена, методы измерительной техники.

Научная новизна работы состоит в разработке математических моделей устройств систем автоматизированного контроля герметичности изделий при испытаниях изделий манометрическим, пузырьковым и гидростатическим методами. На основе моделей проведена сравнительная оценки расхода газа или подогретого газа через микрощели в атмосферу, жидкость или подогретую жидкость, выявлены диапазоны применимости и причины неудовлетворительной работоспособности существующих устройств контроля герметичности, проведено их усовершенствование применительно к автоматизированным системам контроля герметичности. Разработан принцип получения информации и автоматизированного контроля герметичности изделий при периодических возмущениях контролируемого или взаимосвязанного параметра в устройстве испытаний.

Предложен принцип управления по отклонению в промежутках между периодическими возмущениями для систем автоматического управления.

Разработаны математические модели типовых устройств и процессов как объектов автоматического управления применительно к системам, обеспечивающим автоматизированный контроль герметичности или подготовительно-заключительные операции испытаний. Выполнено математическое моделирование объектов управления, в которые поступают две фазы среды в одном потоке - жидкость и газ (воздух, углеводородные газы) или взаимодействуют две фазы среды в объекте - водяной пар и жидкость.

Предложены методы и их математические обоснования, направленные на повышение ресурса герметичности и качества работы элементов автоматизированных систем испытаний на примерах гидравлических затворов, регулирующих и предохранительных клапанных устройств. Проведено математическое моделирование распределения давления в сопряжениях клапан-седло в зависимости от приложенного перепада давления, геометрической формы деталей сопряжения и скорости возвратно-поступательного перемещения клапана относительно седла, а также моделирование работы предохранительных клапанов непрямого действия с присоединенной упругой емкостью.

Разработана методика расчета эталонных емкостей, заполняемых жидкостью, с присоединенной упругой емкостью, заполненной газом, применительно к автоматизированному контролю герметичности изделий гидростатическим методом по дифференциальной схеме.

На основе предложенных принципов автоматизированного контроля герметичности изделий с использованием периодических возмущений и управления по отклонению в промежутках между возмущениями и математических моделей разработаны новые структуры автоматизированных систем испытаний с автоматизированным контролем герметичности изделий по утечкам пробной среды. Рассмотрены примеры синтеза и реализации дискретных систем автоматического управления с ПИ и ПИД регуляторами, работающими в промежутках между возмущениями, которые обеспечивают автоматизированный контроль герметичности изделий по утечкам пробной среды.

Практическая значимость работы состоит в разработке способов и устройств, позволяющих автоматизировать испытания и контроль герметичности изделий, защищенных авторскими свидетельствами и патентами: а) способ и устройство испытаний на герметичность изделий газом с использованием пузырьковой камеры и эталонной емкости переменного объема; б) способ и устройство испытаний на герметичность изделий с использованием эталонной емкости, дифманометра и сжимаемых пневматических емкостей; в) способ и устройство испытаний изделий жидкостью с контролем герметичности по газовым пузырькам в пузырьковой камере; г) устройство испытаний на герметичность изделий с использованием эталонной емкости, горизонтальной трубки с жидкостным поршнем и гидравлического затвора; д) способ и устройство испытаний на герметичность изделий с помощью света; е) устройство для ультразвуковой дегазации пробной жидкости при испытаниях изделий; ж) предохранительный клапан с серводействием.

Установлены аналитические зависимости по выбору рациональных для практического построения автоматизированных систем испытаний конструктивных и технологических параметров устройств в зависимости от типа испытательной среды, метода испытаний и способа его реализации, от класса герметичности испытываемого изделия, времени испытаний и заданной погрешности контроля герметичности при испытаниях изделий манометрическим, пузырьковым и гидростатическим методами.

Разработаны системы автоматизированного контроля герметичности изделий по утечкам пробной среды при испытаниях пузырьковым, манометрическим и гидростатическим методом, которые являются основой автоматизированных систем испытаний. Каждая из таких систем состоит из двух-трех (в зависимости от метода испытаний) систем автоматического управления: генерирования в устройстве испытаний периодических возмущений давления, коррекции амплитуды возмущений давления, системы подачи в изделие пробной среды для компенсации утечек и системы автоматического измерения объема пробной среды, подаваемой в изделие для компенсации утечек.

Предложены практические рекомендации по повышению ресурса герметичности и качества работы регулирующих, запорных и предохранительных клапанных устройств автоматизированных систем испытаний.

Реализация результатов работы. Результаты работы внедрены в Авиационное производственное объединение КумАПО (г. Ку-мертау, Башкортостан), Управлении железнодорожным транспортом ООО «Оренбурггазпром», Газоперерабатывающем заводе ООО «Оренбурггазпром», Филиале «Оренбургбургаз» ДООО «Бургаз» ОАО «Газпром», ЗАО «Производство и реализация стальных водо-газопроводных труб» «Друза» (г. Оренбург), ОАО «Нефтемаслоза-вод» (г. Оренбург), ООО «Исток Электро - КИПиА» (г. Оренбург), ООО «Живой исток» (г. Оренбург), ООО «Нефтехимическая компания Экодиметил» (г. Оренбург), в учебном процессе Оренбургского государственного университета и Уфимского государственного авиационного университета.

Апробация работы. Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и обсуждались в ПО «Радиатор» (г. Оренбург, 1982, 1988, 1989), на Всесоюзной конференции «Конст-рукторско-технологическая информатика, автоматизированное создание машин и технологий» (КТИ-89) (г. Москва, 1989), на научно -практической конференции «Пути повышения эффективности использования оборудования с ЧПУ» (г. Оренбург, 1989), на второй Всероссийской научно-технической конференции «Прочность и разрушение материалов и конструкций» (г. Орск, 2000), на Всероссийской научно-практической конференции «Социокультурная динамика региона» (г. Оренбург, 2000), на международной юбилейной научно- практической конференции «Научно-производственная и инновационная деятельность высшей школы в современных условиях» (г. Оренбург, 2001), на Всероссийской научно-практической конференции «Форум - инновации -2002» (г. Оренбург, 2002), на международной научно-технической конференции «Современное состояние и перспективы развития гидромашиностроения в XXI веке» (г. Санкт - Петербург, 2002).

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения, списка литературы из 201 наименования и 13 приложений. Общий объем работы 441 страница, в

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ РАБОТЫ

Общим результатом работы является решение научно-технической проблемы повышения эффективности испытаний изделий на герметичность, включающее теоретический анализ и совершенствование методов испытаний, способов их реализации и устройств применительно к автоматизации процессов испытаний, разработку общих структур и принципиальных схем типовых вариантов систем автоматизированного контроля герметичности изделий по утечкам пробной среды и систем автоматического управления, обеспечивающих автоматизированный контроль, а также основы повышение ресурса герметичности элементов систем управления испытаниями изделий.

1. Испытания на герметичность основной массы изготавливаемых и ремонтируемых изделий (до 70 %) на промышленных предприятиях проводятся манометрическим, пузырьковым или гидростатическим методом. Технологические процессы испытаний изделий не автоматизированы и не позволяют проводить автоматизированный контроль герметичности по утечкам пробной среды в соответствии с требованиями стандартов. Основными причинами являются не приспособленность способов реализации методов испытаний к автоматизации технологических процессов, отсутствие теории процессов и устройств для создания систем автоматизации и управления применительно к испытаниям изделий на герметичность.

2. Предложены принципы создания автоматизированных систем управления технологическими процессами испытаний изделий на герметичность: принцип автоматизированного контроля герметичности изделий при периодических возмущениях контролируемого (управляемого) или взаимосвязанного с ним параметра в устройстве испытаний; принцип управления по отклонению параметра в промежутках между специально генерируемыми в объекте управления или другом устройстве периодическими возмущениями по управляемому или взаимосвязанному параметру; принцип соответствия точности автоматизированных систем испытаний на герметичность классам герметичности изделий; принцип контроля герметичности изделия при постоянном испытательном давлении; принцип неразделимости испытаний изделий на герметичность и повышения ресурса герметичности изделий и другие.

3. На основании предложенных принципов автоматизации технологических процессов испытаний изделий на герметичность усовершенствованы способы и устройства применительно к автоматизации процессов испытаний: контроль герметичности изделий, испытываемых на герметичность жидкостью, по количеству и объему пузырьков сжатого воздуха в пузырьковой камере; использование гидравлических затворов взамен обычных запорных органов; применение упругой емкости, заполненной газом, в качестве составной части эталонной емкости, заполненной жидкостью, при испытаниях изделий жидкостью; повышение значений измеряемых разностей давлений при контроле герметичности путем сжатия выделенных объемов газовой среды в устройстве испытаний и другие.

4. Проведено структурирование процессов и устройств систем испытаний применительно к автоматизированным системам управления испытаниями изделий на герметичность, системам автоматизированного контроля герметичности изделий и системам автоматического управления (САУ), которые разделены на САУ, непосредственно обеспечивающие автоматизированный контроль герметичности изделий и взаимосвязанные общими устройствами и процессами с системами контроля, и САУ подготовительно-заключительных операций испытаний изделий и вспомогательных механизмов и устройств. .К системам автоматизированного контроля герметичности изделий отнесены системы автоматического измерения контролируемых параметров и разработанные системы автоматического управления, которые непосредственно обеспечивают автоматизированный контроль герметичности. На основании такого деления систем автоматизации разработаны основы теории процессов и устройств автоматизированного контроля герметичности и систем автоматического управления, а также основы теории повышения ресурса герметичности клапанных устройств систем управления.

5. Устройства автоматизированного контроля герметичности изделий пузырьковым, манометрическим и гидростатическим методами представлены в виде математических моделей, которые позволили: а) существенно понизить оценочный по мощности порог чувствительности устройств; б) выявить взаимосвязи между параметрами устройств для испытаний и временем выполнения основных и вспомогательных операций; в) идентифицировать системы "измерительное устройство-изделие" как типовые динамические звенья в зависимости от степени герметичности изделия; г) установить соотношения для оценки статических и динамических погрешностей измерения утечек пробной среды из изделия д) оценить влияние дросселирования части пробного газа из изделия в атмосферу перед непосредственным контролем герметичности изделия; е) установить зависимости между объемом испытываемого изделия, объемом эталонной емкости и погрешностью испытаний. Это позволяет обоснованно выбирать конструктивные и технологические параметры при разработке систем автоматизированного контроля герметичности изделий по утечкам пробной среды в зависимости от требований к изделию по герметичности.

Выявлены и разрешены противоречия между технологическими процессами испытаний и требованиями систем автоматического управления такие, например, как: при контроле герметичных или с малыми допустимыми утечками пробной среды изделий время переходного процесса для систем управления стремится к бесконечности; в системах контроля и управления при испытаниях изделий на герметичность имеются нелинейности типа люфт, значения параметров которых при контроле герметичных изделий выше полезных сигналов. Для устранения этих и других противоречий разработан метод автоматизированного контроля герметичности при периодических возмущениях контролируемого (управляемого) или взаимосвязанного с ним параметра.

6. Типовые процессы и устройства систем испытаний представлены как модели объектов автоматического управления. Выполнено математическое моделирование объектов управления, в которые поступают две фазы среды в одном потоке -жидкость и газ (воздух, углеводородные газы) или взаимодействуют две фазы среды в объекте-водяной пар и жидкость. Полученные дифференциальные уравнения позволяют на стадии проектирования проводить оценку динамических свойств объектов управления, а также осуществлять автоматическое управление процессами испытаний по вычисляемым параметрам с использованием управляющей ЭВМ. Разработанные математические модели газожидкостных объектов управления апробированы при автоматизации технологических процессов испытаний изделий на герметичность и при автоматизации различных непрерывных химико-технологических процессов производства.

7. Предложены и исследованы методы и их математические обоснования, направленные на повышение ресурса герметичности и качества работы элементов автоматизированных систем испытаний на примерах гидравлических затворов, регулирующих и предохранительных клапанных устройств. Проведено математическое моделирование распределения давления в сопряжениях клапан -седло в зависимости от приложенного перепада давления, геометрической формы деталей сопряжения и скорости возвратно-поступательного перемещения клапана относительно седла, а также моделирование работы предохранительных клапанов непрямого действия с присоединенной упругой емкостью.

8. На основе предложенных принципов автоматизированного контроля герметичности изделий с использованием периодических возмущений и управления по отклонению в промежутках между возмущениями и математических моделей разработаны новые структуры автоматизированных систем испытаний с автоматизированным контролем герметичности изделий по утечкам пробной среды. Рассмотрены примеры синтеза и реализации дискретных систем автоматического управления с ПИ и ПИД регуляторами, работающими в промежутках между возмущениями, которые обеспечивают автоматизированный контроль герметичности изделий по утечкам пробной среды.

9. Способы реализации методов испытаний изделий на герметичность и конструкции оборудования, средства автоматизации и методы проведения исследований, организация испытаний и структуры построения систем автоматизированного контроля герметичности изделий по утечкам пробной среды из изделий с системами автоматического управления, непосредственно обеспечивающими контроль герметичности, примеры принципиальных схем систем автоматизированного контроля герметичности и примеры синтеза и реализации дискретных систем автоматического управления, работающими в промежутках между возмущениями, представляют собой теоретическую и практическую основу создания и совершенствования автоматизированных систем испытаний на герметичность изделий.

1. Абдрашитов Р.Т., Владов Ю.Р., Жежера Н.И. Устройство для контроля герметичности изделий с помощью света. Информ. листок № 197-94 Оренбург: Центр науч.-техн. информации (ЦНТИ), 1994. - 4 с.

2. Автоматизация процессов в машиностроении/ Под ред. А.И. Дащенко. -М.: Высшая школа, 1991. -480 с.

3. Автоматизированное проектирование и производство в машиностроении/ Под ред. Ю.М. Соломенцева и В.Г. Митрофанова. -М.: Машиностроение, 1986. -255 с.

4. A.c. 500382 СССР, НКИ F15B 20/00. Предохранительный клапан с серводействием / Н.И. Жежера, В.М. Янсон (СССР). № 1737856/25-8. Заяв. 11. 01.72. Опубл. 25.01.76. Бюл.№3.

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

6. А.с.748158 СССР, МКИ2 G01M 3/26. Устройство для определения суммарных утечек газа из изделия /A.C. Зажигин, А.Ф. Зайцев, В.А. Тюрин, Г. Т. Лебедев (СССР). -№2679349/25-28. Заяв. 30.10.78. Опуб. 15.08.80. Бюл.№26.

7. A.c. 1546863 СССР, НКИ GOIM 3/06. Способ испытания изделий на герметичность / Н.И. Жежера, Н.И. Тюков, Д.Н. Жежера (СССР).-№ 4396194/25-28. Заяв. 24.03.88. Опубл. 28.02.90. Бюл. №8.

8. A.c. 1552033 СССР, НКИ GOl М 3/26. Устройство для контроля герметичности изделий / Н.И. Жежера, Н.И. Тюков, Д.Н. Жежера (СССР). -№4444826/25-28. Заявл. 20.06.88. Опубл. 23.03.90. Бюл. №11.

9. A.c. 1613901 СССР, НКИ GOl М 3/26. Способ испытания изделий на герметичность / Н.И. Жежера, Н.И. Тюков, Д.Н. Жежера, И.В. Чапалда, Ю.Р. Владов (СССР). -№ 4655765/25-28. Заявл. 27.02.89. Опубл. 15.12.90. Бюл. №46.

10. A.c. 1810775 СССР, НКИ GOl М 3/38.Способ контроля герметичности полых изделий / Ю.Р. Владов, Н.И. Жежера, Р.Т. Абдрашитов (СССР). -№ 4913620/28. Заявл. 17.12.90. Опубл. 23.04.93. Бюл. №15.

11. 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. 0пуб.23.05.86. Бюл.№19.

12. 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. 0пуб.23.04.86. Бюл. №15.

13. Асламазов Л.Г., Варламов А.А. Удивительная физика. М.: Наука, 1987. - 160 с.

14. Баль В. В., Вереин Е. Л. Технология рыбных продуктов и технологическое оборудование. -М.: Агропромиздат, 1990.

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

16. Башта Т.М. Гидравлические приводы летательных аппаратов. -М.: Машиностроение, 1967. -366 с.

17. Бесекерский В.А. Цифровые автоматические системы. -М.: Наука, 1976. -576 с.

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

19. Владов Ю.Р., Жежера Н.И. Система автоматического порционного весового дозирования жидкости. Функциональная схема. Информ. листок № 146-93 Оренбург: Центр науч.-техн. информации (ЦНТИ), 1993. -3 с.

20. Гегузин Л.Б. Капля. М.: Наука, 1973. - 159 с.

21. Гийон М. Исследование и расчет гидравлических систем: Перевод с французского. М.: Машиностроение, 1964. -388 с.

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

23. Гурбан В.Ю. Распределительные и предохранительные устройства гидросистем экскаваторов. М.: Машгиз, 1962. -151 с.

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

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

26. ГОСТ 9544 -93. Арматура трубопроводная запорная. Нормы герметичности затворов. Введ. 01.01.95. -М.: Изд-во стандартов, 1995. -4 с.

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

28. ГОСТ 356-80. Арматура и детали трубопроводов. Давления условные, пробные и рабочие. Ряды. Введен 01.01.81. -М.: Изд-во стандартов, 1987. 36 с.

29. ГОСТ 1770-74. Технические условия на лабораторную посуду. Введ. 18.11.74. -М.: Изд-во стандартов, 1986. -21 с.

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

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

32. ГОСТ Р 51780-2001 Контроль неразрушающий. Методы и средства испытаний на герметичность. Порядок и критерии выбора. Введен 01.06.01. -М.: Изд-во стандартов, 2002. 5 с.

33. Добкин В.М. Автоматическое регулирование тепловых процессов на электростанциях. -М.: Машиностроение, 1969. 399 с.

34. Егоров К.В., Капцов Е.Г., Егоров А.К. Методика расчета технологических режимов проверки герметичности приборов с замкнутым объемом// Приборы и системы управления. -1994. -№1. -С. 34-35.

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

36. Жежера Н.И., Тюков Н.И., Жежера Д.Н. Испытание изделий на герметичность. Информ. листок о науч.-те^н. достижении №89-15. Оренбург: Межотраслевой территориальный ЦНТИ и пропаганды, 1989. - 4 с.

37. Жежера Н.И., Тюков Н.И., Жежера Д.Н. Применение гидрозатвора в устройстве для контроля герметичности изделий. Информ. листок о науч.-техн. достижении №89-16. Оренбург: Межотраслевой территориальный ЦНТИ и пропаганды, 1989. - 4 с.

38. Жежера Н.И. Использование сильфонов при контроле герметичности изделий. Информ. листок № 30-97 Оренбург: Центр науч.-техн. информации (ЦНТИ), 1997. - 4 с.

39. Жежера Н.И Контроль герметичности полых изделий по барботеру. Информ. листок № 241-92 Оренбург: Центр науч.-техн. информации (ЦНТИ), 1992. - 3 с.

40. Жежера Н.И. Влияние диаметра барботажной трубки и типа жидкости в барботере на размер пузырьков воздуха при контроле герметичности полых изделий Информ. листок № 229-92 -Оренбург: Центр науч.- техн. информации (ЦНТИ), 1992. -3 с.

41. Жежера Н.И. Влияние объема ресивера на погрешность контроля герметичности изделий по барботеру. Информ. листок № 31-97 -Оренбург: Центр науч.-техн. информации (ЦНТИ), 1997,- 3 с.

42. Жежера Н.И., Владов Ю.Р. Измерительный преобразователь контроля герметичности паропроводов. Информ. листок № 228-92 -Оренбург: Центр науч.- техн. информации (ЦНТИ), 1992. -3 с.

43. Жежера Н.И., Кравченко В.В. Математическое описание редукционных установок тепловых электростанций и котельных агрегатов при докритическом течении водяного пара // Вестник ОГУ.-2000. -№ 2. С. 106 -109.

44. Жежера Н.И., Тугов В.В. Математическое описание сепа-рационной установки газ-нефть как объекта управления по давлению газа / Оренб. гос. ун-т. Оренбург, 2001.- 9 с. - Деп. в ВИНИТИ 13.07.01, №1671-В2001.

45. Жежера Н.И., Тугов B.B. Математическое описание сепа-рационной установки газ-нефть как объекта управления по уровню жидкости / Оренб. гос. ун-т. Оренбург, 2001.- 10 с. - Деп. в ВИНИТИ 13.07.01, №1670-В2001.

46. Жежера Н.И., Фролов A.B. Моделирование барабана котельного агрегата по уровню воды как объекта управления / Оренб. гос. ун-т. Оренбург, 2001.- 7 с. - Деп. в ВИНИТИ 13.07.01, №1673-В2001.

47. Жежера Н.И., Тугов В.В. Моделирование установки сепарации газонефтяной смеси как объекта управления по уровню жидкости// Нефтегазовые технологии. -М.: Топливо и энергетика, 2001. -№4. С. 4-8.

48. Жежера Н.И., Тугов В.В. Устройство для дегазации жидкости. Информ. листок № 50-072-00 от 06.03.00. Оренбург: ЦНТИ, 2000,- 5 с.

49. Жежера Н.И., Тугов В.В. Автоматизация дегазации нефти на роторном сепараторе // Тезисы докл. 2-й Всерос. науч.-техн. конф. Орск: Изд-во ОГТИ, 2000. -С. 138 - 139.

50. Жежера Н.И., Тугов В.В., Петин В.А. Нефтегазовый сепаратор. Информ. листок № 50-076-00 от 16.03.00. Оренбург: ЦНТИ, 2000.- 4 с.

51. Жежера Н.И., Тугов В.В. Устройство ультразвуковой дегазации нефти // Материалы Всерос. науч.-практ. конф. Часть 2.-Оренбург: ИПК ОГУ, 2000. С. 175-177.

52. Жежера Н.И., Тугов B.B. Дегазация добываемой нефти с использованием ультразвука// Актуальные проблемы подготовки кадров для развития экономики Оренбуржья: Материалы Всерос. Науч.-практ. конф. Оренбург: ИПК ОГУ, 2002. - С. 236-237.

53. Жежера Н.И., Андронов A.B., Кривсун С.Н. Устройство автоматизированного измерения утечек жидкости при испытаниях железнодорожных цистерн на герметичность // Материалы Всерос. науч. -практ. конф. Часть 2.- Оренбург: ИПК ОГУ, 2000. С. 164-165.

54. Жежера Н.И., Кривсун С.Н. Контроль герметичности железнодорожных цистерн с использованием барботера// Материалы международн. юбилейной науч.-практ. конф. Часть 2.- Оренбург: ИПК ОГУ, 2001. С. 197-198.

55. Жежера Н.И., Янсон В.М. Экспериментальные исследования изнашивания клапанов гидросистем тракторов// Проблемы механизации сельскохозяйственного производства: Труды Латв. е.- х. академии, вып. 63. Елгава, 1973. - С.52-59.

56. Жежера Н.И. Подключение упругой емкости к предохранительному клапану непрямого действия. Информ. листок о науч.-техн. достижении №26-98. Оренбург: Межотраслевой территориальный ЦНТИ и пропаганды, 1998. - 3 с.

57. Жежера Н.И. Влияние типа минерального масла на износ распределителей гидросистем тракторов. Информ. листок о науч.-техн. достижении №25-98. Оренбург: Межотраслевой территориальный ЦНТИ и пропаганды, 1998. - 4 с.

58. Жежера Н.И. Ввод сигнала по производной от входного давления в предохранительном клапане с серводействием// Вестник ОГУ. -2000. -№3. С.90-94.

59. Жежера Н.И. Давление рабочей жидкости в щелях с криволинейными стенками регулирующих клапанов систем автоматизации и управления// Вестник ОГУ. -2001. -№1. С.146-150.

60. Жежере Н.И., Тугов В.В. Моделирование сепарационной установки газ нефть как объекта управления по давлению газа // Нефтяное хозяйство. -М.: Издательство «Нефтяное хозяйство», 2002. -№2. - С. 91-94.

61. Жежера Н.И., Кривсун С.Н. Устройство автоматизированного контроля герметичности железнодорожных цистерн. Информ. листок № 50-105-00 от 06.04.00. Оренбург: ЦНТИ, 2000. - 4 с.

62. Жежера Н.И., Кривсун С.Н. Автоматизированный контроль герметичности железнодорожных цистерн // Тезисы докл. 2-й Все-рос. науч.-техн. конф. Орск: Изд-во ОГТИ, 2000. - С. 80-81.

63. Жежера Н.И., Медяков М.М. Программа разложения в степенной ряд Z- преобразования выходной величины цифровой системы управления // Материалы международн. юбилейной науч.-практ. конф. Часть 2.- Оренбург: ИПК ОГУ, 2001. С. 198-199.

64. Жежера Н.И., Петин В.А. Программа определения матрицыf -V1iSI-А стационарных систем управления// Материалы междунауродн. юбилейной науч.-практ. конф. Часть 2.- Оренбург: ИПК ОГУ, 2001. С. 199.

65. Жежере Н.И., Янсон В.М. Улучшение работы клапанного устройства распределителей типа Р75-ВЗ гидросистем тракторов //Тракторы и сельскохозяйственные машины. -М.: Машиностроение, 1974. -№6. С. 24-29.

66. Жежера Н.И. Контроль герметичности изделий без их разгерметизации. Информ. листок № 27-97 Оренбург: Центр науч.-техн. информации (ЦНТИ), 1997. -3 с.

67. Жежера Н.И. Графическое решение уравнения, определяющего расход жидкости через предохранительный клапан распределителя Р75-В //Надежность и ремонт агрегатов гидросистем тракторов: Труды ЛСХА, вып.111. -Елгава, 1977. С. 7-13.

68. Жежера Н.И. Микропроцессорные системы автоматизации и управления: Учебное пособие. Оренбург: ОГУ, 1999. -64 с.

69. 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.

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

71. Жежера Н.И. Дифференциальное уравнение редукционно-охладительных установок тепловых электростанций как объектов управления/ Оренб. гос. ун-т. -Оренбург, 2001.- 8 е.- Деп. в ВИНИТИ 13.07.01, №1672-В2001.

72. 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.

73. Жежера Н.И., Янсон В.М., Озолс Я.Н., Логине В.М. Моделирование условий работы гидросистем тракторов и сельскохозяйственных машин// Труды ЛСХА, вып. 33. -Рига, 1977. -С. 56-62.

74. Жежера Н.И. Научные основы автоматизации испытаний изделий на герметичность/ Рекомендовано к изданию Уфимским научным центром Российской академии наук. -Оренбург: ОГУ, 2003. -258 с.

75. Жежера Н.И., Сердюк А.И., Тугов В.В. Автоматизация процессов дегазации нефти. Монография/ Рекомендовано к изданию Оренбургским филиалом Горного института Уральского отделения Российской академии наук. -Оренбург: ОГУ, 2003. 168 с.

76. Пат. №2206879 РФ. Способ испытания изделий на герметичность/ Жежера Н.И., Сердюк А.И., Куленко Е.С.(РФ). Заявка № 20021 10032/28(010555). МПК-7 G01M3/00. Заяв. 16.04. 2002. Опубл. 20.06. 2003. Бюл. №17.

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

78. 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.

79. Жежера Н.И., Тюков Н.И. Основы автоматизации испытаний изделий на герметичность.-Уфа-Кумертау: УГАТУ, 2003.-328 с.

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

81. Жуковский Н.Е. О гидравлическом ударе в водопроводных трубах. М. -Л.: Гостехиздат, 1949. -165 с.

82. Заявка №2327531 Франция, НКИ G01 M3/32. Prosed et dispositif automatiqul pour le controle de cavités etansleisa. Заяв. 7.10.75. Приоритет Италии; Опуб. 10.06.77.

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

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

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

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

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

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

89. Коробочкин Б.Л. Динамика гидравлических систем станков. -М.: Машиностроение, 1976. -240 с.

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

91. Крагельский И.В. Трение, изнашивание и смазка. -М.: Машиностроение, 1978. -400 с.

92. Красильников В.А., Крылов В.В. Введение в физическую акустику. -М.: Наука, 1984. -400 с.

93. Кремлевский П.П. Расходомеры и счетчики количества. -М.: Машиностроение, 1989. 701 с.

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

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

96. Ланис В.А., Левина Н.А Техника вакуумных испытаний. -М. Л.: Госэнергоиздат, 1964. -246 с.

97. Лещенко В.А. Гидравлические следящие приводы станков с программным управлением. -М.: Машиностроение, 1975. -288 с.

98. Лурье Л.А. Операционное исчисление. -М.: Машгиз, 1951. 454 с.

99. Майер В.В. Кумулятивный эффект при простых опытах. -М.: Наука, 1989. 192 с.

100. Майер Э. Торцовые уплотнения: Пер. С нем. -М.: Машиностроение, 1970. -272 с.

101. Малкин В.П., Жежера Н.И. Автоматизация процессов нейтрализации промышленных стоков, содержащих ионы металлов //Технология производства, научная организация труда и управления: Сборник НИИМаш. -М., 1982. №9. - с 12-13.

102. Малкин В.П., Жежера Н.И. Автоматизация процессов выделения органических примесей и щелочных металлов из промышленных стоков// Технология производства, научная организация труда и управления: Сборник НИИМаш. М., 1983. - №7. - с 6-7.

103. Малкин В.П., Жежера Н.И. Измерение расхода и количества производственных стоков// Технология производства, научная организация труда и управления: Сборник НИИМаш. М., 1983. -№9. -С. 7-9.

104. Маринин Н.С., Савватеев Ю.Н. Разгазирование и предварительное обезвоживание нефти в системах сбора. -М.: Недра, 1982. -171 с.

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

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

107. Моисеев H.H. Математические задачи системного анализа. -М.: Наука, 1981.-488 с.

108. Моль Р Гидропневмоавтоматики: Перевод с французского.- М.: Машиностроение, 1975. -352 с.

109. Нагорный B.C., Денисов A.A. Устройства автоматики гидро- и пневмосистем. -М.: Высшая школа, 1991. -367 с.

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

111. Осипов А.Ф. Давление рабочей жидкости в зазорах объемных насосов и гидромоторов// Вестник машиностроения, 1964, №4. С.18-22.

112. Основы кибернетики. Теория кибернетических систем/ Под ред. К.А. Пупкова. М.: Высшая школа, 1976. - 408с.

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

114. Отчет №1 17-2065/6. О патентных исследованиях по теме: Технология производства радиаторов двигателей внутреннего сгорания. Челябинский филиал государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий. Челябинск, 1983. -38 с.

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

116. Пат. №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. le.

117. Пат. № 2173569 РФ. МКИ B01D 19/00. Акустический деаэратор/ Жежера Н.И., Тугов В.В., Сердюк А.И. (РФ)--№2000107961/12. 3аявл.30.03.2000. Опубл.20.09.2001 .Бюл. №26.

118. Перник А.Д. Проблемы кавитации. Л.: Судостроение, 1966. - 486 с.

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

120. Попов Д.Н. Динамика и регулирование гидропневмоси-стем. -М.: Машиностроение, 1987. 464 с.

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

122. Протодьяконов И.О., Люблинская И.Е. Гидродинамика и массообмен в системах газ-жидкость. -JI.: Наука, 1990. -354 с.

123. Разработка ГПС контроля качества паяных соединений теплообменников: Отчет о НИР/ Оренбургский политехнический институт; -№ гос. per. 01880088286; инв. № 02890049272. Оренбург, 1988. - 242 с.

124. Сердюк А.И. Методические указания по выполнению проектных расчетов ГПС механообработки. -Оренбург: ОГУ, 1999.-35 с.

125. Сердюк А.И. Методические указания по эксплуатации интегрированной системы расчета и моделирования ГПС механообработки «Каскад». -Оренбург: ОГУ, 1999.- 50 с.

126. СНиП 3.05.05-84 "Технологическое оборудование и технологические трубопроводы" Введен: Постановление Госстроя СССР от 7.05.84. Действие: с 1.01.85.

127. СНиП IV-5-82 Сборник 25. Магистральные трубопроводы газонефтепродуктов. Постановление Госстроя СССР от 30.06.82 N169 СНиП от 30.06.82 N IV-5-82. Сборник от 30.06.82 N 25 ЕРЕР.

128. Современные конструкции трубопроводной арматуры для нефти и газа: Справочное пособие/ Под редакцией Ю.М. Котелевско-го. -М.: Недра, 1976. -496 с.

129. Справочник проектировщика автоматизированных систем управления технологическими процессами/ Под редакцией Г.Л. Смилянского. -М.: Машиностроение, 1983. -527 с.

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

131. Тугов В.В., Жежера Н.И., Шевченко А.И. Сопоставление способов и устройств дегазации нефти как объектов управления // Нефтегазовые технологии. 2002. - №3. - С. 13-15.

132. Техническая кибернетика. Теория автоматического регулирования/ Под редакцией В.В. Солодовникова. -М.: Машиностроение, 1967. кн. 1. -768 е., кн.2. -680 с.

133. Ультразвуковая технология/ Под. ред. Б. А. Аграната -М.: Металлургия, 1974. -504 с.

134. 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.

135. Физический энциклопедический словарь/ Под редакцией A.M. Прохорова. -М.: Советская энциклопедия, 1983. 928 с.

136. Химченко Н.В., Бобров В.А. Неразрушающий контроль в химическом нефтяном машиностроении. -М.: Машиностроение. 1978.- 264 с.

137. Шевеленко В.Д., Шевеленко Д.В., Квитек Е.В. Фильтрация измерительных сигналов формированием частотных сумм рядов Фурье. Оренбург: Вестник ОГУ, № 1, 1999. -С. 74-79.

138. Шторм Р. Теория вероятностей. Математическая статистика. Статистический контроль качества: Перевод с немецкого. -М.: Мир, 1970.- 368 с.

139. Шутилов В.А. Основы физики ультразвука. Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1980. - 280 с.

140. Яблонский А. А., Норейко С.С. Курс теории колебаний. -М.: Высшая школа, 1966. 256 с.

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

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

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

144. E. Kansky: Hermetologija sticnih ploskev in spojev, preda-vanja na III. st.- Vakuumistika.; FERI Maribor, IEVT, Ljubljana, 1983. 144 c.t2S