Badanie szczelno
ś
ci i próby szczelno
ś
ci
1.
WSTĘP
W badaniach szczelności naczyń zamkniętych, przewodów itp. , wykorzystuje się
najczęściej zjawisko przepływu cieczy lub gazów przez nieszczelności, spowodowane na
ogół przez wady materiałów lub połączeń. Obserwuje się przy tym bezpośredni przepływ
gazu lub pozostałość gazu w naczyniu, wytwarzając wewnątrz naczynia lub w jego otoczeniu
nadciśnienie względnie podciśnienie. Stąd też metody badania szczelności można podzielić
ogólnie na metody oparte na wnikaniu płynu, wypływie płynu lub pozostałości płynu. Celem
metody badania szczelności może być albo tylko wykrycie nieszczelności, albo też wykrycie,
zlokalizowanie i pomiar nieszczelności.
Układy, które poddaje się próbom szczelności, mają albo zapobiec wnikaniu cieczy lub
gazów do wnętrza albo też wydostawaniu się gazów względnie cieczy na zewnątrz. Do
pierwszej grupy zaliczyć można wszystkie układy próżniowe oraz naczynia, które mają
chronić przed przedostawaniem się pary wodnej, bakterii lub innych zanieczyszczeń
(żywność, lekarstwa, przyrządy pomiarowe, zegarki itp.). W drugiej grupie układów
wymienić można zbiorniki ciśnieniowe na ciecze lub gazy, pojemniki na gazy radioaktywne,
pojazdy kosmiczne. Elementy paliwowe reaktorów atomowych spełniać muszą jednocześnie
dwie funkcje mianowicie zapobiegać przedostawaniu się ośrodka chłodzącego do paliwa i na
odwrót uniemożliwić przedostawanie się radioaktywnych produktów rozpadu do ośrodka
chłodzącego.
2.METODY BADAŃ
Spośród wielu znanych metod badania nieszczelności najszersze zastosowanie znalazły
metody: hydrostatyczna, pęcherzykowa, penetracyjna, akustyczna, halogenowa i helowa.
Metoda hydrostatyczna polega na obserwacji spadku ciśnienia lub wycieku cieczy
wypełniającej zbiornik i poddanej określonemu ciśnieniu. W metodzie pęcherzykowej
powierzchnię badanego obiektu pokrywa się cieczą i obserwuje się wypływ pęcherzyków
gazu, przedostającego się przez nieszczelności pod wpływem wytworzonego nadciśnienia.
W metodzie penetracyjnej wykorzystuje się zjawisko wnikania specjalnych cieczy, tzw.
penetrantów. Przeciek wykrywa się za pomocą wywoływaczy nanoszonych na przeciwległą
powierzchnię badanego elementu. Penetranty i wywoływacze są identycznymi substancjami
jak stosowane w metodach penetracyjnych do wykrywania wad powierzchniowych.
Metoda akustyczna polega na detekcji fal akustycznych generowanych przy turbulentnym
wypływie gazu przez nieszczelności. W metodzie halogenowej wykorzystuje się wzrost
emisji jonów z gorącej płytki platynowej w obecności gazowych związków halogenowych.
Jako gaz próbny stosuje się najczęściej freon 12 lub jego mieszaninę z powietrzem.
Dużą czułość zapewniają helowe wykrywacze nieszczelności. Helowy wykrywacz
nieszczelności jest w zasadzie spektrometrem masowym specjalnie czułym na hel.
Spektrometr pozwala na separację gazów o różnych masach. Zasada działania helowego
wykrywacza nieszczelności jest następująca. Elektrony wysyłane z podgrzanego włókna
wolframowe go bombardują hel napływający z badanego przedmiotu. Powstające w wyniku
bombardowania jony są przyspieszane w polu elektrycznym i przechodzą między biegunami
stałego magnesu. Pod działaniem pola magnetycznego następuje zakrywienie toru
poszczególnych cząstek, przy czym promień toru jest tym większy im większa jest masa
jonu. Helowy wykrawacz nieszczelności jest tak skonstruowany, ażeby zbierane były jedynie
jony helu. Jony helu padające na elektrodę powodują powstanie prądu elektrycznego, który
służy do uruchamiania sygnałów akustycznych lub tym podobnych.
Obok wymienionych powyżej, najczęściej stosowanych, metod wykrywania
nieszczelności znane jest zastosowanie gazów radioaktywnych. Badany obiekt umieszcza się
w dużym zbiorniku.
Do dużego zbiornika wtłacza się gaz radioaktywny pod ciśnieniem przekraczającym ok.
1 atmosferę ciśnienia wewnątrz badanego przedmiotu. Po pewnym okresie czasu,
dostatecznym do tego, ażeby gaz radioaktywny przeniknął do badanego naczynia, wyjmuje
się je z dużego zbiornika, oczyszcza się i odkaża z zewnątrz z gazu radioaktywnego, po czym
mierzy się licznikiem tempo rozpadu gazu radioaktywnego, które jest proporcjonalne do
ilości radioaktywnego gazu jaki przedostał się do badanego naczynia
Inny przykład to badanie szczelności układów hydraulicznych w ziemi. Badany odcinek
wypełnia się np. roztworem radioaktywnego sodu i poddaje ciśnieniu przez pewien okres
czasu, np. przez pół godziny. Następnie usuwa się roztwór radioaktywny i bada
radioaktywność ziemi szczególnie w okolicy połączenia rur. Sposobem tym można wykryć
przecieki wynoszące ok. 100 ml/godz. W niektórych przypadkach nawet przecieki wynoszące
2 ml/godz.
Nieco inny jest sposób wykrywania nieszczelności w długich rurociągach naftowych.
Niewielką ilość radioaktywnego materiału wpuszcza się do rurociągu a po upływie czasu, w
którym ciecz radioaktywna przebyła odległość około 2 km - 2,5 km wprowadza się mały
licznik impulsów zasilany z baterii. Położenie wzdłuż linii rurociągu wyznaczają źródełka
promieniowania gamma umieszczone w odpowiednich odstępach na zewnątrz rurociągu.
Licznik wyjmuje się po przebyciu określonego odcinka rurociągu i na podstawie
zarejestrowanego wykresu ustala się miejsca nieszczelności.
Dla lokalizacji nieszczelności wykorzystuje się różne zjawiska chemiczne, jak na przykład
barwienie odczynników przez niektóre gazy lub zjawisko dymienia przy zetknięciu się
różnych par i gazów. Ma to zastosowanie zwłaszcza przy wykrywaniu przecieków dwutlenku
węgla, amoniaku i chloru w czasie eksploatacji instalacji i urządzeń chemicznych.
PRÓBY SZCZELNOŚCI ELEMENTÓW SILNIKA
Próby szczelności elementów silnika i ich połączeń przeprowadza się za pomocą wody,
nafty, oleju napędowego lub powietrza. Próby szczelności przy użyciu cieczy (próby
hydrauliczne) wykonuje się przy ciśnieniu hydrostatycznym lub ciśnieniu wytwarzanym za
pomocą pompy (ciśnieniu próbnym). Przy ciśnieniu hydrostatycznym napełnia się cieczą
badany element i obserwuje zewnętrzne miejsca domniemanych nieszczelności. Ten rodzaj
prób jest rzadko stosowany w naprawie silników okrętowych. Przy próbach ciśnieniowych
ciśnienie próbne ustala się na podstawie DTR silnika, przepisów PRS lub innych
obowiązujących w eksploatacji danego silnika.
Elementy lub zespoły napełnione produktami naftowymi lub ich parami np. misy olejowe,
znajdujące się pod ciśnieniem hydrostatycznym lub atmosferycznym, poddaje się próbom
szczelności metodą uzgodnioną z PRS.
Za pomyślny wynik próby przyjmuje się brak przecieków , odkształceń trwałych i innych
uszkodzeń albo spadek ciśnienia.
Szczelność niektórych chłodnic, np. chłodnic powietrza doładowującego, można sprawdzić
przez wypełnienie ich przestrzeni sprężonym powietrzem i przez obserwację występowania
pęcherzy piany mydlanej naniesionej uprzednio na kontrolowane obszary, na przykład ściany
sitowej.
Rys. 2. Ciśnienie próbne dla różnych elementów okrętowych silników spalinowych.
4. PRÓBY HYDRAULICZNE
Części wymienników ciepła narażone na oddziaływanie zewnętrznych lub wewnętrznych
ciśnień poddaje się po naprawie próbie hydraulicznej.
Próbie hydraulicznej na wytrzymałość podlegają :
Kadłuby i pokrywy wymienników ciepła, rury i wężownice przed zamontowaniem w
ś
cianach sitowych.
Próbę hydrauliczną na szczelność stosuje się do sprawdzenia:
Stanu zamocowania rur w ścianach sitowych, szczelność połączeń zamontowanych w całości
wymienników ciepła (oddzielnie dla każdej przestrzeni roboczej).
Wartość ciśnienia próbnego można obliczyć ze wzoru:
P
prób
= 1,25p
rob
Lecz nie mniej niż p
rob
+ 0,1
dla wymienników pracujących w temperaturze niższej niż 625 K
oraz
p
prób
= 1,25 p
rob
t
e
e
R
R
625
dla wymienników ciepła pracujących w temperaturze powyżej 625 K
gdzie:
p
rob
- ciśnienie robocze MN/m
2
R
e
625
- granica plastyczności materiału w temp. 625 K
R
e
t
- granica plastyczności materiału w temperaturze roboczej MN/m
2
Ciśnienie próbne utrzymuje się zazwyczaj w czasie 5 - 10 min. Próby szczelności niektórych
wymienników ciepła sprawdza się sprężonym powietrzem.
4. MIARA NIESZCZELNOŚCI
Miarą nieszczelności jest przeciek płynu, zwykle gazu, a najczęściej powietrza, wyrażony
jako natężenie przepływu masy płynu. Dla gazu masę można zastąpić iloczynem ciśnienia i
objętości, stąd też przeciek wyraża się w jednostkach ciśnienie razy objętość przez czas a
więc jako Tr 1/s lub at cm
3
/s.
Nieszczelności podawane są również w mikrolitrach na sekundę, mikrobarach x litr na
sekundę.
Część praktyczna:
1.
badanie szczelności chłodnicy płaszczowo-rurowej. Ciśnienie próby p
pr
=2,5 [MPa].
Chłodnica wytrzymała w wyznaczonym okresie czasu co świadczy, że można uznać ją za
szczelną;
2.
badanie szczelności chłodnicy płytowej 1. Ciśnienie próby 1,0 [MPa] –chłodnica jest
szczelna.
3.
badanie chłodnicy płytowej 2. Ciśnienie próby 1,0 [MPa] –chłodnica jest szczelna.
4.
zawór kątowy – ND 16 GG. Ciśnienie próby 7,5 bar. Zawór szczelny;
5.
zawór szybkoodcinający – P2550. Próba wytrzymałości zakończyła się niepowodzeniem
ponieważ była uszkodzona uszczelka pod pokrywa korpusu.
6.
zawór szybkoodcinający – P2550. Ciśnienie próby 10 bar. Zawór nieszczelny- złe
przyleganie grzybka do przylgni;
7.
zawór bezpieczeństwa – P18Z32. Ciśnienie otwarcia 5bar – sprężyna uległa relaksacji.
8.
zawór bezpieczeństwa – GS025N. Ciśnienie otwarcia 44bar.
9.
korpus zaworu na wytrzymałość – GGND16. Po dokonaniu oględzin okazało się że,
korpus zaworu jest pęknięty.
Materiały stosowane na szczeliwa
•
sznur bawełniany suchy: woda pitna, oleje smarne;
•
sznur bawełniany przesycony: oleje smarowe, woda przemysłowa;
•
sznur konopny suchy: oleje smarowe, woda przemysłowa, para wodna;
•
sznur konopny przesycony: oleje smarowe, woda przemysłowa i morska.
Wnioski:
Badanie szczelności i wytrzymałości urządzeń pozwala nam na określenie prawidłowości pracy, pomaga
wykryć ewentualne pęknięcia, przecieki oraz inne wady. Ponadto badania te zabezpieczają nas przed używaniem
niesprawnej armatury, a także pozwalają określić jej stan podczas przeglądów i po naprawach.