W Y Ż S Z A	LABORATORIUM TECHNOLOGII WYTWARZANIA I NAPRAW				Nazwisko i imię
S Z K O Ł A M O R S K A w S Z C Z E C I N I E WYDZIAŁ MECHANICZNY	Nr ćw.	Temat ćwiczenia Badanie szczelności i próby szczelności.			MARCIN GRZEGORZEK Rok akad. 1999/2000
Data wyk. ćwicz. 01-12-1999	Data odd. spr. 08-12-1999		Ocena	Podpis wykł.	GRUPA IV MA

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 ścianach 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

dla wymienników ciepła pracujących w temperaturze powyżej 625 K

gdzie:

p_rob - ciśnienie robocze MN/m²

R_e⁶²⁵ - granica plastyczności materiału w temp. 625 K

R_e^t - granica plastyczności materiału w temperaturze roboczej MN/m²

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 cm³/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.

---