Средства контроля и измерений.

Их подразделяют на меры (инструменты, приспособления), измерительные приборы и измерительные преобразователи.

Меры воспроизводят физи­ческую величину одного размера (например, гири, конечные меры длины) или же ряд одно­именных величин различного размера (например, масштабные линейки).

Измерительные при­боры предназначены для выработки сигнала измерительной информации в форме, доступной для непосредственного восприятия наблюдателем.

К измерительным преобразователям отно­сят средства измерений, предназначенные для выработки измерительного сигнала в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки, но не поддающейся непосред­ственному восприятию наблюдателем.

ГОСТ 16263—70 допускает также применение термина измерительные устройства для категории средств измерения, охватывающей измерительные приборы и измерительные преобразователи.

Все средства контроля и измерений делятся на измерительные и проверочные. Первые по­зволяют определить размеры деталей и отклонения от них, вторые лишь указывают на наличие ошибок в размерах и форме деталей, но не позволяют фиксировать их абсолютного значения.

По назначению средства измерений делятся на образцовые и рабочие. Образцовые служат для проверки рабочих средств, которые предназначены для практических целей.

Для прямых измерений применяют измерительные средства, имеющие штриховые (ли­нейные или угловые) шкалы, с которыми сравнивают измеряемую (линейную или угловую) ве­личину. К ним относятся линейки, штангенинструменты, угломеры и различного рода оптиче­ские приборы — измерительные микроскопы, длиномеры и др. Повышение точности отсчета, связанное с оценкой доли деления шкалы, производится при помощи специальных устройств — нониусов.

Линейки изготовляют жесткими, складными и упругими. Жесткие линейки имеют преде­лы измерений от 100 до 1000 мм, упругие — от 150 до 5000 мм. Интервал делений линеек равен 1 или 0,5 мм. Погрешности миллиметровых делений не должны превышать ±0,05 мм, сантиметровых ±0,1 мм. Измерение проводят непосредственным наложением линейки на проверяемую деталь. Если непосредственное измерение размеров деталей с помощью линеек затруднено или невозможно (например, измерение диаметров отверстий и валов на некотором расстоянии от торца), применяют кронциркули и нутромеры в сочетании с линейками.

Щупы применяют для измерения зазоров. Щупы плоские изготовляют длиной 100 или 200 мм; первые поставляют наборами, вторые — отдельными пластинками.

Ниже дан перечень щупов длиной 100 мм, поставляемых в наборах:

набор № 1 - 9 щупов толщиной (в мм) соответственно 0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,06; 0,07; 0,08; 0,09; 0,1;

набор № 2 - 17 щупов толщиной (в мм) соответственно 0,02; 0,03; 0,04; 0,05; 0,06; 0,07; 0,08; 0,09; 0,1; 0,15; 0,20; 0,25; 0,3; 0,35; 0,40; 0,45; 0,50;

набор № 3 - 10 щупов толщиной (в мм) соответственно 0,55; 0,6; 0,65; 0,7; 0,75; 0,8; 0,85, 0,9; 0,95; 1;

набор.№4-10 щупов толщиной (в мм) соответственно 0,1; 0,2; 0,3; 0,4; 0,5; 0,6; 0,7; 0,8; 0,9; 1.

Щупы клиновые (предел измерения зазора от 1 до 8—10 мм) имеют скользящий по клину движок, указывающий значение захода щупа в зазор.

Штангенинструменты.

К ним относятся штангенциркули, штангенглубиномеры, штангенрейсмасы, штангензубомеры и др. Отличительный признак штангенинструментов — нали­чие двух штриховых шкал: основной и дополнительной. Основная шкала служит непосредст­венно для измерения, а дополнительная (нониус) — для повышения точности отсчета по основ­ной шкале. Интервалы между штрихами по основной шкале составляют 1 или 0,5 мм, а по но­ниусу—0,1, 0,05, реже—0,02мм.

Штангенциркули применяют для измерения диаметра вала, отверстия, расстояния между отверстиями и т. д., штангенглубиномер — для измерения расстояний между параллельными поверхностями уступов, расточек, глубины отверстий, канавок и т. п., штангенрейсмас—для измерения высоты деталей (он является также основным измерительным инструментом при разметке деталей).

Микрометрические инструменты (микрометры, микрометрические глубиномеры и нут­ромеры) — наиболее распространенные средства измерения линейных размеров; цена деления шкалы — 0,01 мм.

Микрометры служат для измерения наружных размеров деталей с точностью до 0,01 мм; перемещение микрометрического винта при измерении составляет 25 мм.

Микрометрические нутромеры (штихмассы) служат для измерения внутренних диаметров изделий или расстояний между поверхностями с точностью до 0,01 мм; пределы измерения—от 50 до 10000 мм. Штихмассы изготовляют с двумя головками: микрометрической и микромет­рической с индикатором (например, часового типа).

Индикаторы часового типа.

Предназначены для относительных измерений наружных раз­меров, отклонений формы и расположения поверхностей и имеют цену деления 0,01 мм. Пре­делы измерения составляют О—5 и 0—10 мм.

Рамные уровни.

Предназначены для контроля горизонтального и вертикального положений поверхностей.

Брусковые уровни.

Предназначены для контроля горизонтального положения поверхностей. Под ценой деления уровня понимают его наклоны, соответствующий перемещению пузырька ампу­лы на одно деление шкалы, проградуированной в мм на 1м.

По цене деления ампулы уровни разделяют на три группы:

Группа уровней	I	II	III
Цена деления ампулы на 1м, мм	0,02÷0,05	0,06÷0,10	0,12÷0,20

Наклон, равный 0,01 мм/м, соответствует углу 2".

Ниже приведена длина рабочей поверхности уровней (в мм):

ТИПЫ УРОВНЕЙ	ГРУППЫ УРОВНЕЙ
	I	II и III
Рамные	200; 250	100; 150; 200; 250
Брусковые	200; 250; 500	100; 150; 200; 250; 500

Поверочные плиты.

Применяют для контроля плоскостности, нанося краску на контроли­руемую деталь и оценивая площадь пятен.

Поверочные угольники.

Предназначены для контроля углов на просвет, а также для лекаль­ных и слесарных работ.

При использовании измерительных инструментов следует стремиться к тому, чтобы по­грешности измерения были минимальны. Под погрешностью измерения принято понимать раз­ность между истинным размером и размером, полученным в результате измерения. Во избежа­ние грубых ошибок необходимо следить за тем, чтобы на поверхности инструментов не было: царапин, следов коррозии, которые могут повлиять на точность измерения. При сдвигании губок штангенциркуля нулевые штрихи шкал нониуса и штанги должны совпадать, а между измерительными поверхностями губок не должно быть просвета.

Показателями исправности микрометров служат:

- свободное движение микрометрического винта в гайке и отсутствие мертвого хода (люфта);

- свободное перемещение барабана по стерж­ню при зазоре, не превышающем 0,15 мм на сторону;

- отсутствие повреждении на измеритель­ных поверхностях;                                                  

- отсутствие просвета между измерительными поверхностями пятки и винта микрометра;

- совпадение нулевого штриха барабана с нулевым делением.

Под погрешностью показании индикатора в пределах данного участка понимают сумму абсолютных значений наибольших (положительной и отрицательной) погрешностей, накоплен­ных на данном участке при прямом и обратном ходе измерительного стержня.

Допускаются следующие погрешности показаний:

- в пределах участка шкалы, равного 0,1 мм в начале второ­го оборота стрелки, — 6 мкм;

- в пределах 1 мм на любом участке измерения —12 мкм;

- в преде­лах всего интервала измерений на участках 0÷2; 0÷3; 0÷5; 0÷10 мм соответственно 12, 15, 18, 22 мкм. Вариация показаний составляет 3 мкм.

Знание погрешностей приборов и способов измерения позволяет выбирать средние, наи­более вероятные показания, а также вносить коррективы в результаты измерений.

 

 

1. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ И ИСПЫТАНИЯ ХИМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ.

Различают рабочее, расчетное, условное и пробное давления.

Рабочее давление в аппарате максимальное избыточное давление в аппарате при нормальном протекании технологического процесса, без учета допускаемого повышения во время действия предохранительных устройств. Рабочее давление устанавливается технологическим режимом.

Под расчетным давлением аппарата Р_р понимают максимально допускаемое при эксплуатации рабочее давление, на которое производят расчет на прочность обечаек, днищ и крышек аппаратов при максимальной температуре их стенок. При прочностном расчете также учитывают гидростатическое давление, если его величина составляет более 5 % рабочего давления. Для литых сосудов и аппаратов, работающих при давлении менее 0,2МП_а , расчетное давление принимают 0,2 МП_а.

Под условным давлением Р_у понимают избыточное рабочее давление среды в аппарате при температуре 20 ⁰С (без учета гидростатического давления от столба жидкости). Для стандартизации металлических аппаратов и их узлов ГОСТом устанавливается ряд значений Р_у в МП_а.

Пробным давлением Р_пр – называют максимальное давление, при котором аппарат испытывают на прочность и плотность после его изготовления, а также периодически в процессе эксплуатации.

Пробное давление при гидравлическом испытании определяют по следующей таблице:

 

Расчетное давление, Рр, Мпа.	Пробное давление гидравлического испытания, Рпр., Мпа.
Вакуум	1,5рh [s20]/[st], но не менее0,2
От 0 до 0,07	0,2
От 0,07 до 0,5	1,5Рр [s20]/[st], но не менее 0,2
Свыше 0,5	1,25Рр[s20]/[st], но не менее Рр+0,3

 

[s₂₀ ] –допускаемое напряжение при 20 ⁰С;

[s_t] - допускаемое напряжение при рабочей температуре;

Р_h – наружное давление, действующее на аппарат под вакуумом.

Пробное давление, определенное по этой таблице пр температуре от 200 до 400 ⁰С, не должно превышать рабочее более чем в 1,5 раза, а при температуре стенки свыше 400 ⁰С более чем в 2 раза. При испытании высоких аппаратов необходимо учитывать гидростатическое давление столба жидкости. Если колонны испытывают гидравлически до монтажа в горизонтальном положении, то к пробному давлению испытания прибавляют гидростатическое давление, которое будет при заполнении колонны водой в вертикальном положении. Во всех случаях напряжение в стенках сосуда при гидравлическом испытании не должны составлять более 90% от предела текучести материала при 20 ⁰С.

Под рабочей температурой понимают температуру среды, соприкасающейся со стенками аппарата при нормальном протекании в нем технологического процесса.

Расчетная температура – наибольшая температура стенки (положительная или отрицательная) аппарата при работе. Чаще всего ее принимают равной максимально возможной температуре среды при эксплуатации аппарата.

При обогревании стенки сосуда или аппарата открытым пламенем, горячими газами с температурой 250 ⁰С и выше или электронагревателями расчетную температуру принимают равной температуре среды (соприкасающейся со стенкой), увеличенной на 50 ⁰С, но не менее 250 ⁰С.

При защите внутренней футеровкой расчетную температуру стенки принимают равной температуре поверхности футеровки, соприкасающейся со стенкой.

Для серийно изготовляемых аппаратов, трубопроводной арматуры и других изделий эксплуатационные рабочие параметры заранее не известны, поэтому их проектируют на определенный температурный интервал и условное давление.

Для проверки надежности, безопасности и работоспособности химических аппаратов проводят их испытания, как на заводе изготовителя, так и на месте установки аппарата. Объем контроля аппарата определяется программой и методикой испытаний, которая входит в состав проекта аппарата

1) Первоначальный вид контроля, которому подвергаются все типы оборудования – осмотр. При нем выявляют дефекты металла и сварных швов, проверяют соответствие изделия требованиям чертежа, а также наличие и правильность нанесения маркировки. 

2) Гидравлическое испытание. Его широко применяют в химическом и нефтяном машиностроении. Испытывают все сосуды и аппараты, работающие под давлением, а также некоторые аппараты без давления.

При гидравлическом испытании аппарат отсоединяю от коммуникаций, заливают водой и в нем создается пробное давление, под которым аппарат выдерживают в течении 10 – 60 минут (в зависимости от толщины стенки).

10 минут при толщине стенки S £ 50мм;

20 минут при S = 50¸100 мм;

30 минут при S > 100 мм;

60 минут для литых и многослойных аппаратов независимо от толщины стенки. Затем давление снижают до рабочего, осматривают стенки и обстукивают молотком массой от 0,5 до 1,5 кг (в зависимости от толщины стенки) сварные швы. Аппарат считается выдержавшим испытание, если не отмечено падения давления по манометру, течи, капель или потения через сварные швы и фланцевые соединения, а также если после испытания не обнаружено признаков разрыва и остаточных деформаций. Если аппарат имеет несколько изолированных полостей (например, корпус и рубашку), то каждую полость испытывают отдельно. При гидравлическом испытании необходимо следить, чтобы аппарат был заполнен водой полностью, воздушных «мешков» в верхней части оставаться не должно. После испытания воду полностью удаляют. При испытании аппарата на улице в зимнее время подъем давления производится медленно, по специальному графику, чтобы обеспечить прогрев стенок. Сосуды и аппараты без давления, которые не содержат летучие, токсичные, пожароопасные и взрывоопасные вещества, испытывают, наливая в них воду. Залитый до верхней кромки сосуд выдерживают 4 часа с обстукиванием сварных швов молотком.

3) Пневматическое испытание. Его проводят, когда аппарат невозможно испытать гидравлически из-за больших напряжений от веса воды или из-за наличия какой-либо футеровки, которая портится от воды а иногда для проверки его герметичности. Пневматические испытания выполняют воздухом или инертным газом при том же пробном давлении. Этот вид испытания допускается только при положительных результатах тщательного осмотра и проверки прочности сосуда расчетом. При проведении пневматических испытаний должны быть приняты меры предосторожности, а именно: вентили и манометр выносят в безопасное помещение, иногда испытания проводят в изолированных камерах или блиндажах. Сосуд должен находиться под пробным давлением в течении 5 минут; затем давление снижают до рабочего и выполняют осмотр аппарата с проверкой его швов и разъемных соединений мыльным раствором и в течении определенного времени замеряют величину падения давления, которая должна быть не ниже заданной. Остукивание сосуда под давлением при пневматическом испытании запрещается.

4) Промазка сварных швов керосином. Это специальный метод контроля, применяемый при повышенных требованиях к герметичности, при котором с одной стороны шов промазывают керосином, а с другой на шов наносят меловую обмазку. При наличии в шве дефектов через 20 – 40 минут на обмазке появляется пятна.

5) Испытание фреоном. Этот метод позволяет выявить самые незначительные неплотности сварных швов и фланцевых соединений. Аппарат заполняют смесью воздуха и фреона (концентрация фреона 10%), поднимают давление до рабочего и проверяют сварные швы и соединения специальным чувствительным индикатором, который улавливает ничтожную утечку фреона.

Сварные швы – весьма ответственные места сосудов и аппаратов, поэтому для них предусмотрен ряд методов контроля и испытаний, а именно: внешний осмотр и измерение, механические испытания, ультразвуковая дефектоскопия или просвечивание рентгеновскими лучами и гамма-излучением, замер твердости шва и др.

Первоначально производят внешний осмотр и измеряют сварные швы, при этом выявляют трещины, непровары, раковины и другие не допустимые дефекты. Затем швы просвечивают. Объем контроля при просвечивании определяется в зависимости от условий работы аппарата. При тяжелых условиях (токсичная или взрывоопасная среда, высокое давление или температура) контролируют 100% сварных швов. При легких условиях проверяют 50% или 25% швов. Механические испытания заключаются в испытании сварных образцов на растяжение, на изгиб и на ударную вязкость. При работе с некоторыми коррозионными средами контролируют сварные швы на склонности к межкристаллитной коррозии.

Механические узлы испытывают после сборки. Все подвижные соединения должны, как правило, свободно проворачиваться от руки. Подвижные элементы под нагрузкой испытывают в течение 3-х часов.

Все методы испытаний и требования, предъявляемые к материалам, обеспечивают работоспособность и безопасную эксплуатацию аппаратов.