Испытания изделий на герметичность проводились также с применением манометрического метода контроля. При этом испытуемое изделие или модель заполняли гелием до рабочего давления, указанного в технических условиях, и опенивали герметичность путем измерения падения давления за определенный промежуток времени. Чувствительность такого метода контроля в значительной мере зависит от времени выдержки. Этот метод рационально использовать в случае длительных ресурсных испытаний изделий при высокой температуре с периодическим наложением термоциклических нагрузок, имитирующих условия эксплуатации, а также для предварительного контроля герметичности оборудования, для грубой ее оценки перед проведением контроля высокочувствительными методами.
Одна из основных задач данной работы — исследование герметичности фланцевых соединений. Фланцевые соединения широко используются в контурах установок, так как они облегчают периодический осмотр и ремонт различных механизмов и устройств. Если доступ к фланцам в процессе работы исключен, то вскрытие таких фланцевых соединений планируется осуществлять 1—3 раза в год при полностью остановленной установке. В этом случае предъявляются дополнительные требования надежности при обеспечении герметичности соединений. В качестве уплотняющего материала во фланцевых соединениях, работающих при температурах 300 ... 350 °С, рекомендовано применение металлических прокладок.
В качестве металлических уплотнителей во фланцевых соединениях в принципе можно использовать самые разнообразные материалы: алюминий, медь, различные сорта мягких сталей, никель, серебро. Применение серебра нецелесообразно, так как это драгоценный металл. Мягкие стали требуют относительно больших усилий обжатия прокладки; применение их целесообразно при температурах выше 450 °С. Предварительные испытания фланцевых соединений с алюминиевой прокладкой показали, что при сравнительно непродолжительном воздействии температуры (350 °С в течение 500 ч) с одновременным наложением термоциклических нагрузок (350 ... 250 ... 350 °С) со скоростью изменения температуры 50 °С/ч разгерметизация фланцевого соединения наступила уже после шести термокачек. Этот результат явился основой для вывода о нецелесообразности использования алюминия в качестве уплотнительного материала в таких условиях.
Проводились также исследования герметичности фланцевых соединений с медными прокладками (использовалась прокатная и отожженная медь марки М1 ГОСТ 859—66). Испытания проводили на моделях фланцевых соединений с затвором закрытого типа (с уплотняющими поверхностями типа «шип — паз»), наиболее широко применяемым в уплотнительной технике при высоких давлениях внешней среды (рис. 1). Соединения типа «шип — паз» позволяют получать повышенные удельные давления на прокладку по сравнению с другими формами уплотнений и обеспечивают удобную установку уплотнительной прокладки на место.
Применялись уплотнительные поверхности фланцев двух типов (в одном случае — плоские зеркала фланцев и зубчатые прокладки, в другом — рифленые поверхности фланцев и плоские прокладки). Материал фланцевых крышек —стали 08Х18Н10Т и 10ГН2МФА; материал шпилек—сталь 40ХНМФ.
Целью экспериментальных исследований фланцевых соединений являлось определение ряда характеристик: необходимого усилия сжатия прокладок для обеспечения требуемой герметичности при работе в условиях, близких к натурным; надежности при длительном температурном воздействии с периодическим наложением термоциклических нагрузок; возможности повторного использования прокладок после разгерметизации фланцевого соединения; возможности замены прокладок. Расчет предельных усилий пластического сжатия прокладки, обеспечивающих герметичность фланцевого соединения в рабочих условиях, проводился по методике, изложенной в работе [2]. Требуемое сжатие прокладок обеспечивалось затяжкой шпилек, т. е. путем приложения к ним заданного крутящего момента.
Как показали проведенные эксперименты, для обеспечения необходимой плотности фланцевого соединения требуется создание значительно большего крутящего момента на шпильках, чем следует из расчета. Соответственно, поверочный расчет, который был выполнен по результатам измерения крутящего момента, создаваемого на шпильках для обеспечения герметичности изделия, показал, что суммарное значение предельного усилия сжатия прокладки, необходимого для обеспечения герметичности затвора, при выбранном значении коэффициента трения (в данном случае к — = 0,15) выше расчетного [2] в 3—3,5 раза.