СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ЗАПРАВЛЕННОЙ МАГИСТРАЛИ СИСТЕМЫ ТЕРМОРЕГУЛИРОВАНИЯ ОТСЕКОВ КОСМИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ Российский патент 2001 года по МПК F16L55/175 

Изобретение относится к области эксплуатации гидравлических систем терморегулирования и может быть использовано при ремонтно-восстановительных работах при потере герметичности заправленных теплоносителем магистралей, как в наземных условиях, так и экипажем космических объектов (КО) при устранении негерметичности в полете.

Опыт эксплуатации гидравлических систем показывает, что в каждой из них может произойти нарушение герметичности заправленной магистрали, связанное как с дефектами изготовления агрегатов, мест их соединения с трубопроводами, так и с эксплуатацией системы терморегулирования с переменными температурами или давлениями (появление усталостных трещин и т.п.). У самолетов 20% дефектов гидравлических систем связано с нарушением герметичности трубопроводов и агрегатов - течи в соединениях и агрегатах, при этом возможны трещины вдоль образующей трубопровода и трещины по его окружности. Это связано с тем, что гидравлические системы самолетов работают под большим переменным избыточным давлением, достигающим многих десятков атмосфер.

В процессе регламентных работ с гидравлическими системами самолетов все узлы системы в наземных условиях периодически подвергаются осмотру и контрольной проверке на герметичность. В случае появления течи жидкости из системы поврежденный участок или агрегат демонтируют, после чего меняют на новый (см. книгу А. А. Комаров, В.М. Сапожников "Трубопроводы и соединения для гидросистем", изд. Машиностроение, М., 1967 г., стр. 13-16, 192-193).

Такой способ устранения негерметичности возможен для изделий, позволяющих при появлении негерметичности прекратить эксплуатацию и провести ремонтно-восстановительные работы, связанные с герметизацией контуров, например, для самолетов - в ангаре, для автомобилей - в гараже.

Известны способы герметизации электрических соединений, обеспечивающих пылевлагозащиту, состоящие в том, что корпус хвостовой части электрического соединения заливают эпоксиднополиамидным компаундом.

Способ герметизации, включающий нанесение герметиков из эпоксидных смол на необходимый участок металлоконструкции и последующее отверждение, описан в Политехническом словаре, М., Советская энциклопедия, 1989 г., стр. 115. После нанесения на металл все указанные герметики ускоренно высушивают при температуре 30...40^oC и даже выше (см. книгу Т.М. Башта "Гидравлические следящие системы", Машгиз, 1960 г., стр. 542- 543).

Для заправленных гидравлических систем терморегулирования КО наиболее близким аналогом является способ герметизации, описанный в книге "Эксплуатация судовых насосов", М., Транспорт, 1989 г., стр. 121. В гидравлических системах судов, находящихся в длительном плавании, герметизацию трубопроводов и агрегатов с небольшими дефектами проводят с помощью синтетических и органических смол с их последующим отверждением. Герметизация по данному способу проводилась при выключенной гидравлической системе, и после нанесения герметика на поврежденный участок он подогревался до 50...60^oC переносным нагревателем для того, чтобы ускорить процесс отверждения герметика. Необходимость ускоренного отверждения отчасти была вызвана растеканием герметика по поверхности металла в условиях гравитации.

Недостатком данного способа герметизации является то, что при длительном плавании судна загерметизированный таким образом участок магистрали с теплоносителем находится в эксплуатационном температурном диапазоне, отличном от температуры затвердевания герметика, что снижает надежность герметизации. Объясним это на примере герметизации трубопровода долговременной орбитальной станции "Мир", имевшего небольшую течь теплоносителя на нагнетательной магистрали контура системы терморегулирования. Указанный выше ремонт магистрали СТР ДОС "Мир" проводился на заключительном этапе наземной подготовки по способу, описанному в прототипе. После затвердевания герметика контур включался в работу. После вывода станции на орбиту температура теплоносителя в загерметизированном контуре становилась равной 3...5^oC. Поскольку коэффициенты линейного расширения алюминиевых сплавов трубопроводов магистралей систем терморегулирования и эпоксидной смолы имеют разные значения, произошло частичное отслоение герметика от металла в месте трещины. Между металлом и герметиком попал жидкий теплоноситель из контура, поскольку при герметизации в саму трещину герметик не попал вследствие равенства давлений между гермоотсеком и магистралью, лишь закрыв ее сверху, что обусловило дальнейшее отслоение герметика. Через несколько недель контур терял свою герметичность и операции по герметизации приходилось проводить снова.

Все это требовало больших затрат времени на проведение герметизации (затвердевание при 50^oC продолжалось около 2 ч) и значительно снижало надежность способа.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности герметизации и сокращение времени нахождения системы в нерабочем состоянии.

Эта задача решается тем, что в способе герметизации заправленной магистрали системы терморегулирования отсеков космических объектов, включающем нанесение текучего герметика на негерметичный участок магистрали и его последующее отверждение, при этом после нанесения герметика вакуумируют магистраль системы терморегулирования до давления P_в, выбираемого из соотношения P_отс > P_в > P_minдоп., где P_отс - давление в отсеке КО, P_minдоп - минимально допустимое значение давления в системе терморегулирования, после чего отверждение герметика проводят при температуре, равной средней эксплуатационной температуре теплоносителя в данной магистрали системы терморегулирования.

Вакуумирование внутренней полости магистрали после нанесения герметика до указанного давления обеспечивает более надежную герметизацию микротрещин и раковин, поскольку текучий герметик за счет перепада давлений между отсеком КО и магистралью пониженным давлением затекает в указанные микротрещины. При этом давление P_в выбирается из условия, что оно должно быть ниже давления отсека, причем, чем ниже, тем лучше герметизация. Однако при этом не должна нарушаться работоспособность системы. Отверждение герметика при температуре, равной средней температуре теплоносителя в данном участке магистрали, исключает отслоение отвержденного герметика от металла, поскольку отверждение герметика происходит при температуре его эксплуатации. При этом необходимо иметь в виду, что в условиях невесомости отсутствует растекание нанесенного герметика по поверхности металла.

Конкретную реализацию предложенного способа рассмотрим на примере герметизации решетки теплообменника системы терморегулирования спускаемого аппарата транспортного корабля "Союз".

В процессе испытаний одного из транспортных кораблей "Союз" в космических условиях было выявлено нарушение герметичности теплообменной решетки холодильного агрегата спускаемого аппарата. Визуально была обнаружена зона с возможным местом негерметичности. Место негерметичности находилось в гофрах теплообменной решетки и было по-видимому вызвано дефектами пайки.

Герметизация негерметичного участка магистрали, в котором давление выравнялось с давлением в отсеке КО, проводилось текучим герметиком на основе эпоксидной смолы, при этом сразу после нанесения герметика на поврежденную магистраль проводилось вакуумирование газовой полости пневмогидравлического компенсатора, поддерживающего рабочее давление в системе до давления 240 мм рт.ст., что обеспечивает устойчивую работу данного типа насосов (без кавитации). Давление воздуха в отсеке КО составляло P_отс = 760 мм рт.ст. При этом перепад давления между отсеком КО и магистралью, равный 520 мм рт.ст., достаточен для плотного закрытия герметиком микротрещин и пор герметизируемого участка. После этого магистраль включалась в обычный режим работы, при котором температура теплоносителя в загерметизированном участке устанавливалась на уровне 3...4^oC.

Таким образом, предложенный способ позволяет достаточно быстро и надежно загерметизировать поврежденный участок магистрали как с простой поверхностью, например трубопровод, так и сложной, такой как гофры теплообменников. При этом ремонтируемый элемент включался в работу сразу после нанесения герметика, тогда как в способе-прототипе после операции нанесения герметика на негерметичный участок система терморегулирования должна была находиться в выключенном состоянии еще несколько часов, поскольку циркуляция холодного теплоносителя не давала бы подогревать герметик до 50^oC от наружного источника тепла.

Способ предназначен для ремонтно-восстановительных работ при потере герметичности заправленных теплоносителем магистралей как в наземных условиях, так и экипажем космических объектов (КО) при устранении негерметичности в полете. Способ включает нанесение текучего герметика на негерметичный участок магистрали и его последующее отверждение, при этом после нанесения герметика вакуумируют магистраль системы терморегулирования до давления Р_B, выбираемого из соотношения Р_ОТС > Р_В > Р_MINДОП, где Р_ОТС - давление в отсеке КО, Р_MINДОП - минимально допустимое значение давления в системе терморегулирования, после чего отверждение герметика проводят при температуре, равной средней эксплуатационной температуре теплоносителя в данной магистрали системы терморегулирования. Предложенный способ позволяет достаточно быстро и надежно загерметизировать поврежденный участок магистрали как с простой поверхностью, например трубопровод, так и сложной, такой как гофры теплообменников.

Способ герметизации заправленной магистрали системы терморегулирования отсеков космических объектов, включающий нанесение текучего герметика на негерметичный участок магистрали и его последующее отверждение, отличающийся тем, что после нанесения герметика вакуумируют магистраль системы терморегулирования до давления Р_B, выбираемого из соотношения Р_ОТС > Р_В > P_MINДОП, где Р_ОТС - давление в отсеке КО, Р_MINДОП - минимально допустимое значение давления в системе терморегулирования, после чего отверждение герметика проводят при температуре, равной средней эксплуатационной температуре теплоносителя в данной магистрали системы терморегулирования.