УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕГЕРМЕТИЧНОСТИ ОБЪЕКТА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2002 года по МПК G01M3/08 

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к испытаниям изделий на герметичность, и может найти применение также в тех областях техники, где предъявляются повышенные требования к надежности изделий.

Известны устройство и реализованный на этом устройстве способ для обнаружения утечек в газопроводах, содержащие термодатчики, которые устанавливаются в трубопроводах по направлению движения потока, и по их показаниям судят о герметичности изделия [1].

Наиболее близкими по технической сущности к предлагаемым устройству и способу являются устройство и реализованный на этом устройстве способ для обнаружения утечек в газопроводах [2], содержащие теплоизолированную камеру, сообщенную с газопроводом, в которой размещен датчик температуры. Принцип работы устройства заключается в том, что при наличии в газопроводе утечки давление в нем падает, при этом падение давления распространяется в теплоизолированную камеру устройства, в которой теплоизоляция обуславливает адиабатический процесс расширения газа, сопровождающийся падением температуры, а о величине утечки судят по изменению температуры во времени.

Данное устройство и способ приняты заявителем за прототипы.

Недостатками аналога и прототипа является то, что при испытаниях на герметичность они не обеспечивают возможности определения предполагаемого места течи, а также не обладают высокой точностью испытаний из-за больших погрешностей при измерении температуры газа в газопроводе и в теплоизолированной камере, соединенной с газопроводом, вследствие неравномерности поля температур, обусловленных большими объемами газопровода и теплоизолированной камеры и турбулентностью газовых потоков.

Задачей изобретения является возможность определения места и количественного значения негерметичности с обеспечением высокой точности и надежности испытаний даже при наличии минимальной течи для объектов, находящихся в условиях перепада внутреннего и внешнего давлений, например, в условиях космического полета.

Указанный технический результат достигается за счет того, что:
- в предлагаемом устройстве определения негерметичности объекта, содержащем теплоизолированную камеру с датчиком температуры, в которую дополнительно установлен второй датчик температуры, а входная и выходная полости камеры разделены проходным сужающимся каналом с критическим сечением, причем, датчики температуры размещены соответственно во входной и выходной полостях, при этом входная полость камеры имеет возможность герметичного соединения со стенкой испытываемого объекта, а выходная полость камеры сообщена с системой вакуумирования, кроме того, во входной полости между датчиком температуры и стенкой объекта установлен экран-обтекатель;
- в предлагаемом способе определения негерметичности объекта, включающем измерение температуры газа на выходе теплоизолированной камеры, проводят измерение температуры во входной полости камеры и по разности температур во входной и выходной полостях судят о наличии негерметичности и ее местоположении, а по величине этой разности определяют количественное значение негерметичности;
- в предлагаемом способе определения негерметичности объекта, включающем измерение температуры газа на выходе теплоизолированной камеры, с целью определения места и количественного значения негерметичности при наличии минимальной течи входную полость камеры герметично соединяют со стенкой испытываемого объекта, предварительно вакуумируют полость камеры, далее с помощью запорной арматуры отсекают ее от системы вакуумирования и производят выдержку в течение фиксированного промежутка времени, после чего открытием запорной арматуры сообщают выходную полость камеры с вакуумной системой и одновременно измеряют температуру во входной и выходной полостях камеры.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Устройство определения негерметичности объекта содержит теплоизолированную камеру 2, которая имеет возможность герметичного соединения со стенкой 4 объекта испытания 1 посредством эластичной манжеты 3, образующей со стенкой объекта дополнительную вакуумную полость 5, связанную со штуцером вакуумирования дополнительной полости 6. Теплоизолированная камера 2 имеет входную полость 8 и выходную полость 9, которые разделены между собой проходным сужающимся каналом 10 с критическим сечением и по оси проточной части которых установлены чувствительные элементы датчиков температуры 11 и 12 (например, термопары), соединенные с вторичными приборами измерения температуры 13 и 14. Во входной полости теплоизолированной камеры 8 между датчиком температуры 11 и стенкой 4 объекта испытания 1 установлен экран-обтекатель 15. Входная полость 8 и выходная полость 9 теплоизолированной камеры 2 через штуцер вакуумирования дополнительной полости 6 и штуцер вакумирования теплоизолированной камеры 7 сообщены с вакуумной системой, состоящей из сети трубопроводов (на чертеже не обозначены) с запорной арматурой (запорными клапанами) 16-20, вакумной емкости 21, оснащенной мановакуумметром 22 и соединенной с вакуумным насосом (на чертеже не показан).

Для определения негерметичности объекта и местоположения негерметичности осуществляется последовательное контактное зондирование поверхности объекта в местах предполагаемой негерметичности.

При этом устройство работает следующим образом.

Производят предварительное вакуумирование емкости 21 до остаточного давления ~1•10^-3 мм рт.ст., соединяя ее с вакуумным насосом (на чертеже не показан) посредством открытия запорного клапана 20. Давление в вакуумной емкости 21 контролируется мановакуумметром 22. После этого запорный клапан 20 закрывают. Объем вакуумной емкости 21 выбирают в зависимости от масштаба выполняемых работ и от степени негерметичности испытываемого объекта 1, т.е. чем больше объем работ и негерметичность объекта, тем большего объема требуется вакуумная емкость. По мере достижения давления в вакуумной емкости значения ~5•10^-1 мм рт.ст. производят повторное ее вакуумирование.

После проведения подготовительных операций приступают к испытанию объекта на герметичность. В месте предполагаемой негерметичности к стенке 4 объекта испытания 1 прикладывают торцевую часть теплоизолированной камеры с эластичной манжетой 3 и создают при этом небольшое механическое поджатие рукой, после чего открывают запорный клапан 17 (запорный клапан 16 закрыт), соединяя при этом дополнительную вакуумную полость 5 через штуцер вакуумирования дополнительной полости 6 с вакуумной емкостью 21, обеспечивая тем самым герметичное соединение входной полости камеры 8 со стенкой 4 испытываемого объекта 1. Затем вакуумируют внутреннюю полость теплоизолированной камеры 2, для чего соединяют выходную полость камеры 9 через штуцер вакуумирования теплоизолированной камеры 7 с вакуумной емкостью 21 открытием запорного клапана 19 (запорный клапан 18 закрыт). При наличии негерметичности в данном месте стенки 4 происходит истечение газа из объекта 1, внутренняя полость которого находится под избыточным испытательным давлением, во входную полость камеры 8. Для выравнивания давления и поля температур истекаемого газа в докритической части теплоизолированной камеры 2 во входной полости камеры 8 перед датчиком температуры 11 устанавливают экран-обтекатель 15, представляющий из себя тонкостенную круглую пластину со сферической поверхностью, на периферии которой расположен ряд концентрических отверстий для прохода газа. Экран-обтекатель закрепляют на конической поверхности входной полости теплоизолированной камеры 8. Датчик температуры 11 совместно с вторичным прибором измерения температуры 13 измеряет температуру газа, заполняющего входную полость камеры 8. Под действием перепада давления газ истекает через критическое сечение 10, в результате чего происходит его адиабатическое расширение, сопровождаемое понижением температуры газа, которое фиксируется датчиком температуры 12, соединенным с вторичным прибором измерения температуры 14. О количественном значении негерметичности в данном месте объекта 1 судят по разности показаний температурных датчиков 11 и 12 и в соответствии с тарировочными характеристиками предлагаемого устройства определения негерметичности объекта, полученными при его предварительной тарировке на образцах-эталонах течи.

Для перестановки устройства определения негерметичности в другое место предполагаемой течи закрывают запорные клапаны 17 и 19 и открывают запорные клапаны 16 и 18.

Для нахождения на объекте 1 местоположения минимальных течей и определения их количественного значения проводят вышеперечисленные подготовительные операции по герметизации входной полости камеры 8 устройства со стенкой 4 испытываемого объекта 1. Затем вакуумируют внутреннюю полость теплоизолированной камеры 2, для чего соединяют выходную полость камеры 9 через штуцер вакуумирования теплоизолированной камеры 7 с вакуумной емкостью 21 открытием запорного клапана 19 (запорный клапан 18 закрыт), после чего запорный клапан 19 закрывают. При наличии течи в данном месте стенки 4 происходит натекание газа из объекта 1 во входную полость камеры 8, а через критическое сечение 10 происходит постепенное истечение газа в выходную полость камеры 9. В результате выдержки фиксированного промежутка времени внутренняя полость теплоизолированной камеры 2 заполняется определенным количеством газа, и, как следствие, в ней повышается давление. Во входной полости теплоизолированной камеры 8 измеряют температуру газа посредством датчика температуры 11 и соединенного с ним вторичного прибора измерения температуры 13. Затем открывают запорный клапан 19, соединяющий выходную полость камеры 9 с вакуумной емкостью 21. Под действием перепада давления происходит истечение газа через критическое сечение камеры 10, сопровождаемое его адиабатическим расширением, в результате чего происходит понижение температуры газа. В момент открытия запорного клапана 19 одновременно фиксируют значение температуры газа в выходной полости теплоизолированной камеры 9 датчиком температуры 12 и вторичным прибором измерения температуры 14. При этом о величине негерметичности, как и в первом случае, судят по разности показаний температурных датчиков 11 и 12 и в соответствии с тарировочными характеристиками устройства, полученными при его предварительной тарировке на образцах-эталонах малых течей.

Для повышения точности и надежности испытаний:
- объемы входной полости камеры 8, а также выходной полости камеры 9 и прилегающей к ней полости газопроводов до запорных клапанов 18 и 19 должны быть минимальными;
- диаметр критического сечения камеры 10 выбирается исходя из количественного значения предполагаемой негерметичности исследуемого объекта, т.е. чем меньше предполагаемая течь, тем меньше должен быть конструктивно выполняемый диаметр критического сечения;
- датчик температуры 12, регистрирующий значение температуры газа в выходной полости камеры 9, должен располагаться как можно ближе к критическому сечению камеры.

Использование предлагаемого устройства и способа определения негерметичности объекта дает следующие положительные результаты:
а) определение места и количественного значения негерметичности даже при наличии минимальной течи;
б) повышение точности и надежности испытаний на герметичность;
в) относительная простота и дешевизна устройства и способа определения негерметичности.

Предлагаемое устройство и способ определения негерметичности объекта могут иметь широкое практическое применение для получения достоверных результатов при испытании на герметичность особо ответственных объектов, к которым предъявляются повышенные эксплуатационные требования и, в частности, могут быть использованы для проведения локального ремонта и устранения негерметичности на эксплуатируемых космических объектах, что особенно важно в условиях длительных космических экспедиций.

Источники информации
1. Патент США 3304764, кл.73-46, 1964.

2. Патент СССР 826976, кл. G 01 М 3/08, публ. 05.05.81.

Изобретение относится к области испытательной техники и направлено на обеспечение высокой точности и надежности испытаний даже при наличии минимальной течи простым и дешевым способом. Изобретение осуществляется с помощью теплоизолированной камеры, внутренняя полость которой образована входной и выходной полостями, разделенными проходным сужающимся каналом с критическим сечением. Два датчика температуры размещены во входной и выходной полостях камеры. Входная полость камеры выполнена с возможностью герметичного соединения со стенкой испытываемого объекта, а выходная полость камеры сообщена с вакуумной системой, кроме того, во входной полости между датчиком температуры и стенкой объекта установлен экран-обтекатель. Производят измерение температуры отдельно во входной и выходной полостях камеры и по разности этих температур судят о наличии негерметичности и ее местоположении, а по величине этой разности определяют количественное значение негерметичности. Для определения негерметичности объекта при минимальной течи теплоизолированную камеру вакуумируют на объекте, затем отсекают ее от системы вакуумирования и производят выдержку в течение фиксированного промежутка времени, после чего сообщают камеру с вакуумной системой и одновременно измеряют температуру газа во входной и выходной полостях камеры, и по разности этих температур судят о наличии негерметичности и ее местоположении, а по величине этой разности определяют количественное значение негерметичности. 3 с. п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство определения негерметичности объекта, содержаащее теплоизолированную камеру, во внутренней полости которой размещен датчик температуры, отличающееся тем, что внутренняя полость камеры образована входной и выходной полостями, разделенными проходным сужающимся каналом с критическим сечением, дополнительно введен второй датчик температуры, причем датчики температуры размещены во входной и выходной полостях камеры, при этом входная полость камеры выполнена с возможностью герметичного соединения со стенкой испытываемого объекта, а выходная полость камеры сообщена с вакуумной системой, кроме того, во входной полости между датчиком температуры и стенкой объекта установлен экран-обтекатель. 2. Способ определения негерметичности объекта с помощью теплоизолированной камеры, включающий измерение темперауры газа во внутренней полости теплоизолированной камеры, отличающийся тем, что внутреннюю полость теплоизолированной камеры выполняют с входной и выходной полостями, разделенными проходным сужающимся каналом с критическим сечением, а темперауру измеряют отдельно во входной и выходной полостях камеры и по разности этих температур судят о наличии негерметичности и ее местоположении, а по величине этой разности определяют количественное значение негерметичности. 3. Способ определения негерметичности объекта с помощью теплоизолированной камеры, включающий измерение температуры газа во внутренней полости теплоизолированной камеры, отличающийся тем, что внутреннюю полость теплоизолированной камеры выполняют с входной и выходной полостями, разделенными проходным сужающимся каналом с критическим сечением, и для определения негерметичности объекта при минимальной течи теплоизолированную камеру вакуумируют на объекте, затем отсекают ее от системы вакуумирования и производят выдержку в течение фиксированного промежутка времени, после чего сообщают камеру с вауумной системой и одновременно измеряют температуру газа во входной и выходной полостях камеры, и по разности этих температур судят о наличии негерметичности и ее местоположении, а по величине этой разности определяют количественное значение негерметичности.