Изобретение относится к космической технике, конкретно к способам заправки теплоносителем гидравлических систем терморегулирования космических аппаратов, снабженных гидропневматическими компенсаторами, при их наземной подготовке. Способ является составной частью общего технологического процесса заправки таких систем рабочими телами.
Изобретение может быть использовано на предприятиях, занимающихся изготовлением и эксплуатацией космической техники, или в других отраслях промышленности, где предъявляются повышенные требования к качеству заправки рабочими телами гидравлических систем, в состав которых входит гидропневматический компенсатор или аналогичное устройство (например, гидроаккумулятор).
В течение последних десятилетий в отечественной космической практике созданы и успешно эксплуатируются гидравлические системы терморегулирования. Основу таких систем составляет замкнутая гидромагистраль, заполненная промежуточным теплоносителем и снабженная гидропневматическим компенсатором для компенсации температурного изменения объема теплоносителя. Компенсатор представляет собой сферическую или цилиндрическую емкость, герметично разделенную на две полости - жидкостную и газовую - подвижным разделителем сред. Обычно в качестве таких разделителей используют эластичную резиновую мембрану или объемный металлический сильфон. Жидкостная полость такого компенсатора подключается к гидромагистрали системы, а газовая полость заправляется азотом или воздухом с определенным давлением. Компенсация температурного изменения объема теплоносителя обеспечивается за счет сжатия (расширения) газа в газовой полости компенсатора, которое сопровождается соответствующим изменением давления в гидромагистрали.
В настоящее время такие системы используются на модулях “Звезда” и “Пирс”, функциональном грузовом блоке “Заря” Российского сегмента Международной космической станции. Транспортные пилотируемые и грузовые корабли “Союз-ТМ” и “Прогресс-М” также оснащены системами подобного типа (см., например, “Космические аппараты”, под общей редакцией К.П.Феоктистова, Москва, Военное издательство, 1983 год, стр.213-215).
Известен способ заправки гидравлических систем самолетов и вертолетов (см. “Монтаж и испытания гидравлических и пневматических систем на летательных аппаратах”, Сапожников В.М., Машиностроение, Москва, 1972 г., стр.152-165).
Способ предусматривает подключение к системе наземного стенда (заправщика) и предварительное заполнение гидромагистрали рабочей жидкостью с последующим созданием рабочего давления в системе, которое позволяет прокачивать жидкость через гидромагистраль. Окончательное заполнение гидромагистрали системы рабочей жидкостью с одновременным удалением воздуха обеспечивается многократным (до 5-10 раз) срабатыванием исполнительных механизмов (например, силовых гидроцилиндров уборки и выпуска шасси), входящих в состав заправляемой системы.
К недостаткам способа следует отнести необходимость многократного срабатывания силовыми исполнительными механизмами в процессе заправки системы и отсутствие операции предварительного вакуумирования гидромагистрали. Для заправки систем, где такие механизмы отсутствуют (например, систем терморегулирования), этот способ применяться не может, так как он не гарантирует в этом случае полное удаление воздуха из гидромагистрали и 100%-ное заполнение жидкостной полости компенсатора.
Для осуществления этого способа используется устройство (гидрозаправщик), принципиальная схема которого приведена в указанном выше источнике на стр. 157 (рис. 84). Устройство содержит бак, открытый на окружающую атмосферу; гидронасос, манометр, фильтры, предохранительный и обратный клапаны, вентиль (регулируемый дроссель).
Устройство обеспечивает принудительную подачу жидкости (рабочего тела) в систему с помощью гидронасоса. После предварительного заполнения системы жидкостью давление в ней повышается до уровня срабатывания предохранительного клапана и жидкость перепускается обратно в заправочный бак. Насос при этом продолжает работать, поддерживая необходимое рабочее давление в системе. Окончательное заполнение системы жидкостью производят путем срабатывания силовыми исполнительными механизмами, входящими в состав самой заправляемой системы, при этом воздух, находящийся в системе, через вентиль и предохранительный клапан вместе с теплоносителем попадает в заправочный бак и удаляется в окружающую атмосферу.
К главным недостаткам устройства относятся:
- отсутствие в составе устройства средств, обеспечивающих предварительное удаление воздуха из системы (вакуумирование системы); поэтому устройство может применяться для заправки гидросистем, где имеются исполнительные механизмы, с помощью которых можно удалять воздух в процессе заправки (путем многократного срабатывания этими механизмами). Для заправки гидравлических систем, где такие механизмы отсутствуют, это устройство использоваться не может;
- так как заправочный бак открыт на окружающую атмосферу, устройство может обеспечивать заправку гидромагистралей только недеаэрированным рабочим телом, что недопустимо для систем терморегулирования космических аппаратов из-за специфики их работы.
Известен способ заправки систем терморегулирования космических аппаратов по авторскому свидетельству СССР № 1830856.
Способ основан на передавливании деаэрированного теплоносителя в заправляемую систему под действием перепада давлений в газовых полостях емкости с теплоносителем и компенсатора заправляемой системы и предназначен, в основном, для дозаправки гидравлических систем пилотируемых космических аппаратов в полете. Способ предусматривает предварительное создание в газовых полостях емкости и компенсатора дозаправляемой системы давления, равного давлению атмосферы обитаемого отсека космического аппарата, с последующим снижением давления в газовой полости компенсатора до необходимого уровня (определяется по приведенному в формуле изобретения математическому соотношению в зависимости от дозы дозаправляемого теплоносителя, объема газовой полости компенсатора системы и абсолютного давления атмосферы обитаемого отсека) и передавливание теплоносителя в дозаправляемую систему давлением атмосферы обитаемого отсека.
К недостатку способа относится отсутствие контрольных операций по проверке объема теплоносителя, дозаправленного в систему, которое обусловлено необходимостью сокращения рабочего времени экипажа и относительной простотой проводимой работы.
В состав устройства для реализации этого способа входят: двухполостная емкость с запасом теплоносителя, бортовой источник низкого давления (ручной или электромеханический вакуум-насос) и манометр абсолютного давления.
К недостаткам устройства относятся:
- отсутствие средств контроля объема теплоносителя, фактически дозаправленного в систему;
- устройство ограничено в применении номенклатурой теплоносителей, так как оно предназначено для работы внутри обитаемых отсеков космических аппаратов (устройство не содержит средств, обеспечивающих работу с агрессивными жидкостями).
Известен также способ заправки теплоносителем гидравлических систем терморегулирования космических аппаратов по авторскому свидетельству СССР №1797245 от 27.06.1999 г. (заявка № 2215513 от 17.02.1977 г.), принятый автором за прототип.
Способ предусматривает операции по вакуумированию внутренних полостей гидромагистралей системы, снабженной гидропневматическим компенсатором, заполнению их деаэрированным теплоносителем путем вытеснения его из бака заправщика давлением газа, растворению остаточного воздуха из невентилируемых при вакуумировании участков гидромагистралей за счет создания циркуляции теплоносителя в системе, а также тарированный слив теплоносителя из компенсатора и установку рабочего давления в системе.
Этот способ, разработанный во второй половине семидесятых годов прошедшего века, применяется до настоящего времени для заправки гидравлических систем терморегулирования практически всех космических аппаратов отечественного производства.
Основной недостаток способа состоит в том, что заполнение гидромагистралей и жидкостной полости гидропневматического компенсатора системы теплоносителем производится одновременно, без контроля количества жидкости, поступившей в компенсатор (измеряется лишь общее количество жидкости, вытесненное из бака в систему), поэтому способ предполагает строгое выполнение всех требований технологического процесса, включая точное соблюдение времени проведения каждой отдельной операции, так как в результате какого-либо нарушения технологии в компенсатор может быть заправлено меньше теплоносителя, чем потребуется его слить из системы перед установкой рабочего давления. При существующей технологии заправки это может быть обнаружено только перед проведением операции тарированного слива теплоносителя из системы. В случае обнаружения допущенной ошибки, потребуется возвращение к началу заправки и повторения всех последующих операций, что отнимет достаточно много времени (~18-20 ч). Если же допущенная ошибка по какой-либо причине не будет обнаружена, то это приведет к выходу системы из строя на орбите (после выхода температуры теплоносителя на расчетный режим; такой случай, например, имел место с космическим аппаратом “Экран” в феврале - марте 1979 г).
Этот способ может быть реализован, например, с помощью устройств, схемы которых приведены в книге В.М.Сапожникова “Монтаж и испытания гидравлических и пневматических систем на летательных аппаратах”, М.: Машиностроение, стр.158-159.
За прототип устройства выбран стенд для заправки гидросистем летательных аппаратов, снабженных гидроаккумулятором (аналог гидропневматического компенсатора), схема которого приведена на рис. 85, стр.158. Стенд предназначен для закрытой заправки гидросистем теплоносителем путем его вытеснения из заправочного бака давлением газа, редуцируемого из баллона высокого давления, в предварительно отвакуумированную магистраль. При этом дренирование теплоносителя из системы не предусмотрено.
В состав стенда входят заправочный бак, гидромагистраль для подачи рабочего тела в заправляемую гидросистему, содержащая гидравлический фильтр, вентильную арматуру, обратный клапан и заправочный штуцер, а также элементы пневмосистемы, обеспечивающей вытеснение теплоносителя из бака заправщика. К этим элементам относятся: газовый баллон, обратный клапан, зарядный штуцер, фильтр, газовые редукторы, предохранительный клапан, манометр и вентильная арматура.
Главный недостаток этого устройства состоит в одновременной заправке гидромагистрали системы и жидкостной полости гидроаккумулятора (аналог гидропневматического компенсатора) без раздельного контроля количества жидкости, заправленной в гидроаккумулятор и гидромагистраль.
Задачей настоящего изобретения является повышение качества заправки гидравлических систем теплоносителями за счет раздельного и гарантированного заполнения теплоносителем гидромагистрали системы и жидкостной полости гидропневматического компенсатора с проведением пооперационного контроля выполненных работ.
Поставленная задача решается тем, что в известном способе заправки теплоносителем гидравлической системы терморегулирования космического аппарата, снабженной гидропневматическим компенсатором, включающем заполнение предварительно отвакуумированной гидромагистрали системы деаэрированным теплоносителем путем вытеснения его давлением газа из бака заправщика, перед вытеснением теплоносителя в гидромагистраль системы создают в газовой полости гидропневматического компенсатора давление, большее, чем давление вытесняющего газа над зеркалом теплоносителя в баке заправщика, а после вытеснения теплоносителя в гидромагистраль системы, сообщают газовую полость гидропневматического компенсатора с окружающей атмосферой и заполняют жидкостную полость гидропневматического компенсатора теплоносителем, после чего нагружают систему максимально допустимым технологическим давлением, выбираемым из условия сохранения прочностных характеристик системы и создаваемым газом над зеркалом теплоносителя в баке заправщика, а затем измеряют минимальный свободный объем газовой полости гидропневматического компенсатора и при совпадении величины измеренного объема с соответствующим паспортным значением делают заключение о полной заправке теплоносителем жидкостной полости гидропневматического компенсатора и всей системы в целом.
В устройстве для заправки теплоносителем гидравлической системы терморегулирования космического аппарата, снабженной гидропневматическим компенсатором, состоящем из бортовых клапанов и наземного оборудования, включающего заправщик с дренажно-заправочными магистралями, содержащими наземные элементы управления упомянутыми клапанами, вакуумный агрегат, а также источник давления газа, при этом заправщик содержит заправочный бак, сообщенный через вентиль подачи рабочего тела с бортовым заправочным клапаном, и пневмомагистраль с расположенными в ней вентилем подачи газа в заправщик, газовым редуктором и приборами для измерения давления газа, связанную через вентиль наддува с заправочным баком и через вентиль сброса давления с окружающей атмосферой, причем вентиль подачи газа в заправщик, расположенный на входе в газовый редуктор, сообщен с источником давления газа, в состав заправщика дополнительно введен дренажный бак, первая и вторая жидкостные сливные магистрали, снабженные первым и вторым перекрывными вентилями, связывающие дренажный бак через дренажные магистрали с бортовыми жидкостными дренажными клапанами, при этом внутренняя полость дренажного бака сообщена с вакуумным агрегатом и через отсечной вентиль связана с заправочным баком, пневмомагистраль заправщика через заправочный газовый вентиль, установленный за газовым редуктором, дополнительно сообщена с бортовым дренажным клапаном газовой полости гидропневматического компенсатора, а в состав наземного оборудования включена эталонная емкость с подключенными к ней манометром абсолютного давления, первым и вторым запорными вентилями, через первый из которых внутренняя полость эталонной емкости сообщена с окружающей атмосферой, а через второй запорный вентиль она подключена к дренажно-заправочной магистрали, связывающей пневмомагистраль заправщика с бортовым дренажным клапаном газовой полости гидропневматического компенсатора.
Технический результат при использовании предложенного способа заправки теплоносителем гидравлической системы терморегулирования космического аппарата, снабженной гидропневматическим компенсатором, достигается за счет того, что в отличие от существующих в настоящее время аналогичных способов, он обеспечивает:
- раздельное и поочередное заполнение теплоносителем гидромагистрали системы терморегулирования и жидкостной полости гидропневматического компенсатора с контролем количества теплоносителя, заправленного как в систему, так и отдельно в гидропневматический компенсатор, что значительно повышает качество и надежность заправки;
- более полное заполнение теплоносителем микрозазоров в агрегатах и тупиковых участков системы за счет интенсивного растворения в теплоносителе находящегося в них остаточного воздуха при повышенном давлении. Это позволяет в дальнейшем сократить время специальной операции по растворению остаточного воздуха в системе;
- исключение возможности обратного вытеснения теплоносителя из гидропневматического компенсатора в заправочный бак заправщика в процессе измерения минимального свободного объема газовой полости гидропневматического компенсатора после его заполнения, так как давление теплоносителя в компенсаторе в процессе измерения его минимального свободного объема равно максимально-допустимому для системы технологическому значению, выбираемому из условия сохранения прочностных характеристик системы, что всегда превышает давление в газовой полости гидропневматического компенсатора при измерении его минимального свободного объема. Это также повышает надежность процесса заправки.
Предложенный способ заправки, устройство для осуществления способа и его работу рассмотрим на примере заправки гидравлической системы терморегулирования жилых отсеков транспортного пилотируемого корабля “Союз-ТМ” во время его подготовки на техническом комплексе космодрома (краткое описание системы терморегулирования этого корабля приведено, например, в книге “Космические аппараты”, под общей редакцией К.П.Феоктистова, Москва, Военное издательство, 1983 г., стр.213-215).
Пневмогидравлическая схема устройства для заправки этой гидравлической системы терморегулирования приведена на чертеже, где обозначены:
1 - гидромагистраль системы;
2 - транспортный корабль;
3 - гидропневматический компенсатор;
4 - ограничительная решетка газовой полости;
5 - эластичная мембрана;
6 - ограничительная решетка жидкостной полости;
7 - бортовой заправочный клапан;
8 - наземный элемент управления бортовым заправочным клапаном;
9 - бортовой технологический клапан;
10 - первый бортовой жидкостный дренажный клапан;
11 - наземный элемент управления первым бортовым жидкостным дренажным клапаном;
12 - первая дренажная магистраль;
13 - второй бортовой жидкостный дренажный клапан;
14 - наземный элемент управления вторым бортовым жидкостным дренажным клапаном;
15 - вторая дренажная магистраль;
16 - бортовой дренажный клапан газовой полости гидропневматического компенсатора;
17 - наземный элемент управления бортовым дренажным клапаном газовой полости гидропневматического компенсатора;
18 - дренажно-заправочная магистраль;
19 - манометр абсолютного давления;
20 - эталонная емкость;
21 - первый запорный вентиль;
22 - второй запорный вентиль;
23 - заправщик;
24 - манометр заправочного бака;
25 - первый манометр пневмомагистрали;
26 - второй манометр пневмомагистрали;
27 - заправочный газовый вентиль;
28 - вентиль сброса давления;
29 - штуцер сброса давления;
30 - первая жидкостная сливная магистраль;
31 - вторая жидкостная сливная магистраль;
32 - первый перекрывной вентиль;
33 - второй перекрывной вентиль;
34 - дренажный бак;
35 - вакуумный агрегат;
36 - вакуумный насос;
37 - вакуумный вентиль;
38 - трубопровод откачки газа;
39 - прибор для измерения вакуума;
40 - мерное стекло дренажного бака;
41 - вентиль подачи газа в заправщик;
42 - пневмомагистраль;
43 - газовый редуктор;
44 - мановакуумметр;
45 - отсечной вентиль;
46 - мерное стекло заправочного бака;
47 - вентиль подачи рабочего тела;
48 - заправочная газовая магистраль;
49 - заправочный бак;
50 - источник давления газа;
51 - вентиль наддува;
52 - жидкостная заправочная магистраль.
Гидромагистраль системы 1 транспортного корабля 2 содержит гидропневматический компенсатор 3, который представляет собой сферическую емкость, разделенную эластичной мембраной 5 на две полости - газовую и жидкостную. Каждая полость снабжена решеткой, ограничивающей перемещение эластичной мембраны 5 в крайних положениях - ограничительной решеткой газовой полости 4 и ограничительной решеткой жидкостной полости 6. Решетки выполнены, например, в виде полусфер.
Гидромагистраль системы 1 имеет в своем составе бортовой заправочный клапан 7, бортовой технологический клапан 9, первый и второй бортовые жидкостные дренажные клапаны соответственно 10 и 13, а также бортовой дренажный клапан газовой полости гидропневматического компенсатора 16. Бортовой заправочный клапан 7 предназначен для подачи теплоносителя в гидромагистраль системы 1; первый бортовой жидкостный дренажный клапан 10 и второй бортовой жидкостный дренажный клапан 13 предназначены для дренирования теплоносителя из гидромагистрали системы 1 в процессе заправки, а бортовой дренажный клапан газовой полости гидропневматического компенсатора 16 предназначен для подачи (стравливания) газа в газовую полость гидропневматического компенсатора 3. Бортовой технологический клапан 9 используется только в процессе заправки гидромагистрали системы 1 с целью обеспечения ее последовательного заполнения теплоносителем.
Все упомянутые клапаны 7, 10, 13, 16 представляют собой подпружиненные обратные устройства, открытие (закрытие) которых производится наземными элементами управления этими клапанами (соответственно 8, 11, 14, 17), исполнительные органы которых могут быть выполнены, например, в виде штоков-толкателей, входящими в состав заправочно-дренажных магистралей (соответственно 52, 12, 15, 18) заправщика 23. Бортовой технологический клапан 9 открывается и закрывается непосредственно вручную.
Бортовой заправочный клапан 7 герметично связан жидкостной заправочной магистралью 52 с вентилем подачи рабочего тела 47 заправщика 23, первый бортовой жидкостный дренажный клапан 10 герметично связан первой дренажной магистралью 12 с первой жидкостной сливной магистралью 30 заправщика 23; второй бортовой жидкостный дренажный клапан 13 герметично связан второй дренажной магистралью 15 со второй жидкостной сливной магистралью 31 заправщика 23, бортовой дренажный клапан газовой полости гидропневматического компенсатора 16 герметично связан дренажно-заправочной магистралью 18 с заправочным газовым вентилем 27 пневмомагистрали 42 заправщика 23. К моменту начала заправки бортовой заправочный клапан 7, первый и второй бортовые жидкостные дренажные клапаны 10, 13, бортовой дренажный клапан газовой полости гидропневматического компенсатора 16 и бортовой технологический клапан 9 закрыты. Закрыты также вентиль подачи рабочего тела 47, первый и второй перекрывные вентили 32 и 33, заправочный газовый вентиль 27 заправщика 23.
Заправщик 23 представляет собой передвижной агрегат, оснащенный необходимой арматурой, дренажно-заправочными магистралями, средствами управления и контроля давлением газа, позволяющими осуществлять и контролировать весь технологический процесс заправки. Заправщик 23 имеет в своем составе два бака - заправочный бак 49 и дренажный бак 34. Оба бака снабжены мерными стеклами - соответственно мерным стеклом заправочного бака 46 и мерным стеклом дренажного бака 40, которые позволяют контролировать количество теплоносителя в баках в любой момент заправки. Внутренние полости обоих баков связаны между собой через отсечной вентиль 45.
При подготовке заправщика к работе в заправочный бак 49 заливается теплоноситель в количестве, достаточном для заправки системы терморегулирования конкретного космического аппарата, и проводится его деаэрация; в дренажный бак 34 в процессе заправки гидромагистрали системы 1 производится дренаж теплоносителя.
В состав заправщика 23 входит пневмомагистраль 42, связанная через вентиль подачи газа в заправщик 41 заправочной газовой магистралью 48 с наземным источником давления газа 50. В пневмомагистрали 42 установлен газовый редуктор 43, редуцирующий до необходимого уровня давление газа. Выход газового редуктора 43 связан: через вентиль наддува 51 с заправочным баком 49; через вентиль сброса давления 28 с окружающей атмосферой и через заправочный газовый вентиль 27 с дренажно-заправочной магистралью 18.
В качестве источника давления газа 50 обычно используется промышленная пневмосеть азота низкого давления, пневмощит, который расположен в районе стапеля, где находится космический аппарат во время заправки. Пневмощит содержит манометры, раздаточную вентильную арматуру, обеспечивающую подачу азота в линию потребителя, и настраиваемый предохранительный клапан.
Контроль давления газа на выходе из газового редуктора 43 осуществляется с помощью первого манометра пневмомагистрали 25, давление газа в заправочном баке 49 контролируется манометром заправочного бака 24, а давление в газовой полости гидропневматического компенсатора 3 в процессе заправки контролируется вторым манометром пневмомагистрали 26, установленным после заправочного газового вентиля 27.
К дренажному баку 34 с помощью трубопровода откачки газа 38 подключен вакуумный агрегат 35, основным функциональным элементом которого является вакуумный насос 36, на входе в который установлен вакуумный вентиль 37. Вакуумный агрегат 35 предназначен для вакуумирования внутренней полости заправочного бака 49 в процессе деаэрации теплоносителя (вакуумирование проводится через дренажный бак 34) и для вакуумирования гидромагистрали системы 1 в процессе заправки ее теплоносителем. Контроль давления в заправочном 49 и дренажном 34 баках во время вакуумирования ведется с помощью мановакуумметра 44 и прибора для измерения вакуума 39. Вакуумный агрегат 35 снабжен также пультом управления и подключен к промышленной сети наземного электропитания.
Для измерения объемов газовой полости гидропневматического компенсатора 3 на различных этапах заправки в составе наземного оборудования предусмотрена эталонная емкость 20, снабженная двумя запорными вентилями. Первый запорный вентиль 21 связывает внутреннюю полость эталонной емкости 20 с окружающей атмосферой, а через второй запорный вентиль 22 она подключена к дренажно-заправочной магистрали 18. Объем внутренней полости эталонной емкости 20 с необходимой точностью измерен на заводе-изготовителе, давление в эталонной емкости контролируется манометром абсолютного давления 19.
К началу заправки гидромагистрали системы 1 теплоносителем транспортный корабль 2 находится в вертикальном положении в стапеле монтажного зала технического комплекса космодрома. Заправщик 23 и вакуумный агрегат 35 расположены рядом со стапелем на ~2 м ниже уровня бортового заправочного клапана 7 (нижняя точка гидромагистрали системы 1). Верхняя точка гидромагистрали системы 1 расположена на высоте ~8 м от уровня бортового заправочного клапана 7. Схема заправки полностью собрана и проверена на герметичность, все вентили заправщика 23, эталонной емкости 20 и вакуумного агрегата 35 закрыты.
В заправочный бак 49 заправщика 23 залит теплоноситель в необходимом для заправки количестве, теплоноситель деаэрирован. Давление газа (смесь воздуха с насыщенными парами теплоносителя) над зеркалом теплоносителя в заправочном баке 49 находится на уровне, достигнутом к моменту окончания деаэрации теплоносителя (25-35 мм рт.ст.). Дренажный бак 34 промыт и высушен, в баке находится воздух с давлением окружающей атмосферы.
Заправку начинают с вакуумирования гидромагистрали системы 1. Для этой цели с помощью наземного элемента управления первым бортовым жидкостным дренажным клапаном 11 открывают первый бортовой жидкостный дренажный клапан 10, а с помощью наземного элемента управления вторым бортовым жидкостным дренажным клапаном 14 открывают второй бортовой жидкостный дренажный клапан 13; затем открывают первый перекрывной вентиль 32 и второй перекрывной вентиль 33 заправщика 23. Таким образом, внутренняя полость гидромагистрали системы 1 оказывается сообщенной с внутренней полостью дренажного бака 34.
После этого включают вакуумный насос 36, открывают вакуумный вентиль 37 вакуумного агрегата 35 и приступают к вакуумированию внутренней полости дренажного бака 34, а через него, и внутренней полости гидромагистрали системы 1.
Контроль вакуумирования ведут с помощью мановакуумметра 44 заправщика 23 и прибора для измерения вакуума 39.
Пока ведется вакуумирование гидромагистрали системы 1, заправочный бак 49 наддувают газом (азотом) до необходимого давления, величина которого должна превышать суммарное гидростатическое давление столба теплоносителя в гидромагистрали системы 1 и в жидкостной заправочной магистрали 52. Учитывая относительное пространственное расположение транспортного корабля 2, заправщика 23 и удельную массу заправляемого теплоносителя (основа - водяной раствор глицерина), избыточное давление вытесняющего газа в заправочном баке 49 выбирают на уровне ~1,1 кгс/см2.
Для наддува заправочного бака 49 до указанного давления открывают вентиль подачи газа в заправщик 41 и настраивают газовый редуктор 43 на давление ~1,5 кгс/см2 (контроль настройки осуществляют по первому манометру пневмомагистрали 25), после чего открывают вентиль наддува 51. Контроль наддува ведут по манометру заправочного бака 24; при достижении давлением газа значения ~1,1 кгс/см2 вентиль наддува 51 закрывают.
После достижения в дренажном баке 34 устойчивого вакуума в диапазоне 0,5-1,0 мм рт.ст. производят наддув газовой полости гидропневматического компенсатора 3 газом до давления, большего, чем установленное давление газа в заправочном баке 49. Для этой цели с помощью наземного элемента управления бортовым дренажным клапаном газовой полости гидропневматического компенсатора 17 открывают бортовой дренажный клапан газовой полости гидропневматического компенсатора 16, а затем открывают заправочный газовый вентиль 27 и наддувают газовую полость гидропневматического компенсатора 3 до давления 1,3-1,4 кгс/см2 (контроль ведут по второму манометру пневмомагистрали 26); после этого закрывают заправочный газовый вентиль 27 и бортовой дренажный клапан газовой полости гидропневматического компенсатора 16. Так как в гидромагистрали системы 1 создан вакуум 0,5-1,0 мм рт.ст., а в газовой полости гидропневматического компенсатора 3 установлено давление 1,3-1,4 кгс/см2, то эластичная мембрана 5 жестко фиксируется на ограничительной решетке жидкостной полости 6.
После этого приступают к заполнению гидромагистрали системы 1 теплоносителем. Предварительно с помощью наземного элемента управления бортовым заправочным клапаном 8 открывают бортовой заправочный клапан 7 и вакуумируют жидкостную заправочную магистраль 52 от бортового заправочного клапана 7 до вентиля подачи рабочего тела 47 заправщика 23. После этого бортовой заправочный клапан 7 закрывают.
Далее по мерному стеклу заправочного бака 46 фиксируют объем теплоносителя, находящегося в заправочном баке 49, и открывают вентиль подачи рабочего тела 47; давлением газа, созданным в заправочном баке 49, теплоноситель вытесняется из заправочного бака 49 в жидкостную заправочную магистраль 52, заполняя ее до бортового заправочного клапана 7. По мерному стеклу заправочного бака 46 определяют объем теплоносителя, вытесненного в жидкостную заправочную магистраль 52.
После этого, на фоне продолжающего вакуумирования дренажного бака 34, вновь открывают бортовой заправочный клапан 7 и начинают заправку собственно гидромагистрали системы 1 путем вытеснения теплоносителя из заправочного бака 49. Контроль вытеснения теплоносителя ведут по мерному стеклу заправочного бака 49; в процессе вытеснения теплоносителя в гидромагистраль системы 1 с помощью вентиля наддува 51 в заправочном баке 49 поддерживают постоянное избыточное давление газа на уровне ~1,1 кг/см2. Давление в заправочном баке 49 контролируют с помощью манометра заправочного бака 24.
Так как бортовой технологический клапан 9 гидромагистрали системы 1 закрыт, вытесняемый теплоноситель проходит последовательно через эту магистраль и после ее заполнения через первый бортовой жидкостный дренажный клапан 10 и второй бортовой жидкостный дренажный клапан 13 поступает соответственно в первую и вторую дренажные магистрали 12, 15. Пройдя эти магистрали теплоноситель поступает в заправщик 23 и через первую и вторую жидкостные сливные магистрали 30, 31 и открытые первый и второй перекрывные вентили 32, 33 проливается в дренажный бак 34. Сплошность потока проливаемого теплоносителя контролируется, например, визуально через специальные прозрачные “окна”, выполненные в первой и второй жидкостных сливных магистралях 30, 31 и расположенные на лицевой панели заправщика 23, или с помощью датчиков сплошности потока, устанавливаемых в упомянутых магистралях 30, 31, по уровню сигнала на отдельном пульте. При отсутствии в потоке проливаемого теплоносителя газовых включений поочередно закрывают первый и второй перекрывные вентили 32, 33 заправщика 23, выключают вакуумный насос 36 и закрывают вакуумный вентиль 37 вакуумного агрегата 35. Закрывают также вентиль наддува 51 (если к этому времени он был открыт).
Далее приступают к заполнению теплоносителем жидкостной полости гидропневматического компенсатора 3. Предварительно фиксируют по мерному стеклу заправочного бака 46 количество теплоносителя, оставшееся в заправочном баке 49 после заправки гидромагистрали системы 1. Затем снимают герметичную заглушку со штуцера сброса давления 29, закрывают вентиль подачи газа в заправщик 41, открывают заправочный газовый вентиль 27 и вентиль сброса давления 28. После этого с помощью наземного элемента управления бортовым дренажным клапаном газовой полости гидропневматического компенсатора 17 открывают бортовой дренажный клапан газовой полости гидропневматического компенсатора 16, сообщая тем самым газовую полость гидропневматического компенсатора 3 с окружающей атмосферой.
Так как в заправочном баке 49 сохранилось избыточное давление газа ~1,1 кг/см2, теплоноситель из заправочного бака 49 вытесняется в жидкостную полость гидропневматического компенсатора 3, при этом в ходе заполнения жидкостной полости теплоносителем эластичная мембрана 5 перекладывается в сторону ограничительной решетки газовой полости 4. Контроль заполнения жидкостной полости гидропневматического компенсатора 3 теплоносителем ведется по мерному стеклу заправочного бака 46 (снижение уровня теплоносителя) и по снижению давления газа в заправочном баке 49 (контроль по манометру заправочного бака 24). После того, как гидропневматический компенсатор 3 заполнится теплоносителем, эластичная мембрана 5 будет “выложена” на ограничительную решетку газовой полости 4.
После завершения этой операции закрывают вентиль сброса давления 28, на штуцер сброса давления 29 устанавливают герметичную заглушку и закрывают заправочный газовый вентиль 27.
Факт 100%-ного заполнения гидропневматического компенсатора 3 фиксируют по стабилизации уровня теплоносителя в заправочном баке 49 на расчетной отметке мерного стекла заправочного бака 46 и по прекращению снижения давления по манометру заправочного бака 24. Количество теплоносителя, заправленного в гидропневматический компенсатор 3, определяют по разности уровней теплоносителя в заправочном баке 49 до и после начала этой операции.
Далее нагружают гидромагистраль системы 1 максимально-допустимым технологическим давлением со стороны заправщика 23. Величина этого давления выбирается из условия сохранения прочностных характеристик системы и для систем подобного класса обычно составляет ~80% от испытательного давления на прочность.
Для создания этого технологического давления открывают вентиль подачи газа в заправщик 41, перенастраивают газовый редуктор 43 на избыточное давление 3,0 кгс/см2 (контроль ведется по первому манометру пневмомагистрали 25), открывают вентиль наддува 51 и наддувают заправочный бак 49 до избыточного давления 2,5 кгс/см2 (максимально-допустимое технологическое давление для рассматриваемой системы), после чего закрывают вентиль наддува 51.
Затем приступают к измерению минимального свободного объема газовой полости гидропневматического компенсатора 3 с помощью эталонной емкости 20. Предварительно открывают первый запорный вентиль 21 и сообщают эталонную емкость 20 с окружающей атмосферой; измеряют величину атмосферного давления манометром абсолютного давления 19 и закрывают первый запорный вентиль 21. После этого открывают заправочный газовый вентиль 27 и наддувают газовую полость гидропневматического компенсатора 3 до избыточного давления 1 кгс/см2 (контроль давления ведут по второму манометру пневмомагистрали 26), после чего заправочный газовый вентиль 27 закрывают.
Таким образом, в газовой полости гидропневматического компенсатора 3 и в связанной с ней дренажно-заправочной магистрали 18 установлено избыточное давление 1 кгс/см2, а в эталонной емкости 20 - давление окружающей атмосферы.
Далее открывают второй запорный вентиль 22 и манометром абсолютного давления 19 измеряют установившееся давление в объеме образованной системы “газовая полость гидропневматического компенсатора 3 - дренажно-заправочная магистраль 18 - эталонная емкость 20”. Так как исходные давления известны, а объемы внутренних полостей дренажно-заправочной магистрали 18 и эталонной емкости 20 с необходимой точностью измерены на заводе-изготовителе (объемом пневмомагистрали заправщика 23 до заправочного газового вентиля 27 можно пренебречь), легко определяют минимальный свободный объем газовой полости гидропневматического компенсатора 3.
После этого сверяют полученное значение объема с соответствующей паспортной величиной гидропневматического компенсатора 3 и при их совпадении делают заключение о полном заполнении жидкостной полости гидропневматического компенсатора 3 теплоносителем.
Так как заполнение гидромагистрали системы 1 ранее подтверждено проливом теплоносителя через все бортовые дренажные клапаны и измерением количества вытесненного в гидромагистраль системы 1 теплоносителя по мерному стеклу заправочного бака 46, то одновременно с этим делают заключение о полном заполнении гидромагистрали системы 1.
На этом основная операция заправки - заполнение гидромагистрали системы 1 и гидропневматического компенсатора теплоносителем считается законченной.
Далее открывают бортовой технологический клапан 9 и переходят к другим операциям заправки - окончательному растворению остаточного воздуха в гидромагистрали системы 1, к тарированному сливу теплоносителя из системы и установке рабочего давления.
Таким образом, совокупность новых признаков, отсутствующих в известных технических решениях, дает возможность создать способ, позволяющий:
- гарантировать 100%-ное заполнение теплоносителем жидкостной полости гидропневматического компенсатора с проведением двойного контроля этой операции - измерением количества теплоносителя, поступившего в жидкостную полость компенсатора и измерением минимального свободного объема газовой полости компенсатора после заполнения его теплоносителем; за счет этого повысить надежность и качество заправки;
- повысить надежность заправки за счет исключения возможности обратного вытеснения теплоносителя из компенсатора системы при проведении контрольной операции - измерения минимального свободного объема газовой полости;
- повысить качество заправки за счет растворения в деаэрированном теплоносителе остаточного воздуха в тупиковых участках системы и в микрозазорах конструкции агрегатов.
Предложенный способ заправки разработан в порядке выполнения служебного задания в процессе модернизации технологий проведения наземных операций на космодроме, направленной на повышение их надежности и сокращения времени выполнения работ.
Изобретение относится к космической технике и может быть использовано при изготовлении и наземном обслуживании систем терморегулирования (СТР). Предлагаемый способ включает заполнение вакуумированной гидромагистрали СТР деаэрированным теплоносителем путем вытеснения его давлением газа из бака заправщика. Перед этим создают в газовой полости гидропневматического компенсатора (ГПК) давление большее, чем давление вытесняющего газа в баке заправщика. После вытеснения теплоносителя в гидромагистраль СТР сообщают газовую полость ГПК с окружающей атмосферой и заполняют его жидкостную полость теплоносителем. Затем нагружают систему максимально допустимым давлением, создаваемым газом над зеркалом теплоносителя в баке заправщика. Далее измеряют минимальный свободный объем газовой полости ГПК и при совпадении величины измеренного объема с соответствующим паспортным значением делают заключение о полной заправке ГПК и всей СТР в целом. Предлагаемое устройство включает в себя бортовые клапаны и наземное оборудование: заправщик с дренажно-заправочными магистралями, элементы управления упомянутыми клапанами, вакуумный агрегат, источник давления газа и др. Заправщик имеет дренажный бак, связанный через соответствующую арматуру с бортовыми и наземными компонентами системы. Наземное оборудование включает в себя эталонную емкость с манометром абсолютного давления, связанную через необходимую арматуру с атмосферой и бортовым дренажным клапаном газовой полости ГПК. Технический результат изобретения состоит в повышении качества заправки путем раздельного и гарантированного заполнения теплоносителем гидромагистрали СТР и жидкостной полости ГПК с проведением пооперационного контроля выполненных работ. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
| SU 1797245 А1, 27.06.1999 | |||
| В.М.САПОЖНИКОВ | |||
| Монтаж и испытания гидравлических и пневматических систем на летательных аппаратах | |||
| - М.: Машиностроение, 1972, с.158-159 | |||
| Космические аппараты | |||
| Под общ | |||
| ред | |||
| К.П.ФЕОКТИСТОВА | |||
| - М.: Воениздат, 1983, с.213-215 | |||
| US 4871012 А, 03.10.1989 | |||
| US 4161212 А, 17.07.1979. |
