СПОСОБ ПОДГОТОВКИ К ЭКСПЛУАТАЦИИ ПНЕВМОБЛОКА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2013 года по МПК F17C5/00 G01M3/02 

Изобретение относится к наполнению сосудов высокого давления газами в сжатом состоянии с измерением степени утечки газа.

Известен способ подготовки к эксплуатации блока (пневмоблока) высокого давления, патент РФ №24444, включающий стыковку источника рабочего газа высокого давления с зарядным краном баллона пневмоблока, открытие зарядного крана, подачу рабочего газа в баллон от источника высокого давления, контроль давления зарядки баллона, герметизацию зарядного крана после зарядки баллона до заданного давления, отстыковку источника рабочего газа высокого давления и контроль герметичности пневмоблока путем его взвешивания и записью контрольного веса в паспорт пневмоблока, повторного взвешивания через промежуток времени и, при необходимости, дозаправку (дозарядку) баллона рабочим газом высокого давления.

Существенными признаками предлагаемого способа, совпадающими с признаками прототипа, являются следующие: способ подготовки к эксплуатации блока высокого давления включающий подстыковку магистрали подачи рабочего газа от источника высокого давления к зарядному крану баллона пневмоблока, открытие зарядного крана и задействование подачи рабочего газа от источника высокого давления, контроль давления зарядки баллона, отключение подачи рабочего газа от источника высокого давления и закрытие зарядного крана после зарядки баллона до заданного давления, отстыковку от зарядного крана магистрали подачи рабочего газа от источника высокого давления и контроль герметичности пневмоблока.

После подготовки пневмоблока высокого давления известным способом в период эксплуатации объекта, использующего пневмоблок, необходим контроль его герметичности и дозаправка рабочим газом, при необходимости, что усложняет эксплуатацию объектов, особенно, одноразовых объектов, например, беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), хранящихся в течение 10-15 лет в состоянии постоянной готовности к применению. Кроме того, многократное открытие и закрытие зарядного крана увеличивает величину течи рабочего газа из него, что уменьшает надежность сохранения пневмоблока в рабочем состоянии в межконтрольный период.

Техническим результатом, на решение которого направлено изобретение, является упрощение эксплуатации пневмоблока и увеличение надежности сохранения его работоспособности при длительной эксплуатации.

Для решения поставленной задачи в способе подготовки к эксплуатации пневмоблока высокого давления, включающем подстыковку магистрали подачи рабочего газа от источника высокого давления к зарядному крану баллона пневмоблока, открытие зарядного крана и задействование подачи рабочего газа от источника высокого давления, контроль давления зарядки баллона, отключение подачи рабочего газа от источника высокого давления и закрытие зарядного крана после зарядки баллона до заданного давления, отстыковку от зарядного крана магистрали подачи рабочего газа от источника высокого давления и контроль герметичности пневмоблока, в состав рабочего газа при зарядке баллона пневмоблока вводят гелий в количестве, определяемом его парциальным давлением в баллоне по соотношению Р_Не=(0,001…1,0)·Р_зар,

где Р_зар=Р_раб.+ΔР_ут. - давление зарядки баллона;

Р_раб. - давление рабочего газа в баллоне, необходимое для обеспечения работоспособности пневмоблока;

ΔР_ут. - допустимые потери давления в баллоне из-за утечек рабочего газа за время хранения в течение назначенного срока службы, контроль герметичности пневмоблока осуществляют после зарядки баллона рабочим газом путем измерения течи гелия масс-спектрометрическим гелиевым течеискателем и в эксплуатацию отдают пневмоблоки, течь гелия из которых не превышает величины Q_He=ΔР_ут.·Р_Не·V/(Р_зар.·τ),

где V - объем баллона пневмоблока;

τ - продолжительность назначенного срока службы.

Отличительными признаками предлагаемого способа подготовки к эксплуатации пневмоблока высокого давления является то, что в состав рабочего газа при зарядке баллона пневмоблока вводят гелий в количестве, определяемом его парциальным давлением в баллоне по соотношению Р_Не=(0,001…1,0)·Р_зар,

где Р_зар=Р_раб.+ΔР_ут. - давление зарядки баллона;

Р_раб. - давление рабочего газа в баллоне, необходимое для обеспечения работоспособности пневмоблока;

ΔР_ут. - допустимые потери давления в баллоне из-за утечек рабочего газа за время хранения в течение назначенного срока службы, контроль герметичности пневмоблока осуществляют после зарядки баллона рабочим газом путем измерения течи гелия масс-спектрометрическим гелиевым течеискателем и в эксплуатацию отдают пневмоблоки, течь гелия из которых не превышает величины

Q_He=ΔР_ут.-Р_Не·V/(Р_зар.·τ),

где V - объем баллона пневмоблока;

τ - продолжительность назначенного срока службы.

Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными достигается следующий технический результат: упрощается эксплуатация пневмоблока, увеличивается надежность сохранения его работоспособности, повышается качество изготавливаемых пневмоблоков высокого давления.

Предложенное техническое решение может найти применение в различных отраслях народного хозяйства, производящих и эксплуатирующих изделия и объекты с заряженными баллонами высокого давления. Наиболее актуально применение технического решения на БПЛА, хранящихся длительное время в состоянии постоянной готовности к применению, в его системах подачи топлива, запуска двигателя, охлаждения агрегатов, наддува избыточным давлением тонкостенных оболочек конструкции БПЛА для обеспечения их прочности в полете.

Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена часть системы для подготовки к эксплуатации пневмоблока высокого давления при его зарядке рабочим газом.

На фиг.2 представлена часть системы для подготовки к эксплуатации пневмоблока высокого давления при контроле его герметичности.

Представленная на фиг.1 и фиг.2 система для подготовки к эксплуатации пневмоблока высокого давления, включает пневмоблок, содержащий баллон 1 высокого давления, сообщенный с зарядным краном 2 и с магистралью 3 подачи рабочего газа потребителю, снабженной устройством 4 герметизации, источник 5 гелия (Не) избыточного давления с устройством 6 его задействования и магистралью 7 подачи гелия, снабженной устройством 8 измерения давления и выполненной с возможностью сообщения с зарядным краном 2, источник 9 рабочего газа (например, воздух или азот - N₂) высокого давления с устройством 10 его задействования и магистралью 11 подачи рабочего газа, снабженной устройством 12 измерения давления и выполненной с возможностью сообщения с зарядным краном 2. Возможность сообщения с зарядным краном 2 обеспечивается для магистрали 11 разъемным резьбовым соединением, а для магистрали 7 - ее подключением к магистрали 11 через вентиль 13. Система также включает накопительную емкость 14 для течи из пневмоблока, масс-спектрометрический гелиевый течеискатель 15, снабженный линией 16 отбора пробы со щупом 17 с иглой 18 Льюера для прохода в полость накопительной емкости 14 и вакуумным насосом 19, сообщенным линией 20 с линией 16 отбора пробы через вентиль 21. Накопительная емкость 14 снабжена окном 22 для прохода пневмоблока и устройством 23 герметизации окна 22, а также горловиной 24 с пробкой 25 для введения ее в полость иглы 18 Льюера. Площадь свободной поверхности накопительной емкости 14 после герметизации ее окна 22 устройством 23 превышает площадь наружной поверхности пневмоблока, при этом система содержит шприц 26 тарированного объема с иглой 27 для введения в полость накопительной емкости 14 воздуха. Накопительная емкость снабжена демпфирующей платформой 28 для установки пневмоблока.

Способ реализуется следующим образом. Открывается зарядный кран 2, вентиль 13 и задействуется устройство 6, при этом гелий по магистралям 7 и 11 через зарядный кран 2 поступает в полость баллона 1, повышая в ней давление гелия, которое контролируется по устройству 8 измерения давления. После зарядки баллона 1 до определенного давления, в соответствии с величиной контролируемой течи гелия, отключается устройство 6, закрывается вентиль 13, и задействуется устройство 10, при этом рабочий газ из источника 9 по магистрали 11 через открытый зарядный кран 2 поступает в полость баллона 1, повышая в ней давление смеси рабочего газа и гелия от величины давления зарядки гелием до величины давления зарядки баллона 1, необходимой для обеспечения работоспособности пневмоблока на объекте эксплуатации, которое контролируется по устройству 12, после чего устройство 10 отключается. В случае быстрой зарядки баллона 1 температура газа в нем и его конструкции при зарядке повышается и после остывания давление в баллоне 1 снижается, после чего аналогично производится дозарядка баллона 1 рабочим газом до необходимого значения давления зарядки. Далее закрывается зарядный кран 2, от него отстыковывается магистраль 11 и пневмоблок через окно 22 размещается на демпфирующей платформе 28 в полости накопительной емкости 14, закрывается устрйоство 23, игла 18 щупа 17 вводится через пробку 25 горловины 24 в полость накопительной емкости 14, открывается вентиль 21 и включается вакуумный насос 19. Происходит откачка воздуха из накопительной емкости 14 до обжатия тонким эластичным материалом конструкции пневмоблока. При полной откачке воздуха (полного обжатия конструкции пневмоблока) в полость накопительной емкости 14 посредством шприца 26, после введения его иглы 27 через пробку 25, вводится объем воздуха, необходимый для обеспечения измерения течи гелия из пневмоблока гелиевым течеискателем 15. Далее производится выдержка для накопления концентрации гелия в воздухе, находящемся в полости накопительной емкости 14, после чего масс-спектрометрический гелиевый течеискатель, настроенный по контрольной течи (на чертежах не показана) определяет величину течи из пневмоблока. Благодаря тому, что масс-спектрометрические гелиевые промышленные течеискатели, например, ПТИ-6, ПТИ-7, способы определить течи порядка 10^-5÷10^-4 литр·мкм рт.ст./сек появилась возможность гарантировать приемлемую величину утечек газа из баллона 1 пневмоблока (ΔР_ут.) на которую надо перезарядить баллон 1 над величиной необходимого для обеспечения работоспособности пневмоблока давления (Р_раб.) и определить давление зарядки баллона 1 рабочим газом, как

Р_зар.·Р_раб.+ΔР_ут.

Минимальное давление зарядки гелия в баллоне 1 определено как Р_Не=0,001·Р_зар, поскольку при меньшей величине Рне объем воздуха в накопительной емкости 14 для обеспечения приемлемого времени контроля течи гелия течеискателем 15 значительно уменьшается, соответственно, увеличивается погрешность его определения и погрешность контроля течи, а для приемлемых величин объемов воздуха время определения течи недопустимо увеличивается. Максимальная величина давления зарядки гелия Р_Не=1,0 Р_зар. соответствует случаю, когда рабочим газом пневмоблока является гелий. Средняя величина утечки смеси газа из баллона 1 за время эксплуатации Q_∑=ΔР_ут.·V/τ, где V - объем баллона 1; τ - продолжительность назначенного срока службы. Величина утечки гелия (Q_Не) составляет часть общей утечки (Q_∑), пропорциональную отношению давления Р_Не/Р_зар., то есть контролируемая течеискателем течь, гарантирующая не превышение падения давления в баллоне 1 пневмоблока более чем на величину ΔР_ут., составляет Q_He=Q_∑·Р_Не/Р_зар.=ΔР_ут.·Р_Не·/(Р_зар.·τ). Таким образом, благодаря частичной или полной зарядке баллона 1 гелием и контролю утечек газа из пневмоблока масс-спектрометрическим гелиевым течеискателем 15, путем контроля суммарной течи гелия (через зарядный кран 2, сварные швы пневмоблока, стенки баллона 1) с использованием накопительной емкости 14, выполненной из тонкостенного эластичного материала, обеспечивается определение потерь давления в баллоне 1 за полное время назначенного срока службы и гарантируется обеспечение работоспособности пневмоблока на объекте в течение назначенного срока службы, без контроля давления в баллоне 1 и его дозарядок рабочим газом. Благодаря наличию демпфирующей платформы 28, а также горловины 24 с пробкой 25 тонкостенная эластичная ткань накопительной емкости 14 при загрузке пневмоблока через окно 22 и при контроле течи гелия с введением игл 18 и 27 в полость емкости 14 не повреждается, что увеличивает срок ее службы. Расчетом подтверждено, для баллона с объемом полости V=0,35 литра; Р_зар.=162,5 кГс/см² при температуре t=20°С; ΔР_ут.=16 кГс/см²; τ=12 лет, определено:

- время контроля герметичности 9 минут;

- для парциального давления гелия Р_Не=1 кГс/см² в баллоне 1 объем воздуха накопительной емкости 14 составляет 50 см³, контролируемая течеискателем 15 течь гелия - Q_Не=7·10^-5 мкм рт.ст.·литр/сек;

- для парциального давления гелия Р_Не=10 кГс/см² в баллоне 1 объем воздуха накопительной емкости 14 составляет 500 см³, контролируемая течеискателем 15 течь гелия - Q_He=7·10^-4 мкм рт.ст.·литр/сек.

Изобретение относится к наполнению сосудов высокого давления газами в сжатом состоянии с измерением степени утечки газа и может найти применение в различных отраслях народного хозяйства, производящих и эксплуатирующих изделия и объекты с заряженными баллонами высокого давления. В состав рабочего газа при зарядке баллона пневмоблока вводят гелий в количестве, определяемом его парциальным давлением в баллоне, контроль герметичности пневмоблока осуществляют после зарядки баллона рабочим газом, путем измерения течи гелия масс-спектрометрическим гелиевым течеискателем, и в эксплуатацию отдают пневмоблоки, течь гелия из которых не превышает допустимой величины. Техническим результатом, на решение которого направлено изобретение, является упрощение эксплуатации пневмоблока и увеличение надежности сохранения его работоспособности при длительной эксплуатации. 2 ил.

Способ подготовки к эксплуатации пневмоблока высокого давления, включающий подстыковку магистрали подачи рабочего газа от источника высокого давления к зарядному крану баллона пневмоблока, открытие зарядного крана и задействование подачи рабочего газа от источника высокого давления, контроль давления зарядки баллона, отключение подачи рабочего газа от источника высокого давления и закрытие зарядного крана после зарядки баллона до заданного давления, отстыковку от зарядного крана магистрали подачи рабочего газа от источника высокого давления и контроль герметичности пневмоблока, отличающийся тем, что в состав рабочего газа при зарядке баллона пневмоблока вводят гелий в количестве, определяемом его парциальным давлением в баллоне по соотношению Р_Не=(0,001…1,0)·Р_зар,
где Р_зар=Р_раб+ΔР_ут - давление зарядки баллона;
Р_раб - давление рабочего газа в баллоне, необходимое для обеспечения работоспособности пневмоблока;
ΔР_ут - допустимые потери давления в баллоне из-за утечек рабочего газа за время хранения в течение назначенного срока службы; контроль герметичности пневмоблока осуществляют после зарядки баллона рабочим газом путем измерения течи гелия масс-спектрометрическим гелиевым течеискателем, и в эксплуатацию отдают пневмоблоки, течь гелия из которых не превышает величины
Q_He=ΔP_ут·P_He·V/(P_зар·τ),
где V - объем баллона пневмоблока;
τ - продолжительность назначенного срока службы.