СПОСОБ ОЧИСТКИ ТОПЛИВНЫХ БАКОВ РАКЕТНЫХ БЛОКОВ ОТ ЧАСТИЦ ЗАГРЯЗНЕНИЙ ПРИ ПОДГОТОВКЕ ИХ К СТЕНДОВЫМ ИСПЫТАНИЯМ Российский патент 2014 года по МПК B08B9/00 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано, в частности, в авиационной, ракетной и других областях техники, в которых применяются баки для рабочих жидкостей, к которым предъявляются при их эксплуатации требования по ограничению содержания в них загрязнений.

Так, в частности, при проведении стендовой отработки изделий ракетно-космической техники (РКТ), а именно ступеней ракет, включающих топливные баки, предъявляются высокие требования по ограничению содержания в них загрязнений, для чего в условиях испытательных комплексов при подготовке к их испытаниям необходимо проведение работ по удалению из топливных баков ракетных блоков загрязнений до заданного содержания.

Поскольку ступени ракет неподвижно устанавливаются на испытательном стенде в вертикальное положение в жестком корсете, то использовать методы очистки топливных баков, способствующие эффективному отделению загрязнений, не представляется возможным. Поэтому, как правило, для этого используется способ очистки топливных баков, основанный на многократной их промывке рабочей жидкостью.

Известен способ очистки системы подачи рабочей жидкости от механических загрязнений до заданного содержания, включающий заправку емкости рабочей жидкостью и слив ее и определение после слива рабочей жидкости из емкости массы частиц загрязнений, удаленных из емкости (см. П.Н.Белянин, В.М.Данилов. Промышленная чистота машин. М.: Машиностроение, 1982, стр.123, 124). Известный способ принят за прототип, поскольку он может быть использован для очистки топливных баков ракетных блоков от частиц загрязнений при подготовке их к стендовым испытаниям.

Сущность известного способа очистки заключается в следующем. Из заправочной стендовой емкости топливный бак ступени наполняют рабочей жидкостью (топливом) определенного класса чистоты. Затем топливо сливают из бака в приемную сливную емкость через контрольный фильтр, после чего фильтр снимают и исследуют задержанные на фильтрующем элементе частицы загрязнений. На основании результатов анализа частиц загрязнений, осажденных на фильтрующем элементе контрольного фильтра, судят о чистоте бака. При превышении зафиксированного содержания загрязнений допустимого его значения, способ очистки повторяют.

Известный способ имеет недостатки, которые заключаются в следующем.

Процесс удаления частиц загрязнений из бака при сливе из него топлива подчиняется определенному закону, который определяет связь количества (объема) проливаемого топлива с количеством уносимых (удаляемых) из системы загрязнений, т.е. чем больше количество выполненных наполнений-сливов топлива, тем меньше остается загрязнений в баке. В известном способе при подготовке бака заранее неизвестно содержание в нем загрязнений. В связи с тем что баки изделий, поступающих на испытания, имеют разную внутреннюю конструкцию и объем и, следовательно, различную загрязненность (различное неизвестное содержание загрязнений), то после одного цикла наполнения и слива из него топлива содержание загрязнений в баке хотя и снижается, тем не менее остается неизвестным. Для очистки бака до заданного содержания загрязнений количество проливаемого топлива выбирается с учетом его объема при ранее проводимых проливках. Однако спрогнозировать необходимое количество циклов очистки (наполнение - слив) и соответственно потребное количество рабочей жидкости (топлива) невозможно, т.к. неизвестно количество оставшихся в баке загрязнений. Кроме того, неизвестно количество загрязнений, вносимых в бак с рабочей жидкостью при наполнении, что также влияет на результаты очистки бака.

Для надежности очистки бака увеличивают количество циклов наполнение-слив.

При этом слив топлива из бака производят в приемную стендовую емкость, а бак наполняют новой порцией топлива из предварительно заправленной топливом заправочной стендовой емкости. Это приводит к повышению трудоемкости проведения очистки топливного бака и дополнительным материальным затратам, связанным с увеличением расхода дорогостоящей рабочей жидкости - ракетного топлива.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в снижении расхода рабочей жидкости (ракетного топлива), необходимого для очистки бака ракетного блока от частиц загрязнений до заданного содержания загрязнений, трудоемкости очистки и в возможности определения количества загрязнений, оставшихся в баке.

Это достигается тем, что в известном способе очистки топливных баков ракетных блоков от частиц загрязнений при подготовке их к стендовым испытаниям, включающем наполнение бака рабочей жидкостью из заправочной стендовой емкости, слив рабочей жидкости из бака в сливную стендовую емкость, по окончании которого определяют массу частиц загрязнений, удаленных из бака, согласно изобретению после наполнения бака рабочей жидкостью определяют массу частиц загрязнений, поступивших в бак с рабочей жидкостью, затем по разности масс частиц загрязнений, удаленных из бака при сливе и поступивших в бак при наполнении, определяют массу частиц загрязнений, находившихся в баке до наполнения его рабочей жидкостью и удаленных при сливе, после чего проводят второй цикл наполнения бака рабочей жидкостью и слива ее из бака с определением массы частиц загрязнений, поступивших в бак при наполнении рабочей жидкостью и находившихся в баке до второго наполнения его рабочей жидкостью и удаленных при втором сливе, затем с учетом масс частиц загрязнений, находившихся в баке до каждого наполнения его рабочей жидкостью и удаленных при каждом сливе, определяют массу частиц загрязнений, которая может быть удалена при последующих циклах наполнения-слив, и производят очистку бака до достижения заданного содержания загрязнений в баке, при этом в качестве сливной стендовой емкости для слива рабочей жидкости используют заправочную стендовую емкость, а при наполнении и сливе из бака рабочую жидкость пропускают через технологические фильтры.

Кроме того, наполнение бака рабочей жидкостью проводят по трубопроводу наполнения с измерением расхода и непрерывным отбором части жидкости из трубопровода наполнения в магистраль отбора через контрольный фильтр с измерением расхода и возвратом отфильтрованной жидкости в трубопровод наполнения, а массу частиц загрязнений, поступивших в бак с рабочей жидкостью, определяют по формуле, включающей объемы жидкости, определенные по измеренным значениям расходов,

$$M_{H1}=m_{2H1}{k}_{tH}\left(\frac{V_{0H1}}{V_{2H1}}-1\right)$$ ,

где M_H1 - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей в бак по трубопроводу наполнения при первом наполнении, m_2H1 - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по магистрали отбора трубопровода наполнения, осажденных на контрольном фильтре магистрали отбора трубопровода наполнения при первом наполнении, V_0H1 - объем жидкости, прошедшей по трубопроводу наполнения в бак при первом наполнении, V_2H1 - объем жидкости, прошедшей по магистрали отбора из трубопровода наполнения, контрольный фильтр магистрали отбора и возвращенной в трубопровод наполнения за дроссельным устройством при первом наполнении бака, k_tH - поправочный коэффициент;

слив рабочей жидкости из бака проводят по трубопроводу слива с измерением расхода и непрерывным отбором части жидкости из трубопровода слива в другую магистраль отбора через контрольный фильтр с измерением ее расхода и возвратом отфильтрованной жидкости в трубопровод слива, а массу частиц загрязнений, удаленных из бака, определяют с учетом объемов жидкости, определенных по измеренным значениям расходов, по формуле

$$M_{C1}=m_{2C1}{k}_{tC}\left(\frac{V_{0C1}}{V_{2C1}}-1\right)$$ ,

где M_C1 - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по трубопроводу слива из бака при первом сливе, m_2C1 - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по магистрали отбора трубопровода слива, осажденных на контрольном фильтре магистрали отбора трубопровода слива при первом сливе, V_0C1 - объем жидкости, прошедшей по трубопроводу слива из бака при первом сливе, V_2C1 - объем жидкости, прошедшей по магистрали отбора из трубопровода слива, контрольный фильтр магистрали отбора и возвращенной в трубопровод слива за дроссельным устройством, k_tC - поправочный коэффициент;

причем массу частиц загрязнений ΔМ₁, находившихся в баке до заправки его рабочей жидкостью и удаленных при сливе из бака, определяют по формуле

$$\Delta M_1=M_{C1}+m_{2C1}-M_{H1}$$ ;

после проведения второго цикла наполнения бака рабочей жидкостью и слива ее из бака определяют массу частиц загрязнений, поступивших в бак с рабочей жидкостью при втором наполнении, и массу частиц загрязнений, удаленных из бака при втором сливе с учетом объемов жидкости, определенных по измеренным значениям расходов соответственно по формулам

$$M_{H2}=m_{2H2}{k}_{tH}\left(\frac{V_{0H2}}{V_{2H2}}-1\right)$$ , $$M_{C2}=m_{2C2}{k}_{tC}\left(\frac{V_{0C2}}{V_{2C2}}-1\right)$$ ,

где M_H2 - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по трубопроводу наполнения при втором наполнении бака, m_2H2 - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по магистрали отбора трубопровода наполнения, осажденных на контрольном фильтре магистрали отбора трубопровода наполнения при втором наполнении бака, V_0H2 - объем жидкости, прошедшей по трубопроводу наполнения в бак при втором наполнении, V_2H2 - объем жидкости, прошедшей по магистрали отбора из трубопровода наполнения, контрольный фильтр магистрали отбора и возвращенной в трубопровод наполнения за дроссельным устройством при втором наполнении бака, k_tH - поправочный коэффициент, M_C2 - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по трубопроводу слива при втором сливе, m_2C2 - масса частиц частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по магистрали отбора трубопровода слива, осажденных на контрольном фильтре магистрали отбора трубопровода слива при втором сливе жидкости из бака, V_0C2 - объем жидкости, прошедшей по трубопроводу слива из бака при втором сливе жидкости из бака, V_2C2 - объем жидкости, прошедшей по магистрали отбора из трубопровода слива и возвращенной в трубопровод слива за дроссельным устройством при втором сливе жидкости из бака, k_tC - поправочный коэффициент,

определяют массу частиц загрязнений ΔМ₂, находившихся в баке до второго наполнения его рабочей жидкостью и удаленных при втором сливе из бака, по формуле

$$\Delta M_2=M_{C2}+m_{2C2}-M_{H2}$$ ,

с использованием полученных значений ΔМ₁, ΔМ₂ составляют уравнения, определяющие зависимость массы частиц загрязнений, удаленных из бака, от объема использованной жидкости,

для первого цикла очистки:

$$\frac{\Delta M_1}{\Delta M_0}=1-\frac{1}{e^{A_0{V}_{0H1}}}$$ ,

для второго цикла очистки:

$$\frac{\Delta M_1+\Delta M_2}{\Delta M_0}=1-\frac{1}{e^{A_0\left(V_{0H1}+V_{0H2}\right)}}$$ ,

в результате решения которых определяют постоянные (при выбранных режимах очистки) величины ΔМ₀, А₀ (ΔМ₀ - начальное содержание загрязнений в системе), после чего определяют массу частиц загрязнений ΔM, которая может быть удалена при последующих циклах очистки с использованием объема рабочей жидкости V_0H, по уравнению

$$\frac{\Delta M_1+\Delta M_2+\Delta M}{\Delta M_0}=1-\frac{1}{e^{A_0\left(V_{0H1}+V_{0H2}+V_{0H}\right)}}$$

и проводят очистку бака до допустимого значения содержания загрязнений.

При этом предварительно последовательно проводят настройку режимов течения рабочей жидкости в участках трубопроводов наполнения и слива и в соответствующих магистралях отбора части жидкости для установления условий равенства скоростей жидкости в заборных элементах устройств отбора и в участках трубопроводов наполнения и слива в местах установки в них устройств отбора части жидкости путем их проливки рабочей жидкостью с измерением в них расходов жидкости, определения массы частиц загрязнений, осажденных на контрольных фильтрах участков трубопроводов наполнения и слива и магистралей отбора части жидкости, с использованием которых и с учетом объемов жидкости, определенных по измеренным значениям расходов, определяют поправочные коэффициенты k_tH, k_tC по формулам

$$k_{tH}=\frac{m_{1tH}}{m_{2tH}\left(\frac{V_{0tH}}{V_{2tH}}-1\right)}$$ , $$k_{tC}=\frac{m_{1tC}}{m_{2tC}\left(\frac{V_{0tC}}{V_{2tC}}-1\right)}$$ ,

где m_1tH - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по участку трубопровода наполнения при настройке, осажденных на контрольном фильтре сливной магистрали, m_2tH - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по магистрали отбора, осажденных на контрольном фильтре магистрали отбора участка трубопровода наполнения при настройке, V_0tH - объем жидкости, прошедшей по участку трубопровода наполнения при настройке, V_2tH - объем жидкости, прошедшей по магистрали отбора участка трубопровода наполнения при настройке, m_1tC - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по участку трубопровода слива при настройке, осажденных на контрольном фильтре сливной магистрали, m_2tC - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по магистрали отбора, осажденных на контрольном фильтре магистрали отбора участка трубопровода слива при настройке, V_0tC - объем жидкости, прошедшей по участку трубопровода слива при настройке, V_2tC - объем жидкости, прошедшей по магистрали отбора участка трубопровода слива при настройке.

На фиг.1 изображена пневмогидравлическая схема, в соответствии с которой реализуется способ очистки бака ракетного блока (ступени) от механических загрязнений при подготовке его к стендовым испытаниям, а на фиг.2 изображена пневмогидравлическая схема проливочного стенда, на котором производится настройка режимов течения рабочей жидкости в участках трубопроводов наполнения и слива для определения поправочных коэффициентов.

Схема, изображенная на фиг.1, включает заправочную стендовую емкость 1 с рабочей жидкостью - топливом, трубопроводы наполнения 2 топливом бака 4 испытываемой ступени и слива 3 топлива из бака 4 в заправочную стендовую емкость 1, отсечные клапаны 5, 6, 7. Заправочная стендовая емкость 1 снабжена системами наддува и заправки ее топливом и одновременно является сливной стендовой емкостью.

Трубопровод наполнения 2 бака 4 топливом соединен с выходом отсечного клапана 5, установленного на выходе из заправочной стендовой емкости 1, и содержит технологический фильтр 8, расходомер 9 и отсечной клапан 6. Трубопровод наполнения 2 содержит участок, состоящий из последовательно установленных - устройства отбора части потока топлива 10 и дроссельного устройства 14. При этом устройство отбора части потока топлива 10 соединено с магистралью отбора 11, в которой последовательно установлены вентиль 16, контрольный фильтр 12, расходомер 13 и вентиль 15. Выход магистрали отбора 11 подсоединен к выходу участка трубопровода наполнения 2 за дроссельным устройством 14 до отсечного клапана 6, соединенного с системой заправки бака 4.

Трубопровод слива 3 топлива из бака 4 содержит отсечной клапан 7, соединенный с участком трубопровода наполнения-слива бака 4, к которому подсоединен съемный участок, состоящий из последовательно установленных - устройства отбора части потока топлива 17 и дроссельного устройства 23. При этом устройство отбора части потока топлива 17 соединено с магистралью отбора 21, в которой последовательно установлены вентиль 25, контрольный фильтр 20, расходомер 22 и вентиль 24. Выход магистрали отбора 21 подсоединен за дроссельным устройством 23 к выходу участка трубопровода слива 3, соединенного через технологический фильтр 18 и расходомер 19 с выходом отсечного клапана 5.

В связи с тем что при изготовлении и монтаже устройства отбора части потока топлива возможны отклонения от расчетных размеров, нарушения точности расположения (размещения) заборных элементов устройств отбора при установке в трубопроводе, при работе устройств эти особенности приведут к отклонению расходов и скоростей топлива от расчетных и, как следствие, к нарушению закономерностей распределения частиц загрязнений в потоке топлива в трубопроводах наполнения и слива и в соответствующих магистралях отбора части потока топлива, т.е. к снижению точности определения содержания частиц загрязнений в топливе, текущем в трубопроводе.

Для определения поправочных коэффициентов, связанных с установлением реальных режимов течения топлива в заборных элементах устройств отбора и в трубопроводах наполнения и слива, в местах их установки предварительно проводят настройки режимов течения топлива в съемных участках трубопроводов наполнения и слива для каждого трубопровода раздельно.

Пневмогидросхема проливочного стенда (фиг.2), на котором производится настройка режимов течения рабочей жидкости в участках трубопроводов наполнения и слива для определения поправочных коэффициентов, включает заправочную стендовую емкость 26 с системой наддува-дренажа и системой заправки-слива. Линия слива из заправочной стендовой емкости 26 содержит отсечной клапан 27, расходомер 28, сливную магистраль 30, на которой установлен контрольный фильтр 31, отсечной клапан 32, соединенную со сливной стендовой емкостью 33.

Сначала между выходом из расходомера 28 и сливной магистралью 30 устанавливают участок 29 с трубопровода наполнения (см. фиг.1), включающий последовательно установленные устройство отбора части потока топлива 10 и дроссельное устройство 14. При этом устройство отбора части потока топлива 10 соединено с магистралью отбора 11, в которой последовательно установлены вентиль 16, контрольный фильтр 12, расходомер 13 и вентиль 15. Выход магистрали отбора 11 подсоединен к выходу участка 29 за дроссельным устройством 14. В скобках указаны позиции, соответствующие элементам съемного участка трубопровода слива фиг.1.

Настройку режимов течения в съемном участке осуществляют следующим образом (см. фиг.2).

1. В исходном состоянии дроссельное устройство 14 отрегулировано на заданный режим течения жидкости в заборном элементе устройства отбора 10 и в трубопроводе в месте размещения устройства отбора.

2. Подают нейтральный газ с заданным давлением в заправочную стендовую емкость 26, открывают отсечные клапаны 27 и 32 и вентили 16 и 15 на магистрали отбора, и жидкость поступает через расходомер 28 в участок трубопровода 29. Часть жидкости через заборное устройство отбора 10 непрерывно поступает в магистраль отбора 11 и по магистрали отбора - на контрольный фильтр 12, где частицы загрязнений осаждаются на фильтрующем элементе. Отфильтрованная контрольным фильтром 12 жидкость поступает в расходомер 13 магистрали отбора и далее возвращается в трубопровод 29 за устройством дросселирования 14.

3. Основной поток жидкости проходит по участку трубопровода наполнения и далее, соединяясь с потоком жидкости, выходящей из магистрали отбора 11, по сливной магистрали 30 через контрольный фильтр 31, отсечной клапан 32 поступает в сливную стендовую емкость 33. Время проливки определяют на основе опытных данных.

4. В заданный момент времени закрывают отсечные клапаны 27, 32 и прекращают подачу жидкости в участок трубопровода наполнения. Затем закрывают вентили 16 и 15 на магистрали отбора, снимают контрольные фильтры 12 и 31, производят их разборку, извлекают осажденные загрязнения, проводят их анализ, включая определение массы.

По измеренным расходомерами 28 и 13 значениям расходов жидкости и с учетом времени течения жидкости определяют объемы жидкости, прошедшие по трубопроводу наполнения и по магистрали отбора.

5. Для определения поправочных коэффициентов в трубопроводе слива аналогично производится настройка режимов течения рабочей жидкости в нем и в съемном участке трубопровода слива (см. фиг.1), предварительно установленного на проливочном стенде (см. фиг.2) между выходом из расходомера 28 и сливной магистралью 30. Участок 29 трубопровода слива включает последовательно установленные устройство отбора части потока топлива 17 и дроссельное устройство 23. При этом устройство отбора части потока топлива 17 соединено с магистралью отбора 21, в которой последовательно установлены вентиль 25, контрольный фильтр 20, расходомер 22 и вентиль 24. Выход магистрали отбора 21 подсоединен к выходу участка трубопровода слива за дроссельным устройством 23. При этом определяют массы загрязнений, задержанных на контрольных фильтрах 20 и 31, а по измеренным расходомерами 28 и 22 значениям расходов жидкости и с учетом времени течения жидкости определяют объемы жидкости, прошедшие по трубопроводу наполнения и по магистрали отбора.

6. С использованием полученных данных определяют значения поправочных коэффициентов k_tH, k_tC по формулам

$$k_{tH}=\frac{m_{1tH}}{m_{2tH}\left(\frac{V_{0tH}}{V_{2tH}}-1\right)},\left(1\right)$$ $$k_{tC}=\frac{m_{1tC}}{m_{2tC}\left(\frac{V_{0tC}}{V_{2tC}}-1\right)},\left(2\right)$$

где m_1tH - масса загрязнений в жидкости, прошедшей по участку трубопровода наполнения при настройке, осажденных на контрольном фильтре сливной магистрали, m_2tH - масса загрязнений в жидкости, прошедшей по магистрали отбора, осажденных на контрольном фильтре магистрали отбора участка трубопровода наполнения при настройке, V_0tH - объем жидкости, прошедшей по участку трубопровода наполнения при настройке, V_2tH - объем жидкости, прошедшей по магистрали отбора участка трубопровода наполнения при настройке, m_1tC - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по участку трубопровода слива при настройке, осажденных на контрольном фильтре сливной магистрали, m_2tC - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по магистрали отбора, осажденных на контрольном фильтре магистрали отбора участка трубопровода слива при настройке, V_0tC - объем жидкости, прошедшей по участку трубопровода слива при настройке, V_2tC - объем жидкости, прошедшей по магистрали отбора участка трубопровода слива при настройке.

После проведения настройки и определения поправочных коэффициентов съемные участки трубопроводов наполнения и слива с зафиксированными положениями устройств отбора части жидкости 10 и 17 и дроссельных устройстве и 23 устанавливают на стенд для очистки топливного бака 4 ракетного блока от частиц загрязнений при подготовке его к стендовым испытаниям (см. фиг.1).

Способ очистки топливных баков ракетных блоков от частиц загрязнений при подготовке их к стендовым испытаниям осуществляют следующим образом, фиг.1.

1. Проводят первый цикл очистки бака 4 путем его наполнения топливом и последующего слива. При этом значения расхода топлива при наполнении бака 4 и при сливе выбирают из условия равенства или превышения расхода топлива при проведении испытания ступени (задается в документации на проведение испытаний) и выдерживается одинаковым при всех циклах.

2. Наполнение бака 4 топливом проводят из заправочной стендовой емкости 1 по трубопроводу наполнения 2. Включают систему наддува емкости 1 нейтральным газом (система настроена на поддержание заданного расхода топлива по трубопроводу 2) и открывают клапаны 5, 6, вентили 15, 16 на магистрали отбора проб 11 и клапан на входе в бак 4. Топливо из емкости 1 проходит с заданным расходом через отсечной клапан 5 по трубопроводу 2 через технологический фильтр 8 (где частично осаждаются частицы загрязнений), расходомер 9 (контроль расхода топлива осуществляют по показаниям расходомера 9 трубопровода наполнения 2 и расходомера 13 магистрали отбора проб). Часть топлива поступает из трубопровода 2 через устройство отбора 10 в магистраль отбора пробы 11, содержащую контрольный фильтр 12, расходомер 13, и возвращается в трубопровод 2 за устройством дросселирования 14. После наполнения бака 4 закрывают клапаны 5, 6 трубопровода наполнения 2 и отсечные вентили 15, 16 магистрали отбора.

3. Включают систему наддува бака 4 изделия (настроенную на поддержание заданного расхода жидкости в трубопроводе) и открывают клапаны 7, 5 трубопровода слива и отсечные вентили 24, 25 магистрали отбора проб 21. Производят слив топлива из заправленного бака 4 по трубопроводу слива 3.

Топливо из бака 4 проходит по трубопроводу 3 через технологический фильтр 18 (где осаждается основная масса частиц загрязнений), расходомер 19, отсечной клапан 5 и поступает в заправочную стендовую емкость 1. При этом часть топлива проходит через устройство отбора 17 в магистраль отбора 21, содержащую контрольный фильтр 20, расходомер 22, отсечные вентили 24, 25, и возвращается в основной поток в трубопровод 3 за устройством дросселирования 23. Контроль расхода топлива - по показаниям расходомеров 19, 22.

После слива топлива из бака 4 в заправочную стендовую емкость 1 закрывают клапаны 5, 7 трубопровода слива 3 и отсечные вентили 24, 25 магистрали отбора проб 21.

4. Для определения содержания массы частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по трубопроводам наполнения 2 и слива 3, отсоединяют контрольный фильтр 12 магистрали отбора из трубопровода наполнения 2 и контрольный фильтр 20 магистрали отбора 21 из трубопровода слива 3. После соответствующей обработки с контрольных фильтров извлекают загрязнения и проводят их анализ, включая определение массы осажденных загрязнений с использованием поправочных коэффициентов, значения которых получены при проведении предварительных работ по настройке режимов течения.

5. Определяют массу частиц загрязнений в топливе, прошедшем по трубопроводу 2 в бак 4 изделия при первом наполнении бака

$$M_{H1}=m_{2H1}{k}_{tH}\left(\frac{V_{0H1}}{V_{2H1}}-1\right),\left(3\right)$$

где M_H1 - масса частиц загрязнений в жидкости (топливе), прошедшей в бак изделия 4 при первом наполнении, m_2H1 - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по магистрали отбора проб 11 трубопровода наполнения, осажденных на контрольном фильтре 12 магистрали отбора при первом наполнении; V_0H1 - объем жидкости, прошедшей по трубопроводу 2 из емкости 1 в бак 4 изделия при первом наполнении; V_2H1 - объем жидкости, прошедшей по магистрали отбора 11 из трубопровода наполнения и возвращенной в трубопровод при первом наполнении бака, k_tH - поправочный коэффициент.

6. Определяют массу частиц загрязнений в топливе, прошедшем по трубопроводу при первом сливе из бака 4 изделия:

$$M_{C1}=m_{2C1}{k}_{tC}\left(\frac{V_{0C1}}{V_{2C1}}-1\right),\left(4\right)$$

где M_C1 - масса частиц загрязнений в жидкости (топливе), прошедшей по трубопроводу слива 3 из бака 4 при первом сливе из бака, m_2C1 - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по магистрали отбора проб 21 трубопровода слива, осажденных на контрольном фильтре 20 магистрали отбора при первом сливе, V_0C1 - объем жидкости, прошедший по трубопроводу слива 3 из бака 4 в емкость 1 при первом сливе, V_2C1 - объем жидкости, прошедшей по магистрали отбора 21 из трубопровода слива и возвращенной в трубопровод при первом сливе, k_tC - поправочный коэффициент.

7. На основе полученных данных определяют массу частиц загрязнений ΔM₁, удаленных из бака 4 изделия при проведении первого цикла очистки «наполнение - слив»:

$$\Delta M_1=M_{C1}+m_{2C1}-M_{H1}\left(5\right)$$

(обозначения приведены выше)

8. При проведении второго и последующих циклов очистки «наполнение и слив» получают данные в соответствии с выражениями, аналогичными (3-5),

$$M_{H2}=m_{2H2}{k}_{tH}\left(\frac{V_{0H2}}{V_{2H2}}-1\right),\left(6\right)$$

$$M_{C2}=m_{2C2}{k}_{tC}\left(\frac{V_{0C2}}{V_{2C2}}-1\right),\left(7\right)$$

$$\Delta M_2=M_{C2}+m_{2C2}-M_{H2}.\left(8\right)$$

9. Полученные значения массы удаленных частиц загрязнений и объемов жидкости (топлива) используют для определения объемов жидкости, необходимых для удаления из бака заданной массы загрязнений. С использованием результатов первого цикла очистки «наполнение-слив» составляют уравнение, определяющее зависимость массы загрязнений, удаленных из бака, от объема использованной жидкости

$$\frac{\Delta M_1}{\Delta M_0}=1-\frac{1}{e^{A_0{V}_{0H1}}},\left(9\right)$$

а по результатам второго цикла очистки составляют аналогичное уравнение с учетом результатов первого цикла

$$\frac{\Delta M_1+\Delta M_2}{\Delta M_0}=1-\frac{1}{e^{A_0\left(V_{0H1}+V_{0H2}\right)}},\left(10\right)$$

где ΔМ₁, ΔМ₂ - масса частиц загрязнений, удаленных из бака после первого и второго циклов очистки («наполнение - слив»), V_0H1, V_0H2 - объемы рабочей жидкости (топлива), использованные при наполнении бака при проведении первого и второго циклов очистки. На основе результатов двух циклов очистки определяют постоянные (при выбранных режимах очистки) величины ΔМ₀, А₀ (ΔМ₀ - начальное содержание загрязнений в баке). Объем жидкости V_0H, необходимый для удаления из бака заданной массы ΔМ частиц загрязнений, определяют с использованием уравнения

$$\frac{\Delta M_1+\Delta M_2+\Delta M}{\Delta M_0}=1-\frac{1}{e^{A_0\left(V_{0H1}+V_{0H2}+V_{0H}\right)}},\left(11\right)$$

после чего проводят очередные циклы очистки с режимами, аналогичными режимам при первом и втором циклах очистки, для достижения допустимого значения содержания загрязнений в баке.

Масса частиц загрязнений, оставшихся в баке после проведения очистки ΔM_ocm, может быть определена по уравнению

$$\Delta M_{ocm}=\Delta M_0-\left(\Delta M_1+\Delta M_2+\dots +\Delta M_n\right),\left(12\right)$$

где ΔМ₁,ΔМ₂,…,ΔM_n - масса частиц загрязнений, удаленных из бака при проведении первого, второго, …, n-го циклов очистки,

что является дополнительной информацией для принятия решения о целесообразности проведения заключительных циклов очистки.

Проведение операций очистки рабочей жидкости при наполнении бака и при ее сливе из бака в стендовую заправочную емкость позволяет неоднократно использовать известный объем одной и той же рабочей жидкости. Это позволяет снизить расходы рабочей жидкости (дорогостоящего ракетного топлива), необходимой для достижения заданной чистоты. Кроме того, вследствие исключения необходимости проведения монтажных работ по подсоединению и отсоединению сливной емкости, в качестве которой используется стендовая заправочная емкость, использование способа позволяет снизить трудоемкость проведения очистки бака ступени. Причем проведение оценки содержания массы частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по трубопроводам наполнения и слива, использование способа позволяет проводить очистку бака ракетного блока, используя минимальное количество циклов «наполнение-слив» для достижения заданной степени очистки бака.

Изобретение относится к области машиностроении и может быть использовано в авиационной, ракетной и других областях техники, в которых применяются баки для рабочих жидкостей и предъявляются требования по ограничению содержания механических загрязнений при их эксплуатации. Очистку топливных баков проводят циклами «наполнение-слив» путем наполнения бака жидкостью (топливом) и последующего слива. При этом определяют содержание частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по трубопроводу при наполнении бака, и в жидкости, прошедшей по трубопроводу при сливе из бака, а количество частиц загрязнений, удаленных из бака, определяют по разности измеренных содержаний частиц загрязнений в жидкости при сливе и наполнении бака. Для очистки рабочей жидкости устанавливают фильтры на входном участке трубопровода подачи жидкости в бак и на выходном участке трубопровода слива. Приведены расчетные выражения для определения содержания частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по трубопроводам, и для определения объема жидкости, необходимого для удаления из бака заданной массы частиц загрязнений. Применение изобретения позволяет определить количество частиц загрязнений, удаленных из бака и оставшихся в баке при выбранных режимах очистки, снизить расходы рабочей жидкости, определить объем жидкости, необходимый для достижения заданной чистоты, и снизить трудоемкость проведения очистки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ очистки топливных баков ракетных блоков от частиц загрязнений при подготовке их к стендовым испытаниям, включающий наполнение бака рабочей жидкостью из заправочной стендовой емкости, слив рабочей жидкости из бака в сливную стендовую емкость, по окончании которого определяют массу частиц загрязнений, удаленных из бака, отличающийся тем, что после наполнения бака рабочей жидкостью определяют массу частиц загрязнений, поступивших в бак с рабочей жидкостью, затем по разности масс частиц загрязнений, удаленных из бака при сливе и поступивших в бак при наполнении, определяют массу частиц загрязнений, находившихся в баке до наполнения его рабочей жидкостью и удаленных при сливе, после чего проводят второй цикл наполнения бака рабочей жидкостью и слива ее из бака с определением массы частиц загрязнений, поступивших в бак при наполнении рабочей жидкостью и находившихся в баке до второго наполнения его рабочей жидкостью и удаленных при втором сливе, затем с учетом масс частиц загрязнений, находившихся в баке до каждого наполнения его рабочей жидкостью и удаленных при каждом сливе, определяют массу частиц загрязнений, которая может быть удалена при последующих циклах наполнения-слив, и производят очистку бака до достижения заданного содержания загрязнений в баке, при этом в качестве сливной стендовой емкости для слива рабочей жидкости используют заправочную стендовую емкость, а при наполнении и сливе из бака рабочую жидкость пропускают через технологические фильтры.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что наполнение бака рабочей жидкостью проводят по трубопроводу наполнения с измерением расхода и непрерывным отбором части жидкости из трубопровода наполнения в магистраль отбора через контрольный фильтр с измерением расхода и возвратом отфильтрованной жидкости в трубопровод наполнения, а массу частиц загрязнений, поступивших в бак с рабочей жидкостью, определяют с учетом объемов жидкости, определенных по измеренным значениям расходов, по формуле
,
где M_H1 - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей в бак по трубопроводу наполнения при первом наполнении, m_2H1 - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по магистрали отбора трубопровода наполнения, осажденных на контрольном фильтре магистрали отбора трубопровода наполнения при первом наполнении, V_0H1 - объем жидкости, прошедшей по трубопроводу наполнения в бак при первом наполнении, V_2H1 - объем жидкости, прошедшей по магистрали отбора из трубопровода наполнения, контрольный фильтр магистрали отбора и возвращенной в трубопровод наполнения за дроссельным устройством при первом наполнении бака, k_tH - поправочный коэффициент;
слив рабочей жидкости из бака проводят по трубопроводу слива с измерением расхода и непрерывным отбором части жидкости из трубопровода слива в другую магистраль отбора через контрольный фильтр с измерением ее расхода и возвратом отфильтрованной жидкости в трубопровод слива, а массу частиц загрязнений, удаленных из бака, определяют с учетом объемов жидкости, определенных по измеренным значениям расходов, по формуле
,
где M_C1 - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по трубопроводу слива из бака при первом сливе, m_2C1 - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по магистрали отбора трубопровода слива, осажденных на контрольном фильтре магистрали отбора трубопровода слива при первом сливе, V_0C1 - объем жидкости, прошедшей по трубопроводу слива из бака при первом сливе, V_2C1 - объем жидкости, прошедшей по магистрали отбора из трубопровода слива, контрольный фильтр магистрали отбора и возвращенной в трубопровод слива за дроссельным устройством, k_tC - поправочный коэффициент;
причем массу частиц загрязнений ΔM₁, находившихся в баке до заправки его рабочей жидкостью и удаленных при сливе из бака, определяют по формуле
;
после проведения второго цикла наполнения бака рабочей жидкостью и слива ее из бака определяют массу частиц загрязнений, поступивших в бак с рабочей жидкостью при втором наполнении, и массу частиц загрязнений, удаленных из бака при втором сливе с учетом объемов жидкости, определенных по измеренным значениям расходов соответственно по формулам
, ,
где M_H2 - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по трубопроводу наполнения при втором наполнении бака, m_2H2 - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по магистрали отбора трубопровода наполнения, осажденных на контрольном фильтре магистрали отбора трубопровода наполнения при втором наполнении бака, V_0H2 - объем жидкости, прошедшей по трубопроводу наполнения в бак при втором наполнении, V_2H2 - объем жидкости, прошедшей по магистрали отбора из трубопровода наполнения, контрольный фильтр магистрали отбора и возвращенной в трубопровод наполнения за дроссельным устройством при втором наполнении бака, k_tH - поправочный коэффициент, М_С2 - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по трубопроводу слива при втором сливе, m_2C2 - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по магистрали отбора трубопровода слива, осажденных на контрольном фильтре магистрали отбора трубопровода слива при втором сливе жидкости из бака, V_0C2 - объем жидкости, прошедшей по трубопроводу слива из бака при втором сливе жидкости из бака, V_2C2 - объем жидкости, прошедшей по магистрали отбора из трубопровода слива и возвращенной в трубопровод слива за дроссельным устройством при втором сливе жидкости из бака, k_tC - поправочный коэффициент,
определяют массу частиц загрязнений ΔМ₂, находившихся в баке до второго наполнения его рабочей жидкостью и удаленных при втором сливе из бака, по формуле
,
с использованием полученных значений ΔМ₁, ΔМ₂ составляют уравнения, определяющие зависимость массы частиц загрязнений, удаленных из бака, от объема использованной жидкости,
для первого цикла очистки:
,
для второго цикла очистки:
,
в результате решения которых определяют постоянные (при выбранных режимах очистки) величины ΔМ₀, А₀ (ΔМ₀ - начальное содержание загрязнений в системе), после чего определяют массу частиц загрязнений ΔM, которая может быть удалена при последующих циклах очистки с использованием объема рабочей жидкости V_0H, по уравнению

и проводят очистку бака до допустимого значения содержания загрязнений.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что предварительно последовательно проводят настройку режимов течения рабочей жидкости в участках трубопроводов наполнения и слива и в соответствующих магистралях отбора части жидкости для установления условий равенства скоростей жидкости в заборных элементах устройств отбора и в участках трубопроводов наполнения и слива в местах установки в них устройств отбора части жидкости путем их проливки рабочей жидкостью с измерением в них расходов жидкости, определения массы частиц загрязнений, осажденных на контрольных фильтрах участков трубопроводов наполнения и слива и магистралей отбора части жидкости, с использованием которых и с учетом объемов жидкости, определенных по измеренным значениям расходов, определяют поправочные коэффициенты k_tH, k_tC по формулам
, ,
где m_1tH - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по участку трубопровода наполнения при настройке, осажденных на контрольном фильтре сливной магистрали, m_2tH - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по магистрали отбора, осажденных на контрольном фильтре магистрали отбора участка трубопровода наполнения при настройке, V_0tH - объем жидкости, прошедшей по участку трубопровода наполнения при настройке, V_2tH - объем жидкости, прошедшей по магистрали отбора участка трубопровода наполнения при настройке, m_1tC - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по участку трубопровода слива при настройке, осажденных на контрольном фильтре сливной магистрали, m_2tC - масса частиц загрязнений в жидкости, прошедшей по магистрали отбора, осажденных на контрольном фильтре магистрали отбора участка трубопровода слива при настройке, V_0tC - объем жидкости, прошедшей по участку трубопровода слива при настройке, V_2tC - объем жидкости, прошедшей по магистрали отбора участка трубопровода слива при настройке.