Способ контроля герметичности элементов изделий Российский патент 2022 года по МПК G01M3/00 

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности, к испытаниям изделий космической техники на герметичность и может найти применение в таких областях техники, как газовая промышленность, атомное машиностроение, авиастроение, где предъявляются повышенные требования к герметичности, долговечности и надежности элементов изделий, например, люков герметичных отсеков, люков и уплотнений стыковочных агрегатов (СтА) космических летательных аппаратов (КЛА).

Известен способ-аналог контроля герметичности элементов изделий, заключающийся в том, что размещают испытуемое изделие в вакуумной камере, над контролируемым элементом изделия образуют оболочку с герметизирующими элементами крепления ее к поверхности изделия, вакуумируют вакуумную камеру и оболочку, заполняют изделие контрольным газом до испытательного давления, после чего сообщают вакуумную камеру и внутренний объем оболочки с устройством индикации контрольного газа (1, Авторское свидетельство СССР №637752, МПК: G01M 3/00 (2006.01), опубл. 15.12.1978, бюл. №46).

Недостаток способа-аналога заключается в том, что он не позволяет проконтролировать расположенные под оболочкой элементы изделия, которые не подвергаются воздействию давления контрольного газа при заполнении изделия контрольным газом до испытательного давления. Например, в стыковочном агрегате КЛА часть корпуса стыковочного агрегата КЛА входит в состав тоннеля внутреннего перехода, образуемого при стыковке двух КЛА и работающего под перепадом давлений: внутри тоннеля - близкое к 760 мм рт.ст. давление атмосферы КЛА, снаружи - космический вакуум. Через люк СтА осуществляется доступ из отсека КЛА в тоннель внутреннего перехода. Таким образом, при заполнении отсека КЛА контрольным газом до испытательного давления не нагружается давлением контрольного газа тоннель внутреннего перехода. Если контролировать герметичность люка СтА согласно способу-аналогу, а именно:

- разместить в вакуумной камере КЛА, в состав которого входит СтА,

- установить оболочку с герметизирующими элементами на стыковочную плоскость СтА,

- отвакуумировать вакуумную камеру и оболочку с герметизирующими элементами,

- заполнить отсек КЛА контрольным газом до испытательного давления, при этом одновременно подвергая люк СтА испытательному давлению контрольного газа,

- после чего сообщить с устройством индикации контрольного газа вакуумную камеру и внутренний объем оболочки с герметизирующими элементами,

то при таком контроле не будет проконтролирована герметичность обращенной в космический вакуум части корпуса СтА КЛА.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ контроля герметичности элементов изделий, заключающийся в том, что над испытуемым элементом изделия образуют основную технологическую полость, подвергают изделие испытательному давлению контрольного газа, создают в основной технологической полости разрежение и измеряют изменение давления, образуют дополнительную технологическую полость, охватывающую первую полость, создают в ней разрежение, и одновременно измеряют изменение давления в обеих полостях (2, Авторское свидетельство СССР №731334, МПК: G01M 3/00 (2006.01), опубл. 30.04.1980, бюл. №16). Данный способ контроля герметичности элементов изделий принят авторами за прототип.

Недостатком способа-прототипа является то, что он, с одной стороны, как уже отмечалось, не позволяет проконтролировать герметичность тех элементов изделий, которые не подвергаются испытательному давлению при заполнении изделия контрольным газом, как в приведенном выше примере, стенок тоннеля внутреннего перехода, так и не позволяет проконтролировать герметичность барьеров герметизации - герметизирующих элементов как между основной и дополнительной технологическими полостями, так и между вакуумной камерой и дополнительной технологической полостью. Между тем герметичность названных герметизирующих элементов имеет большое значение в тех случаях, когда эти герметизирующие элементы образованы ответственными составными частями контролируемого изделия. Например, практически во всех стыковочных агрегатах КЛА на стыковочной плоскости имеются две концентрические кольцевые герметизирующие прокладки, обеспечивающие герметичность составного тоннеля внутреннего перехода, образующегося при стыковке двух КЛА. Применение двух прокладок обеспечивает их дублирование и повышает надежность герметизации составного тоннеля внутреннего перехода. При наземной подготовке такого стыковочного агрегата КЛА важно контролировать герметичность каждой из двух прокладок: дублирование не достигается при негерметичности любой из прокладок. Для такого контроля герметичности СтА указанной конструкции устанавливают, например, на стыковочную плоскость СтА приспособление, соприкасающееся с обеими прокладками - герметизирующими элементами, создающее полость над люком СтА и образующее два барьера герметизации, - первый из них по линии контакта с внутренней, второй по линии контакта с внешней прокладкой. При этом, устанавливая на СтА такое приспособление, фактически образуют основную технологическую полость над люком СтА и окружающую ее дополнительную технологическую полость. Если контроль герметичности проводят согласно вышеуказанному способу-прототипу, то концентрические кольцевые прокладки не подвергаются испытательному давлению контрольного газа, а это не позволяет при наземной подготовке СтА проконтролировать герметичность каждой из прокладок.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение функциональных возможностей контроля герметичности элементов изделий за счет обеспечения возможности контроля изделий со смежными герметичными полостями, разделенных входящими в состав изделия герметизирующими элементами.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности изделий и увеличение длительности их безопасной эксплуатации, достигаемые за счет проведения контроля герметичности элементов изделий с расширенными функциональными возможностями.

Технический результат достигается тем, что в способе контроля герметичности элементов изделий, заключающимся в том, что образуют над испытуемым элементом изделия основную технологическую полость, образуют дополнительную технологическую полость, охватывающую основную технологическую полость, создают разрежение и одновременно измеряют изменение давления в основной и дополнительной технологических полостях, при этом размещают испытуемый элемент изделия с образованными основной и дополнительной технологическими полостями в вакуумной камере, создают разрежение в вакуумной камере, после создания разрежения и измерения изменения давления в основной и дополнительной технологических полостях заполняют основную технологическую полость до испытательного давления контрольным газом, содержащим пробный газ, измеряют повышение парциального давления пробного газа в вакуумной камере и определяют по нему негерметичность испытуемого участка элемента изделия, обращенного в вакуумную камеру, измеряют повышение парциального давления пробного газа в дополнительной технологической полости и определяют по нему негерметичность герметизирующего элемента между основной и дополнительной технологическими полостями, заполняют дополнительную технологическую полость до испытательного давления контрольным газом, содержащим пробный газ, измеряют повышение парциального давления пробного газа в вакуумной камере и определяют по нему негерметичность герметизирующего элемента между дополнительной технологической полостью и объемом вакуумной камеры.

Сущность изобретения поясняется рисунком (фиг. 1), на котором представлена испытательная система для проверки СтА 1 в составе отсека КЛА 2 в вакуумной камере 3. СтА 1 имеет в своем составе две концентрические кольцевые герметизирующие прокладки, - внутреннюю 4 и внешнюю 5, - установленные на стыковочной плоскости 6.

Способ контроля герметичности элементов изделий реализуется с помощью испытательной системы (фиг. 1) следующим образом.

Перед началом контроля герметичности на СтА 1 устанавливают приспособление 7, соприкасающееся своей установочной плоскостью с прокладками 4 и 5 СтА 1. Для обеспечения герметизации приспособление 7 механически прижимают к стыковочной плоскости 6. В результате этого образуют над испытуемым элементом люком 9 СтА 1 изделия - отсека КЛА 2 - основную технологическую полость 15, а также образуют дополнительную технологическую полость 13, охватывающую основную технологическую полость 15.

После этого в основной 15 и дополнительной 13 технологических полостях создают разрежение с использованием, например, турбомолекулярной станции TSH 071 производства Pfeiffer Vacuum GmbH и одновременно измеряют изменение давления с помощью вакуумметра 356 Micro-Ion Plus производства Granville-Phillips MKS Instruments, Inc.

После создания разрежения и измерения изменения давления в основной 15 и дополнительной 13 технологических полостях размещают изделие - отсек КЛА 2 - совместно с испытуемым элементом изделия СтА 1 с образованными вышеуказанным образом основной 15 и дополнительной 13 технологическими полостями в вакуумной камере 3, например, вакуумной камере В2794-064, эксплуатирующейся в РКК «Энергия», вакуумируют вакуумную камеру 3 низковакуумной откачной системой с использованием безмасляных вакуумных насосов SDL 40 производства Kashiyama Industries, Ltd. и высоковакуумной откачной системой с использованием турбомолекулярных насосов TMP-3203LM производства Shimadzu Corporation до достижения разрежения от 5⋅10^-4 до 1⋅10^-4 мм рт.ст., обеспечивающего работу подключенного к вакуумной камере 3 течеискателя 8, например, течеискателя PhoeniXL 300 производства Oerlikon Leybold Vacuum GmbH.

Основную технологическую полость 15 над люком 9 СтА 1 сообщают с объемом вакуумной камеры 3, например, через выход трубопровода 10. Отсек КЛА 2 заправляют через трубопровод 11 контрольным газом, например, гелиево-воздушной смесью (ГВС), содержащей пробный газ гелий ТУ 0271-135-31323949-2005 в объемной доле, составляющей, например, 5% (5% ГВС), до требуемого испытательного давления, например, 1,3 ата. По показаниям течеискателя 8 определяют значение негерметичности отсека КЛА 2, в которое входит и значение негерметичности люка 9 СтА 1.

Вслед за этим основную технологическую полость 15 над люком 9 СтА 1 разобщают с объемом вакуумной камеры 3, заполняют основную технологическую полость 15 через трубопровод 10 до испытательного давления, например, 1,3 ата, контрольным газом, например, 5% ГВС, измеряют с помощью течеискателя 8 повышение парциального давления пробного газа в вакуумной камере 3 и определяют по нему негерметичность испытуемого участка элемента изделия, обращенного в вакуумную камеру, а именно, участка 12 корпуса СтА 1, образующего тоннель внутреннего перехода и обращенного при эксплуатации своей внешней поверхностью в космический вакуум.

Далее дополнительную технологическую полость 13 сообщают с объемом вакуумной камеры 3, например, через выход трубопровода 14, измеряют с помощью течеискателя 8 повышение парциального давления пробного газа в дополнительной технологической полости 13 и определяют по нему негерметичность герметизирующего элемента между основной 15 и дополнительной 13 технологическими полостями, а именно, внутренней прокладки 4.

После этого дополнительную технологическую полость 13 разобщают с объемом вакуумной камеры 3, заполняют через трубопровод 14 дополнительную технологическую полость 13 до испытательного давления, например, 1,3 ата, контрольным газом, например, 5% ГВС, измеряют повышение парциального давления пробного газа в вакуумной камере 3 и определяют по нему негерметичность герметизирующего элемента между дополнительной технологической полостью 13 и объемом вакуумной камеры 3, а именно, внешней прокладки 5.

Предлагаемый способ опробован при контроле герметичности пассивного стыковочного агрегата, входящего в состав узлового модуля российского сегмента МКС, при испытаниях модуля на заводе-изготовителе. Проведенный контроль герметичности подтвердил требуемые характеристики стыковочного агрегата по параметру «герметичность».

Использование предлагаемого способа позволяет обеспечить возможность контроля изделий со смежными герметичными полостями, разделенных входящими в состав изделия герметизирующими элементами, что увеличивает надежность изделий и долговечность их эксплуатации.

Способ достаточно прост в реализации и не требует дополнительных средств на доработку существующего испытательного оборудования.

Изобретение относится к испытаниям изделий космической техники, например, люков и уплотнений стыковочных агрегатов космических аппаратов, а также может быть применено в других областях техники. В предлагаемом способе образуют над испытываемым элементом (ИЭ) основную технологическую полость (ОТП) и охватывающую ее дополнительную ТП (ДТП), создают в обеих полостях контролируемое разрежение и размещают ИЭ с ОТП и ДТП в вакуумной камере. Определенным порядком заполнения ОТП и ДТП до испытательного давления контрольным (с примесью пробного) газом, а также – сообщения этих полостей с вакуумной камерой и соответствующими измерениями парциального давления пробного газа в камере определяют негерметичности внешнего рабочего участка ИЭ и герметизирующих элементов между ОТП и ДТП и между ДТП и объемом вакуумной камеры. Техническим результатом является повышение точности и надежности контроля герметичности изделий и тем самым увеличение сроков их безопасной эксплуатации. 1 ил.

Способ контроля герметичности элементов изделий, заключающийся в том, что образуют над испытуемым элементом изделия основную технологическую полость, образуют дополнительную технологическую полость, охватывающую основную технологическую полость, создают разрежение и одновременно измеряют изменение давления в основной и дополнительной технологических полостях, отличающийся тем, что размещают испытуемый элемент изделия с образованными основной и дополнительной технологическими полостями в вакуумной камере, создают разрежение в вакуумной камере, после создания разрежения и измерения изменения давления в основной и дополнительной технологических полостях заполняют основную технологическую полость до испытательного давления контрольным газом, содержащим пробный газ, измеряют повышение парциального давления пробного газа в вакуумной камере и определяют по нему негерметичность испытуемого участка элемента изделия, обращенного в вакуумную камеру, измеряют повышение парциального давления пробного газа в дополнительной технологической полости и определяют по нему негерметичность герметизирующего элемента между основной и дополнительной технологическими полостями, заполняют дополнительную технологическую полость до испытательного давления контрольным газом, содержащим пробный газ, измеряют повышение парциального давления пробного газа в вакуумной камере и определяют по нему негерметичность герметизирующего элемента между дополнительной технологической полостью и объемом вакуумной камеры.