Способ испытаний изделий на суммарную негерметичность Российский патент 2023 года по МПК G01M3/02 

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 изделий - трубопроводов и агрегатов пневмогидравлических систем, герметичных отсеков летательных аппаратов.

Известен способ испытаний изделий на суммарную негерметичность, заключающийся в том, что заполняют изделие контрольным газом до испытательного давления и определяют суммарную негерметичность испытываемого изделия по потере количества контрольного газа в испытываемом изделии (1, ГОСТ 24054-80 «Изделия машиностроения и приборостроения. Методы испытаний на герметичность. Общие требования», с. 3. М.: Стандартин-форм, 2021).

Недостаток данного способа заключается в том, что при его использовании не учитывается, что установление стационарных потоков контрольного газа через течи в испытываемом изделии происходит в результате переходных процессов, - в частности, переходного процесса создания равномерной концентрации пробного газа в контрольном газе по объему испытываемого изделия, переходных процессов нагрева испытываемого изделия при заполнении его контрольным газом и остывания испытываемого изделия по завершении заполнения его контрольным газом, а при наличии нескольких расположенных последовательно негерметичных барьеров герметизации в изделии - переходного процесса установления стационарного потока контрольного газа через течи в этих негерметичных барьерах герметизации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ испытаний изделий на суммарную негерметичность, заключающийся в том, что изделие заполняют контрольным газом до испытательного давления, затем в течение заданного времени делают выдержку для прохождения переходных процессов в испытываемом изделии, и по завершении выдержки определяют суммарную негерметичность испытываемого изделия по потере количества контрольного газа в испытываемом изделии («Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов» / В.А. Афанасьев, B.C. Барсуков, М.Я. Гофин, Ю.В. Захаров, А.Н. Стрельченко, Н.П. Шалунов; Под редакцией Н.В. Холодкова. - М.: Изд-во МАИ, 1994. - 412 с.: ил.; с. 282).

Данный способ испытаний изделий на суммарную негерметичность принят авторами за прототип.

Недостаток способа-прототипа заключается в том, что при его использовании не определено правило выбора длительности выдержки для прохождения переходных процессов в испытываемом изделии. При отсутствии правила выбора, например, если выдержка будет выбрана необоснованно короткой, то в результате при испытаниях могут быть признаны кондиционными такие негерметичные изделия, в которых переходные процессы установления стационарного потока через течи проходят в течение длительного времени, поскольку недопустимый стационарный поток за короткое время выдержки не успевает установиться. Если же выдержка будет выбрана чрезмерно продолжительной, то в результате этого испытания потребуют чрезмерных затрат рабочего времени и будут неэкономичными.

Кроме того, способ-прототип не предусматривает возможности выявления недопустимой негерметичности изделия в ходе выдержки для прохождения переходных процессов в испытываемом изделии. Если в ходе выдержки выявится, что изделие негерметично в недопустимой мере, то выдержка должна быть прервана, как не имеющая дальнейшего смысла, и испытания должны быть завершены с отрицательным результатом.

Задачей изобретения является создание экономичного и эффективного способа испытаний изделий на суммарную негерметичность.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение производительности и эффективности испытаний изделий на суммарную негерметичность за счет оптимального выбора времени выдержки при испытаниях и периодического определения суммарной негерметичности испытываемого изделия в течение выбранной указанным образом выдержки, а также повышение надежности и долговечности изделий в эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе испытаний изделий на суммарную негерметичность, в котором испытываемое изделие заполняют контрольным газом до испытательного давления, затем в течение заданного времени делают выдержку для прохождения переходных процессов в испытываемом изделии, и по завершении выдержки определяют суммарную негерметичность испытываемого изделия по потере количества контрольного газа в испытываемом изделии, дополнительно заранее проводят испытания на суммарную негерметичность изделий, идентичных с испытываемым изделием, при которых определяют их суммарную негерметичность по потере количества контрольного газа в испытываемом идентичном изделии, при проведенных испытаниях на суммарную негерметичность изделий, идентичных с испытываемым изделием, измеряют длительности переходных процессов установления стационарных значений суммарной негерметичности изделий, время выдержки задают равным длительности переходного процесса установления стационарного течения контрольного газа через течи испытываемого изделия, которую оценивают как максимальное значение из совокупности измеренных длительностей переходных процессов установления стационарных значений суммарной негерметичности изделий при ранее проведенных испытаниях на суммарную негерметичность изделий, идентичных с испытываемым изделием, при этом в течение выдержки периодически определяют суммарную негерметичность испытываемого изделия по потере количества контрольного газа в испытываемом изделии, период определения в течение выдержки суммарной негерметичности испытываемого изделия выбирают равным длительности определения суммарной негерметичности испытываемого изделия по потере количества контрольного газа в испытываемом изделии, причем выдержку и испытания изделия прекращают, если значение, измеренное при периодических определениях суммарной негерметичности испытываемого изделия, превысит допускаемое значение.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами (таблица 1).

В таблице 1 представлены абсолютное давление гелиево-азотной смеси в контуре системы обеспечения теплового режима (СОТР) и расчетное значение суммарной негерметичности контура СОТР при испытаниях по методу спада давления.

Предлагаемый способ испытаний изделий на суммарную негерметичность осуществляют следующим образом:

- заранее проводят испытания на суммарную негерметичность изделий, идентичных с испытываемым изделием, при которых определяют их суммарную негерметичность по потере количества контрольного газа в испытываемом идентичном изделии, например, методом «спада давления»;

- при проведенных испытаниях на суммарную негерметичность изделий, идентичных с испытываемым изделием, измеряют длительности переходных процессов установления стационарных значений суммарной негерметичности изделий по показаниям используемых при испытаниях контрольно-измерительных приборов и результатам испытаний;

- испытываемое изделие заполняют контрольным газом до испытательного давления (например, с помощью системы заправки с баллонами контрольного газа, трубопроводами, манометрами, предохранительными клапанами, запорной арматурой);

- в течение заданного времени делают выдержку для прохождения переходных процессов в испытываемом изделии;

- время выдержки задают равным длительности переходного процесса установления стационарного течения контрольного газа через течи испытываемого изделия, которую оценивают как максимальное значение из совокупности измеренных длительностей переходных процессов установления стационарных значений суммарной негерметичности изделий при ранее проведенных испытаниях на суммарную негерметичность изделий, идентичных с испытываемым изделием;

- в течение выдержки периодически определяют суммарную негерметичность испытываемого изделия по потере количества контрольного газа в испытываемом изделии, например, методом, использовавшимся при заранее проведенных испытаниях идентичных изделий;

- период определения в течение выдержки суммарной негерметичности испытываемого изделия выбирают равным длительности определения суммарной негерметичности испытываемого изделия по потере количества контрольного газа в испытываемом изделии;

- выдержку и испытания изделия прекращают, если значение, измеренное при периодических определениях суммарной негерметичности испытываемого изделия, превысит допускаемое значение;

- по завершении выдержки определяют суммарную негерметичность испытываемого изделия по потере количества контрольного газа в испытываемом изделии, например, методом, использовавшимся при заранее проведенных испытаниях идентичных изделий.

Примером реализации предлагаемого технического решения служат испытания на суммарную негерметичность контура пневмогидравлической системы обеспечения теплового режима (СОТР) космического аппарата (КА) по спаду консервационного давления.

Перед транспортировкой КА с завода-изготовителя на космодром контур СОТР заправляют, например, с использованием передвижного испытательного щита заправки газом серии МТТС производства компании НРТ (https://highpressuretech.com/wp-content/uploads/2019/01/MTTC-Series-Portable-Test-Cart.pdf), избыточным консервационным давлением азота 1,0 кгс/см². После окончания заправки делают выдержку 10 мин для прохождения переходных процессов в заправленном контуре СОТР. По результатам испытаний на суммарную негерметичность в рамках проведенной экспериментальной отработки СОТР транспортного пилотируемого корабля (ТПК) «Союз МС» эта выдержка была выбрана как достаточная для установления теплового равновесия между газом в контуре СОТР и конструкцией СОТР и КА в целом.

Испытания на суммарную негерметичность в рамках проведенной экспериментальной отработки СОТР могут рассматриваться как дополнительно заранее проведенные испытания на суммарную негерметичность изделий, идентичных с испытываемым изделием.

Выдержка 10 мин для установления теплового равновесия между газом в контуре СОТР и конструкцией СОТР и КА в целом может быть интерпретирована как длительность переходного процесса установления стационарного значения суммарной негерметичности контура СОТР, а также как максимальное значение из совокупности измеренных длительностей переходных процессов установления стационарных значений суммарной негерметичности изделий при ранее проведенных испытаниях на суммарную негерметичность изделий, идентичных с испытываемым изделием.

По завершении названной выдержки 10 мин делают контрольную выдержку 15 мин, в течение которой измеряют спад давления в контуре СОТР, например, контролируя избыточное давление азота в контуре при помощи манометра для точных измерений МТИ-1218 класса точности 0,6 и с диапазоном измерений (0…1,6) кгс/см² («Манометр, вакуумметр и мановакуумметр для точных измерений типов МТИ и ВТИ. Паспорт.3.9060.286ПС». Москва, завод «Манометр». 7 с.) и атмосферное давление при помощи манометра абсолютного давления ВК-316М («Манометр абсолютного давления ВК-316М. Руководство по эксплуатации. ЯИКТ.406123.002РЭ». ОАО «Сафоновский завод «Гидрометприбор». 19 с.). Контур СОТР собранного КА должен соответствовать жестким требованиям по параметру «герметичность», поэтому за время названной контрольной выдержки 15 мин спад давления в контуре СОТР не допускается. Значение избыточного консервационного давления азота в контуре СОТР в конце контрольной выдержки заносят в формуляр СОТР.

После того, как КА будет доставлен на космодром, проверяют состояние контура СОТР, заправленного консервационным давлением азота. Для этого измеряют значение избыточного консервационного давления в контуре СОТР, как правило, используя вышеназванные манометр для точных измерений и манометр абсолютного давления. Измеренное значение сравнивают со значением, занесенным в формуляр СОТР на заводе-изготовителе. По разности давлений вычисляют значение суммарной негерметичности контура СОТР, т.е. фактически проводят испытание контура СОТР по методу «спада давления» (ОСТ 92 4291-75 «Методы гидравлических и пневматических испытаний на прочность и герметичность. Общие положения», «Метод «спада давления», 1976 г., с. 18).

Время, затраченное на транспортировку КА с завода-изготовителя на космодром, рассматривают как длительность данных испытаний контура СОТР по методу спада давления. Если измеренная в результате данных испытаний суммарная негерметичность контура СОТР превысит допускаемое значение, это будет означать, что контур СОТР не сохранил свою первоначальную герметичность в ходе транспортировки КА. Этот вывод должен быть подтвержден результатом повторных испытаний контура СОТР на суммарную негерметичность, проводимых по тому же методу «спада давления» и воспроизводящих заправку контура СОТР избыточным консервационным давлением 1,0 кгс/см².

В указанном случае потери контуром СОТР герметичности в ходе транспортировки КА следует принять во внимание, что выдержка 10 мин является достаточной для установления теплового равновесия между газом в контуре СОТР и конструкцией СОТР и КА в целом, но в данном случае оказывается недостаточной для установления стационарного потока контрольного газа через течи в контуре СОТР, поскольку возникает ситуация, в которой на заводе-изготовителе непосредственно после выдержки 10 мин суммарная негерметичность контура СОТР не обнаруживается, тогда, как после транспортировки КА суммарная негерметичность контура СОТР выявляется. Это означает, что неизвестная длительность переходного процесса установления стационарного потока через течи в потерявшем герметичность контуре СОТР превышает 10 мин и может быть оценена, как не превышающая длительность транспортировки КА. Поэтому при повторном испытании потерявшего герметичность контура СОТР следует сделать длительную выдержку для прохождения переходного процесса установления стационарного потока через течи в контуре СОТР, вплоть до длительности транспортировки КА - около 5 дней.

Эта длительная выдержка может быть интерпретирована как равная новому максимальному значению из совокупности измеренных длительностей переходных процессов установления стационарных значений суммарной негерметичности изделий при ранее проведенных испытаниях на суммарную негерметичность изделий, идентичных с испытываемым изделием в совокупности с последним фактически проведенным испытанием контура СОТР по методу спада давления в течение транспортировки КА.

В течение вновь назначенной длительной выдержки целесообразно контролировать суммарную негерметичность контура СОТР по тому же методу «спада давления» (ОСТ 92 4291-75 «Методы гидравлических и пневматических испытаний на прочность и герметичность. Общие положения», «Метод «спада давления», 1976 г., с. 18). Измерения при этом следует вести непрерывно, чтобы отслеживать динамику развития суммарной негерметичности контура СОТР. При таких непрерывных измерениях период определения суммарной негерметичности будет равен длительности одного определения суммарной негерметичности. При измерениях в течение выдержки следует ожидать, что непосредственно после заправки значение суммарной негерметичности будет равно нулю в пределах ошибки измерений. По прошествии некоторого времени значение суммарной негерметичности возрастет. По завершении переходного процесса установления стационарного потока через течи в контуре СОТР значение суммарной негерметичности станет стабильным и превышающим допустимое значение, после чего выдержку для прохождения переходного процесса установления стационарного потока через течи в контуре СОТР можно будет остановить и перейти к поиску места негерметичности в контуре СОТР.

При проведении транспортировки всех последующих однотипных КА с завода-изготовителя на космодром и возникновении описанной ситуации падения консервационного давления в контуре СОТР за время транспортировки можно будет при аналогичном подходе к испытаниям контура СОТР на космодроме воспользоваться полученным значением длительности прохождения переходного процесса установления стационарного потока через течи в контуре СОТР.

Изложенные действия были осуществлены при испытаниях контура СОТР ТПК «Союз МС-04», в котором было обнаружено недопустимое падение консервационного давления азота за время транспортировки ТПК с завода-изготовителя на космодром, а именно, измеренное по двум входящим в состав контура датчикам давления значение давления азота в контуре СОТР составило от 1378,9 до 1389,5 мм рт.ст при допустимом значении от 1410 до 1580 мм рт. ст.

Для повторного испытания с «длительной» выдержкой контур СОТР был заполнен не чистым азотом, а гелиево-азотной смесью, что позволяло при необходимости при подтверждении суммарной негерметичности контура СОТР также провести испытания на суммарную негерметичность контура СОТР по методу накопления при атмосферном давлении с использованием пробного газа гелия и гелиевого масс-спектрометрического течеискателя согласно ОСТ 92-1527-89 «Контроль герметичности изделий с применением масс-спектрометрических гелиевых течеискателей. Методы испытаний».

Были проведены испытания контура СОТР по методу «спада давления» с результатами, представленными в таблице 1. По завершении испытаний и дальнейших работах с контуром СОТР было установлено, что одно из разъемных соединений контура СОТР негерметично. Значительная длительность переходного процесса установления стационарного потока контрольного газа через течь в данном разъемном соединении была вызвана тем, что течь проходила через два последовательно расположенных барьера герметизации - два поврежденных уплотнения (две эластомерные прокладки) в рассматриваемом соединении контура СОТР. Установление стационарного потока через поврежденные уплотнения происходило следующим образом: вначале возник поток газа через первое уплотнение, в результате этого возросло давление в полости между уплотнениями, создался перепад давлений на втором уплотнении и возник поток газа через второе уплотнение. В итоге установилось динамическое равновесие потоков через уплотнения и давления в полости между уплотнениями, при этом через каждое негерметичное уплотнение проходили равные потоки газа.

Поврежденные уплотнения (две эластомерные прокладки) в данном разъемном соединении были заменены на новые и неповрежденные, после этого контур СОТР был испытан на суммарную негерметичность с положительным результатом и в дальнейшем без замечаний работал в составе ТПК после его запуска.

Использование предлагаемого способа позволяет за счет повышения производительности испытаний изделий на суммарную негерметичность повысить эффективность испытаний изделий на герметичность и, как следствие, повысить надежность и долговечность изделий в эксплуатации.

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

Изобретение относится к способам испытания изделий на суммарную негерметичность. Сущность: заранее проводят испытания на суммарную негерметичность изделий, идентичных с испытуемым изделием, при которых определяют их суммарную негерметичность по потере количества контрольного газа в испытуемом идентичном изделии. При проведенных испытаниях на суммарную негерметичность изделий, идентичных с испытуемым изделием, измеряют длительности переходных процессов установления стационарных значений суммарной негерметичности изделий. Испытуемое изделие заполняют контрольным газом до испытательного давления. В течение заданного времени делают выдержку для прохождения переходных процессов в испытуемом изделии. При этом время выдержки задают равным длительности переходного процесса установления стационарного течения контрольного газа через течи испытуемого изделия, которую оценивают как максимальное значение из совокупности измеренных длительностей переходных процессов установления стационарных значений суммарной негерметичности изделий при ранее проведенных испытаниях изделий, идентичных с испытуемым изделием. В течение выдержки периодически определяют суммарную негерметичность испытуемого изделия по потере количества контрольного газа в нем. Причем период определения в течение выдержки суммарной негерметичности испытуемого изделия выбирают равным длительности определения суммарной негерметичности испытуемого изделия по потере количества контрольного газа в нем. Выдержку и испытание изделия прекращают, если значение, измеренное при периодических определениях суммарной негерметичности испытуемого изделия, превысит допускаемое значение. Технический результат: повышение эффективности испытания изделий на суммарную негерметичность. 1 табл.

Способ испытаний изделий на суммарную негерметичность, заключающийся в том, что испытываемое изделие заполняют контрольным газом до испытательного давления, затем в течение заданного времени делают выдержку для прохождения переходных процессов в испытываемом изделии и по завершении выдержки определяют суммарную негерметичность испытываемого изделия по потере количества контрольного газа в испытываемом изделии, отличающийся тем, что заранее проводят испытания на суммарную негерметичность изделий, идентичных с испытываемым изделием, при которых определяют их суммарную негерметичность по потере количества контрольного газа в испытываемом идентичном изделии, при проведенных испытаниях на суммарную негерметичность изделий, идентичных с испытываемым изделием, измеряют длительности переходных процессов установления стационарных значений суммарной негерметичности изделий, время выдержки задают равным длительности переходного процесса установления стационарного течения контрольного газа через течи испытываемого изделия, которую оценивают как максимальное значение из совокупности измеренных длительностей переходных процессов установления стационарных значений суммарной негерметичности изделий при ранее проведенных испытаниях на суммарную негерметичность изделий, идентичных с испытываемым изделием, при этом в течение выдержки периодически определяют суммарную негерметичность испытываемого изделия по потере количества контрольного газа в испытываемом изделии, период определения в течение выдержки суммарной негерметичности испытываемого изделия выбирают равным длительности определения суммарной негерметичности испытываемого изделия по потере количества контрольного газа в испытываемом изделии, причем выдержку и испытания изделия прекращают, если значение, измеренное при периодических определениях суммарной негерметичности испытываемого изделия, превысит допускаемое значение.