Способ испытаний многополостных изделий на суммарную негерметичность Российский патент 2024 года по МПК G01M3/02 

Данное изобретение относится к способам испытаний изделий на суммарную негерметичность с использованием пробных газов, вакуумных камер и течеискателей, в частности, к испытаниям на негерметичность изделий космической техники и может найти применение в таких областях техники, как газовое, атомное, авиационное машиностроение, где предъявляются повышенные требования к герметичности, долговечности и надежности изделий, например, баллонов высокого давления пневмогидравлических систем.

Известен способ-аналог испытаний изделий на суммарную негерметичность, согласно которому помещают в вакуумную камеру изделие, например, баллон высокого давления в составе двигательной установки (ДУ) космического аппарата (КА), вакуумируют вакуумную камеру, подают в вакуумную камеру поток пробного газа, например, гелия, для калибровки испытательной системы, включающей в себя вакуумную камеру, средства ее вакуумирования и измерительный прибор, например, гелиевый масс-спектрометрический течеискатель; при помощи измерительного прибора измеряют в вакуумной камере парциальное давление пробного газа, заправляют изделие смесью пробного газа с воздухом до испытательного давления, причем делают это в несколько этапов; после каждого из этапов заправки изделия делают выдержку на установление теплового равновесия изделия с окружающей средой, по достижении в изделии испытательного давления повторно измеряют парциальное давление пробного газа в вакуумной камере, а о степени негерметичности испытываемого изделия судят по измеренному приращению парциального давления пробного газа в вакуумной камере (патент РФ №2213945, МПК: G 01 М 3/00 (2006.01), опубликован 10.10.2003. «Способ контроля герметичности изделий». Липняк Л.В., Тройников В.И.).

Недостатком способа-аналога является то, что точность и достоверность результатов испытаний изделия снижаются при длительных выдержках изделия, проводимых для установления теплового равновесия изделия с окружающей средой.

Известен также способ испытаний изделий на суммарную негерметичность, заключающийся в том, что изделие помещают в вакуумную камеру с подключенным к ней течеискателем, вакуумируют вакуумную камеру, подают в вакуумную камеру эталонный поток пробного газа, измеряют приращение парциального давления пробного газа в вакуумной камере от поданного в вакуумную камеру эталонного потока пробного газа, измеряют парциальное давление пробного газа в вакуумной камере, в необходимое число этапов заправляют изделие смесью пробного газа с воздухом до заданного испытательного давления, после этапов заправки изделия делают выдержку на установление теплового равновесия изделия с окружающей средой, по достижении в изделии заданного испытательного давления повторно измеряют парциальное давление пробного газа в вакуумной камере, причем на каждом из этапов заправки изделия подают в вакуумную камеру эталонный поток пробного газа, измеряют приращение парциального давления пробного газа в вакуумной камере от поданного в вакуумную камеру эталонного потока пробного газа, измеряют парциальное давление пробного газа в вакуумной камере перед началом и после окончания каждого этапа заправки, вычисляют приращение негерметичности изделия на каждом этапе заправки на основании измеренных приращений парциального давления пробного газа в вакуумной камере на каждом этапе заправки и от поданного в вакуумную камеру эталонного потока пробного газа, суммируют вычисленные приращения негерметичности изделия на каждом из этапов его заправки, при этом при достижении в изделии заданного испытательного давления на последнем этапе заправки не делают выдержку на установление теплового равновесия изделия с окружающей средой, а о степени негерметичности испытываемого изделия судят по значению суммы вычисленных приращений негерметичности изделия на каждом из этапов его заправки (патент РФ №2654340, МПК: G 01 М 3/02 (2006.01), опубликован 17.05.2018, бюл. №14 «Способ испытаний изделий на суммарную негерметичность». Тройников В.И., Щербаков Э.В.).

Данный способ принят авторами в качестве прототипа предлагаемого изобретения.

К недостаткам способа-прототипа можно отнести его ограниченную производительность, не позволяющую эффективно использовать время выдержек на установление теплового равновесия изделия (полости многополостного изделия) с окружающей средой. Это время может быть использовано, например, для проведения параллельных испытаний на герметичность другой полости многополостного изделия. Примером такого многополостного изделия является ДУ КА, имеющая по меньшей мере две секции, основную и резервную, при этом в каждой секции имеется испытываемая полость - шар-баллон высокого давления. Способ-прототип не предусматривает возможности параллельного проведения испытаний двух и большего количества полостей многополостного изделия и позволяет осуществить только последовательные испытания таких полостей, что приводит к увеличению длительности испытаний, приблизительно пропорциональному общему количеству испытываемых полостей.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение производительности испытаний на суммарную негерметичность многополостных изделий.

Техническим результатом изобретения является сокращение длительности испытаний многополостных изделий на суммарную негерметичность и вытекающее из этого повышение экономической эффективности изготовления, подготовки и эксплуатации многополостных изделий.

Технический результат достигается тем, что в предложенном способе испытаний многополостных изделий на суммарную негерметичность, заключающемся в том, что многополостное изделие помещают в вакуумную камеру с подключенным к ней течеискателем, вакуумируют вакуумную камеру, проводят первый этап заправки первой полости многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом, выполняя следующие действия: подают в вакуумную камеру эталонный поток пробного газа, измеряют приращение парциального давления пробного газа в вакуумной камере от поданного в вакуумную камеру эталонного потока пробного газа, измеряют парциальное давление пробного газа в вакуумной камере перед началом первого этапа заправки первой полости изделия, заправляют первую полость многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом, измеряют парциальное давление пробного газа в вакуумной камере после окончания первого этапа заправки первой полости многополостного изделия, вычисляют приращение негерметичности первой полости многополостного изделия на первом этапе заправки на основании измеренных приращений парциального давления пробного газа в вакуумной камере на первом этапе заправки и от поданного в вакуумную камеру эталонного потока пробного газа, делают выдержку на установление теплового равновесия первой полости многополостного изделия с окружающей средой, после первого этапа заправки первой полости многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом проводят последующие этапы заправки остальных полостей многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом необходимое число раз до достижения в полостях многополостного изделия заданного испытательного давления, выполняя вышеперечисленные действия, причем при достижении в полости изделия заданного испытательного давления на последнем этапе заправки не делают выдержку на установление теплового равновесия полости многополостного изделия с окружающей средой, при этом суммируют вычисленные приращения негерметичности каждой полости многополостного изделия на каждом из этапов ее заправки, а о степени негерметичности каждой испытываемой полости многополостного изделия судят по значению суммы вычисленных приращений негерметичности этой полости многополостного изделия на каждом из этапов ее заправки, причем в течение первой выдержки на установление теплового равновесия первой полости многополостного изделия с окружающей средой выполняют действия первого этапа заправки второй полости многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом до заданного испытательного давления и вычисляют приращение негерметичности второй полости многополостного изделия на первом этапе ее заправки, а в течение первой выдержки на установление теплового равновесия второй полости многополостного изделия с окружающей средой выполняют действия второго этапа заправки первой полости многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом до заданного испытательного давления и вычисляют приращение негерметичности первой полости многополостного изделия на втором этапе ее заправки, при этом повторяют названные действия до достижения в первой и второй полостях многополостного изделия заданных испытательных давлений.

Кроме того, при выполнении действий очередного этапа заправки полости многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом до заданного испытательного давления и вычислении приращения негерметичности данной полости многополостного изделия на очередном этапе ее заправки у всех остальных испытываемых полостей многополостного изделия осуществляют выдержки на установление теплового равновесия этих полостей многополостного изделия с окружающей средой, а действия по подаче в вакуумную камеру эталонного потока пробного газа и измерению приращения парциального давления пробного газа в вакуумной камере от поданного в вакуумную камеру эталонного потока пробного газа используют для вычисления приращения негерметичности более, чем одной полости многополостного изделия на очередном этапе ее заправки.

Сущность изобретения поясняется графическими материалами (таблица 1, фиг. 1).

В таблице 1 приведена последовательность операций при испытаниях многополостного изделия с двумя испытываемыми полостями - двумя шар-баллонами, где ГАС - гелиево-азотная смесь; ТТТБ - шар-баллон.

На фиг. 1 представлена диаграмма Ганта для последовательности операций, содержащихся в таблице 1.

Предлагаемый способ испытаний многополостных изделий на суммарную негерметичность осуществляют следующим образом:

- многополостное изделие помещают в вакуумную камеру с подключенным к ней гелиевым масс-спектрометрическим течеискателем;

- вакуумируют вакуумную камеру до достижения в ней стабильного высокого вакуума, необходимого для проведения измерений парциального давления гелия в вакуумной камере с помощью подключенного к вакуумной камере гелиевого масс-спектрометрического течеискателя;

- проводят первый этап заправки первой полости многополостного изделия смесью пробного газа гелия с воздухом, при этом выполняют следующие действия:

а) подают в вакуумную камеру эталонный поток пробного газа - гелия;

б) измеряют приращение парциального давления пробного газа в вакуумной камере от поданного в вакуумную камеру эталонного потока пробного газа;

в) измеряют парциальное давление пробного газа в вакуумной камере перед началом первого этапа заправки первой полости многополостного изделия;

г) заправляют первую полость многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом;

д) измеряют парциальное давление пробного газа в вакуумной камере после окончания первого этапа заправки первой полости многополостного изделия;

е) вычисляют приращение негерметичности первой полости многополостного изделия на первом этапе заправки на основании измеренных приращений парциального давления пробного газа в вакуумной камере на первом этапе заправки и от поданного в вакуумную камеру эталонного потока пробного газа;

ж) делают выдержку на установление теплового равновесия первой полости многополостного изделия с окружающей средой;

- после первого этапа заправки первой полости многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом проводят последующие этапы заправки остальных полостей многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом необходимое число раз до достижения в полостях многополостного изделия заданного испытательного давления, выполняя вышеперечисленные действия по пунктам а) - ж), при этом при достижении в полости многополостного изделия заданного испытательного давления на последнем этапе заправки не делают выдержку на установление теплового равновесия полости многополостного изделия с окружающей средой;

- затем суммируют вычисленные приращения негерметичности каждой полости многополостного изделия на каждом из этапов ее заправки, а о степени негерметичности каждой испытываемой полости многополостного изделия судят по значению суммы вычисленных приращений негерметичности этой полости многополостного изделия на каждом из этапов ее заправки;

з) при этом в течение первой выдержки на установление теплового равновесия первой полости многополостного изделия с окружающей средой выполняют действия первого этапа заправки второй полости многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом до заданного испытательного давления;

и) также в течение первой выдержки на установление теплового равновесия первой полости многополостного изделия с окружающей средой вычисляют приращение негерметичности второй полости многополостного изделия на первом этапе ее заправки;

к) а также в течение первой выдержки на установление теплового равновесия второй полости многополостного изделия с окружающей средой выполняют действия второго этапа заправки первой полости многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом до заданного испытательного давления;

л) также в течение первой выдержки на установление теплового равновесия второй полости многополостного изделия с окружающей средой вычисляют приращение негерметичности первой полости многополостного изделия на втором этапе ее заправки;

- при этом повторяют действия по пунктам з) - л) до достижения в первой и всех остальных полостях многополостного изделия заданных испытательных давлений;

- при этом при выполнении действий очередного этапа заправки полости многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом до заданного испытательного давления и вычислении приращения негерметичности данной полости многополостного изделия на очередном этапе ее заправки у всех остальных испытываемых полостей многополостного изделия осуществляют выдержки на установление теплового равновесия этих полостей многополостного изделия с окружающей средой;

- наконец, действия по подаче в вакуумную камеру эталонного потока пробного газа и измерению приращения парциального давления пробного газа в вакуумной камере от поданного в вакуумную камеру эталонного потока пробного газа используют для вычисления приращения негерметичности более, чем одной полости многополостного изделия на очередном этапе ее заправки. Это означает, что, например, действия по подаче в вакуумную камеру эталонного потока пробного газа и измерению приращения парциального давления пробного газа в вакуумной камере от поданного в вакуумную камеру эталонного потока пробного газа проводят в некоторый момент времени для вычисления приращения негерметичности первой полости многополостного изделия на втором этапе ее заправки. Аналогичные действия необходимо провести в другой момент времени для вычисления приращения негерметичности второй полости многополостного изделия на первом этапе ее заправки. Если названные моменты времени относительно близки друг к другу, например, между ними проходят 2 ч, то можно для снижения трудовых затрат выполнить лишь первые из рассматриваемых действий и не выполнять вторые, считая, что условия проведения испытаний за упомянутые 2 ч изменятся незначительно, и это изменение не приведет к снижению достоверности результатов испытаний.

Пример реализации предложенного способа испытаний многополостных изделий на суммарную негерметичность представлен в таблице 1, в которой используются следующие исходные данные: каждая калибровка испытательной системы с использованием контрольной течи продолжается 30 мин, каждая регистрация показания течеискателя продолжается 5 мин, подача гелиево-азотной смеси (ГАС) в шар-баллоны (ШБ) продолжается в зависимости от этапа заправки 1 ч или 30 мин, каждая выдержка шар-баллона продолжается 9 ч. Названные исходные данные соответствуют испытаниям автоматического космического аппарата в вакуумной камере ВУ-200 ПАО «РКК «Энергия» с использованием гелиевых масс-спектрометрических течеискателей ТИ1-50 производства АО «Завод «Измеритель», г. С.-Петербург, а также сжатых газов - гелия газообразного ТУ 0271-135-31323949-2005 и азота газообразного ОСТ 92-1577-78.

Предлагаемый способ по сравнению с прототипом обеспечивает сокращение длительности испытаний, что видно из таблицы 1 и фиг. 1:

- испытания шар-баллона №1 начинаются с операции №1, завершаются операцией №30, включают в себя 30 операций и продолжаются 1 сутки 18 ч 50 мин;

- если после завершения испытаний шар-баллона №1 проводить последовательно абсолютно идентичные испытания шар-баллона №2, то для испытаний двух шар-баллонов в сумме понадобится 60 операций, и суммарная длительность таких испытаний составит 3 суток 13 ч 40 мин;

- если же проводить испытания по предлагаемому способу, то такие испытания завершаются операцией №54, включают в себя 54 операции и продолжаются 1 сутки 19 ч 40 мин, что при вышеназванных исходных данных составляет лишь 51% от вышеназванных 3 суток 13 ч 40 мин;

- при испытаниях по предлагаемому способу длительность испытаний двух шар-баллонов сокращается до 51% также и за счет того, что для испытаний шар-баллона №2 не выполняют операции «произвести калибровку испытательной системы с использованием контрольной течи», а вместо этого используют результаты аналогичных операций для испытаний шар-баллона №1, а именно, операций №№1,7, 13, 19 и 25.

Использование предлагаемого способа позволяет за счет сокращения длительности испытаний сократить трудозатраты и увеличить надежность многополостных изделий и их долговечность при эксплуатации.

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

Изобретение относится к области испытания устройств на герметичность и может быть использовано для испытания многополостных изделий на суммарную негерметичность. Сущность: многополостное изделие помещают в вакуумную камеру с подключенным к ней течеискателем. Вакуумируют вакуумную камеру. Проводят первый этап заправки первой полости многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом. На этом этапе подают в вакуумную камеру эталонный поток пробного газа. Измеряют приращение парциального давления пробного газа в вакуумной камере от поданного в вакуумную камеру эталонного потока пробного газа. Измеряют парциальное давление пробного газа в вакуумной камере перед началом первого этапа заправки первой полости многополостного изделия. Заправляют первую полость многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом. Измеряют парциальное давление пробного газа в вакуумной камере после окончания первого этапа заправки первой полости многополостного изделия. Вычисляют приращение негерметичности первой полости многополостного изделия на первом этапе заправки на основании измеренных приращений парциального давления пробного газа в вакуумной камере на первом этапе заправки и от поданного в вакуумную камеру эталонного потока пробного газа. Делают выдержку на установление теплового равновесия первой полости многополостного изделия с окружающей средой. После первого этапа заправки первой полости многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом проводят последующие этапы заправки остальных полостей многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом необходимое число раз до достижения в полостях многополостного изделия заданного испытательного давления, выполняя вышеперечисленные действия. При этом при достижении в полостях многополостного изделия заданного испытательного давления на последнем этапе заправки не делают выдержку на установление теплового равновесия полости многополостного изделия с окружающей средой. Затем суммируют вычисленные приращения негерметичности каждой полости многополостного изделия на каждом из этапов ее заправки. О степени негерметичности каждой испытываемой полости многополостного изделия судят по значению суммы вычисленных приращений негерметичности этой полости многополостного изделия на каждом из этапов ее заправки. Технический результат: сокращение длительности испытаний. 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

1. Способ испытаний многополостных изделий на суммарную негерметичность, заключающийся в том, что многополостное изделие помещают в вакуумную камеру с подключенным к ней течеискателем, вакуумируют вакуумную камеру, проводят первый этап заправки первой полости многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом, выполняя следующие действия: подают в вакуумную камеру эталонный поток пробного газа, измеряют приращение парциального давления пробного газа в вакуумной камере от поданного в вакуумную камеру эталонного потока пробного газа, измеряют парциальное давление пробного газа в вакуумной камере перед началом первого этапа заправки первой полости многополостного изделия, заправляют первую полость многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом, измеряют парциальное давление пробного газа в вакуумной камере после окончания первого этапа заправки первой полости многополостного изделия, вычисляют приращение негерметичности первой полости многополостного изделия на первом этапе заправки на основании измеренных приращений парциального давления пробного газа в вакуумной камере на первом этапе заправки и от поданного в вакуумную камеру эталонного потока пробного газа, делают выдержку на установление теплового равновесия первой полости многополостного изделия с окружающей средой, после первого этапа заправки первой полости многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом проводят последующие этапы заправки остальных полостей многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом необходимое число раз до достижения в полостях многополостного изделия заданного испытательного давления, выполняя вышеперечисленные действия, при этом при достижении в полостях многополостного изделия заданного испытательного давления на последнем этапе заправки не делают выдержку на установление теплового равновесия полости многополостного изделия с окружающей средой, затем суммируют вычисленные приращения негерметичности каждой полости многополостного изделия на каждом из этапов ее заправки, а о степени негерметичности каждой испытываемой полости многополостного изделия судят по значению суммы вычисленных приращений негерметичности этой полости многополостного изделия на каждом из этапов ее заправки, отличающийся тем, что в течение первой выдержки на установление теплового равновесия первой полости многополостного изделия с окружающей средой выполняют действия первого этапа заправки второй полости многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом до заданного испытательного давления и вычисляют приращение негерметичности второй полости многополостного изделия на первом этапе ее заправки, а в течение первой выдержки на установление теплового равновесия второй полости многополостного изделия с окружающей средой выполняют действия второго этапа заправки первой полости многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом до заданного испытательного давления и вычисляют приращение негерметичности первой полости многополостного изделия на втором этапе ее заправки, при этом повторяют названные действия до достижения в первой и всех остальных полостях многополостного изделия заданных испытательных давлений.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при выполнении действий очередного этапа заправки полости многополостного изделия смесью пробного газа с воздухом до заданного испытательного давления и вычислении приращения негерметичности данной полости многополостного изделия на очередном этапе ее заправки у всех остальных испытываемых полостей многополостного изделия осуществляют выдержки на установление теплового равновесия этих полостей многополостного изделия с окружающей средой.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что действия по подаче в вакуумную камеру эталонного потока пробного газа и измерению приращения парциального давления пробного газа в вакуумной камере от поданного в вакуумную камеру эталонного потока пробного газа используют для вычисления приращения негерметичности более чем одной полости многополостного изделия на очередном этапе ее заправки.