Способ испытаний на суммарную герметичность полого изделия Российский патент 2025 года по МПК G01M3/00 

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к испытаниям изделий космической техники на суммарную герметичность, и может найти применение в таких областях техники, как газовая, атомная, авиационная промышленность, машиностроение, где предъявляются повышенные требования к герметичности, долговечности и надежности изделий, например, трубопроводов пневмогидравлических систем.

Известны способы-аналоги испытаний изделий на суммарную герметичность, основанные на измерении суммарного количества вещества, находящегося в испытываемом изделии при испытаниях. Согласно данным способам заполняют изделие контрольным веществом, например, газом, до достижения заданного избыточного испытательного давления и делают контрольную выдержку, в течение которой измеряют суммарное количество вещества, находящегося в испытываемом изделии, а о степени негерметичности испытываемого изделия судят по измеренному изменению суммарного количества вещества, находящегося в испытываемом изделии, например, измеряют давление газа в изделии, и о степени негерметичности испытываемого изделия судят по величине понижения давления в изделии («ГОСТ 24054-80. Изделия машиностроения и приборостроения. Методы испытаний на герметичность. Общие требования (с Изменением №1)», М., Издательство стандартов, 1987, стр. 4.

Чувствительность данных способов может быть недостаточна для испытаний изделий с высокими требованиями к степени негерметичности, например, магистралей двигательных установок (ДУ) космических аппаратов (КА), что не позволит осуществлять испытания изделий по данным способам.

Известен способ испытаний на суммарную герметичность полого изделия, заключающийся в том, что вакуумируют внутреннюю полость изделия через испытательную систему до установившегося давления в изделии и испытательной системе, прекращают вакуумирование, а величину негерметичности изделия (газового потока, поступающего в изделие из окружающей атмосферы) определяют по повышению давления за определенный промежуток времени (патент RU 2556283, МПК: G01M 3/02 (2006.01), опубл. 10.07.2015, бюл. №19. «Способ испытаний на герметичность гидравлической системы терморегулирования космического аппарата, снабженной гидропневматическим компенсатором с ограничительной решеткой жидкостной полости». Щербаков Э.В., Тройников В.И., Зяблов В.А.). Данный способ принят авторами за прототип предлагаемого изобретения.

Недостатком прототипа является то, что он дает возможность измерить суммарную негерметичность полого изделия в целом, но не позволяет определить суммарную негерметичность отдельных участков полости изделия. На практике изделие может иметь в своем составе участки с высокими и низкими требованиями к негерметичности. Примером такого полого изделия могут служить магистрали сброса компонентов пневмогидравлической системы КА, в которых имеются участки с низкими требованиями к негерметичности, например, предохранительные клапаны (ПК) газовых магистралей ДУ КА, а также участки с высокими требованиями к негерметичности, например, трубопроводы сброса газа для пропускания газа с выхода ПК за обводы отсека КА.

Технической проблемой предлагаемого изобретения является повышение достоверности результатов испытаний полых изделий на суммарную герметичность, достигаемое за счет раздельных измерений негерметичности участков полости изделий с низкими требованиями к негерметичности и участков полости изделий с высокими требованиями к негерметичности.

Техническим результатом изобретения является повышение качества испытаний за счет повышения достоверности результатов испытаний полых изделий на суммарную герметичность, повышения надежности и долговечности изделий при эксплуатации.

Технический результат достигается тем, что в способе испытаний на суммарную герметичность полого изделия, имеющего в составе полости участки с высокими и низкими требованиями к негерметичности, заключающемся в том, что находящееся при внешнем атмосферном давлении упомянутое изделие вакуумируют, прекращают его вакуумирование и оценивают значение суммарной негерметичности испытуемого изделия по повышению давления в испытуемом изделии за определенный промежуток времени после прекращения вакуумирования, дополнительно после оценки значения суммарной негерметичности испытуемого изделия проводят вышеуказанные действия для испытания участков полости упомянутого изделия с высокими требованиями к негерметичности, при этом исключают из процесса испытаний участки полости испытуемого изделия с низкими требованиями к негерметичности, оценивают значение суммарной негерметичности участков полости испытуемого изделия с высокими требованиями к негерметичности, после чего возвращают в процесс испытаний участки полости испытуемого изделия с низкими требованиями к негерметичности, а значение суммарной негерметичности участков полости испытуемого изделия с низкими требованиями к негерметичности оценивают по разности значений суммарной негерметичности испытуемого изделия и суммарной негерметичности участков полости испытуемого изделия с высокими требованиями к негерметичности.

Технический результат достигается также тем, что участки полости испытуемого изделия с низкими требованиями к негерметичности исключают из процесса испытаний путем снижения на упомянутых участках перепада давления между внешней поверхностью испытуемого изделия и его вакуумируемой полостью, а возвращают в процесс испытаний путем восстановления на упомянутых участках перепада давления между внешней поверхностью испытуемого изделия и его вакуумируемой полостью до начального значения.

Сущность изобретения характеризуется последовательным выполнением следующих действий:

1) находящееся при внешнем атмосферном давлении полое изделие, имеющее в составе полости участки с высокими и низкими требованиями к герметичности, вакуумируют, например, при помощи спирального вакуумного насоса в течение 1 ч;

2) прекращают его вакуумирование;

3) оценивают значение суммарной негерметичности испытуемого изделия по повышению давления в испытуемом изделии за определенный промежуток времени после прекращения вакуумирования, например, с использованием масс-спектрометрического течеискателя, откалиброванного для измерения суммарной негерметичности испытуемого изделия по повышению давления;

4) проводят вышеуказанные действия для испытания участков полости упомянутого изделия с высокими требованиями к негерметичности, при этом исключают из процесса испытаний участки полости испытуемого изделия с низкими требованиями к негерметичности, например, устраняя перепад давления на участке полости испытуемого изделия с низкими требованиями к негерметичности путем вакуумирования области данного участка, обращенной вовне испытуемого изделия;

5) оценивают значение суммарной негерметичности участков полости испытуемого изделия с высокими требованиями к негерметичности, например, используя масс-спектрометрический течеискатель, откалиброванный для измерения суммарной негерметичности испытуемого изделия по повышению давления;

6) возвращают в процесс испытаний участки полости испытуемого изделия с низкими требованиями к негерметичности, например, вновь создавая перепад давления на участке полости испытуемого изделия с низкими требованиями к негерметичности путем подачи давления в область данного участка, обращенную вовне испытуемого изделия;

7) значение суммарной негерметичности участков полости испытуемого изделия с низкими требованиями к негерметичности оценивают по разности значений суммарной негерметичности испытуемого изделия и суммарной негерметичности участков полости испытуемого изделия с высокими требованиями к негерметичности.

Как отмечалось в пп. 4 и 6 выше, участки полости испытуемого изделия с низкими требованиями к негерметичности могут быть исключены из процесса испытаний путем снижения на упомянутых участках перепада давления между внешней поверхностью испытуемого изделия и его вакуумируемой полостью, а затем возвращены в процесс испытаний путем восстановления на упомянутых участках перепада давления между внешней поверхностью испытуемого изделия и его вакуумируемой полостью до начального значения.

Осуществление предлагаемого способа подтверждено результатами экспериментальной отработки проведения испытаний на суммарную герметичность полого изделия по заявляемому техническому решению. В качестве аналога полого изделия с низкими и высокими требованиями к негерметичности был рассмотрен внутренний объем системы щупа SL300 гелиевого масс-спектрометрического течеискателя Leybold Phoenix L300i производства компании Oerlicon Vacuum, Германия. Система щупа SL300 представляет собой гибкий трубопровод длиной 3 м с вакуумным натекателем. Собранное для экспериментальной отработки полое изделие - гибкий трубопровод с вакуумным натекателем - было размещено в испытательном помещении при нормальных условиях - атмосферном давлении и нормальной температуре - и вакуумировалось вакуумной системой течеискателя. Через вакуумный натекатель проходил поток воздуха около 250 л мкм рт.ст./с, при этом давление в трубопроводе составляло около 0,07 мм рт.ст. Названное значение потока воздуха близко к значениям требований к степени негерметичности предохранительных клапанов в газовых магистралях ДУ КА, например, требований к степени негерметичности клапанов предохранительных КА типа «Союз» (патент RU 2143579, МПК: F02K 9/50 (1995.01), B64D 37/00 (1995.01), опубл. 27.12.1999. «Система наддува топливных баков горючего и окислителя двигательной установки космического летательного аппарата». Гореликов В.И., Соболев В.М.). Такие ПК служат для предотвращения возникновения недопустимого избыточного давления в газовых магистралях ДУ и обеспечения безопасности работы ДУ. ПК устанавливаются на газовых магистралях ДУ и автоматически открываются и сбрасывают через себя газ из газовых магистралей ДУ, если давление газа превышает допускаемое значение. Это предотвращает повреждение газовых магистралей ДУ и обеспечивает безопасную эксплуатацию КА.

В конструкцию газовых магистралей ДУ также входит магистраль сброса, подсоединенная к выходу ПК и предназначенная для выпуска сбрасываемого газа за обводы отсека КА. Такая магистраль сброса представляет собой трубопровод, изготовляемый с высокой степенью суммарной негерметичности - около единиц л мкм рт.ст./с. После сборки ДУ, при которой производятся установка нескольких ПК в газовые магистрали ДУ и последующее подсоединение магистралей сброса к выходу ПК, необходимо подтвердить испытаниями на герметичность как допускаемое значение негерметичности каждого отдельного ПК (на уровне сотен л⋅мкм рт.ст./с), так и допускаемое значение суммарной негерметичности соответствующей магистрали сброса (на уровне единиц л⋅мкм рт.ст./с). Таким образом, полое изделие, состоящее из предохранительного клапана и подсоединенной к нему магистрали сброса, является примером изделия, имеющего в составе своей полости участок с высокими (магистраль сброса) и низкими (предохранительный клапан) требованиями к негерметичности.

В полом изделии с низкими и высокими требованиями к негерметичности в качестве участка полости изделия с низкими требованиями к негерметичности (предохранительного клапана реальной ДУ) был использован вакуумный натекатель, через который из атмосферы проходит поток воздуха около 250 л мкм рт.ст./с. В качестве участка полости с высокими требованиями к негерметичности (магистрали сброса) был использован фторопластовый рукав в оплетке Н8Д0.447.009-10 с внутренним диаметром 4 мм и длиной 3 м производства АО "Гибкие Трубопроводы", Россия. Фторопластовый рукав был подсоединен к выходу вакуумного натекателя. На вход вакуумного натекателя мог быть подан воздух из атмосферы производственного помещения, при этом давление на входе вакуумного натекателя было равно атмосферному давлению. Для понижения давления газа на входе вакуумного натекателя к его входу был подключен через вакуумный трубопровод и вакуумный клапан спиральный вакуумный насос Anest Iwata ISP 500 производства компании Anest Iwata, Япония. Для измерения давления воздуха на входе вакуумного натекателя был использован вакуумметр ВТИ-1218-1 кгс/см²-1 производства НПО «Манометр», Россия с диапазоном измерения от 0 до минус 1 кгс/см². Для измерения потока воздуха к выходу фторопластового рукава был подсоединен гелиевый масс-спектрометрический течеискатель Leybold Phoenix L300i производства компании Oerlicon Vacuum, Германия, откалиброванный для измерения потоков воздуха в диапазоне от единиц до нескольких сотен л⋅мкм рт.ст./с по методу нарастания давления в отвакуумированном объеме согласно ГОСТ 24054-80 «Изделия машиностроения и приборостроения. Методы испытаний на герметичность. Общие требования (с Изменением №1)», М., Издательство стандартов, 1987, стр. 4.

При экспериментальной отработке были выполнены следующие операции.

Для измерения суммарной негерметичности вышеописанного полого изделия на вход вакуумного натекателя был подан атмосферный воздух, при этом вход вакуумного натекателя находился при атмосферном давлении. Выход вакуумного натекателя вакуумировали при помощи механического вакуумного насоса Leybold Trivac D 2,5 Е производства компании Oerlicon Vacuum, Германия в течение 30 мин, при этом было создано разрежение 0,073 мм рт.ст.

По истечении 30 мин вакуумирование было прекращено. На этом этапе значение суммарной негерметичности полого изделия определялось значениями негерметичности как участка с низкими требованиями к негерметичности, - вакуумного натекателя, так и участка с высокими требованиями к негерметичности, - фторопластового рукава. Это значение было измерено при помощи надлежащим образом откалиброванного течеискателя, оно составило 248,0 л мкм рт.ст./с.

После этого были проведены вышеуказанные действия для испытания участка полости объекта испытаний с высокими требованиями к негерметичности, то есть фторопластового рукава, при этом исключили из процесса испытаний участок полости испытуемого изделия с низкими требованиями к негерметичности, то есть вакуумный натекатель. Для этого вход вакуумного натекателя был отвакуумирован ранее упомянутым спиральным вакуумным насосом до давления минус 1,0 кгс/см². Давление контролировалось по показаниям вакуумметра ВТИ-1218-1 кгс/см²-1. В результате поток воздуха через вакуумный натекатель был исключен.

Вслед за этим оценили значение суммарной негерметичности участков полости испытуемого изделия с высокими требованиями к негерметичности, то есть фторопластового рукава. Это значение также было измерено при помощи течеискателя вышеназванным образом, и оно составило менее 1,0 л⋅мкм рт.ст./с.

После этого возвратили в процесс испытаний участок полости объект испытаний с низкими требованиями к негерметичности, то есть вакуумный натекатель. Для этого на его вход подали воздух при атмосферном давлении.

В заключение оценили значение суммарной негерметичности участка полости объекта испытаний с низкими требованиями к негерметичности вакуумного натекателя. Для этого вычислили разность значений суммарной негерметичности объекта испытаний (248,0 л мкм рт.ст./с) и суммарной негерметичности участка полости объекта испытаний с высокими требованиями к негерметичности - фторопластового рукава (1,0 л⋅мкм рт.ст./с). Эта разность составила 247,0 л⋅мкм рт.ст./с.

Таким образом, результаты экспериментальной отработки испытаний на суммарную герметичность полого изделия по заявляемому техническому решению подтвердили возможность измерения значений суммарной негерметичности участков полости испытуемого изделия как с низкими, так и с высокими требованиями к негерметичности, а заявляемое техническое решение позволяет вынести обоснованное суждение о негерметичности участков полости испытуемого изделия как с низкими, так и с высокими требованиями к негерметичности.

Предложенный способ реализуется, например, следующим образом. Для испытаний находящегося при нормальных условиях изделия, например, магистрали сброса газа в составе ДУ КА, соединенной с выходом ПК и включающей в себя трубопровод сброса газа, собирают испытательную систему, а именно, подключают к изделию, например, к выходу трубопровода сброса газа, устройство измерения потока газа, например, соответствующим образом откалиброванный течеискатель. В качестве такого течеискателя может быть использован ранее упомянутый течеискатель Leybold Phoenix L300i. Исходное состояние ДУ таково, что ее полости содержат воздух (азот) при атмосферном давлении, в частности, на входе ПК находится воздух (азот) при атмосферном давлении. Трубопровод с ПК вакуумируют, например, при помощи вакуумной системы течеискателя. При этом в трубопроводе достигается разрежение на уровне от 1⋅10^-3 до 5⋅10^-3 мм рт.ст.

По истечении, например, 15 мин, вакуумирование трубопровода с ПК прекращают. За это время достигается стабильное значение разрежения в трубопроводе с ПК, характеризующееся тем, что на протяжении определенного времени, например, 10 мин, значение разрежения меняется не более чем на 2%.

По завершении вакуумирования оценивают значение суммарной негерметичности трубопровода с ПК по повышению давления в трубопроводе за определенный промежуток времени, например, с использованием соответствующим образом откалиброванного течеискателя. Длительность промежутка времени выбирают из соображений удобства проведения измерений и обеспечения требуемой точности их результатов. При использовании откалиброванного течеискателя она может составлять около 5 мин, при этом типичные значения негерметичности находятся в интервале от 0,1 до 0,6 л мкм рт.ст./с.

После этого проводят вышеуказанные действия для испытания участка изделия с высокими требованиями к негерметичности, то есть для испытания трубопровода без учета ПК. При этом ПК, как участок с низкими требованиями к негерметичности, исключают из процесса испытаний, например, вакуумируя вход ПК (то есть другой участок магистралей ДУ КА) при помощи дополнительного вакуумного насоса. В качестве такого насоса может быть использован ранее упомянутый спиральный вакуумный насос Anest Iwata ISP 500, а на входе ПК будет достигнуто давление около от 0,01 до 0,02 мм рт.ст. При таком вакумировании перепад давления газа на ПК становится пренебрежимо малым, в результате также пренебрежимо малым становится поток газа через ПК. В результате давление в трубопроводе сброса газа понизится и будет находиться в пределах от 0,1⋅10^-3 до 1⋅10^-3 мм рт.ст. Оценивают значение суммарной негерметичности участков полости испытуемого изделия с высокими требованиями к негерметичности, то есть трубопровода сброса газа без учета ПК, при этом типичные значения негерметичности трубопровода сброса газа без учета ПК находятся в интервале от 0,005 до 0,01 л⋅мкм рт.ст./с

После этого возвращают в процесс испытаний участок полости испытуемого изделия с низкими требованиями к негерметичности, то есть ПК, например, подавая давление газа, - воздуха или азота - на вход ПК (то есть в другой участок магистралей ДУ КА). Для подачи газа может быть использована система заправки сжатыми газами вакуумной камеры производства компании СКБ-077, Россия.

Значение суммарной негерметичности участка полости испытуемого изделия с низкими требованиями к негерметичности, то есть ПК, оценивают по разности значений суммарной негерметичности испытуемого изделия, то есть трубопровода с ПК, и суммарной негерметичности участка полости испытуемого изделия с высокими требованиями к негерметичности, то есть трубопровода сброса газа без учета ПК. В результате получают типичные значения негерметичности ПК от нескольких сотых до нескольких десятых л⋅мкм рт.ст./с, что не превышает допускаемого значения негерметичности ПК.

Использование предлагаемого способа позволяет повысить экономическую эффективность изготовления, подготовки и эксплуатации полых изделий ракетно-космической техники в части испытаний их на суммарную герметичность с использованием пробных газов, в частности, воздуха.

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

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к испытаниям изделий космической техники на суммарную герметичность. Способ испытаний на суммарную герметичность полого изделия, имеющего в составе полости участки с высокими и низкими требованиями к герметичности, состоит в том, что находящееся при внешнем атмосферном давлении упомянутое изделие вакуумируют, прекращают его вакуумирование и оценивают значение суммарной негерметичности испытуемого изделия по повышению давления в испытуемом изделии за определенный промежуток времени после прекращения вакуумирования. Дополнительно после оценки значения суммарной негерметичности испытуемого изделия проводят вышеуказанные действия для испытания участков полости упомянутого изделия с высокими требованиями к негерметичности и исключают из процесса испытаний участки полости испытуемого изделия с низкими требованиями к негерметичности, оценивают значение суммарной негерметичности участков полости испытуемого изделия с высокими требованиями к негерметичности. После чего возвращают в процесс испытаний участки полости испытуемого изделия с низкими требованиями к негерметичности, а значение суммарной негерметичности участков полости испытуемого изделия с низкими требованиями к негерметичности оценивают по разности значений суммарной негерметичности испытуемого изделия и суммарной негерметичности участков полости испытуемого изделия с высокими требованиями к негерметичности. Технический результат - повышение качества испытаний за счет повышения достоверности результатов испытаний полых изделий на суммарную герметичность, повышениe надежности и долговечности изделий при эксплуатации. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ испытаний на суммарную герметичность полого изделия, имеющего в составе полости участки с высокими и низкими требованиями к герметичности, заключающийся в том, что находящееся при внешнем атмосферном давлении упомянутое изделие вакуумируют, прекращают его вакуумирование и оценивают значение суммарной негерметичности испытуемого изделия по повышению давления в испытуемом изделии за определенный промежуток времени после прекращения вакуумирования, отличающийся тем, что после оценки значения суммарной негерметичности испытуемого изделия проводят вышеуказанные действия для испытания участков полости упомянутого изделия с высокими требованиями к негерметичности, при этом исключают из процесса испытаний участки полости испытуемого изделия с низкими требованиями к негерметичности, оценивают значение суммарной негерметичности участков полости испытуемого изделия с высокими требованиями к негерметичности, после чего возвращают в процесс испытаний участки полости испытуемого изделия с низкими требованиями к негерметичности, а значение суммарной негерметичности участков полости испытуемого изделия с низкими требованиями к негерметичности оценивают по разности значений суммарной негерметичности испытуемого изделия и суммарной негерметичности участков полости испытуемого изделия с высокими требованиями к негерметичности.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что участки полости испытуемого изделия с низкими требованиями к негерметичности исключают из процесса испытаний путем снижения на упомянутых участках перепада давления между внешней поверхностью испытуемого изделия и его вакуумируемой полостью, а возвращают в процесс испытаний путем восстановления на упомянутых участках перепада давления между внешней поверхностью испытуемого изделия и его вакуумируемой полостью до начального значения.