Способ контроля герметичности полых изделий Советский патент 1991 года по МПК G01M3/02 

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для измерения величины негерметичности топливных баков, предназначенных для хранения криогенных продуктов, например, в космических аппаратах (КА).

Известен способ контроля герметичности полых изделий, заключающийся в том, что изделие помещают в камеру, заполняют его контрольным газов под избыточным давлением и измеряют изменение концентрации контрольного газа в камере, причем с целью сокращения продолжительности контроля нескольких изделий, размещенных в камере с длинномерным трубопроводом, заполняют камеру воздухом до определенного избыточного давления м вытесняют контрольной смесью газ из длинномерного трубопровода путем ступенчатого снижения давления в камере после контроля каждого изделия,

Недостатком данного способа является то, что его невозможно применять для контроля герметичности топливных баков КА,

поскольку дпг реализации способа необходимо перемешивание контролируемой смеси газов з бъеме камеры до получения в ней равномерной концентрации контрольного ;эзэ, что невозможно при контроле герметичности топливного бача со сложной конфигурацией гермоконтура, помещенного в теплоизоляционную замкнутую оболочку, кроье того, при работе по способу камера должна постоямно находиться под внутренним избыточным давлением воздуха, сбра- сывае.ь м ступенчато при каждом контроле элемента изделия, что неприемлемо для теплоизоляционной оболочки топливного бакг КА.. которая позволяет лишь кратковременное нагружение внутренним избыточным давлением.

Наиболее близким к предлагаемому является способ контроля герметичности полых изделий, заключающийся а том, что заполняют изделие контрольным газом до рабочего давления, определяют концентрацию гзза в объеме накопления, выдерживают мздепие s течение заданного времени,

1Л

С

перемешивают газ до получений равномерной концентрации накопленного контроль- ноге газа м определяют эту концентрацию, а по разности измеренных ко-щенгпзцуй судят о негерметичнссгп изделия.

НеДОСТЗТКОП СПОСОБУ является то, что он не фм оден для контроля герм8ту - иости юп.Т Юнпго б-зке К A, так как невозможно ранне.:ер;- 0 перкг/зшиьрние гаяа под нежеотчо теплоизоляционной оболсчкоП с применением смешней на-- гнетате-лм-ой уста но «и по следующим при- ч м н а м.

So-ncpui- x, раоеге ьяп етагельной устйноеки Н ,к;:С. , ая оболочке по;.1, «оздед-г ствием пеоечгда делений кз .-зег. будет местами прилегать к баку, выбирая зазор между гер;.7о:сотуром баке и оболочкой (т.е. л; 1Кбид1:руог местами объем накопления), Bo-втосых, вследствие значительно Большего п. дррйлического сопротивления мест, где зазор между гермоконтуром бака и изоляцией минимален (до о м,и), по сравнению с гидросопрот -пзпеннем мест с максимальным (до 300 МЕЛ) зазором поток газа при организации циркуляции его с помощью в не; нагнетательной установки устремится ;о наименьшему сопротивлению, т.е. по маих-.ммальным зазорам, оставляя з стороне меньшие зазоры, г г. я в которых ме будет перемешиваться с остальным газо.м под оболочкой. По этой же причине нельзя .-р Знспортирознть 33 мо объема оболочки на анализ в течеискатепь методом продупки объема оболочки.

Целью изобретения является обеспечение возможности контроля герметичности топливного Сака сложной конфи урацми с теплоизоляционной оболочкой при неоаз- номерном зазоре между ними.

Поставленная цель достигается теч, чтс согласно способу контроля герметичности полых изделий, заключающемуся i том, что заполняют изделие контрольным газом /ю рабочего давления, определяют концентра- циго газа в объеме накопления, Быдержнсэ- ют изделие « течение заданного времен /;, перемешивают газ до получения равно лер- иой концентрации накопленного контрольного газа и определяют эту концентрацию, а по рззностм измеренных концентраций судят о негерметичносги изделия, в качестве объема Нп сопленмя мспользучэт полость между баком и оболочкой, а опредепзние концентрац 1 1 контролы-югс гаэз в ней ис.у- Ц8Ствпяго г путем наддувэ это1 полости б«;г jlacTHbiM до давлений, меньшего рабочего ц зле чип :-; изделии, соедмиег:/:я ее с дополш- телькой емкостью, не Щйй ; 0;- тро/ -ньг7| Г; иьфавниз&мия дйгл-эния а них, отсоединения емкости от полости, сброса давления в полости до атмосферного, перемешизгнкя газа в емкости и измерения концентрации контрольного газа в ней.

Способ осуществляют следующим образом,

Заполняют изделие - бак контрольным пззом. например гелизм, до рабочего давления. В начальный момент контроля в полости зззора между гермоконтуром бзка и теплоизоляционной оболочкой, имеющей объем /п, абсолютное давление равно атмосферному Ратм, м в полости имеется на- - а л о н а я ере д н я я (равномерная) кон центра ц и кои, рольного газа Со. В начале контроля (в начальный момент фиксированного интерйкла времени Аг) наддувают полость зазора балластным газом-носителем до абсолютного давления Рп Р (чтобы исключить обратное нэтекапие газа из полости с бак). 8 то же время давление Рп выбирается на практике таким, чтобы его величина не влияла на режим течения газа через негерметичности бака, в также чтобы не произошло срабатывание предохранительного клапана теплоизоляционной обо- лочгШ; Например, для одного из топливных бакоа КА давление Р составляет несколько сгс/см , з Рп превышает атмосферное на 145 мм зод.ст, В качестве газа-носителя может СУТЬ использован ззог. воздух или любой другой газ, не содержащий либо содержащий в пренебрежимо малом количестве используемый при контроле герметичности контрольный газ, Концентрация контрольного газа в газе-носителе обозначается Си. После наддува полости до давления Рп средняя (равномерная) чонцентрация контрольного газа С в ней определяется соотношением

Ратм Со Vn-KPn-Ратм) Си (1) Учитывая, что Ск можно принять близким к нулю, получают Рп

f .(-

.

агм

{2}

причем С Со.

Затем попость соединяют с измерительной емкостью объемом Ve без контрольного газа с начальным давлением в ней Р «, до выравнивания давлений в емкости и полости, измеряют давление Ре в емкости после выравнивания давлений, Отсоединяют емкость от полости, сбресываютдазление газа из полости до атмосферного, перзмешива ют газ в емкости до получения в .чей рзвно- мерчой концентрации контрольного газа и измеряют концентрацию контро1ьногогаза C-i s емкости, Процесс перепуска гэзэ из

полости в емкость можно представить в виде

С1 Рп Vn+Ce P e Ре(Уп+Уе). (3),

Концентрация контрольного газа Се в емкости перед перепуском практически равна нулю, Это достигается либо вакууми- рованием емкости, либо заполнением ее газом, не содержащим контрольного, например, азотом до атмосферного давления.

Процесс наддува полости, перепуска газа из полости в емкость и последующее перемешивание газа в емкости (например, вентиляторами или за счет диффузии при длительной выдержке) обеспечивает определение по измеренной величине Ci равномерной концентрации С0 в полости в начальный момент фиксированного интервала времени А г. Из соотношения (3), учитывая, что Се м 0, получают

Ре(Уп+ Уе) Рп Vn

С учетом процесса разбавления концентрации контрольного газа в полости при ее наддуве из соотношений (2) и (4) получают

ГС1 Pe(Vn+Ve)w

С0 р 7$}

атм Vri

По истечении времени А т (времени выдержки) средней (равномерной)концентрации контрольного газа в полости зазора будет соответствовать величина С. В конечный момент интервала времени Дт вновь наддувают полость зазора газом-носителем до той же величины давпения Рп, после чего

(4)

-

средняя(равномерная)концентрация конт рольного газа С в полости определяется из соотношения

Ратм С УггКРп-Ратм) Сь С1 Уп (6) Из соотношения (б) получают

-II Рп

(7)

Ратм

Далее вкозь соединяют попость с той же измерительной емкостью, в которой отсутствует контрольный газ и которая находится под тем же давлением Ре, до выравнивания давлений в емкости и полости, измеряют давление Ре в емкости после выравнивания давлений, отсоединяют емкость от полости, сбрасывают давление газа из полости до атмосферного, перемешивают газ в емкости до получения в ней равномерной концентрации контрольного газа и измеряют концентрацию контрольного газа С2 в емкости. Процесс повторного перепуска давления из полости в емкость описывается соотношением

С11 Рп VrrCePe Pe (Vn+Ve) (8)

Из соотношения (8) попучают

-

(9)

Уп + Уе ) Рп:Уп

С учетом соотношения (9)

.- tyn+v.1(10)

г атм Vn

Величину негерметичности бака Q определяют из соотношения

СНС-Со) Уп

(11)

или с учетом соотношений (5) и (10)

Hu-CO-P ((12)

15

20

25

30

35

Таким образом, величину негерметичности бака определяют по измеренным величинам Сз, Ci. Ре. Величины Уп и Уе явпяются известными. Причем соотношение (12) учитывает разбавление концентрации контрольного газа в полости зазора при наддуве и перепуске части контрольного газа из полости в емкость при выравнивании давлений в них.

Использование способа обеспечивает возможность контроля герметичности топ- пивного бакэ ее сложной конфигурацией гермоконгура и с неравномерным зазором между гермоконтуром бака и теплоизоляционной оболочкой, в которой бак размещен на КА исключает необходимость применения вакуумной камеры для КА- крупногабаритного сложного и дорогостоящего оборудования, и позволяет проводить операции по «онтролю герметичности топливного бака, предназначенного для хранения коиэгениых продуктов, паратлепьно с дру- гимк опеоациями по подготовке КА к полету, что сокращает общее подготовки

О с о м у л а изобретения

45

50

40

Способ контроля герметичности полых изделий, заключающийся в том, что заполняют изделие контрольным газом до рабочего давпечия. определяют концентрацию газа в объеме накопления, выдерживают изделие в течение заданного времени, перемешивают газ до -о чтЧ1 я равномерной концентрации накопленною контротьного аза ч определяю 1 эту кон (ентрацию, а по разности измеренных гоьцонтрзц/к судят о негерметмч - ости издегпл о т л и ч а ю- щ и и с я тем. ч О с ьетью обеспечения возможности топливного бака слохной конфигурации г теплоизоляционной оболочкой пои не(к номерном зазоре 55 мим, в качестве объема накапления используют полость ме-. ду блком и оболочкой, а определение концелтрацииконтрольного газа в ней осущестпг, г,утем наддува згой полости беллэстннп до даале717022028

ния, меньшего рабочего давления в изде-ния емкости от полости, сброса давления в

лии, соединения ее с дополнительной емко-полости до атмосферного, перемешивания

стью, не содержащей контрольный газ,газа в емкости и измерения концентрации

выравнивания давления в них, отсоедине-контрольного газа в ней..

Изобретение откосится к испытательной технике л позволяет обеспечить возможность контроля топливного бака сложной конфигурации с теплоизоляционной оболочкой при неравномерном зазоре между ними. Заполняют бак контрольным газом до рабочего давления и выдерживают бак в течение фиксированного интервала времени. В нзчзле и конце интервала времени нэддувают балластным газом-носителем полость зазора между баком и оболочкой до давления, меньшего рабочего, соединяют полость с дополнительной емкостью без контрольного газа до выравнивания давлений в емкости и полости, сбрасыззют давление газа из полости до атмос&зрнсго, перемешивают газ в емкости до получения з ней равномерной концентрации контрольного газа и измеряют концентрацию контрольного гэзз в емкости.