Способ испытаний системы терморегулирования

 

Изобретение относится к космической технике. Способ испытаний системы терморегулирования заключается в измерении расхода теплоносителя в жидкостном тракте. Сначала измеряют расход при давлении в газовой полости компенсатора объема, равном атмосферному. Измеренный расход сравнивают с требуемым. После этого измеряют температуру теплоносителя, компенсируемый объем газовой полости компенсатора, разность уровней относительно Земли между входом в насос и жидкостной полостью компенсатора. Затем дополнительно измеряют расход теплоносителя при давлении в газовой полости компенсатора, определенном из соотношения. Соотношение получают из анализа принципа работы электронасосного агрегата. Полученный расход сравнивают с результатом предыдущего измерения. Такой способ позволяет повысить достоверность результатов испытаний. 2 ил.

Изобретение относится к космической технике, в частности к системе терморегулирования (СТР) связного спутника, и создано авторами в порядке выполнения служебного задания.

В настоящее время СТР спутника (например, связного типа "Молния") после заправки ее жидкостного тракта деаэрированным теплоносителем (растворенный в жидком теплоносителе воздух из него удален) в процессе подготовки спутника к пуску испытывается с целью подтверждения ее работоспособности, например с целью подтверждения обеспечения требуемого расхода теплоносителя в жидкостном тракте.

Анализ источников информации по патентной и научно-технической информации показал, что наиболее близким по технической сути прототипом предлагаемого технического решения является способ испытаний газожидкостной СТР, изложенный на стр. 114-115 (в подразделе 7.2), 14-17 монографии: О.Б. Андрейчук, Н.Н. Малахов. Тепловые испытания космических аппаратов. М., "Машиностроение", 1982 г.

По известному способу испытаний СТР (содержащей - см. фиг. 2 - жидкостный тракт 1 и установленные в нем: электронасосный агрегат (ЭНА) 2; тракт ретранслятора 3; клапан - регулятор 4; радиатор 5; измеритель расхода теплоносителя в жидкостном тракте 6, состоящий из трубки Вентури 6.1 и датчика перепада давлений 6.2; газожидкостный теплообменник 7, установленный в гермоконтейнере 8; компенсатор объема 9, содержащий жидкостную полость 9.1 и газовую полость 9.2, разделенные сильфоном 9.3; клапан заправочный 10 для сообщения газовой полости компенсатора с наземным оборудованием, например вакуумным насосом; вентиль 11, установленный в линии, сообщающей газовую полость компенсатора с полостью гермоконтейнера) после заправки жидкостного тракта СТР деаэрированным теплоносителем включают в работу ЭНА (2) при напряжении питания 27 В, соответствующем напряжению питания в условиях орбитального функционирования (штатное напряжение питания), и давлении в газовой полости (9.2), равном атмосферному (давлению газа в гермоконтейнере (8)), и измеряют расход теплоносителя (6) в замкнутом жидкостном тракте при полностью открытом и закрытом клапане-регуляторе (4); при этом измеренный расход теплоносителя должен быть не ниже требуемого расхода теплоносителя для обеспечения соответствующего теплового режима (т.е. для обеспечения нормальной работы) ретранслятора в условиях орбитального функционирования.

Как показал анализ, проведенный авторами, известный способ обладает существенным недостатком, а именно: вышеуказанный способ обеспечивает недостаточно высокую достоверность результатов испытаний, т.к. по результатам этих испытаний нельзя однозначно утверждать, что расход теплоносителя будет не ниже требуемого и в течение всего срока орбитального функционирования СТР: например, если при заправке допустили ошибку - недодеаэрировали теплоноситель (не полностью удалили растворенный в нем воздух) и им заправили жидкостный тракт - в этом случае при испытаниях в жидкостном тракте будет расход теплоносителя не ниже требуемого, но в условиях орбитального функционирования в результате постепенного растворения в теплоносителе газов, выделяющихся из него в результате радиолиза под воздействием радиации, из-за недодеаэрированности теплоносителя раньше допустимого срока эксплуатации в жидкостном тракте (в теплоносителе) образуются свободные парогазовые пузыри и они приводят к кавитации ЭНА и расход теплоносителя в жидкостном тракте будет ниже требуемого (вплоть до ноля), что приведет к выходу из строя ретранслятора раньше допустимого времени.

Таким образом, существенным недостатком известного способа испытаний является недостаточно высокая достоверность результатов испытаний, приводящая в конечном счете к выходу из строя ретранслятора раньше допустимого срока орбитального функционирования.

Целью предлагаемого авторами технического решения является устранение вышеперечисленных существенных недостатков.

Поставленная цель достигается тем, что после контроля расхода теплоносителя в жидкостном тракте при давлении в газовой полости компенсатора объема, равном атмосферному, измеряют температуру теплоносителя, компенсируемый объем газовой полости компенсатора, разность уровней относительно Земли между входом в насос и жидкостной полостью компенсатора и дополнительно измеряют расход теплоносителя при давлении в газовой полости компенсатора, определенном из соотношения: где P_гп - давление газа в газовой полости компенсатора объема при дополнительном измерении расхода теплоносителя в жидкостном тракте, Па; P_s - упругость паров теплоносителя при измеренной температуре теплоносителя, Па; Δ P_к - кавитационный запас давления на входе в насос, Па; δ P_д - погрешность деаэрации теплоносителя, Па; P_c - номинальная жесткость сильфона компенсатора, Па; U_ко - максимально возможный компенсируемый объем компенсатора согласно паспорту на него, м³; U_гп - измеренный компенсируемый объем газовой полости компенсатора, м³; ρ,ρ_н - плотность теплоносителя при измеренной температуре и номинальной температуре, кг/м³;
Δ H - разность уровней относительно Земли между входом в насос и жидкостной полостью компенсатора, м;
Δ P_н - номинальное гидравлическое сопротивление участка жидкостного тракта от узла соединения его с трубопроводом, идущим от жидкостной полости компенсатора объема, до входа в насос, Па;
- измеренный и номинальный расходы теплоносителя, м³/с;
δ P_гп - допустимая погрешность, Па,
и сравнивают с предыдущим измерением, что и является, по мнению авторов, существенными отличительными признаками предлагаемого авторами технического решения.

В результате анализа, проведенного авторами известной патентной и научно-технической литературы, предложенное сочетание существенных отличительных признаков заявляемого технического решения в известных источниках информации не обнаружено и, следовательно, известные технические решения не проявляют тех же свойств, что в заявляемом устройстве.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема реализации предлагаемого технического решения, где: 1 - жидкостный тракт и установленные в нем; электронасосный агрегат (ЭНА) 2; тракт ретранслятора 3; клапан - регулятор 4; радиатор 5; измеритель расхода теплоносителя в жидкостном тракте 6, состоящий из трубки Вентури 6.1 и датчика перепада давлений 6.2; газожидкостный теплообменник 7, установленный в термоконтейнере 8; компенсатор объема 9, содержащий жидкостную полость 9.1 и газовую полость 9.2, разделенные сильфоном 9.3; клапан заправочный 10, соединенный наземной линией с вакуумным насосом 12 и вакуумметром 13; вентиль 11, установленный в линии, сообщающей газовую полость компенсатора с полостью гермоконтейнера.

Предлагаемый способ испытаний СТР включает в себя нижеуказанные операции, выполняемые в следующей последовательности (см. фиг. 1):
1. Исходное состояние: ЭНА (2) выключен; вентиль (11) открыт (газовая полость компенсатора объема (9) сообщена с полостью гермоконтейнера (8) и давление в жидкостном тракте в точке А равно давлению газа в гермоконтейнере (например, 98 кПа) плюс жесткость сильфона (9.3) (например, 0,49 кПа); клапан заправочный (10) закрыт (газовая полость компенсатора объема (9) разобщена от полостей вакуумного насоса (12) и вакуумметра (13); вакуумный насос (12) выключен.

2. Включают в работу ЭНА (2) при штатном напряжении питания 27 В.

3. Измеряют расход теплоносителя в жидкостном тракте СТР ( ) по показаниям измерителя расхода теплоносителя (6) при открытом (полный расход теплоносителя через радиатор) и закрытом (полный расход теплоносителя мимо радиатора) положениях клапана - регулятора (4).

4. Сравнивают измеренные значения расхода теплоносителя с требуемым (измеренные значения расхода теплоносителя должны быть не менее требуемого, например не менее 100 см³/с).

5. Датчиком t измеряют температуру теплоносителя в жидкостном тракте.

6. Измеряют компенсируемый объем газовой полости (9.2) (компенсируемый объем - это такой объем газовой полости, который образовался в результате текущего изменения положения сильфона компенсатора при изменении объема теплоносителя в жидкостных трактах СТР из-за изменения его температуры), например, используя эталонную емкость с известным объемом, соединенную с ней.

7. Определяют разность уровней относительно Земли между входом в насос (2) и жидкостной полостью компенсатора (9).

8. Определяют минимально возможное значение давления в газовой полости, при котором на входе в насос реализуется такое минимальное давление, что в случае, если жидкостный тракт заправлен деаэрированным теплоносителем, ЭНА будет работать без кавитации (если ЭНА будет работать в режиме кавитации, то это означает, что жидкостный тракт заправлен недодеаэрированным теплоносителем - не выполнено требование о заправке жидкостного тракта деаэрированным теплоносителем), из соотношения, полученного авторами из анализа принципа работы ЭНА, компенсатора объема и жидкостного тракта в целом:

где P_гп - давление газа в газовой полости компенсатора объема при дополнительном измерении расхода теплоносителя в жидкостном тракте согласно последующей операции, Па;
P_s - упругость паров теплоносителя при измеренной температуре теплоносителя, Па (например, для теплоносителя Л3-ТК-2 при температуре теплоносителя 20^oC равна 5200 Па);
Δ P_к - кавитационный запас давления на входе в насос, Па (например, 6000 Па);
δ P_д - погрешность деаэрации теплоносителя, Па (например, 2600 Па);
P_c - номинальная жесткость сильфона компенсатора (например, 490 Па), текущее значение которой зависит от объема газовой полости, Па;
U_ко - максимально возможный компенсируемый объем компенсатора согласно паспорту на него, м³ (например, 5 дм³);
U_гп - измеренный компенсируемый объем газовой полости компенсатора, м³;
ρ,ρ_н - плотность теплоносителя при измеренной температуре и номинальной температуре (20^oC), кг/м³;
Δ H - разность уровней относительно Земли между входом в насос и жидкостной полостью компенсатора, м (например, 0,3 м);
Δ P_н - номинальное гидравлическое сопротивление участка жидкостного тракта от узла соединения его с трубопроводом, идущим от жидкостной полости компенсатора объема (точка А), до входа в насос (точка B) (например, 400 Па), Па;
- измеренный и номинальный (100 см³/с) расходы теплоносителя, м³/с;
δ P_гп - допустимая погрешность, Па (например, 1500 Па).

9. Включают в работу вакуумный насос (12) и по показанию вакуумметра (13) в газовой полости (9.2) устанавливают давление газа, определенное по предыдущему пункту 8.

10. Измеряют расход теплоносителя в жидкостном тракте СТР ( ) по показаниям измерителя расхода теплоносителя (6) при открытом (полный расход теплоносителя через радиатор) и закрытом (полный расход теплоносителя мимо радиатора) положениях клапана - регулятора (4).

11. Сравнивают соответствующие измеренные по операциям пунктов 3 и 10 значения расходов теплоносителя, которые должны отличаться друг от друга не более чем на погрешность измерений (например, не более ± 5 см³/с).

Если вышеприведенное условие выполняется, то это означает, что СТР удовлетворяет заданным требованиям, т. е. она заправлена деаэрированным теплоносителем и в условиях орбитального функционирования спутника в течение требуемого срока будет обеспечиваться расход теплоносителя в жидкостном тракте СТР, в том числе в тракте ретранслятора, не ниже требуемого. Если вышеприведенное условие не выполняется, то это означает что жидкостный тракт СТР заправлен недодеаэрированным теплоносителем и его перезаправляют деаэрированным теплоносителем и испытания СТР повторяют.

Таким образом, предложенное авторами техническое решение однозначно повышает достоверность результатов испытаний СТР и исключает скрытый брак в изготовлении и обусловленный им преждевременный выход из строя собственно СТР и ретранслятора в условиях орбитального функционирования спутника, т.е. там самым достигаются цели изобретения.

Предложенное авторами техническое решение в ближайшее время будет отражено в технической документации НПО прикладной механики, по которой будет изготавливаться СТР вновь создаваемого связного спутника.

Формула изобретения

Способ испытаний системы терморегулирования, содержащий измерение обеспечиваемого электронасосным агрегатом расхода теплоносителя в жидкостном тракте при давлении в газовой полости компенсатора объема, равном атмосферному, и сравнение его с требуемым, отличающийся тем, что после этого измеряют температуру теплоносителя, компенсируемый объем газовой полости компенсатора, разность уровней относительно Земли между входом в насос и жидкостной полостью компенсатора и дополнительно измеряют расход теплоносителя при давлении в газовой полости компенсатора, определенном из соотношения

где P_гп - давление газа в газовой полости компенсатора объема при дополнительном измерении расхода теплоносителя в жидкостном тракте, Па;
P_s - упругость паров теплоносителя при измеренной температуре теплоносителя, Па;
ΔP_к - кавитационный запас давления на входе в насос, Па;
δP_д - погрешность деаэрации теплоносителя, Па;
P_с - номинальная жесткость сильфона компенсатора, Па;
U_ко - максимально возможный компенсируемый объем компенсатора согласно паспорту на него, м³;
U_гп - измеренный компенсируемый объем газовой полости компенсатора, м³;
ρ, ρ_н - плотность теплоносителя при измеренной температуре и номинальной температуре, кг/м³;
ΔH - разность уровней относительно Земли между входом в насос и жидкостной полостью компенсатора, м;
ΔP_н - номинальное гидравлическое сопротивление участка жидкостного тракта от узла соединения его с трубопроводом, идущим от жидкостной полости компенсатора объема, до входа в насос, Па;
- измеренный и номинальный расходы теплоносителя, м³/с;
δP_гн - допустимая погрешность, Па;
g - ускорение силы тяжести, м/с²,
и сравнивают его с предыдущим измерением.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2