Автоматическая система для испытания герметичности замкнутых объемов

 

Изобретение относится к космической технике, а точнее к системам измерения герметичности замкнутых объемов, например участков трубопроводов в системах подачи топлива реактивных двигательных установок на космических летательных аппаратах в условиях космического пространства. Техническим результатом изобретения является исключение попадания газовых включений в жидкость и устранение погрешности измерений при температурных колебаниях в процессе проверки герметичности, а также повышение ресурса работы системы при эксплуатации в условиях космического полета. Это достигается за счет того, что в состав системы введена емкость с изменяющимся в процессе испытаний объемом, выполненная в виде сильфонного компенсатора, снабженного датчиком давления, подключенная посредством магистрали наддува газа к замкнутому объему, а через последовательно установленные нормально открытый и нормально закрытый пироклапаны и электропневмоклапаны - к источнику давления газа, причем исполнительные органы указанных клапанов через программно-временное устройство включены в систему автоматического управления клапанами, при этом замкнутый объем через электропневмоклапаны подключен к источникам вакуума и жидкости. 1 ил.

Изобретение относится к космической технике, а точнее к системам измерения герметичности замкнутых объемов, например, участков трубопроводов в системах подачи топлива реактивных двигательных установок на космических летательных аппаратах в условиях космического пространства.

Известна автоматическая система для испытания герметичности замкнутых объемов (см. , например, патент Великобритании N 1376236, кл. G 1 S от 1974 г. ), содержащая источник давления газа, редуктор, сигнализатор давления и расхода газа наддува, исполнительные органы открытия и закрытия клапана наддува и узел отображения информации.

Недостатками таких систем являются низкая точность измерения и сложность процесса измерения герметичности систем, работающих в условиях космического полета.

Известна также автоматическая система для испытания герметичности замкнутых объемов (см. , например, ж. "Авиация и космонавтика", М., Воениздат, 1978 г, N 7, стр. 37, рис. 2), выбранная в качестве прототипа.

Система содержит источники вакуума, давления газа и жидкости, датчики давления, электропневмоклапаны, магистраль наддува газа и систему автоматического управления клапанами.

Данная система используется для проверки герметичности стыковочного узла магистралей дозаправки топливных баков двигательной установки космических станций типа "Салют" и "Мир" от транспортных кораблей типа "Прогресс". В известной системе проверка герметичности указанного стыковочного узла производится следующим образом.

После стыковки станции и транспортного корабля поступает команда на блок автоматики системы дозаправки (БАСД), который управляет клапанами системы проверки герметичности продувки дозаправочных магистралей (СПГП). Газ высокого давления из баллона поступает на редуктор, снижаясь до давления порядка 16 атм, через электропневмоклапаны (открываются на одну минуту) попадает в магистраль дозаправки. Давление контролируется по датчикам давления в течение 1,5 часов (команду формирует БАСД). После этого открываются клапаны дренажа станции и газ сбрасывается в окружающее пространство с одновременным вакуумированием магистрали дозаправки. Клапаны дренажа станции закрываются, и открываются магистральные клапаны транспортного корабля и станции.

Недостатками системы являются: 1. Сложность процесса проверки герметичности и необходимость в дополнительной системе СПГП с приборами автоматики.

2. Попадание газовых пузырей в топливо в процессе дозаправки, что недопустимо для корректирующих двигателей и двигателей малой тяги станции.

3. Наличие погрешности измерения при температурных колебаниях в процессе проверки герметичности магистралей и стыковочного устройства.

Задачей настоящего изобретения является создание автоматической системы для измерения герметичности замкнутых объемов, которая исключала бы попадание газовых включений в жидкость и устраняла бы погрешности измерений при температурных колебаниях в процессе проверки герметичности, а также повышала бы ресурс работы системы.

Сущность изобретения заключается в том, что автоматическая система для испытания герметичности замкнутых объемов, содержащая источники вакуума, давления газа и жидкости, датчики давления, электропневмоклапаны, пироклапаны, магистраль наддува газа и систему автоматического управления клапанами, снабжена емкостью с изменяющимся в процессе испытаний объемом, выполненной в виде сильфонного компенсатора, снабженного чувствительным элементом, выполненным в виде датчика давления, и подключенного посредством магистрали наддува газа к замкнутому объему, а через последовательно установленные нормально открытый и нормально закрытый пироклапаны и электропневмоклапан к источнику давления газа, причем исполнительные органы указанных клапанов через программно-временное устройство включены в систему автоматического управления клапанами, при этом замкнутый объем через электропневмоклапаны подключен к источникам вакуума и жидкости; кроме того, автоматическая система для испытания герметичности замкнутых объемов снабжена набором параллельно включенных в магистраль наддува газа, нормально открытых и нормально закрытых пироклапанов.

Технический результат заключается в том, что по сравнению с известными техническими решениями, вновь созданная автоматическая система для испытания герметичности замкнутых объемов обеспечивает не только исключение попадания газовых включений в жидкость и устранение погрешности измерений при температурных колебаниях в процессе проверки герметичности, но и повышает ресурс системы.

Использование предлагаемой автоматической системы для испытания герметичности, например, на космическом орбитальном комплексе типа "Мир" - "Союз-ТМ" - "Прогресс" - "Шатлл" позволит дать значительный экономический эффект за счет удобства и простоты проведения проверки герметичности стыковочного устройства и повышения качества перекачиваемого продукта (за счет исключения попадания газовых включений в перекачиваемый продукт) в процессе передавливания его из баков транспортного корабля "Прогресс" в баки станции "Мир", а также за счет увеличения ресурса работы системы, позволяющей многократное проведение проверки герметичности магистралей дозаправки и стыковочного узла.

Суть изобретения поясняется чертежом.

Предлагаемая автоматическая система для испытания герметичности замкнутых объемов состоит из следующих основных узлов, деталей и агрегатов: источника вакуума 1, в качестве которого используют, например, космическое пространство при измерении герметичности в Космосе источника давления газа 2, в качестве которого используют, например, газовую полость 2 топливного бака, наддуваемого газом для передавливания топлива из одного бака в другой при дозаправке в Космосе жидким топливом; источника жидкости 3, в качестве которого используют, например, жидкостную полость 3 топливного бака, где находится жидкое топливо; датчиков давления 4; электропневмоклапанов 5, 6; магистрали 7 наддува газа, системы автоматического управления 8 электропневмоклапанами 5, 6. Автоматическая система для испытания герметичности замкнутых объемов снабжена емкостью 9 с изменяющимся в процессе испытаний объемом, выполненной в виде сильфонного компенсатора 10, снабженного чувствительным элементом 11, выполненным в виде датчика давления. Сильфонный компенсатор 10 подключен посредством магистрали 7 наддува газа к замкнутому объему 12, а через последовательно установленные нормально открытый пироклапан 13, нормально закрытый пироклапан 14 и электропневмоклапан 15 к источнику давления газа 2. Исполнительные органы 16 электропневмоклапанов 5, 6, 15, нормально открытых пироклапанов 13 и нормально закрытых пироклапанов 14 через программно-временное устройство (ПВУ) 17 включены в систему автоматического управления электропневмоклапанами 5, 6. С целью увеличения ресурса автоматическая система для испытания герметичности замкнутых объемов снабжена набором 18 параллельно включенных в магистраль 7 наддува газа, нормально открытых пироклапанов 13 и нормально закрытых пироклапанов 14. В качестве замкнутого объема 12 используют, например, магистрали 19, 20 перекачки жидкого топлива между топливными баками 21, 22 состыкованными посредством стыковочного устройства 23. Баки 21, 22 выполнены двухполостными, состоящими из газовой полости 2 и жидкостной полости 3, разделенных эластичной мембраной 24 или сильфонообразной перегородкой 25, позволяющими за счет перепада давлений производить выдавливание жидкости из баков. Топливо для подачи в реактивные двигатели и газ хранятся в топливных баках 21, 22 под давлением.

Испытание замкнутого объема 12 со стыковочным устройством 23 на герметичность производится следующим образом.

Открывают электропневмоклапан 6 и вакуумируют замкнутый объем 12, при этом электропневмоклапан 5 закрыт. Закрывают электропневмоклапан 6 и открывают электропневмоклапан 5, установленный на магистрали 19, и заполняют замкнутый объем 12 жидким топливом из бака 21. Закрывают электропневмоклапан 5, установленный на магистрали 19. Контролируют давление в замкнутом объеме 12 по датчику давления 11. Открытие (закрытие) электропневмоклапанов для передавливания топлива производится по командам от ПВУ 17 системы автоматического управления 8. Проверка герметичности производится по спаду давления в замкнутом объеме 12. В процессе проверки герметичности информация с датчиков давления вводится в логический блок системы автоматического управления 8, который сравнивает полученные данные с заложенными в память системы автоматического управления 8. При этом, если рассогласование полученных данных достигает некоторой величины, например более 2 атм/час, то выдается команда на блокировку команды открытия электропневмоклапана 5, а на экране отображения системы автоматического управления 8 высвечивается сигнал "Не готов". В случае нормальной работы, т.е. при допустимой нормальной герметичности, от ПВУ 17 системы автоматического управления 8 поступает команда "Готов". При подготовке магистралей формируется команда на открытие электропневмоклапана 6, срабатывает нормально закрытый пироклапан 14 и замкнутый объем 12 продувается сжатым газом, например азотом, от источника давления газа 2 открытием электропневмоклапана 15. После продувки подается команда на срабатывание нормально открытого пироклапана 13 для перекрытия магистрали 7 наддува газа. Для увеличения ресурса системы установлен набор 18 параллельно включенных в магистраль 7 наддува газа, нормально открытых 13 и нормально закрытых 14 пироклапанов, используемых при повторных проверках герметичности замкнутого объема 12.

Продувка газом магистралей замкнутого объема 12 предусматривается для очистки магистралей от остатков жидкого топлива, что необходимо для исключения попадания капель агрессивного топлива, например гиптила, на наружные поверхности изделия при и расстыковке стыковочного устройства 23.

Введение в состав системы емкости 9 с изменяющимся в процессе испытаний объемом, выполненной в виде сильфонного компенсатора 10, позволяет устранять погрешности измерения при температурных колебаниях в процессе проверки герметичности за счет компенсации расширения (сжатия) массы жидкости в замкнутом объеме 12 и снятия дополнительных увеличений (уменьшений) давления в полости объема 12, при этом датчик давления 11 фиксирует давление с учетом поправки на температурные колебания.

Последовательно установленные нормально открытый пироклапан 13 и нормально закрытый пироклапан 14 на магистрали 7 наддува газа позволяют исключить попадание газовых включений в жидкость как при проверке герметичности замкнутого объема, так и в процессе дальнейшей эксплуатации системы, т.к. пироклапан по своему функциональному назначению срабатывает один раз и обеспечивает идеальную герметичность по сравнению, например, с электропневмоклапанами, которые, как правило, имеют негерметичность по седлу.

Формула изобретения

Автоматическая система для испытания герметичности замкнутых объемов, содержащая источники вакуума, давления газа и жидкости, датчики давления, электропневмоклапаны, магистраль наддува газа и систему автоматического управления электропневмоклапанами, отличающаяся тем, что она снабжена емкостью с изменяющимся в процессе испытаний объемом, выполненной в виде сильфонного компенсатора, снабженного чувствительным элементом, выполненным в виде датчика давления, и подключенного посредством магистрали наддува газа к замкнутому объему, а через последовательно установленные нормально открытый и нормально закрытый пироклапаны и электропневмоклапан - к источнику давления газа, причем исполнительные органы нормально открытого и нормально закрытого пироклапанов и электропневмоклапанов через программно-временное устройство включены в систему автоматического управления электропневмоклапанами, при этом замкнутый объем через электропневмоклапаны подключен к источникам вакуума и жидкости.

РИСУНКИ

Рисунок 1