Способ определения объема нерастворенного газа в жидкостной полости емкости, имеющей подвижный разделитель сред "газ-жидкость"

Изобретение относится преимущественно к космической технике и может быть использовано при заправке и наземном обслуживании жидкостных систем терморегулирования космических аппаратов и других систем (в т.ч. двигательных установок). Способ включает дважды проводимое измерение объема газовой полости емкости. Причем вначале, перед измерением этого объема, вакуумируют газовую полость до давления не более 1 мм рт.ст. Напускают в нее газ до атмосферного давления и замеряют объем (V₁) натекающего в полость газа. Затем повышают давление в газовой полости до величины, равной двум атмосферным давлениям. Выпускают газ из полости до достижения атмосферного давления и измеряют объем (V₂) выпущенного газа. Объем нерастворенного газа в жидкостной полости определяют по формуле: V_Г=V₂-V₁. Технический результат изобретения состоит в возможности определения и оценки величины объема нерастворенного газа в жидкостной полости емкости без разгерметизации этой полости и подключения ее к средствам заправки. 1 ил.

 

Изобретение относится преимущественно к космической технике для определения объема нерастворенного газа в баке двигательной установки, заправляемом жидким топливом и имеющем герметичный разделитель сред, а также в магистрали системы терморегулирования, заправляемой жидким теплоносителем и имеющей двуполостной компенсатор объема.

Известен способ определения объема нерастворенного газа, изложенный в патенте №2300492, МПК B64D 5/00, G01F 22/00, G01F 23/02, по которому в процессе заправки, после заполнения жидкостной магистрали системы терморегулирования космического аппарата жидким теплоносителем под избыточным давлением, отключают заправочный бак от жидкостной магистрали, изменяют величину давления в заправочном баке и измеряют объем теплоносителя в нем, подключают заправочный бак к жидкостной магистрали и повторно измеряют объем теплоносителя в измеряемом баке, а по величине разности объемов теплоносителя определяют объем нерастворенного газа в заправляемой магистрали.

Известен способ определения объема нерастворенного газа в магистрали системы терморегулирования космического аппарата методом «эталонной емкости», выбранный в качестве прототипа (патент №2308402, МПК B64G 1/50, G01N 7/00, B64G 5/00), в котором в процессе заправки, до слива компенсационной дозы, локализуют объем, заполненный жидким теплоносителем, магистрали системы терморегулирования космического аппарата, изолируя ее от средств заправки. Измеряют давление в магистрали, затем в газовой полости компенсатора объема, дважды устанавливают атмосферное давление, а в эталонной емкости - поочередно разные начальные базовые давления. Дважды сообщают указанные полость и емкость между собой и измеряют установившиеся усредненные давления. На основе проведенных измерений определяют объем нерастворенного газа по соответствующей формуле.

После отстыковки средств заправки и герметизации заправочно-дренажных устройств заправленной емкости определить объем нерастворенного газа в жидкостной полости известными способами невозможно без сообщения ее со средствами заправки, что является недостатком известных способов.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанного недостатка.

Поставленная задача достигается тем, что дважды выполняют измерение объема газовой полости измеряемой емкости с помощью газового счетчика, например ГСБ-400 ТУ 25-04-2261-75, РГ-7000 ТУ 25-7550.0039-89 (производство - Россия), Shinagawa W-NK (производство - Япония).

Первое измерение объема производят напусканием газа через газовый счетчик в предварительно отвакуумированную до остаточного давления не более 1 мм рт.ст. газовую полость емкости до создания в ней атмосферного давления (1 ата). При этом измерении нерастворенный газ объемом V_Г, находящийся в жидкостной полости под атмосферным давлением, первоначально расширяется при вакуумировании газовой полости, подвижный разделитель сред перемещается в сторону уменьшения газовой полости. Затем, при напуске газа в газовую полость до атмосферного давления, нерастворенный газ в жидкостной полости занимает свой прежний объем (V_Г) и подвижный разделитель сред возвращается в первоначальное положение. Объем газа, прошедший через газовый счетчик (V₁), равен объему газовой полости (V_ГП) при атмосферном давлении газа в газовой полости, т.е. V₁=V_ГП.

Второе измерение производят пропусканием газа через газовый счетчик до остаточного давления в газовой полости, равного атмосферному (1 ата), из предварительно заправленной газом до давления, равного двум атмосферным (2 ата), газовой полости. При этом измерении нерастворенный газ (V_Г) в жидкостной полости, первоначально находящийся под давлением 1 ата, при повышении давления с 1 ата до 2 ата уменьшает свой объем наполовину , подвижный разделитель сред перемещается в сторону увеличения объема газовой полости на такую же величину (V^''), т.е. на величину половины объема газа, находящегося в газовой полости . Затем, при сбросе избыточного давления газа из газовой полости через газовый счетчик с 2 ата до 1 ата, подвижный разделитель сред займет первоначальное положение, а через газовый счетчик пройдет объем газа (V₂), состоящий из объема газовой полости при атмосферном давлении в ней (V_ГП) и двойного объема нерастворенного газа :

Так как V_ГП=V₁, а V_Г=2V^'',то формула [1] примет вид:

а отсюда величина объема нерастворенного газа в жидкостной полости при его давлении 1 ата вычисляется по формуле:

где V_Г - объем нерастворенного газа;

V₁ - объем газа при его напуске в отвакуумированную до давления не более 1 мм рт.ст. газовую полость емкости;

V₂ - объем газа, прошедший через газовый счетчик, при его сбросе из заправленной газовой полости емкости от давления, равного двум атмосферным, до давления, равного атмосферному.

Принципиальная схема измерения объема нерастворенного газа в жидкостной полости с использованием газового счетчика приведена на чертеже.

Позиционно эта схема включает в себя:

1 - заправочно-дренажное устройство жидкостной полости 12 емкости 3;

2 - газовая полость емкости 3;

3 - емкость;

4 - регистратор давления;

5 - соединительные трубопроводы;

6,7 - вентили перекрывные;

8 - вентиль газового клапана 9;

9 - газовый клапан;

10 - газовый счетчик;

11 - подвижный разделитель сред «газ - жидкость» емкости 3;

12 - жидкостная полость емкости 3.

Практически способ осуществляется в следующей последовательности.

Выполняют первое измерение:

- закрывают вентиль 7;

- открывают вентиль 6 и вентилем 8 - газовый клапан 9;

- вакуумируют через соединительные трубопроводы 5 газовую полость 2 емкости 3 до остаточного давления не более 1 мм рт.ст.(контроль по регистратору давления 4);

- закрывают вентиль 6 и вентилем 8 - газовый клапан 9;

- открывают вентиль 7, напускают через газовый счетчик 10 в соединительные магистрали 5 воздух до атмосферного давления (1 ата) и фиксируют показание газового счетчика 10;

- открывают вентилем 8 газовый клапан 9, напускают через газовый счетчик 10 в газовую полость емкости 3 воздух до атмосферного давления (1 ата) и фиксируют показания газового счетчика 10;

- по показаниям газового счетчика 10 определяют объем газовой полости 2 (V₁) емкости 3;

Затем выполняют второе измерение:

- закрывают вентиль 7;

- открывают вентиль 6 и вентилем 8 - газовый клапан 9;

- устанавливают в соединительных магистралях 5, газовой полости 2 емкости 3 давление, равное двум атмосферным (2 ата), контроль по регистратору давления 4;

- закрывают вентиль 6 и вентилем 8 - газовый клапан 9;

- открывают вентиль 7, пропускают воздух через газовый счетчик 10 из соединительных магистралей 5 до атмосферного давления (1 ата) и фиксируют показания газового счетчика 10;

- открывают вентилем 8 газовый клапан 9, пропускают через газовый счетчик 10 воздух из газовой полости 2 емкости 3 до атмосферного давления (1 ата) и фиксируют показания газового счетчика 10;

- по показаниям газового счетчика 10 определяют объем газа (V₂), прошедший через газовый счетчик 10.

Зная объемы V₁ и V₂, определяют объем нерастворенного газа (V_Г) в жидкостной полости емкости 3, приведенный к атмосферному давлению (1 ата), по формуле:

где V_Г - объем нерастворенного газа;

V₁ - объем газа при его напуске в отвакуумированную до давления не более 1 мм рт.ст. газовую полость 2 емкости 3;

V₂ - объем газа, прошедший через газовый счетчик 10, при его сбросе из заправленной газовой полости 2 емкости 3 от давления, равного двум атмосферным, до давления, равного атмосферному.

Время измерения объемов в газовом счетчике составляет минуты, температура газа и барометрическое давление в обоих вариантах способов не изменяются (или изменяются незначительно), т.е. практически для инженерных расчетов можно принять процесс измерения объемов V₁, V₂ как изотермический и изобарный.

Заключение о допуске к дальнейшим работам (например, к запуску космического аппарата) выдается в случае, если вычисленный по формуле [4] объем нерастворенного газа меньше или равен допустимому, наперед заданному (V_Г.Д), т.е. при выполнении соотношения:

Время измерения объемов газовым счетчиком составляет минуты, температура газа и барометрическое давление не изменяются (или изменяются незначительно), т.е. практически для инженерных расчетов можно принять процесс измерения объемов V₁, V₂ как изотермический и изобарный.

Использование предлагаемого способа позволяет определить и оценить величину объема нерастворенного газа в жидкостной полости заправленной емкости, имеющей подвижный разделитель сред «газ - жидкость», без разгерметизации жидкостной полости емкости, например, во время регламентных работ при хранении космического аппарата или непосредственно при подготовке его к запуску.

Способ определения объема нерастворенного газа в жидкостной полости емкости, имеющей подвижный разделитель сред "газ - жидкость", включающий операции измерения объема газовой полости и сравнения его с требуемым значением, отличающийся тем, что измерение объема газовой полости проводят дважды, при этом перед измерением объема вакуумируют газовую полость до давления не более 1 мм рт.ст., напускают в нее газ до атмосферного давления и замеряют объем (V₁) натекающего в полость газа, затем повышают давление в газовой полости до величины, равной двум атмосферным давлениям, выпускают газ из газовой полости до достижения атмосферного давления и измеряют объем (V₂) выпущенного газа, а объем нерастворенного газа (V_Г) в жидкостной полости определяют по формуле
V_Г=V₂-V₁.