Способ контрольных испытаний криогенной емкости



Способ контрольных испытаний криогенной емкости
Способ контрольных испытаний криогенной емкости
Способ контрольных испытаний криогенной емкости

 


Владельцы патента RU 2488790:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-производственный ракетно-космический центр "ЦСКБ-Прогресс" (ФГУП "ГНПРКЦ "ЦСКБ-Прогресс") (RU)

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано в наземных испытаниях изделий на прочность и герметичность, а также в качестве контрольной операции подтверждения качества изготовления крупногабаритных криогенных емкостных конструкций, преимущественно топливных баков ракет-носителей, спроектированных с учетом криогенного упрочнения и нагруженных внутренним давлением в условиях криогенного захолаживания. Изобретение направлено на расширение возможности испытаний и их упрощение, на уменьшение трудозатрат используемых при испытаниях компонентов, что обеспечивается за счет того, что контроль герметичности проводят поэтапно на цилиндрических частях и днищах криогенной емкости, а перед этим дополнительно проводят испытания их на прочность криогенным компонентом, затем осуществляют их сварку, после чего проводят испытания кольцевых сварных швов на прочность при нормальной температуре пустой криогенной емкости из учета действия суммарной осевой нагрузки от воздействия избыточного внутреннего давления и внешних корпусных растягивающих нагрузок и проводят испытания кольцевых сварных швов на герметичность. 3 ил.

 

Заявляемое техническое решение относится к наземным испытаниям изделий на прочность и герметичность и может быть использовано в качестве контрольной операции подтверждения качества изготовления крупногабаритных криогенных емкостных конструкций, преимущественно топливных баков ракет-носителей, спроектированных с учетом криогенного упрочнения и нагруженных внутренним давлением в условиях криогенного захолаживания.

Известен способ криогенностатических испытаний емкости в крупногабаритном боксе с целью подтверждения ее прочности (А.В. Кармишин, А.И. Лиходед, Н.Г. Паничкин, С.Н. Сухинин. Основы отработки прочности ракетно-космических конструкций. М.: Машиностроение, 2007, стр.403-408). Указанный способ состоит в том, что крупногабаритную криогенную емкость помещают в специально оборудованный железобетонный бокс, внутренняя поверхность которого защищена камерой из специальной нержавеющей стали. Камера должна быть оборудована теплоизоляцией, системой автоматизированного силового нагружения, системой вентиляции, системой подачи и эвакуации жидкого азота, системой измерения с аппаратным и программным обеспечением и системой аварийной защиты.

Криогенную емкость захолаживают до криогенного уровня путем наполнения ее жидким азотом, а затем подают жидкий азот под необходимым давлением. Учитывая то, что плотность жидкого азота, которым заполняют криогенную емкость во время контрольных испытаний, больше плотности жидкого водорода, то для предотвращения разрушения криогенную емкость «обезвешивают». Для этого заливают жидкий азот в камеру бокса, при этом следят, чтобы уровень жидкого азота в емкости был выше, чем в камере для предотвращения избыточного внешнего давления.

Осуществляют силовое нагружение, для чего, например, устанавливают силовую балку на торцевую поверхность бокса и проводят процедуру нагружения с помощью силовой оснастки, изготовленной из специальных сталей, в силу того, что элементы оснастки работают в условиях криогенных температур.

Недостатком описанного способа является сложность проведения испытаний, большие трудозатраты и большой объем используемого при испытаниях криогенного компонента.

Известен способ опрессовки многослойной цилиндрической обечайки (патент на изобретение RU 2389577), заключающийся в том, что заполняют емкость водой, создают в емкости избыточное давления для опрессовки обечайки (испытание обечайки на прочность), сбрасывают избыточное давление.

Недостатком известного способа являются ограниченные возможности, так как его нельзя использовать для испытаний криогенной емкости.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предложенному техническому решению является способ контроля герметичности емкостей при криогенной температуре (патент на изобретение SU 1795320), заключающийся в том, что емкость охлаждают до криогенной температуры и заполняют емкость криогенным компонентом.

Недостатками известного технического решения являются его ограниченные возможности, так как он предназначен только для проведения испытаний на герметичность и не позволяет провести испытания опрессовки криогенной емкости, что не дает гарантии качества испытуемой криогенной емкости, а также сложность проведения испытаний, требующих специально оборудованную камеру и оснастку и, соответственно, большие трудозатраты и большой объем используемого при испытаниях криогенного компонента.

Задачей изобретения является расширение возможностей с одновременным упрощением способа контрольных испытаний криогенной емкости, уменьшением трудозатрат на его проведение.

Поставленная задача решается тем, что в способе контрольных испытаний криогенной емкости, включающем контроль герметичности с использованием охлаждения криогенным компонентом, при этом контроль герметичности проводят поэтапно на цилиндрических частях и днищах криогенной емкости, а перед этим дополнительно проводят испытания их на прочность криогенным компонентом, затем осуществляют их сварку, после чего проводят испытания кольцевых сварных швов на прочность при нормальной температуре пустой криогенной емкости из учета действия суммарной осевой нагрузки от воздействия избыточного внутреннего давления и внешних корпусных растягивающих нагрузок, и проводят испытания кольцевых сварных швов на герметичность.

Сущность предложенного технического решения иллюстрируется чертежами:

- на фиг.1 приведена схема реализации способа контрольных испытаний цилиндрических частей криогенной емкости на прочность избыточным давлением криогенного компонента;

- на фиг.2 приведена схема реализации способа контрольных испытаний днища криогенной емкости на прочность избыточным давлением криогенного компонента;

на фиг.3 приведена схема реализации способа контрольных испытаний криогенной емкости осевой растягивающей нагрузкой.

В соответствии с предлагаемым способом контрольных испытаний криогенной емкости, спроектированной с учетом криогенного упрочнения, испытания проводят поэтапно на отдельных частях емкостных конструкций (на цилиндрических частях и днищах). Проектирование криогенной емкости с учетом криогенного упрочнения материала, из которого она изготовлена, позволяет уменьшить толщины цилиндрических частей и днищ испытуемой криогенной емкости, и, соответственно, приводит к уменьшению массы криогенной емкости - что является определяющим при проектировании ракетной техники. На первом этапе цилиндрическую часть 1 (Фиг.1) криогенной емкости 2 (Фиг.3) при вертикальном положении ее продольной оси размещают между основанием технологической оснастки 3 и плитой технологической оснастки 4 Полученную полость 5 между цилиндрической частью 1, основанием технологической оснастки 3 и плитой технологической оснастки 4 герметизируют прокладками 6, изготовленными, например, из паронита, с помощью силовозбудителей 7. «Захолаживают» полость 5 путем заливки ее криогенным компонентом (например, жидким азотом) и нагружают избыточным давлением (то есть, проводят испытания на прочность):

Pизб=k·Pэ,

где Pизб - избыточное давление;

k - коэффициент повышения эксплуатационного давления при испытаниях;

Pэ - максимальное эксплуатационное давление в испытываемой части конструкции (соответствующей обечайки либо соответствующего днища криогенной емкости).

Выдерживают полость 5 под избыточным давлением криогенного компонента заданное время (например, от 5 до 10 мин). Осуществляют сброс давления путем слива криогенного компонента, производят сушку цилиндрической части 1 криогенной емкости 2. Производят испытания на герметичность каждой из цилиндрических частей 1 криогенной емкости 2, например, методом контроля проникающими веществами (см. http://www.svarkainfo.ru/rus/lib/quolity/kpv/; авторское свидетельство. 366370, класс G01M3/02, опубликовано 16.01.1973, бюллетень №7) для чего, например, полость 5 заполняют водой с проникающим веществом, а на наружную поверхность 8 наносят покрытие специальным составом, при этом о степени негерметичности цилиндрической части 1 криогенной емкости 2 судят по появлению цветных пятен на наружной поверхности 8. Осуществляют слив воды с проникающим веществом, чистку и сушку цилиндрических частей 1 криогенной емкости 2. В случае обнаружения дефектов, проводят рентгеноконтроль с последующим устранением мест негерметичности. При необходимости контроль герметичности цилиндричесих частей 1 криогенной емкости 2 повторяют.

Аналогично, на втором этапе проводят контрольные испытания днищ 9 (Фиг.2) криогенной емкости 2, при этом каждое из днищ 9 размещают на основании технологической оснастки 10. Полученную полость 11 между днищем 9 криогенной емкости 2, основанием технологической оснастки 10 и кольцом технологической оснастки 12 герметизируют прокладками 6, изготовленными, например, из паронита, с помощью, например, болтового соединения 13 кольца технологической оснастки 12. «Захолаживают» полость 11 путем заливки ее криогенным компонентом (например, жидким азотом) и нагружают избыточным давлением:

Pизб=k·Pэ,

где Pизб - избыточное давление;

k - коэффициент повышения эксплуатационного давления при испытаниях;

Pэ - максимальное эксплуатационное давление в испытываемой части конструкции (соответствующей обечайки либо соответствующего днища бака).

Выдерживают полость 11 под избыточным давлением криогенного компонента заданное время, (например, от 5 до 10 мин), после чего осуществляют сброс давления путем слива криогенного компонента и сушку каждого днища 9 криогенной емкости 2. Производят испытания на герметичность каждого днища 9 аналонично вышеописанным испытаниям цилиндрических частей 1 криогенной емкости 2. Осуществляют слив воды с проникающим веществом, чистку и сушку днищ 9 криогенной емкости 2. В случае обнаружения дефектов проводят рентгеноконтроль с последующим устранением мест негерметичности. При необходимости контроль герметичности днищ 9 криогенной емкости 2 повторяют.

На третьем этапе осуществляют сварку цилиндрических частей 1 криогенной емкости 2 между собой и днищами 9 криогенной емкости 2. Проводят испытания кольцевых сварных швов 14 без заполнения криогенной емкости 2 криогенным компонентом (Фиг.3). Испытания проводят, нагружая криогенную емкость 2 суммарной осевой нагрузкой, включающей нагрузки от воздействия избыточного внутреннего давления и внешних корпусных растягивающих нагрузок, при помощи технологической оснастки 15.

N=k·Pэ·F+Nвн≥k·Pэ·F·σвt(-196°C)/σвt(20°C)

где N - суммарная осевая нагрузка от воздействия максимального избыточного внутреннего давления в криогенной емкости и внешних корпусных растягивающих нагрузок;

k - коэффициент повышения эксплуатационного давления при испытаниях;

Pэ - максимальное эксплуатационное давление в емкости;

F - площадь по диаметру цилиндрической части емкости;

Nвн - внешняя корпусная растягивающая нагрузка;

σвt(-196°C) - предел прочности при температуре минус 196°C;

σвt(20°C) - предел прочности при температуре 20°C.

Суммарная осевая нагрузка не должна превышать допускаемых напряжений в сварном шве. После этого проводят испытания кольцевых сварных швов 14 на герметичность, для чего, например, наносят специальный состав на наружную поверхность 8 только в местах сварных кольцевых швов 14, заполняют криогенную емкость 2 водой с проникающим веществом, создают избыточное давление, выдерживают криогенную емкость 2 под избыточным давлением для обнаружения негерметичности.

В случае обнаружения дефектов проводят рентгеноконтроль с последующим устранением мест негерметичности. При необходимости контроль герметичности криогенной емкости 2 повторяют.

Заявленный способ контрольных испытаний криогенной емкости позволит расширить его возможности и одновременно упростить его, уменьшить трудозатраты на его проведение и уменьшить используемые при испытаниях компоненты (например, количество используемого жидкого азота).

Способ контрольных испытаний криогенной емкости, включающий контроль герметичности с использованием охлаждения криогенным компонентом, отличающийся тем, что контроль герметичности проводят поэтапно на цилиндрических частях и днищах криогенной емкости, а перед этим дополнительно проводят испытания их на прочность криогенным компонентом, затем осуществляют их сварку, после чего проводят испытания кольцевых сварных швов на прочность при нормальной температуре пустой криогенной емкости из учета действия суммарной осевой нагрузки от воздействия избыточного внутреннего давления и внешних корпусных растягивающих нагрузок и проводят испытания кольцевых сварных швов на герметичность.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области медицины. .
Изобретение относится к химическим композициям реагентов. .
Изобретение относится к области биотехнологии и касается способа получения бруцеллезного антигена для роз-бенгал пробы (РБП). .
Изобретение относится к медицине, а именно к психиатрии, и может быть использовано для прогноза формирования органического расстройства личности. .

Изобретение относится к области ветеринарной вирусологии и касается иммуноферментной тест-системы для серологической диагностики реовирусной инфекции крупного рогатого скота и контроля напряженности поствакцинального иммунитета.

Изобретение относится к области ветеринарной вирусологии и касается иммуноферментной тест-системы для серологической диагностики реовирусной инфекции крупного рогатого скота и контроля напряженности поствакцинального иммунитета.

Изобретение относится к области ветеринарной вирусологии и касается иммуноферментной тест-системы для серологической диагностики реовирусной инфекции крупного рогатого скота и контроля напряженности поствакцинального иммунитета.
Изобретение относится к микробиологии и может быть использовано для определения антибактериального потенциала хитозана в отношении стафилококков путем оценки активации хитозановым полимером ферментативного разрушения клеток бактерий.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при испытаниях полостей устройств авиационной и ракетной техники, а также в других областях техники.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для измерения негерметичности изделий, работающих под избыточным давлением. .

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для измерения негерметичности изделий, работающих под избыточным давлением. .

Изобретение относится к области испытательной техники и направлено на создание простого и безопасного для операторов, работающих в герметично изолированных от внешних сред обитаемых помещениях, оперативного способа определения местонахождения негерметичного участка гидравлической магистрали системы терморегулирования объекта после установления факта негерметичности, что обеспечивается за счет того, что при осуществлении способа определения местоположения негерметичного участка замкнутой гидравлической магистрали, снабженной побудителем расхода и гидропневматическим компенсатором температурного изменения объема рабочего тела, снижают давление среды в газовой полости гидропневматического компенсатора до уровня стабилизации этого давления в пределах погрешности измерения.

Изобретение относится к области контрольно-испытательной техники и может быть использовано в фармацевтической, медицинской, микробиологической промышленности, в частности при испытаниях асептических объектов с повышенными требованиями к воздухопроницанию их ограждающих строительных конструкций (ОСК), что обеспечивается за счет того, что используют обслуживающие данную полость замкнутого герметизированного контура (ПЗГК) приточную и вытяжную вентиляционные системы, при этом при отключенной вытяжной вентиляционной системы и закрытом ее запорно-регулирующем устройстве (ЗРУ) создают вентилятором приточной вентиляционной системы предельно допустимое избыточное давление в ПЗГК, регулируя величину избыточного давления, после чего замеряют объемные скорости воздушного потока, поступающего в ПЗГК воздуховода данной приточной вентиляционной системы, и воздушного потока, поступающего из ПЗГК, причем величина фактического удельного воздухопроницания одного м2 ОСК ПЗГК при предельно допустимом, избыточном давлении в ПЗГК не должна превышать величину расчетного удельного воздухопроницания одного м 2 ОСК при вышеуказанном предельно допустимом избыточном давлении в ПЗГК, а величину фактического удельного воздухопроницания одного м2 ОСК при предельно допустимом избыточном давлении в ПЗГК и расчетную удельную воздухопроницаемость одного м2 ограждающих строительных конструкций полости замкнутого герметизированного контура при предельно допустимом избыточном давлении в ней определяют описанном в пунктах формулы образом.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для дистанционного контроля состояния магистральных газопроводов и хранилищ с помощью диагностической аппаратуры, установленной на носитель - дистанционно-пилотируемый летательный аппарат (ДПЛА).

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для определения значения негерметичности агрегатов при воздействии вибрации, в том числе при резонансах его подвижных элементов, и направлено на повышение точности определения значения негерметичности агрегатов, что обеспечивается за счет того, что определяют негерметичность с использованием показаний датчика перепада давления, при этом согласно изобретению момент начала работы датчика перепада давления и момент начала работы программы вибростенда по вибровоздействию на агрегат синхронизируют по времени, выбирают показания перепада давления в условиях изменения перегрузок от начала и до конца повышения давления и судят о негерметичности агрегата по величине расхода газа, используя для определения расхода газа среднее значение его в диапазоне виброперегрузок за выбранный промежуток времени.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано для измерения негерметичности изделий, работающих под избыточным давлением
Наверх