Устройство для компенсации потерь рабочего тела из гидравлической магистрали системы термостатирования герметичного обитаемого помещения и способ его эксплуатации

Изобретения относятся к эксплуатации систем терморегулирования (СТР), преимущественно пилотируемых космических объектов, а также могут быть использованы в ряде областей наземной научно-технической и хозяйственной деятельности. Устройство предназначено для дозаправки в полете гидравлической магистрали СТР (системы термостатирования), снабженной гидропневматическим компенсатором (ГПК) расширения рабочего тела (РТ). Это устройство содержит двухполостную емкость для РТ и пневмоарматуру, позволяющую контролировать текущий объем газовой полости ГПК. Контроль основан на вытеснении РТ в гидравлическую магистраль СТР из емкости с РТ под действием перепада давлений между газовой полостью указанной емкости и данной магистралью. При этом исходный объем газовой полости ГПК измеряют при давлении воздуха P₁, равном давлению в герметичном обитаемом помещении. Перепад создают путем наддува газовой полости емкости с РТ до максимально допустимого рабочего давления в гидравлической магистрали. При вытеснении РТ в магистраль контролируют давление в газовой полости ГПК. Вытеснение РТ прекращают при достижении указанным давлением определенной величины, зависящей от , P₁ и расчетного объема ΔV дозаправляемой дозы РТ. Проводят повторное измерение объема газовой полости ГПК и при выполнении соотношения делают заключение о завершении операции контроля. Технический результат изобретений состоит в расширении функциональных возможностей и многократности использования устройства, уменьшении его массы и габаритов, повышении надежности процесса контроля и дозаправки. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к общему машиностроению, конкретно, к устройствам для компенсации потерь рабочего тела из гидравлических магистралей систем термостатирования герметичных обитаемых помещений, снабженных гидропневматическими компенсаторами объемного расширения рабочих тел, и способам эксплуатации таких устройств.

Изобретение может быть использовано при разработке систем термостатирования обитаемых помещений автономных наземных сооружений с периодическим внешним материально-техническим снабжением.

Изобретение может быть также использовано на предприятиях, разрабатывающих или эксплуатирующих пилотируемые космические объекты, предназначенные для длительного пребывания в условиях космического полета. При необходимости изобретение может использоваться по своему прямому назначению при наземной подготовке гидравлических систем различных механизмов, например, при корректировке заправочных характеристик систем после их заправки, когда использование стационарного заправочного оборудования по каким-либо причинам нецелесообразно.

Для гидравлических систем, снабженных гидропневматическими компенсаторами, потери рабочего тела из трубопроводов и агрегатов из-за их негерметичности в первое время эксплуатации автоматически восполняются за счет вытеснения части рабочего тела из жидкостной полости гидропневматического компенсатора. При этом рабочие характеристики системы ухудшаются. С течением времени (или из-за повышенной негерметичности системы) все рабочее тело, находящееся в жидкостной полости гидравлического компенсатора, может быть вытеснено в гидравлическую магистраль, при этом компенсатор теряет возможность поддерживать заданное давление в системе, что приводит к выходу системы из строя.

Основным методом борьбы с этим явлением является периодическая компенсация потерь рабочего тела (дозаправка систем рабочим телом) при проведении плановых профилактических работ. Необходимые для этих работ устройства для дозаправки систем и запасы рабочего тела доставляются на эксплуатируемый объект в периоды материально-технического снабжения. Для обитаемых космических объектов, например, такая доставка обеспечивается грузовыми кораблями.

Известно устройство для заправки топливных систем транспортных средств, приведенное в описании к патенту РФ №2220062.

Устройство содержит заправляемую емкость, магистрали заправки и дренажа, а также теплообменник, клапан и струйный насос. Вход высокого давления насоса соединен с магистралью заправки, вход низкого давления насоса через теплообменник и клапан соединен с магистралью дренажа, а выход насоса соединен с заправляемой емкостью.

Недостатки устройства:

- устройство не позволяет контролировать количество рабочего тела, заправленного в емкость;

- устройство не позволяет устанавливать необходимое давление рабочего тела в емкости после ее заправки.

Известно устройство для заправки гидравлической системы терморегулирования космического аппарата, снабженной гидропневматическим компенсатором объемного расширения рабочего тела. Описание устройства приведено в патенте РФ №2252901 «Способ заправки теплоносителем гидравлической системы терморегулирования космического аппарата, снабженной гидропневматическим компенсатором, и устройство для его осуществления». Устройство разработано для заправки гидравлических систем терморегулирования космических аппаратов в процессе их наземной подготовки.

В состав устройства входят: гидравлически связанные между собой заправочный и дренажный баки, дренажно-заправочные магистрали с наземными элементами управления бортовыми заправочными клапанами; вакуумный агрегат, наземный источник технологического давления, заправочно-вентильная арматура, эталонная емкость и контрольно-измерительные приборы.

Заправочный бак устройства выполнен в виде герметичной однополостной емкости, с образованием газовой «подушки» за счет неполной заправки бака рабочим телом и созданием давления вытесняющего газа непосредственно над зеркалом рабочего тела. Вытесняющий газ подается в заправочный бак от наземного источника технологического давления с редуцированием давления до необходимой величины в газовом редукторе устройства. Внутренняя полость бака в своей нижней точке связана заправочной магистралью с заправочным приспособлением, установленным на заправочный клапан системы, при этом заправочная магистраль содержит запорный вентиль, регулирующий подачу рабочего тела в систему.

Количество заправленного в систему рабочего тела в устройстве определяется по разности объемов вытесненного из заправочного бака и слитого в дренажный бак рабочего тела, измеряемых с помощью мерных стекол на баках.

К недостаткам устройства относятся:

- прямое воздействие вытесняющего газа на рабочее тело в заправочном баке устройства. Это приводит к нежелательному насыщению верхнего слоя рабочего тела технологическим газом с последующими выделением его в процессе заполнения системы с образованием свободных газовых включений в заправляемой гидромагистрали;

- большая ошибка (до 100% при заполнении малообъемных систем) в определении объема рабочего тела, непосредственно заправленного в систему, из-за больших объемов заправочного и дренажного баков и связывающих их вспомогательных технологических магистралей;

- отсутствие средств записи и протоколирования параметров технологического процесса и положений исполнительных органов заправочной арматуры.

Известен способ заправки топливных систем транспортных средств с помощью устройства, приведенного в описании к патенту РФ №2220062.

Способ предусматривает заправку жидкой фазы рабочего тела в емкость с одновременным вытеснением его паров из газовой полости этой емкости, образованной над зеркалом заправленной жидкости. При этом вытесненный пар рабочего тела охлаждают до температуры его жидкой фазы, смешивают сконденсированные пары с заправляемым рабочим телом и производят их дальнейшую совместную заправку.

Способ не предусматривает контроль количества жидкой фазы рабочего тела, заправленного в емкость, и достаточно сложен в реализации, т.к. требует охлаждения вытесняемых из емкости паров рабочего тела до температуры их конденсации в специальном теплообменнике с помощью технологического теплоносителя с низкой температурой.

Известен способ заправки теплоносителем гидравлической системы терморегулирования космического аппарата, приведенный в описании к патенту РФ №2252901.

Способ предусматривает заполнение предварительно отвакууммированной гидромагистрали системы деаэрированным теплоносителем путем вытеснения его давлением технологического газа из бака заправщика. Перед операцией вытеснения теплоносителя в систему в газовой полости гидропневматического компенсатора системы создают давление, большее, чем давление вытесняющего газа над зеркалом теплоносителя в баке заправщика, а после вытеснения теплоносителя в гидромагистраль системы газовую полость гидропневматического компенсатора сообщают с окружающей атмосферой и заполняют жидкостную полость упомянутого компенсатора теплоносителем. После этой операции нагружают систему максимально-допустимым технологическим давлением, выбираемым из условия сохранения прочностных характеристик системы, и измеряют минимальный объем газовой полости компенсатора. При совпадении величины измеренного объема с его паспортным значением делают заключение о полной заправке теплоносителем жидкостной полости гидропневматического компенсатора и всей системы в целом.

Способу присущи следующие недостатки:

- отсутствует прямое измерение количества рабочего тела, заправленного в жидкостную полость гидропневматического компенсатора системы, а заключение о полной заправке делается на основании измерения минимального объема газовой полости этого компенсатора и сравнения полученного значения с паспортными данными. Это снижает надежность технологического процесса, т.к. ошибка завода-изготовителя, полученная при заводских измерениях или при заполнении паспорта, не позволит качественно заправить систему;

- нагружение системы технологическим давлением, выбираемым из условия сохранения прочностных характеристик системы, в полете недопустимо из условий существующих норм безопасности.

Известно устройство для дозаправки в полете рабочим телом гидравлической магистрали системы терморегулирования космического аппарата, снабженной гидропневматическим компенсатором объемного расширения рабочего тела, приведенный в описании к патенту РФ №2324629. Устройство принято автором за прототип изобретения.

Устройство содержит двухполостную емкость для рабочего тела, полости которой герметично отделены друг от друга подвижным разделителем сред и заполнены: первая - рабочим телом системы терморегулирования, вторая - вытесняющим газом. Жидкостная полость емкости для рабочего тела связана заправочной магистралью через ручной запорный вентиль и гидроразъем с гидравлической магистралью системы терморегулирования; газовая полость емкости через последовательно установленные два ручных запорных вентиля и самозапирающийся пневморазъем сообщена пневмомагистралью с газовой полостью гидропневматического компенсатора системы терморегулирования. К этой же пневмомагистрали через ручные запорные вентили подключены средства контроля и управления давлением: манометр абсолютного давления, эталонная емкость, вакуумный насос и бортовой источник давления (нагнетатель).

Устройство обладает следующими недостатками:

- устройство не содержит в своем составе средств, позволяющих автоматизировать основную технологическую операцию дозаправки - заполнение гидравлической магистрали системы рабочим телом;

- в устройстве отсутствуют средства контроля давлений, позволяющие контролировать процесс дозаправки системы специалистами Центра управления полетом (ЦУП);

- устройство обеспечивает ручную дозаправку системы рабочим телом в объеме, равном объему жидкостной полости емкости для рабочего тела. После опорожнения емкости устройство удаляется с борта станции с исправными средствами контроля и управления давлением, что нерационально с экономической точки зрения.

Известен способ эксплуатации устройства для дозаправки, приведенный в описании к патенту РФ №2324629.

Способ принят автором за прототип.

Способ основан на вытеснении рабочего тела из жидкостной полости емкости устройства в гидравлическую магистраль системы за счет перепада давлений воздуха, создаваемых в газовой полости емкости и в газовой полости гидропневматического компенсатора системы терморегулирования. Способ предусматривает предварительное измерение объема газовой полости емкости для рабочего тела, создания в ней давления воздуха на 100-150 мм рт.ст. меньшего, чем давление атмосферы отсека, и вакуумирование газовой полости компенсатора системы. В процессе вытеснения рабочего тела в гидромагистраль системы постоянно контролируют давление в газовой полости емкости для рабочего тела и при понижении этого давления до величины, определяемой по приведенному в формуле изобретения соотношению, прекращают вытеснение.

Способ эксплуатации устройства имеет следующие недостатки:

- отсутствует прямое измерение объема рабочего тела, вытесненного непосредственно в гидравлическую магистраль системы, что снижает надежность технологического процесса;

- отсутствует возможность контроля за процессом дозаправки со стороны специалистов ЦУП'а, т.к. показания манометра абсолютного давления доступны только бортовым операторам, а другие датчики давления в устройстве не предусмотрены;

- обозначенный в формуле изобретения начальный перепад давлений (~350 мм рт.ст.) между газовыми полостями емкости с рабочим телом и гидропневматического компенсатора системы из-за значительного гидравлического сопротивления магистрали системы не позволяет получить необходимую скорость вытеснения рабочего тела в систему, при которой процесс дозаправки может уложиться в рамки обычного сеанса связи с космическим аппаратом (15-20 мин).

Задачей настоящего изобретения является создание устройства для компенсации потерь рабочего тела из гидравлической магистрали системы термостатирования герметичного обитаемого помещения, снабженной гидропневматическим компенсатором объемного расширения рабочего тела, и способа его эксплуатации, позволяющими уменьшить массогабаритные характеристики устройства и повысить надежность технологического процесса за счет автоматизации основных операций, а также снизить его стоимость за счет многократного использования материальной части и сокращения рабочего времени операторов, проводящих работу.

Поставленная задача в части устройства решается тем, что устройство для дозаправки в полете рабочим телом гидравлической магистрали системы терморегулирования космического аппарата, снабженной гидропневматическим компенсатором объемного расширения рабочего тела, содержащее двухполостную емкость для рабочего тела, полости которой герметично отделены друг от друга подвижным разделителем сред и заполнены: первая, жидкостная, полость - рабочим телом системы терморегулирования, а вторая, газовая, полость - вытесняющим газом, при этом жидкостная полость упомянутой емкости сообщена заправочной магистралью через первый запорный вентиль и самозапирающийся гидроразъем с гидравлической магистралью системы термостатирования, а газовая полость этой емкости связана со входом второго запорного вентиля, и пневмомагистраль, связывающую выход второго запорного вентиля через последовательно установленные третий запорный вентиль и самозапирающийся пневморазъем с газовой полостью гидропневматического компенсатора системы термостатирования, причем к этой пневмомагистрали на участке между вторым и третьим запорными вентилями через четвертый, пятый, шестой и седьмой запорные вентили подключены соответственно эталонная емкость, нагнетатель, манометр абсолютного давления и объем герметичного обитаемого помещения, дополнительно содержит второй самозапирающийся пневморазъем, установленный в пневмомагистрали на участке между выходом второго запорного вентиля и точкой подключения эталонной емкости, и отсечные электромагнитные клапаны, установленные в магистралях параллельно каждому запорному вентилю, а также телеметрические датчики давления газовой среды, установленные в магистралях на выходе из газовой полости емкости для рабочего тела, эталонной емкости и манометра абсолютного давления.

В части способа эксплуатации предложенного устройства поставленная задача решается тем, что в известном способе эксплуатации прототипа устройства, основанном на вытеснении рабочего тела в гидравлическую магистраль системы термостатирования из емкости с рабочим телом под действием перепада давлений, создаваемых в газовой полости упомянутой емкости и в гидравлической магистрали системы терморегулирования, предварительно измеряют исходный объем газовой полости гидропневматического компенсатора системы термостатирования и устанавливают в ней давление воздуха P₁, равное измеренному давлению атмосферы герметичного обитаемого помещения, после чего создают необходимый исходный перепад давления между газовыми полостями емкости для рабочего тела и гидропневматического компенсатора системы термостатирования путем наддува воздухом газовой полости емкости для рабочего тела до давления, равного максимально-допустимому рабочему давлению в гидравлической магистрали системы термостатирования, после чего производят вытеснение рабочего тела в упомянутую гидравлическую магистраль, постоянно контролируя текущее значение Р₂ в газовой полости гидропневматического компенсатора системы термостатирования, и при достижении давлением Р₂ величины, определяемой из соотношения:

где - измеренный исходный объем газовой полости гидропневматического компенсатора системы термостатирования перед вытеснением дозаправляемой дозы рабочего тела в гидравлическую магистраль системы;

P₁ - установленное давление воздуха в газовой полости гидропневматического компенсатора системы термостатирования перед вытеснением дозаправляемой дозы рабочего тела в гидравлическую магистраль системы;

P₂ - текущее давление воздуха в газовой полости гидропневматического компенсатора системы термостатирования, при котором прекращают вытеснение дозаправляемой дозы рабочего тела в гидравлическую магистраль системы;

ΔV - расчетный объем дозаправляемой дозы рабочего тела системы термостатирования,

прекращают вытеснение рабочего тела в гидравлическую магистраль системы термостатирования, проводят повторное измерение объема газовой полости гидропневматического компенсатора системы и при выполнении соотношения делают заключение о завершении операции.

Технический результат при использовании предложенного устройства для компенсации потерь рабочего тела из гидравлической магистрали системы термостатирования герметичного обитаемого помещения и способа его эксплуатации, достигается за счет того, что в отличие от существующих в настоящее время аналогичных устройств и способов, они обеспечивают:

- возможность автоматизации основной операции процесса дозаправки (вытеснение дозаправляемой дозы рабочего тела в гидравлическую магистраль);

- возможность многократного использования средств контроля и управления давлением устройства;

- возможность внешнего контроля процесса дозаправки (помимо операторов) специалистами организации, эксплуатирующей объект, по телеметрии с регистрацией и протоколированием параметров технологического процесса;

- повышение надежности процесса дозаправки путем прямого измерения объема рабочего тела;

- сокращение времени дозаправки за счет увеличения скорости вытеснения рабочего тела в гидравлическую магистраль системы.

Предложенные устройство и способ его эксплуатации рассматриваются на примере дозаправки рабочим телом в полете одной из гидравлических магистралей системы терморегулирования перспективного обитаемого космического объекта (пилотируемого модуля орбитальной станции).

Рассматриваемая гидравлическая магистраль системы терморегулирования представляет собой замкнутый гидравлический контур, заправленный жидким рабочим телом и объединяющий теплообменные агрегаты различного назначения, электронасосные агрегаты, арматуру и датчиковую аппаратуру.

Компенсация объемного расширения рабочего тела в гидравлической магистрали обеспечивается гидропневматическим компенсатором, газовая полость которого сообщена с самозапирающимся пневморазъемом, расположенным в обитаемом отсеке в удобном для подключения устройства для дозаправки месте. Гидравлическая магистраль системы в свою очередь сообщена с самозапирающимся гидроразъемом, также расположенным в обитаемом отсеке.

Принципиальная пневмогидравлическая схема предлагаемого устройства для дозаправки рабочим телом, подключенного к гидравлической магистрали системы терморегулирования, приведена на фиг.1, где обозначены:

1 - устройство для компенсации потерь рабочего тела;

2 - жидкостный блок устройства;

3 - самозапирающийся гидроразъем;

4 - заправочная магистраль;

5 - первый запорный вентиль;

6 - первый дренажно-заправочный клапан;

7 - первый отсечной электромагнитный клапан;

8 - двухполостная емкость для рабочего тела;

9 - подвижный разделитель сред;

10 - жидкостная полость емкости для рабочего тела;

11 - газовая полость емкости для рабочего тела;

12 - первый телеметрический датчик давления;

13 - второй запорный вентиль;

14 - второй отсечной электромагнитный клапан;

15 - второй дренажно-заправочный клапан;

16 - второй самозапирающийся пневморазъем;

17 - блок контроля и управления давлением;

18 - третий запорный вентиль;

19 - третий отсечной электромагнитный клапан;

20 - второй телеметрический датчик давления;

21 - четвертый запорный вентиль;

22 - эталонная емкость;

23 - пятый запорный вентиль;

24 - четвертый отсечной электромагнитный клапан;

25 - нагнетатель;

26 - шестой запорный вентиль;

27 - третий телеметрический датчик давления;

28 - манометр абсолютного давления;

29 - пятый отсечной электромагнитный клапан;

30 - седьмой запорный вентиль;

31 - штуцер;

32 - пневмомагистраль;

33 - шестой отсечной электромагнитный клапан;

34 - седьмой отсечной электромагнитный клапан;

35 - металлорукав;

36 - первый самозапирающийся пневморазъем;

37 - четвертый телеметрический датчик давления;

38 - газовая полость гидропневматического компенсатора системы терморегулирования;

39 - гидропневматический компенсатор системы терморегулирования;

40 - пятый телеметрический датчик давления;

41 - гидравлическая магистраль системы терморегулирования.

Устройство для компенсации потерь рабочего тела 1 конструктивно выполнено в виде двух разъемных блоков: жидкостного блока устройства 2 и блока контроля и управления давлением 17, размещенных на одной силовой раме (на фиг.1 не показана) и связанных друг с другом пневмомагистралью 32 через второй самозапирающийся пневморазъем 16.

Жидкостный блок устройства 2 представляет собой съемную конструкцию, основной частью которой является двухполостная емкость для рабочего тела 8, выполненная в виде цилиндрической оболочки с приваренными верхним и нижним днищами, герметично разделенной на две полости - жидкостную полость емкости для рабочего тела 10 и газовую полость емкости для рабочего тела 11 - подвижным разделителем сред 9, представляющим собой металлическую сильфонную конструкцию переменного объема, размещенную внутри цилиндрической оболочки. К верхнему срезу сильфонной конструкции приварена герметичная крышка, нижний срез конструкции герметично соединен с нижним днищем цилиндрической оболочки.

Внутренний объем жидкостной полости емкости для рабочего тела 10 связан заправочной магистралью 4 через параллельно установленные первый запорный вентиль 5 и первый отсечной электромагнитный клапан 7 с самозапирающимся гидроразъемом 3, ответная часть которого установлена в гидравлической магистрали системы терморегулирования 41 и размещена в доступном для подстыковки месте обитаемого помещения, например, отсека обитаемого модуля орбитальной станции. Для удобства подключения самозапирающегося гидроразъема 3 к его ответной части и надежности в работе заправочная магистраль 4 выполнена в виде гибкого сильфонного металлорукава в защитной оплетке. Это позволяет нагружать заправочную магистраль 4 давлением, равным максимально-допустимому рабочему давлению в гидравлической магистрали системы терморегулирования 41.

Жидкостная полость емкости для рабочего тела 10 через первый дренажно-заправочный клапан 6 заправлена рабочим телом системы терморегулирования, а газовая полость емкости для рабочего тела 11 через второй дренажно-заправочный клапан 15 заполнена воздухом, выполняющим роль вытесняющего газа. Оба вида заправки выполнены в процессе наземной подготовки грузового транспортного корабля, который доставил устройство на модуль орбитальной станции.

Газовая полость емкости для рабочего тела 11 сообщена с пневмомагистралью 32 блока контроля и управления давлением 17 через параллельно установленные второй запорный вентиль 13 и второй отсечной электромагнитный клапан 14 с помощью второго самозапирающегося пневморазъема 16.

Это позволяет отстыковывать жидкостный блок устройства 2 после окончания рабочего тела в двухполостной емкости для рабочего тела 8 и на его место устанавливать вновь доставленный аналогичный жидкостный блок устройства.

Блок контроля и управления давлением 17 предназначен для создания необходимого давления воздуха в газовых полостях емкости для рабочего тела 11 и гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 38 перед началом вытеснения (передавливания) рабочего тела из жидкостной полости емкости для рабочего тела 10 в гидравлическую магистраль системы терморегулирования 41. Кроме того, этот блок используется для измерения объема газовой полости гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 38 до и после дозаправки рабочим телом гидравлической магистрали системы терморегулирования 41, а также для восстановления статического рабочего давления в системе.

В состав блока контроля и управления давлением 17 входят: эталонная емкость 22; нагнетатель 25; манометр абсолютного давления 28; пять запорных вентилей 21, 23, 26, 30, 35; пять отсечных электромагнитных клапанов 19, 24, 29, 33, 34, а также сама пневмомагистраль 32, металлорукав 35 и первый самозапирающийся пневморазъем 37.

Эталонная емкость 22 предназначена для измерения объема газовой полости гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 38 до и после дозаправки гидравлической магистрали системы терморегулирования 41 рабочим телом.

Эталонная емкость 22 представляет собой сферический баллон низкого давления, объем внутренней полости которого с необходимой точностью измерен на заводе-изготовителе. К пневмомагистрали 32 эталонная емкость 22 подключена через параллельно установленные четвертый запорный вентиль 21 и третий отсечной электромагнитный клапан 19.

Нагнетатель 25 предназначен для наддува воздухом до необходимого давления газовой полости емкости для рабочего тела 11 перед вытеснением рабочего тела в гидравлическую магистраль системы терморегулирования 42, а также для наддува воздухом газовой полости гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 38 при измерении объема этой полости до и после вытеснения рабочего тела в гидравлическую магистраль системы терморегулирования 41. Кроме того, после завершения дозаправки гидравлической магистрали системы терморегулирования 41 в ней с помощью нагнетателя 25 устанавливается штатное статическое рабочее давление рабочего тела.

Нагнетатель 25 представляет собой микрокомпрессор с электроприводом, подачу питания на который производит бортовой вычислительный комплекс (БВК). Нагнетатель 25 подключен к пневмомагистрали 32 после точки подключения эталонной емкости 22 через параллельно установленные пятый запорный вентиль 23 и четвертый отсечной электромагнитный клапан 24.

Манометр абсолютного давления 28 предназначен для точного измерения объема газовой полости гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 38 до и после дозаправки гидромагистрали системы терморегулирования 41 рабочим телом; он подключен к пневмомагистрали 32 через параллельно установленные шестой запорный вентиль 26 и пятый отсечной электромагнитный клапан 29.

Сама пневмомагистраль 32 связана с первым самозапирающимся пневморазъемом 36 металлорукавом 35 через параллельно установленные третий запорный вентиль 18 и седьмой отсечной электромагнитный клапан 34. Ответная часть первого самозапирающегося пневморазъема 36 связана с газовой полостью гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 38.

Кроме того, пневмомагистраль 32 с помощью штуцера 31 сообщена с объемом (атмосферой) обитаемого отсека через параллельно установленные седьмой запорный вентиль 30 и шестой отсечной электромагнитный клапан 33.

Все семь отсечных электромагнитных клапанов электрически управляются БВК.

Первый телеметрический датчик давления 12 предназначен для контроля давления воздуха в газовой полости емкости для рабочего тела 11. Сигнал с этого датчика поступает в телеметрическую систему и в БВК.

Второй телеметрический датчик давления 20 предназначен для контроля давления воздуха в эталонной емкости 22 при измерении объемов газовой полости гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 38 до и после окончания операции дозаправки. Датчик давления 20 установлен на выходе магистрали из эталонной емкости 22, сигнал с датчика поступает в телеметрическую систему и в БВК.

Третий телеметрический датчик давления 27 дублирует показания манометра абсолютного давления 28; предназначен для контроля давления воздуха в пневмомагистрали 32.

Кроме того, в процессе дозаправки гидравлической магистрали системы терморегулирования 41 задействуются еще два бортовых системных телеметрических датчика давления - четвертый телеметрический датчик давления 37 (измеряет давление воздуха в газовой полости гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 38) и пятый телеметрический датчик давления 40 (измеряет давление рабочего тела в гидравлической магистрали системы терморегулирования 41). Сигналы с этих датчиков также поступают в телеметрическую систему и в БВК модуля орбитальной станции.

Эксплуатация устройства (дозаправка рабочим телом гидравлической магистрали системы терморегулирования 41 модуля орбитальной станции) проводится следующим образом. После принятия решения эксплуатирующей организацией, например, ЦУП'ом, по результатам контроля потерь рабочего тела из системы о необходимости дозаправки системы и определения объема дозаправляемой дозы рабочего тела экипаж перемещает с места хранения устройство для компенсации потерь рабочего тела 1 в рабочую зону отсека, снимает силовое бортовое электропитание с агрегатов и автоматики этой гидравлической магистрали системы терморегулирования 41 модуля.

Далее экипаж проводит подключение устройства для компенсации потерь рабочего тела 1 к гидравлической магистрали системы терморегулирования 41 и к БВК, выполняя следующие ручные операции:

- подстыковывает первый самозапирающийся пневморазъем 36 к его ответной части;

- открывает второй запорный вентиль 13 жидкостного блока устройства 2;

- снимает заглушку со штуцера 31;

- открывает третий и седьмой запорные вентили 35 и 30 блока контроля и управления давлением 17 и сообщает газовые полости емкости для рабочего тела 11 и гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 38 с атмосферой отсека;

- подстыковывает самозапирающийся гидроразъем 3 к его ответной части;

- подстыковывает электрические соединители отсечных электромагнитных клапанов 7, 14, 19, 24, 29, 33, 34, а также первого, второго и третьего телеметрических датчиков давления соответственно 12, 20, 27 и нагнетателя 25 к БВК (четвертый и пятый телеметрические датчики давления 37, 40 стационарно связаны с БВК модуля).

После выполнения этих операций экипаж контролирует на Laptop исходное состояние всех отсечных электромагнитных клапанов (должны быть закрыты), контролирует функционирование телеметрических датчиков давления и приступает к измерению исходного объема газовой полости гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 38.

Измерение выполняется методом «эталонной» емкости, изложенным в отраслевом стандарте ОСТ 92-470-81 «Система терморегулирования. Методика заправки теплоносителями» (пример реализации методики приведен в описании к патенту РФ №2324629). После завершения этой операции экипаж вновь устанавливает в газовой полости гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 38 давление атмосферы отсека и приводит в исходное (закрытое) состояние все запорные вентили устройства.

Далее полученное значение объема газовой полости гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 38 экипаж вводит в качестве исходной константы в соответствующую программу БВК (программа дозаправки) и запускает эту программу.

По этой программе БВК выполняются следующие операции:

- шаг 1. Контролируется и регистрируется исходное состояние всех отсечных электромагнитных клапанов (7, 14, 19, 24, 29, 33, 34).

Контролируются и регистрируются показания четвертого и пятого телеметрических датчиков давления 37 и 40;

- шаг 2. Наддув газовой полости емкости для рабочего тела 11.

Открываются:

второй отсечной электромагнитный клапан 14;

четвертый отсечной электромагнитный клапан 24.

Включается нагнетатель 25. Непрерывно контролируется давление воздуха в газовой полости емкости для рабочего тела 11 первым телеметрическим датчиком давления 12.

При достижении давлением значения, равного максимально допустимому рабочему давлению в гидравлической магистрали системы терморегулирования 41 (заложено в программу), нагнетатель 25 выключается. Закрывается второй отсечной электромагнитный клапан 14;

- шаг 3. Сообщение пневмомагистрали 32 с атмосферой отсека.

Открываются третий и шестой отсечные электромагнитные клапаны 19, 33.

Из пневмомагистрали 32 в отсек через штуцер 31 дренируется воздух с давлением, которое осталось после наддува газовой полости емкости для рабочего тела 11.

Контролируется давление в пневмомагистрали 32 вторым телеметрическим датчиком давления 20. При достижении значения, равного давлению атмосферы отсека, третий, четвертый, шестой отсечные электромагнитные клапаны 19, 24, 33 закрываются. Открывается седьмой отсечной электромагнитный клапан 34. Контролируется исходное давление воздуха в газовой полости гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 38 по четвертому телеметрическому датчику давления 37. При давлении, равном давлению атмосферы отсека, седьмой отсечной электромагнитный клапан 34 закрывается;

- шаг 4. Вытеснение рабочего тела в гидравлическую магистраль системы терморегулирования 41 (дозаправка гидравлической магистрали).

Открывается первый отсечной электромагнитный клапан 7. Непрерывно контролируется давление Р₂ в газовой полости гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 38 по четвертому телеметрическому датчику давления 37 и при достижении значения Р₂, определенного БВК по соотношению (1), закрывается первый отсечной электромагнитный клапан 7 и вытеснение рабочего тела в гидромагистраль системы терморегулирования 41 прекращается.

После запуска программы дозаправки экипаж контролирует все параметры технологического процесса по монитору Laptop'a на отдельном формате. При этом в любой момент времени экипаж может остановить процесс дозаправки путем выдачи прямой команды в БВК с Laptop'a (закрытие первого отсечного электромагнитного клапана 7). После появления на мониторе сообщения о завершении дозаправки рабочим телом гидравлической магистрали экипаж проводит измерение объема газовой полости гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 38 с помощью эталонной емкости 22 и манометра абсолютного давления 28 и при выполнении соотношения докладывает в ЦУП о выполнении дозаправки гидравлической магистрали системы терморегулирования;

- шаг 5. Установка рабочего давления в гидравлической магистрали системы терморегулирования 41.

Включается нагнетатель 25, открываются четвертый и седьмой отсечные электромагнитные клапаны 24 и 34, непрерывно контролируется давление в газовой полости гидропневматического компенсатора системы терморегулирования 38 по четвертому телеметрическому датчику давления 37. При достижении заданного рабочего давления по этому датчику БВК закрывает четвертый и седьмой отсечные электромагнитные клапаны 24, 34 и выключает нагнетатель 25;

- шаг 6. Приведение устройства для дозаправки 1 в исходное состояние.

Открываются отсечные электромагнитные клапаны 14, 24 и 33 и газовая полость емкости для рабочего тела 11 сообщается с атмосферой обитаемого отсека. Через определенное время (заложено в программу дозаправки) БВК закрывает отсечные электромагнитные клапаны 14, 24 и 33, контролирует закрытое положение остальных отсечных электромагнитных клапанов и посылает на Laptop сообщение о завершении программы дозаправки.

Далее экипаж контролирует закрытое положение всех запорных вентилей, отстыковывает самозапирающийся гидроразъем 3 от его ответной части, отстыковывает первый самозапирающийся пневморазъем 36 от его ответной части, отстыковывает электрические соединители устройства от БВК, устанавливает заглушку на штуцер 31 и перемещает устройство на штатное место хранения.

Таким образом, на примере дозаправки рабочим телом системы терморегулирования пилотируемого модуля орбитальной станции показано, что совокупность новых признаков, отсутствующих в известных технических решениях, позволяет решить все поставленные задачи:

- создать новое устройство для компенсации потерь рабочего тела из гидравлической магистрали системы термостатирования герметичного обитаемого помещения, снабженной гидропневматическим компенсатором объемного расширения рабочего тела и способ его эксплуатации, позволяющие автоматизировать основную операцию технологического процесса - вытеснение рабочего тела в гидравлическую магистраль из емкости устройства, оставив за операторами только контрольные функции;

- обеспечить контроль со стороны Центра эксплуатации герметичного обитаемого помещения по телеметрии за всеми операциями технологического процесса в «онлайн-режиме» с возможностью остановки процесса в любой момент времени;

- повысить надежность технологии за счет прямого измерения дозы рабочего тела, дозаправленного в систему;

- сократить время дозаправки системы путем сокращения времени вытеснения рабочего тела в систему за счет увеличения перепада давления на начало операции между газовыми полостями емкости для рабочего тела и гидропневматического компенсатора;

- обеспечить возможность многоразового использования блока контроля и управления давлением устройства, что позволит получить значительную экономию средств при многократной дозаправке системы термостатирования герметичного помещения.

1. Устройство для компенсации потерь рабочего тела из гидравлической магистрали системы термостатирования герметичного обитаемого помещения, снабженной гидропневматическим компенсатором объемного расширения рабочего тела, содержащее двухполостную емкость для рабочего тела, полости которой герметично отделены друг от друга подвижным разделителем сред и заполнены: первая, жидкостная полость - рабочим телом системы термостатирования, а вторая, газовая полость - вытесняющим газом, при этом жидкостная полость упомянутой емкости сообщена заправочной магистралью через первый запорный вентиль и самозапирающийся гидроразъем с гидравлической магистралью системы термостатирования, а газовая полость этой емкости связана со входом второго запорного вентиля, и пневмомагистраль, связывающую выход второго запорного вентиля через последовательно установленные третий запорный вентиль и самозапирающийся пневморазъем с газовой полостью гидропневматического компенсатора системы термостатирования, причем к этой пневмомагистрали на участке между вторым и третьим запорными вентилями через четвертый, пятый, шестой и седьмой запорные вентили подключены соответственно: эталонная емкость, нагнетатель, манометр абсолютного давления и объем герметичного обитаемого помещения, отличающееся тем, что оно дополнительно содержит второй самозапирающийся пневморазъем, установленный в пневмомагистрали на участке между выходом второго запорного вентиля и точкой подключения эталонной емкости, и отсечные электромагнитные клапаны, установленные в магистралях параллельно каждому запорному вентилю, а также телеметрические датчики давления газовой среды, установленные в магистралях на выходе из газовой полости емкости для рабочего тела, эталонной емкости и манометра абсолютного давления.

2. Способ эксплуатации устройства для компенсации утечек рабочего тела из гидравлической магистрали системы термостатирования герметичного обитаемого помещения, снабженной гидропневматическим компенсатором объемного расширения рабочего тела, основанный на вытеснении рабочего тела в гидравлическую магистраль системы термостатирования из емкости с рабочим телом под действием перепада давлений, создаваемых в газовой полости упомянутой емкости и в гидравлической магистрали системы термостатирования, отличающийся тем, что предварительно измеряют исходный объем газовой полости гидропневматического компенсатора системы термостатирования и устанавливают в ней давление воздуха Р₁, равное измеренному давлению атмосферы герметичного обитаемого помещения, после чего создают необходимый исходный перепад давлений между газовыми полостями емкости для рабочего тела и гидропневматического компенсатора системы термостатирования путем наддува воздухом газовой полости емкости для рабочего тела до давления, равного максимально допустимому рабочему давлению в гидравлической магистрали системы термостатирования, после чего производят вытеснение рабочего тела в упомянутую гидравлическую магистраль, постоянно контролируя текущее давление Р₂ в газовой полости гидропневматического компенсатора системы термостатирования и при достижении давлением Р₂ величины, определяемой из соотношения

где - измеренный исходный объем газовой полости гидропневматического компенсатора системы термостатирования перед вытеснением дозаправляемой дозы рабочего тела в гидравлическую магистраль системы,
Р₁ - установленное давление воздуха в газовой полости гидропневматического компенсатора системы термостатирования перед вытеснением дозаправляемой дозы рабочего тела в гидравлическую магистраль системы,
P₂ - текущее давление воздуха в газовой полости гидропневматического компенсатора системы термостатирования, при котором прекращают вытеснение дозаправляемой дозы рабочего тела в гидравлическую магистраль системы,
ΔV - расчетный объем дозаправляемой дозы рабочего тела системы термостатирования,
прекращают вытеснение рабочего тела в гидравлическую магистраль системы термостатирования, проводят повторное измерение объема газовой полости гидропневматического компенсатора системы и при выполнении соотношения делают заключение о завершении операции.