Способ поддержания влажностного режима во внутренней полости транспортируемого изделия и устройство для его осуществления
METHOD FOR SUPPORT OF MOISTURE REGIME IN INTERNAL CAVITY OF TRANSPORTED PRODUCT AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Предлагаемое изобретение относится к способам поддержания влажностного режима и может быть использовано для поддержания влажностного режима во внутренних полостях транспортируемых изделий, а более конкретно для поддержания влажностного режима в транспортировочных контейнерах с изделиями космической техники и во внутренних полостях (например, топливных баках) ракет-носителей при их транспортировке и хранении.
Известен способ поддержания влажностного режима во внутренней полости транспортируемого изделия, заключающийся в том, что защищаемые поверхности, находящиеся в помещении с кондиционной (контролируемой) влажностью, перед транспортировкой в условиях окружающей среды помещают в герметизированные упаковки (см., например: «Наземная эксплуатация и средства подготовки МКА на космодроме», Коронас-Нуклон, 0000-000 ПЗ.12, дополнение к эскизному проекту, ПО «Полет» - филиал ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева», 2009 г., стр. 69, 99).
Недостатком данного способа поддержания влажностного режима во внутренней полости транспортируемого изделия является сложность достижения требуемой степени герметизации упаковки.
Известен способ поддержания влажностного режима во внутренней полости транспортируемого изделия, заключающийся в том, что внутренняя полость транспортируемого изделия в процессе транспортировки и хранения продувается (обдувается) сухим воздухом. Данный способ поддержания влажностного режима во внутренней полости транспортируемого изделия применяется, например, во время транспортировки ракеты-носителя из монтажно-испытательного комплекса на стартовый комплекс, а также при нахождении ракеты-носителя на стартовом комплексе в башне обслуживания и заключается в продувке подобтекательного пространства сухим (кондиционным) воздухом (см., например: В.Н. Блинов и др. «Наземное технологическое оборудование для подготовки изделий ракетно-космической техники», Омск: Издательство ОмГТУ, 2010, стр. 200-203).
Недостатками данного способа поддержания влажностного режима во внутренней полости транспортируемого изделия является потребность в больших затратах средств на его реализацию при транспортировке изделий ракетно-космической техники с завода-изготовителя на космодром, связанных с тем, что в течение длительного времени (до 2-3 недель) требуется обеспечивать продувку защищаемых поверхностей сухим воздухом (при этом на транспортном средстве необходимо размещать значительные запасы кондиционного воздуха и громоздкое оборудование для его подачи).
Кроме того, даже при транспортировке изделий ракетно-космической техники на небольшое расстояние, например при транспортировке с технического комплекса на стартовый комплекс (время транспортировки составляет несколько часов), необходимо проведение соответствующего дооборудования транспортного средства.
Известен также способ поддержания влажностного режима во внутренней полости транспортируемого изделия, заключающийся в том, что снаружи транспортируемого изделия устанавливают блок осушки, заполняют блок осушки силикагелем, устанавливают в блок осушки индикаторный патрон контроля влажности в блоке осушки с возможностью визуального контроля его индикации, соединяют блок осушки с внутренней полостью транспортируемого изделия посредством воздуховода, концы которого закрепляют на выходном штуцере блока осушки и входном штуцере транспортируемого изделия, дренажируют (сообщают с окружающей атмосферой) блок осушки путем установки на него входного штуцера, осушают внутреннюю полость транспортируемого изделия путем обеспечения свободной циркуляции между окружающей атмосферой и внутренней полостью транспортируемого изделия воздуха, проходящего через силикагель, размещенный в блоке осушки, с поглощением влаги из воздуха силикагелем, контролируют влагопоглощательную способность силикагеля по изменению цвета индикаторного патрона с проведением замены силикагеля, потерявшего влагопоглощательную способность, на кондиционный силикагель (см., например: Изделие 1А1С. Комплект ФОУ, руководство по эксплуатации, 1А1С-9911-0.РЭ, конструкторское бюро «Салют», 2006 г., стр. 7-9, 17, а также авторское свидетельство СССР №1509842, 1989 г.).
Таким образом, в данном способе поддержания влажностного режима во внутренней полости транспортируемого изделия избыток влаги из воздуха, поступающего путем свободной циркуляции из окружающей атмосферы во внутреннюю полость транспортируемого изделия (и обратно), поглощается силикагелем (выступающим в роли адсорбента), находящимся в блоке осушки, связанном воздуховодом с внутренней полостью транспортируемого изделия.
Недостатком данного способа поддержания влажностного режима во внутренней полости транспортируемого изделия является потребность в применении силикагеля (адсорбента) большой массы. Это связано с тем, что на практике объем осушаемых полостей весьма значителен. Если речь идет о топливном баке ракеты-носителя, то объем его внутренней полости составляет десятки кубических метров, если речь идет о транспортировочном контейнере с размещенным в нем космическим аппаратом, то свободный его объем достигает величины в несколько кубических метров.
При этом размещение силикагеля (адсорбента) вне осушаемой полости с целью исключения ее загрязнения за счет возможного пыления силикагеля приводит не просто к удаленности места нахождения силикагеля от осушаемой полости, но и к различной удаленности места нахождения силикагеля по отношению к отдельным участкам поверхности осушаемой (защищаемой) полости. Это также приводит к снижению эффективности использования силикагеля, которую удается компенсировать только за счет увеличения массы силикагеля.
Кроме того, недостатком данного способа поддержания влажностного режима во внутренней полости транспортируемого изделия является то, что различные марки силикагеля наиболее эффективно работают в различных диапазонах влажностей. Это приводит к тому, что силикагель определенной марки, еще не потерявший теоретически своей влагопоглощательной способности, при достижении им определенного влажностного диапазона (например, при снижении влажности в защищаемом объеме) начинает работать менее эффективно (поглощение одного и того же количества влаги происходит за более длительный период).
Силикагель, представляющий собой высушенный гель кремниевой кислоты пористого строения с сильно развитой внутренней поверхностью, является наиболее распространенным адсорбентом для паров влаги.
При этом согласно, например, ГОСТ 3956-76 («Силикагель технический») гранулированный крупнопористый силикагель марок КСКГ, ШКСГ, МСКГ, АСКГ наиболее эффективно работает в качестве влагопоглотителя (адсорбента) при повышенной относительной влажности воздуха от 60 до 100% (в этом диапазоне его влагоемкость достигает 70%), в то время как гранулированный мелкопористый силикагель марки КСМГ наиболее эффективно работает в качестве влагопоглотителя (адсорбента) при относительной влажности воздуха в диапазоне от 40 до 60% (в этом диапазоне его влагоемкость достигает 30%).
Задачей предлагаемого изобретения является повышение эксплуатационных характеристик (уменьшение необходимого (потребного) количества силикагеля (адсорбента), продление срока действия силикагеля до его замены) известного способа поддержания влажностного режима во внутренней полости транспортируемого изделия и устройства для его осуществления.
Поставленная цель в предлагаемом способе поддержания влажностного режима во внутренней полости транспортируемого изделия достигается тем, что перед установкой блока осушки снаружи транспортируемого изделия во внутреннюю полость транспортируемого изделия помещают трансформируемую камеру, находящуюся в свернутом положении (состоянии), обеспечивают крепление трансформируемой камеры во внутренней полости транспортируемого изделия, проводят наддув трансформируемой камеры воздухом через ниппельное устройство с обеспечением перевода трансформируемой камеры в развернутое положение (состояние) и созданием в трансформируемой камере избыточного давления воздуха, превышающего давление воздуха во внутренней полости транспортируемого изделия, а заполнение блока осушки силикагелем проводят путем наполнения кассет силикагелем с высотой слоя последнего в каждой кассете не более 20 мм с последующим размещением кассет в блоке осушки в горизонтальном положении, при этом при установке в блок осушки кассет с силикагелем обеспечивают чередование кассет, заполненных силикагелем крупнопористой фракции, с кассетами, заполненными силикагелем мелкопористой фракции, а в процессе осушки внутренней полости транспортируемого изделия проводят контроль наличия избыточного давления в трансформируемой камере с поддержанием в ней избыточного давления.
Устройство для реализации предлагаемого способа поддержания влажностного режима во внутренней полости транспортируемого изделия выполняется содержащим блок осушки с силикагелем, закрепленный снаружи транспортируемого изделия и содержащий разъемный корпус, входной и выходной штуцеры, воздуховод, связывающий выходной штуцер блока осушки с входным штуцером транспортируемого изделия, индикаторный патрон, установленный в блоке осушки. Во внутренней полости транспортируемого изделия размещается трансформируемая камера, выполненная из герметичного эластичного материала, например из прорезиненной ткани, и находящаяся в развернутом положении (состоянии). Внутренняя полость трансформируемой камеры заполняется воздухом, давление которого превышает давление воздуха во внутренней полости транспортируемого изделия. Трансформируемая камера закрепляется во внутренней полости транспортируемого изделия с размещением заправочного штуцера и ниппельного устройства трансформируемой камеры снаружи транспортируемого изделия и герметизацией горловины транспортируемого изделия. Блок осушки содержит кассеты с силикагелем, горизонтально установленные в направляющих, закрепленных внутри разъемного корпуса блока осушки. Каждая кассета состоит из стержневого каркаса с откидной стержневой крышкой, которые обтянуты чехлами, выполненными из бязевого материала. Входной и выходной штуцеры блока осушки снабжены фильтрами.
Устройство, реализующее предлагаемый способ поддержания влажностного режима во внутренней полости транспортируемого изделия, поясняется на фиг. 1-9.
На фиг. 1 представлен общий вид предложенного устройства с трансформируемой камерой, находящейся в ненаддутом состоянии.
На фиг. 2 показан общий вид предложенного устройства с трансформируемой камерой, находящейся в наддутом состоянии.
На фиг. 3 изображен вид А согласно фиг. 1.
На фиг. 4 представлен вид Б согласно фиг. 1.
На фиг. 5 показан блок осушки с открытой боковой крышкой.
На фиг. 6 изображен выносной элемент В согласно фиг. 5.
На фиг. 7 представлено конструктивное исполнение кассеты для силикагеля.
На фиг. 8 показан выносной элемент Г согласно фиг. 1.
На фиг. 9 изображен вариант исполнения предложенного устройства при использовании в качестве транспортируемого изделия контейнера с размещенным в нем космическим аппаратом.
Устройство для реализации предлагаемого способа состоит из блока осушки 1 (фиг. 1, 2) с силикагелем 2 (фиг. 6), закрепленного (элементы крепления условно не показаны) снаружи транспортируемого изделия 3 (фиг. 1). Блок осушки 1 содержит разъемный корпус 4 (фиг. 5), входной 5 и выходной 6 штуцеры. Входной штуцер 5 расположен в нижней части блока осушки 1 (под силикагелем 2). Выходной штуцер 6 расположен в верхней части блока осушки 1 (над силикагелем 2). Выходной штуцер 6 блока осушки 1 связан с входным штуцером 7 (фиг. 1) транспортируемого изделия 3 посредством воздуховода 8. На входном штуцере 5 блока осушки 1 установлен фильтр 9 (фиг. 5). В блоке осушки 1 установлен индикаторный патрон 10 (фиг. 5). Во внутренней полости 11 (фиг. 2) транспортируемого изделия 3 размещена трансформируемая камера 12, выполненная из герметичного эластичного материала и находящаяся в развернутом положении. Внутренняя полость 13 трансформируемой камеры 12 заполнена воздухом, давление которого превышает давление воздуха во внутренней полости 11 транспортируемого изделия 3. Трансформируемая камера 12 закреплена (элементы крепления условно не показаны) во внутренней полости 11 транспортируемого изделия 3 с размещением заправочного штуцера 14 (фиг. 8) и ниппельного устройства 15 трансформируемой камеры 12 снаружи транспортируемого изделия 3. Горловина (отверстие) 16 в транспортируемом изделии 3 герметизируется посредством уплотнения 17 (фиг. 2, 8). Блок осушки 1 содержит кассеты 18 (фиг. 5, 6) с силикагелем 2 (высота слоя силикагеля 2 в каждой кассете 18 не более 20 мм), которые горизонтально установлены в направляющих 19, закрепленных (элементы крепления условно не показаны) внутри разъемного корпуса 4 блока осушки 1. Каждая кассета 18 состоит из стержневого каркаса 20 (фиг. 7) с откидной стержневой крышкой 21, обтянутых чехлами 22 и 23 соответственно, выполненными из бязевого материала. Выходной штуцер 6 блока осушки 1 снабжен фильтром 24 (фиг. 4, 5).
Реализация предлагаемого способа поддержания влажностного режима во внутренней полости 11 транспортируемого изделия 3 предложенным устройством происходит в следующей технологической последовательности.
Во внутреннюю полость 11 через горловину 16 на транспортируемом изделии 3 помещают трансформируемую камеру 12 в ненаддутом состоянии (фиг. 1) и крепят (элементы крепления условно не показаны) ее к транспортируемому изделию 3. При этом заправочный штуцер 14 и ниппельное устройство 15 трансформируемой камеры 12 остаются снаружи транспортируемого изделия 3. Путем установки уплотнения 17 обеспечивают герметизацию горловины 16. За счет установки крышек и заглушек (крышки и заглушки условно не показаны) обеспечивают закрытие соответствующих штуцеров и люков (штуцеры и люки условно не показаны) на транспортируемом изделии 3.
Тем самым транспортируемое изделие 3 находится в транспортной конфигурации с закрытыми соответствующими крышками, люками, штуцерами, разъемами (условно не показаны), что обеспечивает необходимую степень герметичности (пылевлагозащищенности) внутренней полости 13 транспортируемого изделия 3.
Транспортируемое изделие 3 грузят при помощи крана (кран условно не показан) на транспортное средство 25 (фиг. 1). Выполняют крепление (элементы крепления условно не показаны) транспортируемого изделия 3 на транспортном средстве 25.
В разъемный корпус 4 блока осушки 1 при открытой боковой крышке 26 (фиг. 5, 6) по направляющим 19 загружают (вставляют) кассеты 18 с силикагелем 2 различных марок (крупнопористым и мелкопористым). При установке обеспечивают чередование кассет 18 с силикагелем 2 различных марок. Высота слоя силикагеля 2 в каждой кассете 18 не превышает 20 мм.
На практике заполнение кассет 18 силикагелем 2 с высотой его слоя не более 20 мм обеспечивает исключение негативного эффекта от слеживания силикагеля 2 (залипания пор в нем) и увеличивает площадь его свободной поверхности, что приводит к повышению эффективности влагопоглощения силикагеля 2 (за счет увеличения доступности проникновения воздуха, подлежащего осушке, в поры (пористую структуру) силикагеля 2).
При этом обтягивание стержневых каркасов 20 и откидных стержневых крышек 21 кассет 18 соответственно чехлами 22 и 23, выполненными из бязевого (воздухопроницаемого) материала, обеспечивает доступ воздуха к силикагелю 2, размещенному в кассетах 18, и исключает как загрязнение силикагеля 2, так и пыление кассет 18 с силикагелем 2.
Закрывают боковую крышку 26 разъемного корпуса 4, снабженного уплотнителем 27 (фиг. 5, 6).
Блок осушки 1 устанавливают на транспортном средстве 25 и крепят к нему (элементы крепления условно не показаны). Посредством воздуховода 8 соединяют выходной штуцер 6 блока осушки 1 с входным штуцером 7 транспортируемого изделия 3.
На транспортном средстве 25 крепят (элементы крепления условно не показаны) баллон 28 (фиг. 1, 3) со сжатым воздухом, снабженный редуктором давления 29 (фиг. 8) с манометром 30, и посредством шланга 31 соединяют с заправочным штуцером 14 трансформируемой камеры 12.
При подаче сжатого воздуха от баллона 28 проводится наддув (фиг. 2) трансформируемой камеры 12 с увеличением объема ее внутренней полости 13. При этом объем внутренней полости 11 транспортируемого изделия 3, подлежащий осушению (поддержанию в нем необходимого влажностного режима), уменьшается на величину увеличения объема внутренней полости 13 трансформируемой камеры 12. После достижения требуемого давления (контроль по манометру 30) во внутренней полости 13 трансформируемой камеры 12 подачу сжатого воздуха от баллона 28 прекращают.
При наддуве сжатым воздухом внутренней полости 13 трансформируемой камеры 12 обеспечивают наличие в ней избыточного давления воздуха, превышающего на 15-20% давление воздуха во внутренней полости 11 транспортируемого изделия 3.
Величину избыточного давления во внутренней полости 13 трансформируемой камеры 12 задают гарантированно больше, чем давление во внутренней полости 11 транспортируемого изделия 3, с учетом возможных изменений (колебаний) давления, температуры, влажности окружающей среды на пути следования транспортного средства 25 с транспортируемым изделием 3.
Проводят транспортировку (или выполняют хранение) транспортируемого изделия 3.
В процессе транспортировки (или хранения) обеспечивается поддержание необходимого влажностного режима во внутренней полости 11 транспортируемого изделия 3 за счет свободной циркуляции воздуха через силикагель 2 в блоке осушки 1 с поглощением избыточной влаги из воздуха пористой структурой силикагеля 2. Фильтры 9 и 24 выполняются из мелкоячеистой сетки, которая не препятствует свободной циркуляции воздуха, но предотвращает от попадания во внутреннюю полость 11 транспортируемого изделия 3 механических загрязнений от окружающего воздуха и пылевых частиц от силикагеля 2 блока осушки 1.
В зависимости от величины влажности воздуха, проходящего через силикагель 2, будут работать наиболее эффективно те или иные кассеты 18 с силикагелем 2 (либо кассеты 18 с силикагелем 2 крупнопористой фракции (марки), либо кассеты 18 с силикагелем 2 мелкопористой фракции). Это обеспечит более эффективную и продолжительную (до срабатывания (изменения цвета) индикаторного патрона 10) работу блока осушки 1.
В ходе осмотра при транспортировке (или хранении) транспортируемого изделия 3 при падении давления (из-за негерметичности трансформируемой камеры 12 или изменения давления, температуры и влажности окружающей среды) во внутренней полости 13 трансформируемой камеры 12 проводится, при необходимости, ее подкачка сжатым воздухом от баллона 28.
Срабатывание же индикаторного патрона (изменение цвета) 10 будет свидетельствовать о том, что влажностный режим в защищаемом объеме (пространстве) вышел за допустимые пределы и требуется установка в блок осушки 1 кассет 18 с кондиционным силикагелем (адсорбентом) 2.
Следует отметить, что вследствие неполной герметичности транспортируемого изделия 3 возможно проникновение (подсасывание) окружающего воздуха во внутреннюю полость 11 транспортируемого изделия 3 не только через входной штуцер 5 блока осушки 1, но также в определенной (весьма незначительной) степени через имеющиеся неплотности в транспортируемом изделии 3. При свободной циркуляции воздуха (за счет небольшого перепада давления воздуха в окружающей атмосфере и во внутренней полости 11 транспортируемого изделия 3) эти проникновения (подсосы) будут также компенсироваться (осушаться) силикагелем 2 блока осушки 1.
Размещение во внутренней полости 11 транспортируемого изделия 3 трансформируемой камеры 12, находящейся в наддутом состоянии, при котором она существенно (до 90%) уменьшает объем, подлежащий осушению (поддержанию в нем необходимого влажностного режима), позволяет существенно уменьшить потребный объем силикагеля (осушителя) 2 и увеличить период работы устройства до замены силикагеля 2 в блоке осушки 1.
После окончания транспортировки и размещения транспортируемого изделия 3 в помещении с контролируемой влажностью проводят демонтаж устройства, обеспечивавшего поддержание влажностного режима во внутренней полости 11 транспортируемого изделия 3.
При этом от транспортируемого изделия 3 отсоединяют блок осушки 1 путем отстыковки воздуховода 8 от входного штуцера 7 транспортируемого изделия 3. Шланг 31 отстыковывают от заправочного штуцера 14 трансформируемой камеры 12.
Из трансформируемой камеры 12 сбрасывают избыточное давление (через ниппельное устройство 15 путем его отжатия). Тем самым трансформируемая камера 12 переведена в ненаддутое (нерабочее) состояние.
Трансформируемую камеру 12 открепляют (элементы крепления условно не показаны) от транспортируемого изделия 3.
Демонтируют уплотнение 17.
Через горловину 16 трансформируемую камеру 12 извлекают из внутренней полости 11 транспортируемого изделия 3.
С транспортного средства 25 демонтируют (при необходимости) блок осушки 1 с воздуховодом 8, а также баллон 28 с редуктором 29, манометром 30 и шлангом 31.
Транспортируемое изделие 3 краном (кран условно не показан) перегружают с транспортного средства 25 на технологический агрегат (технологический агрегат условно не показан) для его дальнейшей подготовки согласно технологическому плану.
В случае необходимости поддержания влажностного режима во внутренней полости 11 транспортировочного контейнера 34 (фиг. 9) с размещенным в нем космическим аппаратом 35 (транспортировочный контейнер 34 и космический аппарат 35 выполняют в данном примере роль транспортируемого изделия 3) для уменьшения объема воздуха во внутренней полости 11 (транспортировочного контейнера 34), подлежащего осушке, также используют трансформируемые камеры 12 (количество трансформируемых камер 12 может быть несколько штук), наддуваемые через соответствующие заправочные штуцеры 14. Для осушки воздуха во внутренней полости 11 (транспортировочного контейнера 34) также используют блок осушки 1 с силикагелем 2 различных марок, соединенный воздуховодом 8 с внутренней полостью 11 (транспортировочного контейнера 34).
Предложенные способ поддержания влажностного режима во внутренней полости транспортируемого изделия и устройство для его осуществления позволяют поддерживать необходимый влажностный режим во внутренней полости 11 транспортируемого изделия 3 с использованием значительно меньшего (потребного) количества силикагеля 2 за счет существенного уменьшения объема воздуха во внутренней полости 11 транспортируемого изделия 3, подлежащего осушке.
Уменьшение объема воздуха, подлежащего осушке, достигается за счет размещения во внутренней полости 11 транспортируемого изделия 3 трансформируемой герметичной камеры 12 и ее последующего наддува сжатым воздухом с соответствующим увеличением объема ее внутренней полости 13. В зависимости от конструкции транспортируемого изделия 3 трансформируемая камера 12 в наддутом состоянии может занимать до 90% внутренней полости 11 транспортируемого изделия 3.
При этом объем воздуха, находящийся во внутренней (герметичной) полости 13 трансформируемой камеры 12, осушать не требуется. Осушке будет подлежать только воздух, имеющийся в зазоре между внутренней поверхностью 32 (фиг. 2) транспортируемого изделия 3 и наружной поверхностью 33 (фиг. 2) трансформируемой камеры 12, находящейся в наддутом состоянии.
Использование же в блоке осушки 1 поочередно установленных кассет 18 с гранулированным силикагелем 2 различных марок (крупнопористого и мелкопористого силикагеля) позволяет не только проводить осушку внутренней полости 11 транспортируемого изделия 3 в широком диапазоне относительной влажности воздуха (от 40 до 100%), но и обеспечивает более эффективное его использование (каждая марка силикагеля наиболее эффективно работает (поглощает влагу) при своей (определенной) рабочей относительной влажности воздуха).
Кроме того, укладка в кассеты 18 силикагеля 2 различных марок с обеспечением высоты слоя силикагеля 2 в каждой кассете 18, не превышающего 20 мм, не только увеличивает площадь контакта поверхности адсорбента (силикагеля 2) с осушаемым воздухом, но и предотвращает слеживание силикагеля 2, приводящее к слипанию (закупориванию) пор в нем и, как следствие, к снижению эффективности работы силикагеля 2. При слеживании же силикагеля 2 и процесс влагопоглощения идет медленнее и влагопоглощательная способность силикагеля 2 падает (под влагопоглощательной способностью силикагеля (адсорбента) 2 понимается максимальное количество влаги, которое может поглотить единица массы силикагеля (адсорбента) 2).
Таким образом, предлагаемые способ поддержания влажностного режима во внутренней полости транспортируемого изделия и устройство для его осуществления имеют существенные отличия и позволяют повысить эксплуатационные характеристики известного способа поддержания влажностного режима во внутренней полости транспортируемого изделия и устройства для его осуществления.