УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ОЧИСТКИ-УДАЛЕНИЯ ЧАСТИЦ ЗАГРЯЗНЕНИЙ С ВНУТРЕННИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ, НАПРИМЕР, ТОПЛИВНЫХ БАКОВ РАКЕТНЫХ БЛОКОВ ПРИ ИХ ОЧИСТКЕ

Полезная модель относится к области моделирования процессов очистки рабочими жидкостями внутренних поверхностей баков, преимущественно, ракетных блоков (ступеней ракет) при подготовке их к стендовым испытаниям, от частиц загрязнений, и может быть использована в авиационной и других областях техники, в которых применяются баки с ограниченным доступом во внутренние полости, к которым предъявляются высокие требования по ограничению содержания механических загрязнений, для моделирования рабочих условий очистки баков и определения эффективных и оптимальных методов очистки их рабочими жидкостями.
При изготовлении топливных баков для ракетных блоков в заводских условиях очистку баков от механических загрязнений осуществляют путем наполнения и слива рабочей жидкости, чистота которой должна соответствовать заданным требованиям. При этом очистка бака, как правило, обеспечивается при трех-четырехкратной его промывке рабочей жидкостью. Для повышения эффективности очистки заполненного рабочей жидкостью бака в заводских условиях используются методы, способствующие эффективному отделению частиц загрязнений от поверхности бака, например, путем его вращения, наклона, применения вибраций, барботирования жидкости газом, а также использования жидкостей с поверхностно-активными веществами (ПАВ). При этом загрязнения удаляются с жидкостью (см. П.Н.Белянин, В.М.Данилов. Промышленная чистота машин. М.: Машиностроение, 1982, стр.123, 124).
Топливные баки после изготовления и очистки поступают на сборку ракетного блока.
После сборки ракетный блок (ступень ракеты) поступает с завода-изготовителя на испытательный стенд, где устанавливается вертикально и при подготовке его к проведению стендовых испытаний и в соответствии с требованиями заказчика определяется степень загрязненности топливных баков путем заправки в них рабочей жидкости и последующего ее слива через контрольный фильтр, и, в случае необходимости - проводится очистка баков от механических загрязнений в условиях испытательного стенда.
В связи со стационарным жестким закреплением ракетного блока на стенде перечень средств и способов, интенсифицирующих процесс очистки топливных баков, например, таких как вибрация и вращение блока во время очистки, ограничен. Поэтому в этом случае целесообразно использование средств и способов очистки, позволяющих повышать эффективность удаления загрязнений из жестко установленных на стенде баков.
Учитывая, что очистка баков ступеней ракет-носителей перед стендовыми испытаниями является трудоемким и дорогостоящим процессом, то для снижения затрат было бы целесообразным проведение предварительного выбора и использование для очистки бака новой ступени ракеты-носителя (РН) какого-либо известного способа очистки.
Однако, в связи с тем, что топливные баки разных ступеней и разных ракет-носителей имеют разные объемы и разную внутреннюю конструкцию, то использование одного способа, эффективного для очистки бака одной ступени, может оказаться неэффективным для очистки бака другой ступени, и, тем более, бака ступени другой РН.
Поэтому для очистки каждого бака новой ступени РН необходимо подбирать свой способ, включающий методы, повышающие эффективность очистки, что приводит к удорожанию процесса очистки. Как правило, способы очистки топливных баков ступеней ракет при подготовке к стендовым испытаниям основаны на использовании в качестве рабочей жидкости ракетного топлива при его заправке в бак и последующем сливе.
Кроме того, такая же проблема выбора оптимальных с технической и экономической точки зрения средств и способов очистки стоит и на заводе-изготовителе при изготовлении новых топливных баков для новых ступеней ракет, которые необходимо очистить от загрязнений.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в создании устройства для моделирования процессов очистки - удаления частиц загрязнений с внутренних поверхностей топливных баков при их очистке, например, при подготовке к проведению стендовых испытаний блоков ракет, а также для моделирования процессов очистки баков после их изготовления на заводе-изготовителе.
Это достигается тем, что полезная модель содержит ванну цилиндрической формы с крышкой, внутри которой осесимметрично с радиальным и с осевым зазорами относительно крышки и днища размещена цилиндрическая оболочка, на внутренней поверхности которой закреплены образцы элементов внутренней поверхности натурного бака, причем ванна соединена с источником подачи рабочей жидкости, а на днище ванны внутри оболочки установлен коллектор с отверстиями, соединенный с источником подачи газа.
При этом цилиндрическая оболочка соединена с валом, который снабжен датчиком оборотов и соединен с механизмом вращения, закрепленным на крышке ванны и соединенным с устройством для регулирования скорости и направления вращения вала, а снаружи на днище ванны по периферии закреплены приспособления для изменения угла ее наклона относительно вертикальной оси, например, в виде юстировочных винтов.
Сущность полезной модели заключается в том, что она позволяет моделировать разные режимы очистки с применением разных методов, повышающих эффективность очистки. По результатам моделирования процессов очистки после сравнения эффективности разных методов очистки, а также их сочетаний, можно определить оптимальные режимы и методы очистки для конкретного топливного бака.
На чертеже представлено устройство для моделирования процессов очистки - удаления частиц загрязнений с внутренней поверхности оболочки, моделирующей внутреннюю поверхность топливного бака ракетного блока, установленного на испытательном стенде, и - процессов очистки баков, например, после их изготовлении.
Устройство включает ванну 1 цилиндрической формы с крышкой, которую заполняют рабочей жидкостью 2, внутри которой осесимметрично с радиальным зазором и с осевыми зазорами относительно крышки и днища на валу 8 размещена цилиндрическая оболочка 3. На внутренней поверхности оболочки 3 закреплены образцы 4 элементов внутренней поверхности натурного бака (участки кронштейнов, шпангоутов и т.п.). Вал 8 соединен с механизмом вращения 5, который закреплен в подшипниковом узле на крышке ванны 1, и соединен с устройством 6 для регулирования скорости и направления вращения вала 8 и снабжен датчиком оборотов 7. Снаружи на днище ванны 1 по периферии закреплены приспособления 9 для изменения угла ее наклона относительно вертикальной оси, например, в виде юстировочных винтов. На днище ванны 1 внутри оболочки 3 установлен коллектор с отверстиями 10 для ввода в рабочую жидкость нейтрального газа через вентиль 11 от источника подачи (на чертеже условно не показан). Ванна 1 соединена с источником подачи рабочей жидкости через вентиль 12 и со сливной емкостью (на чертеже условно не показаны).
Устройство работает следующим образом.
Определение закономерностей удаления частиц загрязнений при условиях, моделирующих процессы очистки внутренней поверхности топливного бака при подготовке ракетного блока к стендовым испытаниям, проводят следующим образом.
Предварительно взвешивают образцы 4 элементов внутренней поверхности натурного бака (участки кронштейнов, шпангоутов и т.п.). Затем на образцы 4 наносят загрязнения, высушивают и определяют массу каждого образца с нанесенными загрязнениями. С учетом массы образцов 4 определяют массу нанесенных на них загрязнений.
Образцы 4 с нанесенными на них загрязнениями закрепляют на внутренней поверхности оболочки 3, которую размещают в ванне 1, после чего ее заполняют рабочей жидкостью 2 от источника подачи через вентиль 12. Предварительно настраивают расход нейтрального газа до вентиля 11 подачи в коллектор 10.
Открывают вентиль 11 и нейтральный газ с заданным расходом подают через отверстия коллектора 10 в объем рабочей жидкости внутрь оболочки 3. Образцы 4 контактируют с жидкостью, содержащей газовые включения различной структуры, повышающие интенсивность перемешивания жидкости и способствующие отделению с них частиц загрязнений. После заданной продолжительности очистки вентиль 11 подачи газа в коллектор 10 закрывают, извлекают оболочку 3 и снимают образцы 4 с оболочки 3. После просушки образцы 4 взвешивают и определяют массу загрязнений на образцах 4, оставшихся после проведения очистки и затем - значения массы загрязнений, удаленных с образцов 4 при первом режиме очистки. Затем последовательно проводят моделирование режимов очистки при разных значениях расхода нейтрального газа в рабочую жидкость с определением после каждого режима массы загрязнений, удаленных с образцов 4.
Результаты экспериментов, проведенных при различных расходах подачи нейтрального газа в рабочую жидкость (различных характеристиках двухфазной среды, контактирующей с внутренней поверхностью образцов 4 элементов внутренней поверхности натурного бака) позволяют установить закономерности удаления загрязнений при выбранных условиях.
Определение закономерностей удаления частиц загрязнений при условиях, моделирующих условия очистки внутренней поверхности бака, например, после его изготовления, проводят следующим образом.
В исходном положении образцы 4 с нанесенными на них загрязнениями известной массы закреплены на внутренней поверхности оболочки 3, которую размещают в ванне 1, после чего ее заполняют рабочей жидкостью 2 от источника подачи через вентиль 12, при этом электропитание подключено к механизму вращения 5 через устройство 6 регулирования оборотов и направления вращения вала 8. При необходимости ванну 1, оболочку 3 с образцами 4 и механизм вращения 5 переводят в наклонное положение приспособлениями 9. Предварительно устанавливают режим (обороты и продолжительность движения) и направление вращения вала 8 с оболочкой 3 и включают механизм вращения 5. После выполнения заданных режимов движения оболочки 3 отключают электропитание механизма вращения 5, устройства 6 регулирования оборотов, датчика числа оборотов, извлекают оболочку 3 и снимают образцы 4 с оболочки 3. После просушки образцы 4 взвешивают и определяют массу загрязнений на образцах 4, оставшихся после проведения очистки и затем - значение массы загрязнений, удаленных с образцов при выбранном режиме очистки (движения оболочки). Затем последовательно проводят моделирование режимов очистки при других параметрах вращения оболочки 3. Кроме того, при этом при моделировании процесса очистки используется и барботирование рабочей жидкости нейтральным газом через коллектор с отверстиями 10. Результаты экспериментов, проведенных при различных режимах движения и с использованием разных средств и способов, интенсифицирующих процесс очистки, позволят установить закономерности удаления загрязнений с поверхности образцов 4 элементов внутренней поверхности натурного бака при выбранных условиях и выбрать наиболее оптимальный режим очистки натурного бака.
Использование полезной модели позволит моделировать процессы очистки - удаления частиц загрязнений с внутренних поверхностей топливных баков и выбрать наиболее экономически обоснованный режим очистки, в частности, в условиях испытательных комплексов при подготовке и проведении стендовых испытаний, что позволит, в свою очередь, снизить финансовые и трудовые затраты на отработку сложных дорогостоящих изделий.