Устройство для отбора проб воздуха в мотогондолах авиационных газотурбинных двигателей
DEVICE FOR SELECTING AIR SAMPLES IN ENGINE NACELLES OF AIRCRAFT GAS TURBINE ENGINES

Изобретение относится к технике отбора образцов воздуха мотогондол двигателей летательных аппаратов (ЛА) для исследования достаточности содержания паров пожаротушащих агентов (хладоны, углекислый газ, элегаз и другие) в воздухе мотогондолы при срабатывании системы пожаротушения и повышения точности их определения.
При срабатывании системы пожаротушения двигателя на ЛА в мотогондолу впрыскивается определенное количество пожаротушащего агента типа хладон и др. Нормативными документами определяется достаточность для пожаротушения концентрации этих веществ в гондоле двигателя во времени в зависимости от типа пожаротушащего вещества.
Предлагаемое устройство может быть использовано при заводских и сертификационных испытаниях ЛА на соответствие требованиям §1195 АП-25 (Авиационные правила. Часть 25. Нормы летной годности самолетов транспортной категории. 2008 г.), аналогично АП-29 (вертолеты) и АП-23 (гражданские легкие самолеты).
Известны устройства для отбора и хранения проб воздуха в виде стеклянных неградуированных газовых пипеток с двумя одноходовыми кранами, выполненных по ГОСТ 18954-73 «Прибор и пипетки стеклянные для отбора и хранения проб газа».
Аналогичные устройства выполняются в виде канистр, описанных в стандарте ASTM (2001): «Standard Test Method for Determination of Volatile Organic Chemicals in Atmospheres (Canister Sampling Methodology), West Conshohocken, PA, American Society for Testing and Materials (ASTM Standard D5466-01)». При этом канистра с запорным вентилем используется либо предварительно вакуумированная, либо отбор производится методом газового обмена (продувка канистры большим количеством воздуха). Последний вариант для испытаний по пожаротушению не годится, так как газовый обмен требует длительного отбора (нормативные документы устанавливают ограничения по времени отбора). Обычно в испытаниях по проверке системы пожаротушения используют металлические вакуумированные емкости с электромагнитными клапанами, собранные по несколько штук в контейнеры. Такие устройства описаны в ведомственной методике №12-16-III, разработанной ОАО «ЛИИ им. М.М. Громова». До настоящего времени именно эти конструкции используют при соответствующих испытаниях. Однако у данных устройств есть существенный недостаток. Вакуумирование емкостей осуществляется в наземных условиях в лаборатории и вакуум после установки их в гондолу не контролируется. До начала испытаний по различным причинам проходит достаточно много времени (иногда несколько суток). Контроль вакуума непосредственно перед полетом (наземной гонкой), как правило, невозможен, так как это требует выполнения сложных монтажных работ. Между тем практика показала, что непредсказуемое натекание воздуха в эти емкости вполне возможно, что приводит к искажению (занижению) результатов последующего анализа содержания в них пожаротушащего агента. Такие ошибки удлиняют дорогостоящие испытания авиационной техники.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является ручной насос-пробоотборник, RU № патента 89701, опубл. 10.12.2009 г. Торговое название - НП-3М (далее - НП-3М), предназначенный для отбора разовых проб газовоздушных смесей с целью последующего определения их химического состава с использованием индикаторных трубок в соответствии с ГОСТ P 51712-2001, ГОСТ 12.1.014-84, ГОСТ P 51945-2002. Насос-пробоотборник ручной НП-3М является оригинальной разработкой ЗАО «Крисмас+» и производится по КРМФ.418311.002ТУ.
Это устройство, выбранное в качестве прототипа, содержит: цилиндрический корпус, шток с рисками и ручкой, поршень с резиновым уплотнением, крышку, закрывающую надпоршневое пространство. Однако к недостаткам такой конструкции можно отнести то, что у насоса отсутствует запорное устройство и вакуум, создаваемый им, не предназначен для длительного сохранения из-за существенного натекания воздуха по уплотнению поршня.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое устройство, заключается в повышении точности определения пожаротушащих концентраций в воздухе мотогондол авиационных газотурбинных двигателей за счет предотвращения разбавления пробы воздухом до и после ее отбора, а следовательно, и уменьшение времени наземного и летного эксперимента по оценке пожарозащищенности двигателей.
Для достижения технического результата в устройстве для отбора проб воздуха в мотогондолах авиационных газотурбинных двигателей, содержащем цилиндрический корпус пробоотборника с расположенным внутри штоком с рисками и поршнем с резиновым уплотнением, ручку, прикрепленную к штоку, для ручного перемещения поршня и крышку, закрывающую надпоршневое пространство, корпус пробоотборника выполнен с входным патрубком, к которому трубопроводом присоединяется электромагнитный клапан, связанный с пультом управления. Между крышкой и корпусом пробоотборника установлено кольцевое резиновое уплотнение меньшего диаметра, на которое наворачивается крышка с боковым подпружиненным фиксатором и сальником. К внутренней торцевой поверхности крышки пробоотборника прикреплена кольцевая резиновая прокладка, внутри окружности которой на крышке выполнено сквозное отверстие с закрывающимся запорным вентилем. При этом сальниковое уплотнение, герметизирующее зазор между штоком и крышкой пробоотборника, выполнено с возможностью герметизации надпоршневого пространства при перемещении штока, крышка выполнена с боковым подпружиненным фиксатором штока для сохранения пробы под избыточным давлением, боковая поверхность штока выполнена с делениями линейки, выходящей за пределы крышки.
На фиг. 1 изображено продольное сечение устройства для отбора проб воздуха в мотогондолах авиационных газотурбинных двигателей.
Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит цилиндрический корпус 1 с входным патрубком 2, к которому трубопроводом 3 подсоединяется электромагнитный клапан (ЭМК) 4, внутри корпуса перемещается поршень 5 с кольцевым резиновым уплотнением 6, шток 7 с рисками 8 и линейкой 9 крепится к поршню и заканчивается ручкой 10, на корпус с кольцевым резиновым уплотнением 11 наворачивается крышка 12 с боковым подпружиненным фиксатором 13 и сальником 14, к внутренней торцевой поверхности крышки прикреплена кольцевая резиновая прокладка 15, внутри окружности которой на крышке выполнено сквозное отверстие 16 с запорным вентилем 17. Электромагнитные клапаны открываются подачей напряжения по проводам 18 с внешнего пульта 19.
Устройство работает следующим образом.
Проводят подготовку пробоотборника к работе, создают разрежение внутри цилиндрического корпуса 1 пробоотборника. Для этого входной патрубок 2 соединяют через трубопровод 3 с закрытым электромагнитным клапаном (ЭМК) 4, а внутри цилиндрического корпуса 1 пробоотборника перемещается через сальник 14 шток 7 с поршнем 5 и кольцевым резиновым уплотнением 6, если фиксатор 13 крышки 12 не попал в одну из рисок 8. Фиксация снимается вращением штока за ручку 10. При этом воздух из надпоршневого пространства выходит через отверстие в крышке 16 и открытый запорный вентиль 17. При полностью вытянутом штоке, что соответствует отметке 100 на линейке 9, поршень упирается в кольцевую резиновую прокладку 15. Это положение (взвод) фиксируется попаданием фиксатора 13 крышки 12 в крайне левую риску 8 и соответствует полному вакууму. В таком состоянии пробоотборники (количество проб определяется программой испытаний) за несколько часов до начала испытаний по проверке систем пожаротушения доставляются к объекту.
Непосредственно перед началом испытаний круговым поворотом ручки штока все пробоотборники снимаются с фиксаторов и легким надавливанием до слабого упора задвигаются. Если удается задвинуть шток до 0 деления линейки, то это соответствует 100% сохранению вакуума и такой пробоотборник может участвовать в дальнейших испытаниях. Если задвинуть шток менее чем на 5 делений из 100 (вакуум менее 95% от начального) не удается, то такой пробоотборник отбраковывается и в дальнейших испытаниях не участвует (разборка и ремонт уплотнений - если время позволяет, то и до начала испытаний). Прошедшие контроль вакуума пробоотборники повторно «взводятся», размещаются в мотогондоле согласно программе испытаний. ЭМК 4 проводами 18 подключаются к пульту управления 19 с источником напряжения. В ходе испытаний после срабатывания системы пожаротушения при подаче напряжения на соответствующие клапаны 4, они открываются и берутся пробы воздуха мотогондолы. После испытаний пробоотборники демонтируются. Каждый пробоотборник снимается с фиксатора и ручка штока вдвигается в корпус до слабого упора для создания некоторого избыточного давления отобранной пробы. Это положение фиксируется попаданием острия фиксатора крышки в одну из ближних рисок 8 штока 7. Запорный вентиль 17 на крышке закрывается для дополнительной сохранности пробы. Для ввода пробы в анализатор, например в петлю крана-дозатора газового хроматографа, не требуется промежуточных устройств, увеличивающих погрешность. В лабораторных условиях открывается запорный вентиль 7 на крышке 13, а выход ЭМК 4 соединяется с входом дозирующего устройства. Подачей напряжения на ЭМК он открывается и, так как газ в пробоотборнике находится под давлением, он поступает в дозатор. Для контроля на выходе из дозатора обычно монтируется трубка, опущенная в воду. Появление в ней пузырьков газа говорит о подаче в дозатор пробы. Если давление недостаточно, то шток пробоотборника снимается с фиксатора и легким надавливанием на ручку проба воздуха выдавливается в дозатор. Эту процедуру можно делать неоднократно, т.к. объем петли дозатора обычно составляет около 1 мл, а емкость пробоотборника в зависимости от габаритных размеров может составлять от 100 до 500 мл.
Таким образом, за счет анализа параллельных проб можно еще больше повысить точность анализа газовой смеси.
Устройство для отбора пробы воздуха в мотогондолах авиационных газотурбинных двигателей обеспечивает представительный отбор пробы за счет длительно сохраняющегося и контролируемого вакуума до отбора за счет применения электромагнитного клапана и дополнительной герметизации надпоршнего пространства пробоотборника до отбора и длительное время сохраняет пробу без разбавления за счет сохранения ее под избыточным давлением и изоляции надпоршнегого пространства от атмосферы кольцевым резиновым уплотнением, запорным вентилем и сальником.