Способ испытаний изделий на герметичность
METHOD OF TESTING PRODUCTS FOR TIGHTNESS

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности, к испытаниям изделий космической техники на герметичность, и может найти применение в таких областях техники, как газовая промышленность, атомное машиностроение, авиастроение, где предъявляются повышенные требования к герметичности, долговечности и надежности изделий - агрегатов и трубопроводов пневмогидравлических систем, герметичных отсеков летательных аппаратов.
Известен способ испытаний изделий на герметичность, заключающийся в том, что заполняют изделие контрольным газом, после чего последовательно перемещают щуп, соединенный с течеискателем, по поверхности изделия, а о негерметичности изделия судят по изменению показаний течеискателя (1, «Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов». В.А. Афанасьев, B.C. Барсуков, М.Я. Гофин, Ю.В. Захаров, А.Н. Стрельченко, Н.П. Шалунов; Под редакцией Н.В. Холодкова. - М.: Изд-воМАИ, 1994, стр. 282).
Недостаток способа заключается в том, что при помощи его трудно, а иногда невозможно определить негерметичность изделия, поверхность которого имеет сложную конфигурацию и зоны, к которым затруднен доступ щупа течеискателя.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ испытаний изделий на герметичность, заключающийся в том, что размещают изделие в объеме накопления, заполненном воздухом при атмосферном давлении, герметизируют объем накопления, непрерывно перемешивают воздух в объеме накопления, измеряют концентрацию контрольного газа в объеме накопления, подают контрольный газ и заполняют изделие контрольным газом до избыточного испытательного давления, выдерживают изделие под избыточным испытательным давлением контрольного газа, измеряют концентрацию контрольного газа, скорость роста концентрации контрольного газа в воздухе объема накопления и определяют значение суммарной герметичности изделия по значениям скорости роста концентрации контрольного газа в воздухе объема накопления и величины свободного пространства объема накопления (2, «Технология сборки и испытаний космических аппаратов». Под общей редакцией проф. И.Т. Белякова и проф. И.А. Зернова, Москва, «Машиностроение», 1990, стр. 179).
Данный способ испытаний изделий на герметичность принят авторами за прототип.
Недостатком прототипа является то, что в процессе испытаний изделия на суммарную герметичность согласно прототипу отсутствует возможность оперативно обнаружить местонахождение течи в изделии или наземном испытательном оборудовании, не прерывая испытаний изделия на суммарную герметичность. Например, если при сборке испытательной системы допущена ошибка, - не обеспечена герметичность разъемного соединения заправочного трубопровода (трубопровода для заполнения изделия контрольным газом), - то при заполнении изделия контрольным газом до избыточного испытательного давления через данный заправочный трубопровод рассматриваемое негерметичное разъемное соединение даст течь. В результате в ходе испытаний будет обнаружено повышение концентрации контрольного газа в объеме накопления с недопустимой скоростью. Для устранения этого несоответствия будет необходимо прервать испытания, разгерметизировать объем накопления, направить к изделию испытательный персонал со средствами поиска течи и произвести поиск течи в изделии и заправочном трубопроводе. При этом будет потеряно время с момента начала заполнения изделия контрольным газом до момента обнаружения повышения концентрации контрольного газа в объеме накопления с недопустимой скоростью, указывающей на то, что в изделии или заправочном трубопроводе имеется недопустимая течь.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение производительности испытаний изделий на суммарную герметичность по накоплению при атмосферном давлении за счет оперативного обнаружения недопустимых течей в изделии или наземном испытательном оборудовании в процессе измерения суммарной герметичности изделия.
Техническим результатом изобретения является повышение производительности испытаний изделий на герметичность и, как следствие, качества испытаний, что увеличивает надежность изделий и долговечность их эксплуатации.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе испытаний изделий на герметичность, в котором размещают изделие в объеме накопления, заполненном воздухом при атмосферном давлении, герметизируют объем накопления, непрерывно перемешивают воздух в объеме накопления, измеряют концентрацию контрольного газа в объеме накопления, подают контрольный газ и заполняют изделие контрольным газом до избыточного испытательного давления, выдерживают изделие под избыточным испытательным давлением контрольного газа, измеряют концентрацию контрольного газа, скорость роста концентрации контрольного газа в воздухе объема накопления и определяют значение суммарной герметичности изделия по значениям скорости роста концентрации контрольного газа в воздухе объема накопления и величины свободного пространства объема накопления, дополнительно в качестве объема накопления используют рабочее помещение, которое оснащают шлюзовым помещением, внутри рабочего помещения размещают средства измерения концентрации контрольного газа в воздухе рабочего помещения, а также средства поиска мест течей в изделии, вентиляторы, испытательный персонал и изолирующие дыхательные аппараты, обеспечивающие подачу воздуха испытательному персоналу, вход и выход испытательного персонала в рабочее помещение в процессе испытаний осуществляют через шлюзовое помещение, в процессе заполнения изделия контрольным газом до избыточного испытательного давления испытательный персонал при помощи средств поиска мест течей производит поиск мест течей в заправочных трубопроводах, а в процессе выдержки изделия под избыточным испытательным давлением контрольного газа в случае определения значения суммарной герметичности изделия, превышающего допускаемое значение, испытательный персонал при помощи средств поиска мест течей производит поиск мест течей в изделии и заправочных трубопроводах, и при определении значения суммарной герметичности изделия делают поправку, учитывающую газовыделение от изолирующих дыхательных аппаратов испытательного персонала и воздухообмен рабочего помещения с окружающей рабочее помещение атмосферой при входе и выходе испытательного персонала в рабочее помещение через шлюзовое помещение.
Предлагаемый способ испытаний изделий на герметичность осуществляют следующим образом:
- размещают изделие в рабочем помещении, заполненном воздухом при атмосферном давлении и оснащенном шлюзовым помещением. Рабочее помещение используют в качестве объема накопления;
- внутри рабочего помещения размещают средства измерения концентрации контрольного газа в воздухе рабочего помещения, например, первый гелиевый масс-спектрометрический течеискатель, оснащенный щупом и предназначенный для измерения концентрации гелия в воздухе;
- внутри рабочего помещения размещают средства поиска мест течей в изделии, например, второй гелиевый масс-спектрометрический течеискатель, оснащенный щупом, но предназначенный для поиска течей гелия в изделии и в заправочных трубопроводах;
- внутри рабочего помещения размещают вентиляторы, предназначенные для непрерывного перемешивания воздуха в объеме накопления;
- внутри рабочего помещения размещают испытательный персонал и изолирующие дыхательные аппараты, обеспечивающие подачу воздуха испытательному персоналу. Это позволяет исключить вредное воздействие на испытательный персонал как повышения концентрации углекислого газа, так и снижения концентрации кислорода в воздухе рабочего помещения;
- вход и выход испытательного персонала в рабочее помещение в процессе испытаний осуществляют через шлюзовое помещение;
- герметизируют рабочее помещение, для чего, например, герметично закрывают ворота, двери и окна помещения, а также двери шлюзового помещения;
- включают размещенные в рабочем помещении вентиляторы и непрерывно перемешивают воздух в рабочем помещении;
- испытательный персонал измеряет концентрацию контрольного газа в воздухе рабочего помещения с использованием находящихся в помещении средств измерения концентрации контрольного газа, например, первого гелиевого масс-спектрометрического течеискателя, оснащенного щупом;
- подают контрольный газ в изделие по заправочным трубопроводам и заполняют изделие контрольным газом до избыточного испытательного давления;
- в процессе заполнения изделия контрольным газом до избыточного испытательного давления испытательный персонал производит поиск мест течей в заправочных трубопроводах с использованием находящихся в помещении средств поиска мест течей, например, второго гелиевого масс-спектрометрического течеискателя, оснащенного щупом. Если при этом в заправочных трубопроводах будет выявлена течь, то заполнение изделия контрольным газом останавливают, контрольный газ дренажируют из изделия до достижения в изделии атмосферного давления, негерметичность в заправочных трубопроводах устраняют, после чего возобновляют испытания, вновь заполняя изделие контрольным газом до избыточного испытательного давления;
- по достижении в изделии требуемого избыточного испытательного давления выдерживают изделие под данным давлением;
- в процессе выдержки испытательный персонал измеряет концентрацию контрольного газа в воздухе рабочего помещения, например, при помощи первого гелиевого масс-спектрометрического течеискателя, оснащенного щупом;
- определяют значение скорости роста концентрации контрольного газа в рабочем помещении на основании измеренных значений концентрации контрольного газа в зависимости от времени измерения;
- определяют значение суммарной герметичности изделия на основании значений скорости роста концентрации контрольного газа в воздухе рабочего помещения и величины свободного объема рабочего помещения;
- если в процессе выдержки изделия под избыточным испытательным давлением контрольного газа будет определено значение суммарной герметичности изделия, превышающее допускаемое значение, испытательный персонал при помощи средств поиска мест течей производит поиск мест течей в изделии и заправочных трубопроводах. При этом не теряется время на разгерметизацию объема накопления и доступ в объем накопления испытательного персонала;
- при определении значения суммарной герметичности изделия делают поправку, учитывающую газовыделение от изолирующих дыхательных аппаратов испытательного персонала. Если в процессе испытаний испытательный персонал входил и выходил в рабочее помещение через шлюзовое помещение, то делают также поправку на воздухообмен рабочего помещения с окружающей рабочее помещение атмосферой при входе и выходе испытательного персонала в рабочее помещение через шлюзовое помещение.
При выборе рабочего помещения руководствуются следующими соображениями: с одной стороны, размеры рабочего помещения должны позволить разместить в нем изделие и обеспечить ко всей внешней поверхности изделия доступ испытательного персонала с испытательным оборудованием, например, со щупом гелиевого масс-спектрометрического течеискателя. С другой стороны, размеры рабочего помещения должны быть достаточно малы, чтобы вытекающий из негерметичного изделия в свободный объем рабочего помещения контрольный газ можно было быстро обнаружить.
3
3
При проверке предлагаемого способа в качестве объема накопления было выбрано рабочее помещение объемом около 100 м, оснащенное шлюзовым помещением (тамбуром) объемом (1,02±0,02) м. В рабочем помещении были размещены:
- имитатор изделия;
- средство измерения концентрации контрольного газа в воздухе рабочего помещения и средство поиска мест течей в изделии - два течеискателя PhoeniX L300i Dry производства Oerlikon Leybold Vacuum GmbH, каждый из которых был оснащен щупом SL 300 из комплекта названного течеискателя;
- два бытовых электрических вентилятора общей мощностью 250 Вт, осуществлявшие перемешивание воздуха в объеме накопления для создания равномерной концентрации гелия в воздухе;
- два оператора-испытателя, контролировавшие работу течеискателей и вентиляторов и выполнявшие необходимые операции;
- два аппарата шланговых с приводом «Противогаз ПШ-2» (два изолирующих дыхательных аппарата).
3
Доступ операторов в шлюзовое помещение производился через шлюзовое помещение. После размещения операторов и перечисленного оборудования в рабочем помещении его свободный объем составил (99,6±2,0) м.
Рабочее помещение было герметизировано: приточно-вытяжная вентиляция в помещении была отключена, двери и окна рабочего и шлюзового помещений были закрыты. Были включены изолирующие дыхательные аппараты, также были включены и постоянно работали вентиляторы и оба течеискателя. Показания течеискателей постоянно регистрировались и использовались для измерения концентрации гелия в воздухе рабочего помещения.
2
После герметизации в помещение был через шлюзовое помещение доставлен набор контрольных течей, в состав которого входила капиллярная контрольная течь типа КТ-1, заправленная гелием в концентрации 100% и создававшая поток 3,27-10" л-мкм рт.ст./с, а также несколько контрольных течей типа КТ-1, не заправленных гелием и предназначенных для имитации поиска места негерметичности на имитаторе изделия по методу щупа.
Был смоделирован поиск мест течей в заправочных трубопроводах при подаче контрольного газа в изделие по заправочным трубопроводам и заполнении изделия контрольным газом до избыточного испытательного давления. Для этого все находившиеся в рабочем помещении контрольные течи были проверены по методу щупа с применением одного из течеискателей, и была выявлена течь, ранее заправленная гелием и создававшая поток гелия в атмосферу рабочего помещения.
Вслед за этим были смоделирована выдержка изделия под испытательным давлением контрольного газа. Поток гелия от заправленной гелием контрольной течи создавал в герметизированном рабочем помещении постоянный рост концентрации гелия в воздухе. Персонал в течение 4 ч производил измерения концентрации контрольного газа в воздухе рабочего помещения при помощи второго из течеискателей. Был установлен факт роста концентрации гелия в воздухе рабочего помещения. Было получено значение скорости роста концентрации гелия в воздухе рабочего помещения, На основании данного значения, а также значения свободного объема рабочего помещения было вычислено значение потока гелия в атмосферу от контрольной течи, которое в пределах ошибки совпадало с результатом ранее проведенного измерения потока гелия от контрольной течи пузырьковым методом.
Было смоделировано использование операторами изолирующих дыхательных аппаратов в течение 1 ч. Воздух подавался операторам при помощи воздуходувки, создававшей суммарный поток (120±5) л/мин. При вычислении значения потока гелия в атмосферу от контрольной течи была сделана поправка, учитывавшая дополнительное поступление воздуха в рабочее помещение от воздуходувки, а также воздухообмен рабочего помещения со шлюзовым помещением.
Использование предлагаемого способа позволяет за счет совмещения операций испытаний на суммарную и локальную герметичность во времени и устранения непроизводительных потерь времени позволяет повысить производительность испытаний изделий на герметичность и, как следствие, качество испытаний, что увеличивает надежность изделий и долговечность их эксплуатации.
Способ достаточно прост в реализации и не требует дополнительных средств на доработку существующего испытательного оборудования.