Способ измерения степени суммарной герметичности многополостных изделий
METHOD OF MEASURING DEGREE OF TOTAL TIGHTNESS OF MULTICENTER PIECES

Данное изобретение относится к способам испытаний изделий на суммарную герметичность, а более конкретно, к способам испытаний изделий на суммарную герметичность многополостных изделий с использованием пробных газов и течеискателей, в частности, к испытаниям изделий космической техники на герметичность, и может найти применение в таких областях техники, как газовое, атомное, авиационное машиностроение, где предъявляются повышенные требования к герметичности, долговечности и надежности изделий - пневматических и гидравлических систем, различные участки которых имеют ограничения по перепаду давлений между ними.
Известны способы-аналоги испытаний изделий на суммарную герметичность, основанные на измерении суммарного количества вещества, находящегося в испытываемом изделии при испытаниях. Согласно данным способам заполняют изделие контрольным веществом, например, газом до достижения заданного избыточного испытательного давления и делают контрольную выдержку, в течение которой измеряют суммарное количество вещества, находящегося в испытываемом изделии, а о степени герметичности испытываемого изделия судят по измеренному изменению суммарного количества вещества, находящегося в испытываемом изделии, например, измеряют давление газа в изделии, а о степени герметичности испытываемого изделия судят по измеренному спаду давления в изделии («ГОСТ 24054-80. Изделия машиностроения и приборостроения. Методы испытаний на герметичность. Общие требования (с Изменением №1)», М., Издательство стандартов, 1980, с. 3).
К недостаткам данных способов можно отнести их недостаточную чувствительность, не позволяющую осуществлять испытания изделий с высокими требованиями к степени герметичности, например, систем обеспечения теплового режима космических аппаратов (КА).
Известен способ испытаний многополостных изделий на суммарную герметичность, осуществляемые с использованием описанных выше устройств путем последовательного заполнения полостей изделия до испытательного давления контрольным газом, содержащим пробный газ, и определения содержания пробного газа в пространстве, окружающем изделие («Технология сборки и испытаний космических аппаратов». И.Т. Беляков и др., М.: Машиностроение, 1990, с. 309).
Данный способ испытаний многополостных изделий на суммарную герметичность принят за прототип.
К недостаткам прототипа можно отнести то, что при испытаниях многополостных изделий со значительно различающимися требованиями к степени герметичности и ограничениями на перепад давления между полостями он требует выполнения операций замены в испытуемых полостях контрольного газа, - газа, содержащего пробный газ, например, гелиево-воздушной смеси (ГВС), на газ, не содержащий пробного газа, например, воздух.
Следует указать, что на практике применяется заполнение полостей с высокими требованиями к степени герметичности контрольным газом с высоким содержанием пробного газа, например, чистым гелием, и заполнение полостей с меньшими требованиями к степени герметичности - контрольным газом с меньшим содержанием пробного газа, например, ГВС с концентрацией гелия 5%.
Например, при испытаниях по прототипу пневмогидравлической системы обеспечения теплового режима космического аппарата, в которой имеется компенсатор с газовой полостью с высокими требованиями к степени герметичности - около 0,01 л⋅мкм рт.ст./с и гидравлические магистрали с меньшими требованиями к степени герметичности - около 0,6 л⋅мкм рт.ст./с, необходимо выполнить следующие операции:
- заполнить газовую полость компенсатора до испытательного давления чистым гелием, при этом заполнить гидравлические магистрали до испытательного давления воздухом, соблюдая ограничения на перепад давления между газовой полостью компенсатора и гидравлическими магистралями;
- измерить суммарную негерметичность газовой полости компенсатора;
- сдренажировать испытательное давление гелия из газовой полости компенсатора до атмосферного давления и испытательное давление воздуха из гидравлических магистралей до атмосферного давления;
2
- отвакуумировать газовую полость компенсатора и гидравлические магистрали до давления (-1,0) кгс/см;
- заполнить гидравлические магистрали до испытательного давления ГВС с концентрацией гелия 5%, при этом заполнить газовую полость компенсатора до испытательного давления воздухом, соблюдая ограничения на перепад давления между газовой полостью компенсатора и гидравлическими магистралями;
- измерить суммарную негерметичность гидравлических магистралей.
Как видно из приведенного описания, необходимые при испытаниях операции многочисленны, достаточно сложны и трудоемки.
Задачей изобретения является повышение производительности и упрощение испытаний многополостного изделия путем отказа от операций замены в испытуемых полостях контрольного газа на газ, не содержащий пробный газ.
Техническим результатом изобретения является снижение трудозатрат на проведение испытаний за счет отказа от трудоемких операций замены в испытуемых полостях пневмогидросистем изделия контрольного газа на газ, не содержащий пробный газ, и вытекающее отсюда повышение экономической эффективности наземной подготовки испытываемых изделий.
Технический результат достигается тем, что в способе измерения степени суммарной герметичности многополостных изделий, заключающемся в том, что полости изделия последовательно заполняют до испытательного давления контрольным газом, содержащим пробный газ, и определяют содержание пробного газа в пространстве, окружающем изделие, дополнительно производят следующие действия: заполняют полость с высокими требованиями к степени суммарной герметичности до испытательного давления контрольным газом, содержащим пробный газ в высокой концентрации, затем заполняют полость с низкими требованиями к степени суммарной герметичности до испытательного давления контрольным газом, не содержащим пробный газ, соблюдая ограничения на перепад давления между полостями, после чего определяют содержание пробного газа в пространстве, окружающем изделие, по которому измеряют степень суммарной герметичности полости с высокими требованиями к степени суммарной герметичности, вслед за этим сбрасывают одновременно давление газов из обеих полостей, соблюдая ограничения на перепад давления между полостями, затем заполняют обе полости до испытательного давления контрольным газом, содержащим пробный газ в концентрации, меньшей концентрации, использовавшейся для заполнения полости с высокими требованиями к степени суммарной герметичности, соблюдая ограничения на перепад давления между полостями, после чего определяют содержание пробного газа в пространстве, окружающем изделие, по которому измеряют степень суммарной герметичности обеих полостей, а степень суммарной герметичности полости с низкими требованиями к степени суммарной герметичности определяют как разность значений степени суммарной герметичности обеих полостей и степени суммарной герметичности полости с высокими требованиями к степени суммарной герметичности.
Вновь обращаясь к приведенному ранее примеру, при испытаниях по предлагаемому способу пневмогидравлической системы обеспечения теплового режима (СОТР) космического аппарата, в которой имеется компенсатор с газовой полостью с высокими требованиями к степени герметичности, и гидравлические магистрали с меньшими требованиями к степени герметичности, выполняют следующие операции:
1) заполняют газовую полость компенсатора до испытательного давления чистым гелием, при этом заполняют гидравлические магистрали до испытательного давления воздухом, соблюдая ограничения на перепад давления между газовой полостью компенсатора и гидравлическими магистралями. Для данных действий используется система заправки сжатыми газами, входящая в вакуумную установку для испытаний на герметичность;
2) определяют содержание гелия в пространстве, окружающем пневмогидравлическую систему. Для данных действий используются подключенные к вакуумной камере гелиевые масс-спектрометрические течеискатели, входящие в состав вакуумной установки для испытаний на герметичность;
3) исходя из п. 2, измеряют степень суммарной герметичности газовой полости компенсатора. Для данных действий используются показания упомянутых гелиевых масс-спектрометрических течеискателей;
4) дренажируют одновременно до атмосферного давления испытательное давление гелия из газовой полости компенсатора и испытательное давление воздуха из гидравлических магистралей. Для данных действий используются дренажные трубопроводы системы заправки сжатыми газами;
5) вакуумируют одновременно газовую полость компенсатора и гидравлические магистрали. Для данных действий используется вакуумный насос системы заправки сжатыми газами;
6) заполняют одновременно газовую полость компенсатора и гидравлические магистрали до испытательного давления ГВС с концентрацией гелия 5%. Для данных действий используется система заправки сжатыми газами;
7) определяют содержание гелия в пространстве, окружающем пневмогидравлическую систему. Для данных действий снова используются подключенные к вакуумной камере гелиевые масс-спектрометрические течеискатели, входящие в состав вакуумной установки для испытаний на герметичность;
8) исходя из п. 7, измеряют степень суммарной герметичности газовой полости компенсатора и гидравлических магистралей. Для данных действий также используются показания упомянутых гелиевых масс-спектрометрических течеискателей;
9) вычисляют степень суммарной герметичности гидравлических магистралей как разность значений степени суммарной герметичности газовой полости компенсатора и гидравлических магистралей, измеренной по п. 8, и степени суммарной герметичности газовой полости компенсатора, измеренной по п. 3.
Примером реализации способа являются испытания на герметичность контуров СОТР научно-энергетического модуля (НЭМ) российского сегмента международной космической станции (МКС), в состав которых входят газожидкостные компенсаторы с высокими требованиями к герметичности газовых полостей и значительно менее жесткими требованиями к герметичности жидкостных магистралей. НЭМ и СОТР в его составе в настоящее время находятся на этапе сборки в ПАО РКК «Энергия».
Внедрение предлагаемого способа в области испытаний на герметичность изделий ракетно-космической техники позволит снизить трудозатраты на проведение испытаний за счет отказа от трудоемких операций замены в испытуемых полостях пневмогидросистем изделия контрольного газа на газ, не содержащий пробный газ и тем самым повысить экономическую эффективность наземной подготовки испытываемых изделий.
Способ достаточно прост в реализации и не требует дополнительных средств на доработку существующего испытательного оборудования.