Пристрій для випробувань на герметичність системи наддування паливних баків космічного апарата

Реферат: Пристрій для випробувань на герметичність системи наддування паливних баків космічного апарата містить пневмомагістралі, зв'язані з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, встановлені на пневмомагістралях електропневмоклапани, газові редуктори та дросельні пристрої, а також витратні магістралі, приєднані до рідинних порожнин паливних баків, знімні обвідні магістралі, на кожній з котрих змонтований колектор, та трубопроводи з клапанами для подавання газу у колектори, причому кожна знімна обвідна магістраль одним кінцем підключена до перевірочної горловини, встановленої у пневмомагістралі на вході у газову порожнину одного з паливних баків, а другим кінцем - до перевірочної горловини, встановленої у витратній магістралі на виході з рідинної порожнини того ж паливного бака. На кожній знімній обвідній магістралі змонтовані додатковий клапан, газовий лічильник з запірним клапаном і допоміжний клапан, при цьому газовий лічильник з запірним клапаном розташовані біля перевірочної горловини у пневмомагістралі, додатковий клапан розташований між запірним клапаном і колектором, а допоміжний клапан розташований між колектором і перевірочною горловиною у витратній магістралі. UA 104146 U (12) UA 104146 U UA 104146 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вимірювальної техніки, а саме - до вимірювань на герметичність, і може використовуватися для забезпечення наддування паливних баків космічних апаратів (КА) на орбіті. Відомим є пристрій для випробувань на герметичність системи наддування паливних баків КА, який містить пневмомагістралі, зв'язані з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, і встановлені на пневмомагістралях електропневмоклапани, газові редуктори та дросельні пристрої (див. заявку Великої Британії № 2. 051.246, МПК F04F 1/06, 1981 р.). Перед заправленням паливних баків компонентами палива (пальним і окиснювачем) систему наддування разом з паливними баками перевіряють на герметичність, для чого заповнюють усі магістралі і порожнини випробувальним газом, наприклад сумішшю гелію і повітря, і визначають негерметичність, наприклад по спаду тиску у магістралях і порожнинах паливних баків окремо. Недоліком пристрою є його низькі експлуатаційні характеристики, такі як: складність проведення випробувань; недостатня точність визначення негерметичності. Найближчим до запропонованого по технічному рішенню є вибраний як прототип пристрій для випробувань на герметичність системи наддування паливних баків КА, який описаний у патенті РФ №2. 240.523, МПК G01M 3/00, 2003 р. Цей пристрій містить пневмомагістралі, зв'язані з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, встановлені на пневмомагістралях електропневмоклапани, газові редуктори та дросельні пристрої, а також витратні магістралі, приєднані до рідинних порожнин паливних баків, знімні обвідні магістралі, на кожній з котрих змонтований колектор, та трубопроводи з клапанами для подавання газу у колектори, причому кожна знімна обвідна магістраль одним кінцем підключена до перевірочної горловини, встановленої у пневмомагістралі на вході у газову порожнину одного з паливних баків, а другим кінцем - до перевірочної горловини, встановленої у витратній магістралі на виході з рідинної порожнини того ж паливного бака. У таких системах витискання палива з паливних баків за допомогою перекладних мембран виконують газом (гелієм або азотом), закачаним у балони наддування на Землі перед стартом. Паливо з паливних баків надходить по витратним магістралям до споживача (реактивним двигунам). Перед заправленням паливних баків компонентами палива ці баки перевіряють на герметичність у складі системи, при цьому від наземних систем виконують наддування газом (гелієм) одночасно як паливних баків, так і балонів наддування, сполучених з паливними баками за допомогою пневмомагістралей. Порушення герметичності визначають по спаду тиску у всій системі надування. Така перевірка порушення герметичності паливних баків складна і потребує великого витрачання випробувального газу (гелію) і електроенергії, котру споживає наземна випробувальна система (станція). Крім цього можливим є порушення розташування перекладної мембрани (зміна геометрії) під час підвищення перепаду тиску на перекладну мембрану вище допустимої (розрахункової) величини. Недоліком цього пристрою є його невисокі експлуатаційні характеристики через відсутність можливості проведення контролю положення і стану перекладної мембрани паливного бака у складі системи. В основу корисної моделі поставлена задача створення удосконаленої конструкції пристрою для випробувань на герметичність системи наддування паливних баків КА, яка б дозволяла підвищити її експлуатаційні характеристики шляхом уведення в неї нових операцій, таких як: на кожній знімній обвідній магістралі монтуються додатковий клапан, газовий лічильник з запірним клапаном і допоміжний клапан, при цьому газовий лічильник з запірним клапаном розташовуються біля перевірочної горловини у пневмомагістралі, додатковий клапан розташовується між запірним клапаном і колектором, а допоміжний клапан розташовується між колектором і перевірочною горловиною у витратній магістралі, що дозволяє забезпечити контроль положення і стану перекладної мембрани; на кожному трубопроводі для подавання газу, на ділянці між клапаном і колектором, послідовно монтуються додатковий газовий редуктор і додатковий дросельний пристрій, що дозволяє забезпечити подавання випробувального газу у колектор з заданим витрачанням. Поставлена задача вирішується таким чином, що у запропонованому пристрої для випробувань на герметичність системи наддування паливних баків КА, що містить пневмомагістралі, зв'язані з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, встановлені на пневмомагістралях електропневмоклапани, газові редуктори та дросельні пристрої, а також витратні магістралі, приєднані до рідинних порожнин паливних баків, знімні обвідні магістралі, на кожній з котрих змонтований колектор, та трубопроводи з клапанами для подавання газу у колектори, причому кожна знімна обвідна магістраль одним кінцем підключена до перевірочної горловини, встановленої у пневмомапстралі на вході у газову порожнину 1 UA 104146 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 одного з паливних баків, а другим кінцем - до перевірочної горловини, встановленої у витратній магістралі на виході з рідинної порожнини того ж паливного бака, в ньому на кожній знімній обвідній магістралі змонтовані додатковий клапан, газовий лічильник з запірним клапаном і допоміжний клапан, при цьому газовий лічильник з запірним клапаном розташовані біля перевірочної горловини у пневмомагістралі, додатковий клапан розташований між запірним клапаном і колектором, а допоміжний клапан розташований між колектором і перевірочною горловиною у витратній магістралі. На кожному трубопроводі для подавання газу, на ділянці між клапаном і колектором, послідовно змонтовані додатковий газовий редуктор і додатковий дросельний пристрій. Для пояснення конструкції пристрою і його роботи додаються креслення та її детальний опис. Запропонований пристрій складається з паливних баків пального 1 і окислювача 2 з перекладними мембранами 3, 4, витратних магістралей 5, 6 з електропневмоклапанами (ЕПК) 7, 8 і системи наддування паливних баків 1, 2, котра включає балони 9, 10 наддування, зв'язані пневмомагістралями 11, 12 з газовими порожнинами 13, 14 паливних баків 1, 2, і встановлені на пневмомагістралях 11, 12 електропневмоклапани 15, 16, дросельні пристрої 17, 18, газові редуктори 19, 20. Пристрій містить також датчики 21, 22 тиску, встановлені на пневмомагістралях 11, 12, та 23, 24 - на витратних магістралях 5, 6, а також перевірочні горловини 25, 26, встановлені на пневмомагістралях 11, 12, та 27, 28 - на витратних магістралях 5, 6. На кожному паливному баку 1 (2) встановлена знімна обвідна магістраль 29 (30), яка включена за допомогою перевірочних горловин 25 (26) і 27 (28) між входом у газову порожнину 13 (14) паливного бака 1 (2) і виходом з його рідинної порожнини 31 (32) перед ЕПК 7 (8), встановленим на витратній магістралі 5 (6). На знімній обвідній магістралі 29 (30) встановлені допоміжний 33 (35) і додатковий 34 (36) клапани, наприклад вентилі, між якими розташований колектор 37 (38), підключений до джерела газу високого тиску, наприклад до стендових балонів з газом високого тиску за допомогою трубопроводу 39 (40) для подавання газу, спорядженого клапаном 41 (42), додатковим газовим редуктором 43 (44) і додатковим дросельним пристроєм 45 (46). На кінці знімної обвідної магістралі 29 (30), котрий підключений до перевірочної горловини 25 (26), встановленої у пневмомагістралі 11 (12), через запірний клапан 47 (48) підключений газовий лічильник 49 (50). Колектор 37 (38) має манометр 51 (52). Перевірочні горловини 25, 26, 27, 28 виконані у вигляді запірних вентилів і забезпечують стикування (відстикування) знімних обвідних магістралей 29, 30 за допомогою різьбового з'єднання. У паливному баку 1 (2) перекладна мембрана 3 (4) відділяє газову порожнину 13 (14) від рідинної порожнини 31 (32) і слугує як пристрій, що витискає паливо за допомогою системи наддування з бака у витратну магістраль 5 (6) до реактивних двигунів (РД). Як дросельні пристрої 17, 18 і додаткові дросельні пристрої 45, 46 використовують дросельну шайбу, яка відтарована на розрахунковий тиск. Датчики 21, 22 тиску і перевірочні горловини 25, 26 встановлені у пневмомагістралях 11, 12, а датчики 23, 24 тиску і перевірочні горловини 27, 28 у витратних магістралях 5, 6. Робота запропонованого пристрою здійснюється наступним чином. Для витискання палива з паливних баків 1, 2 і подавання його до РД відкривають ЕПК 15, 16 2 і газ (гелій) з балонів 9, 10 наддування під високим тиском (до 300 кгс/см ) проходить через 2 дросельні пристрої 17, 18, де у результаті дроселювання газу тиск знижується до 30 кгс/см , і 2 подається у газові редуктори 19, 20, котрі знижують тиск до заданого (до 10 кгс/см ) для витискання палива за допомогою перекладних мембран 3, 4 з паливних баків 1, 2 і подавання через витратні магістралі 5, 6 до РД, при цьому ЕПК 7, 8 відкривають. Перед заправленням паливних баків вони підлягають випробуванням (перевірці) на герметичність у складі системи, при цьому від наземної системи виконують наддування газом (гелієм), одночасно як паливних баків 1 (2), так і балонів 9,10 наддування, сполучених з паливними баками 1, 2 за допомогою пневмомагістралей 11, 12. Негерметичність визначають по спаду тиску по усій системі наддування. Після проведення випробувань на герметичність здійснюють контроль положення і стану перекладної мембрани 3 (4) у кожному паливному баку 1 (2). Контроль виконують шляхом заміру об'єму газової порожнини 13 (14) паливного бака 1 (2) і порівняння отриманої величини об'єму з результатами первинного заміру об'єму газової порожнини під час виготовлення паливного бака 1 (2). У вихідному стані перед початком проведення контролю положення і стану перекладної мембрани 3, 4 електропневмоклапани 15, 16 і 7, 8 і клапани 33 (35), 34 (36), 41 (42) і 47 (48) пристрою закриті. 2 UA 104146 U 5 10 15 20 25 30 Для проведення контролю положення і стану перекладної мембрани 3 у паливному баку 1 наддувають колектор 37 випробувальним газом (гелієм) до заданого тиску (контроль 2 здійснюють за манометром 51) від наземного джерела газу з тиском 200 кгс/см , при цьому відкривають клапан 41 і газ поступово надходить у газовий редуктор 43, котрий знижує тиск до 2 2 2 40 кгс/см , і дросельну шайбу 45, котра відтарована на тиск 20 кгс/см . З тиском 20 кгс/см (випробувальним тиском) газ заповнює колектор 37 (контроль здійснюють за манометром 51). Далі відкривають вентилі у перевірочних горловинах 25, 27 і подають газ (гелій) з колектора 37 спочатку у рідинну порожнину 31 паливного бака 1 за допомогою відкриття допоміжного клапана 2 33 і надувають її до 20 кгс/см , а потім відкривають додатковий клапан 34 і надувають газову 2 порожнину 13 до тиску 20 кгс/см , при цьому перепад тиску на перекладній мембрані 3 між порожнинами 13 і 31 не повинен перевищувати допустимого (визначеного розрахунком) 0,1 2 кгс/см , а перекладна мембрана 3 постійно знаходиться у притиснутому положенні до стінки газової порожнини 13 паливного бака 1. Контроль тиску у порожнинах 13 і 31 паливного бака 1 виконують відповідно за датчиками 21 і 23. Після завершення операцій наддування обох порожнин паливного бака 1 закривають додатковий клапан 34, відкривають запірний клапан 47 і подають газ з газової порожнини 13 на газовий лічильник 49 до повного виходу газу з газової порожнини 13, остаточний тиск повинен дорівнювати нулю. Показання величини об'єму газової порожнини 13, отримані за лічильником 49, порівнюють з первинною величиною об'єму, яку отримали під час виготовлення паливного бака 1, і у випадку відхилення, що перевищує похибку вимірювання, бак бракують і замінюють на новий, тому що відхилення свідчить про порушення геометричних параметрів перекладної мембрани 3, які можуть призвести до руйнування перекладної мембрани або втрати герметичності. Після закінчення проведення контролю положення і стану перекладної мембрани 3 паливного бака 1 скидають тиск газу з рідинної порожнини 31 у зворотному напрямку через колектор 37 у атмосферу. Закривають вентилі у перевірочних горловинах 25 і 27 і відстиковують від них знімну обвідну магістраль 29. Аналогічно проводять контроль положення і стану перекладної мембрани 4 паливного бака 2. Запропонований пристрій може використовуватися для перевірки герметичності паливної системи КА за патентом РФ №2. 339.835, 2006 р. Таким чином, запропонований пристрій, який має просту і надійну конструкцію, забезпечує розширення його функціональних можливостей. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 50 1. Пристрій для випробувань на герметичність системи наддування паливних баків космічного апарата, що містить пневмомагістралі, зв'язані з балонами наддування і газовими порожнинами паливних баків, встановлені на пневмомагістралях електропневмоклапани, газові редуктори та дросельні пристрої, а також витратні магістралі, приєднані до рідинних порожнин паливних баків, знімні обвідні магістралі, на кожній з котрих змонтований колектор, та трубопроводи з клапанами для подавання газу у колектори, причому кожна знімна обвідна магістраль одним кінцем підключена до перевірочної горловини, встановленої у пневмомагістралі на вході у газову порожнину одного з паливних баків, а другим кінцем - до перевірочної горловини, встановленої у витратній магістралі на виході з рідинної порожнини того ж паливного бака, який відрізняється тим, що на кожній знімній обвідній магістралі змонтовані додатковий клапан, газовий лічильник з запірним клапаном і допоміжний клапан, при цьому газовий лічильник з запірним клапаном розташовані біля перевірочної горловини у пневмомагістралі, додатковий клапан розташований між запірним клапаном і колектором, а допоміжний клапан розташований між колектором і перевірочною горловиною у витратній магістралі. 2. Пристрій для випробувань на герметичність системи наддування паливних баків космічного апарата за п. 1, який відрізняється тим, що на кожному трубопроводі для подавання газу, на ділянці між клапаном і колектором, послідовно змонтовані додатковий газовий редуктор і додатковий дросельний пристрій. 3 UA 104146 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4