Устройство для контроля герметичности емкостей, работающих в вакууме при низких температурах

 

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано при контроле герметичности топливных баков ракет-носителей, работающих в вакууме при низких температурах. Технический результат изобретения - повышение точности контроля герметичности. Это обеспечивается за счет того, что устройство для контроля герметичности емкостей, работающих в вакууме при низких температурах, содержит испытательную камеру для размещения контролируемой емкости, сообщенную с трубопроводами подачи и дренажа жидкого хладагента и с трубопроводом подачи контрольного газа, течеискатель, манометр, уровнемер, при этом контролируемая емкость окружена со всех сторон вымораживающим экраном с щелями, сообщенными с трубопроводами подачи и отвода захолаживающего теплоносителя. 2 ил.

Изобретение относится к области испытательной техники и может быть использовано при контроле герметичности емкостей, например топливных баков ракет-носителей, работающих в вакууме при низких температурах.

Известно устройство для контроля герметичности емкостей, работающих в вакууме при низких температурах, содержащее испытательную камеру для размещения контролируемой емкости, течеискатель, установленный на испытательной камере, систему наполнения жидким хладагентом и заполнения контрольным газом, соединенную с контролируемой емкостью, контрольную течь, соединяемую в процессе контроля с испытательной камерой [1].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является устройство для контроля герметичности емкостей, работающих в вакууме при низких температурах, содержащее испытательную камеру для размещения контролируемой емкости, сообщенную с трубопроводами подачи и дренажа жидкого хладагента и с трубопроводом подачи контрольного газа, течеискатель, манометр, уровнемер. Данное техническое решение принято заявителем за прототип [2].

Недостатком аналога и прототипа является невысокая точность контроля герметичности, что объясняется следующим. Поскольку контрольный газ, вытесняющий жидкий хладагент из емкости, имеет, как правило, температуру выше температуры жидкого хладагента, то по мере заполнения емкости контрольным газом увеличивается суммарный тепловой поток из объема, заполняемого контрольным газом, в объем, заполненный жидким хладагентом, что приводит к постоянному смещению термодинамического равновесия на границе раздела газ-жидкость и, следовательно, к увеличению потока паров жидкого хладагента в контрольный газ, т. е. по мере заполнения емкости контрольным газом концентрация его в заполняемом объеме уменьшается, причем определенному соотношению объемов, заполненных контрольным газом и жидким хладагентом (определенному уровню границы раздела газ-жидкость), соответствует и определенная концентрация контрольного газа в объеме, заполненном контрольным газом.

Таким образом, через течь емкости в испытательную камеру проникает поток газа (смеси контрольного газа с парами жидкого хладагента) с концентрацией контрольного газа в нем (зависящей от соотношения объемов, заполненных контрольным газом и жидким хладагентом), отличной от концентрации контрольного, газа в тарированном потоке газа (чистого контрольного газа в потоке газа через контрольную течь), в результате чего в суждение о герметичности емкости, основанное на сравнении величин изменения концентрации контрольного газа в испытательной камере, от потоков газа через течь емкости и через контрольную течь при, если неодинаковых, то известных концентрациях контрольного газа в них, вносится определенная неточность (как правило, имеет место занижение фактической величины течи емкости), что может привести к ее не обнаружению.

Кроме того, недостатком прототипа является то, что для успешного его использования необходимо сначала определить само наличие течи (негерметичности) в испытываемом изделии, а этого может не произойти в силу описанных выше причин.

Устройство-прототип не позволяет вести непрерывные точные измерения течи в связи с необходимостью постоянно подстраиваться под изменяющуюся концентрацию пробного газа, истекающего из течи изделия, что ведет к существенным временным затратам.

Задачей изобретения является повышение точности контроля герметичности.

Поставленная задача достигается тем, что в устройстве для контроля герметичности емкостей, работающих в вакууме при низких температурах, содержащее испытательную камеру для размещения контролируемой емкости, сообщенную с трубопроводами подачи и дренажа жидкого хладагента и с трубопроводом подачи контрольного газа, течеискатель, манометр, уровнемер, контролируемая емкость окружена со всех сторон вымораживающим экраном, сообщенным с трубопроводами подачи и отвода захолаживающего теплоносителя.

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1, 2).

На фиг. 1 представлена функциональная схема устройства для контроля герметичности емкостей, работающих в вакууме при низких температурах, где: 1 - испытательная камера; 2 - контролируемая емкость; 3 - течь; 4 - течеискатель; 5 - трубопровод подачи жидкого хладагента; 6 - трубопровод дренажа жидкого хладагента; 7 - трубопровод подачи контрольного газа; 8 - манометр; 9 - вымораживающий экран со щелями;
10 - трубопровод подачи захолаживающего теплоносителя;
11 - трубопровод отвода захолаживающего теплоносителя;
13 - система вакуумирования испытательной камеры;
14 - датчик уровня.

На фиг. 2 изображен разрез А-А, где 12 - поверхность вымораживающего экрана со щелями.

Предлагаемое устройство содержит испытательную камеру 1 для размещения контролируемой емкости 2 с течью 3 и сообщенную с трубопроводами подачи 5 и дренажа 6 жидкого хладагента и с трубопроводом подачи контрольного газа 7, течеискатель 4, манометр 8, датчик уровня 14 и вымораживающий экран со щелями 9, сообщенный с трубопроводами подачи 10 и отвода 11 захолаживающего теплоносителя. Контролируемая емкость 2 окружена со всех сторон вымораживающим экраном 9. Испытательная камера 1 сообщена с системой вакуумирования 13.

Устройство работает следующим образом.

Помещают контролируемую емкость 2 в испытательную камеру 1. Вакуумируют последнюю с помощью системы вакуумирования 13. Охлаждают контролируемую емкость 2 наполнением ее через трубопроводы подачи 5 и дренажа 6 жидким хладагентом. Захолаживают вымораживающий экран 9 наполнением его через трубопроводы 10, 11 захолаживающим теплоносителем (в этой роли может выступать и хладагент, применяемый для охлаждения контролируемой емкости 2). Вытесняют жидкий хладагент из емкости 2 заполнением ее через трубопровод 7 контрольным газом (контроль давления по манометру 8).

В процессе вытеснения хладагента при открытии течи 3 молекулы контрольного газа и паров хладагента вылетают через течь 3 наружу, где сталкиваются с поверхностью 12 вымораживающего экрана 9. В связи с тем, что поверхность 12 имеет более низкую температуру, чем молекулы паров хладагента, последние отдают ей свою энергию, что вызывает макропроцесс конденсации вещества хладагента на поверхности 12 вымораживающего экрана 9. Молекулы же контрольного газа, отражаясь от поверхности 12, беспрепятственно проникают сквозь щели вымораживающего экрана 9 в объем испытательной камеры 1 (так как имеют температуру конденсации ниже, чем температура теплоносителя, захолаживающего вымораживающий экран 9), создавая парциальное давление, регистрируемое течеискателем 4, причем это парциальное давление не отличается от парциального давления контрольного газа, подаваемого в контролируемую емкость 2.

Уровнемер 14 позволяет определить уровень места нахождения течи 3, что облегчит ее поиск.

Предложенное изобретение повышает точность контроля герметичности за счет уменьшения ошибки, связанной с понижением парциального давления паров хладагента в струе контрольного газа, истекающего из течи, что гарантирует качественное изготовление, и, следовательно, надежную эксплуатацию емкостей, например топливных баков ракет-носителей, работающих в вакууме при низких температурах.

В предлагаемой конструкции устройства использованы все материалы, выпускающиеся промышленными партиями. Изготовление устройства осуществляется по общепринятой в отечественной промышленности технологии.

Литература
1. Авторское свидетельство СССР N 237433, МПК⁶ G 01 M 3/26, 1967 г.

2. Патент РФ N 2032888, МПК⁶ G 01 М 3/04, 1991 г.

Формула изобретения

Устройство для контроля герметичности емкостей, работающих в вакууме при низких температурах, содержащее испытательную камеру для размещения контролируемой емкости, сообщенную с трубопроводами подачи и дренажа жидкого хладагента и с трубопроводом подачи контрольного газа, течеискатель, манометр, уровнемер, отличающееся тем, что контролируемая емкость окружена со всех сторон вымораживающим экраном с щелями, сообщенным с трубопроводами подачи и отвода захолаживающего теплоносителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2