CC BY
45
Секция «Двигатели и энергетические установки летательньх и космических аппаратов»
УДК 621.4
ОСОБЕННОСТИ ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ РАКЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ГЕРМЕТИЧНОСТЬ МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
М. А. Тимошева, М. Г. Павлюченко Научный руководитель - В. Ю. Журавлев
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
E-mail: [email protected]
Рассматривая методы исследования ракетных двигателей на негерметичность, возникает вопрос, какой способ обеспечит более точное испытание изделий на герметичность. Рассмотренный метод исследования позволяет более точно определить малейшие утечки.
Ключевые слова: масс-спектрометрический метод, метод щупа, герметичность, локализация течей.
FEATURES OF TESTS OF ROCKET ENGINES ON THE TIGHTNESS OF THE MASS-SPECTROMETRIC METHOD
M. A. Timoshev, M. G. Pavlyuchenko Scientific Supervisor - V. Yu. Zhuravlev
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]
Considering the research methods of rocket engines on leakage, the question arises which method will provide more accurate test products for leaks. The method of research enables us to identify( or register) the slightest leak.
Keywords: mass-spectrometric method, probe, leak, leaks localization.
Герметичность - это свойство изделия не пропускать рабочее вещество и окружающую среду через соединения и материал конструкции.
Степень негерметичности изделия определяется потоком рабочего или контрольного вещества через сквозные каналы или пористые участки при определенных условиях. Целью испытаний на герметичность является оценка степени соответствия фактической негерметичности допустимой для конкретного объекта испытаний. Различают контроль суммарной и локальной герметичности [1].
Контроль суммарной герметичности - определение общей утечки из всех имеющихся микронеплотностей объекта испытаний. Контроль локальной герметичности - определение местоположения течей или выделение негерметичного участка поверхности объекта испытаний.
Чувствительность метода контроля герметичности определяется минимальным потоком контрольного вещества, надежно регистрируемого конкретным методом испытаний в рабочих условиях.
К одним из наиболее универсальных и широко применяемых методов испытаний на герметичность жидкостных ракетных двигателей и их элементов относится газоаналитический метод контроля, обладающий высокой чувствительностью Q = 1 ■ 10-9 Вт.
Этот метод позволяет проводить количественную оценку герметичности с помощью газоанализаторов, в качестве которых применяются масс-спектрометрические течеискатели.
В основу масс-спектрометрического метода положены принципы выделения из смеси газов одного вида газа - контрольного. В качестве контрольного газа используется Гелий, имеющий ряд преимуществ: малый диаметр молекул, обеспечивающий высокую проникающую способность; он не присутствует в воздухе, что облегчает контроль его концентрации в гелиево-воздушной смеси; явля-
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1
ется инертным газом. На рис. 1 представлена принципиальная схема масс-спектрометрической камеры. Из раскалённого платинового катода 4 исходит поток электронов (электронная эмиссия).
Под его воздействием поток газа ионизируется. Ионы разных газов под действием силы Лоренса движутся по разным траекториям. На пути пучка ионов установлена диафрагма 5 с отверстием. Ионы гелия попадают на коллектор 6, тем самым замыкая цепь катод-анод. Ионный ток фиксируется миллиамперметром, многократно усиливается и сопровождается звуковым индикатором. МСК входит в состав прибора ПТИ (передвижной течеискатель) [2].
Рис. 1. Принципиальная схема масс-спектрометрической камеры: 1 - крышка; 2 - корпус; 3 - ионный источник; 4 - катод; 5 - диафрагма;
6 - коллектор
Исследование суммарной не герметичности производится в следующем порядке:
- Перед наддувом испытуемого изделия полость барокамеры вакуумируется и показанием миллиамперметра регистрируется гелиевый фон а0.
- Далее полость камеры соединяется с эталонной течью путем открытия вентиля 8 (рис. 2). Поток гелия Qэт, величина которого указана в паспорте на эталонную течь, замыкает ионную цепь. ПТИ регистрирует суммарную величину тока аэт + ао.
- Далее вентиль 8 перекрывается, подается гелий или гелиево-воздушная смесь под испытательным давлением в полость изделия, выдерживается определенное время, заданное в КД. ПТИ регистрирует «ток утечки» аизд.
В случае негерметичности, превышающей установленную в конструкторской документации норму, барокамеру развакуумируют и проводят поиск течи методом «Щупа». Его сущность заключается в обследовании с помощью щупа-натекателя объекта испытаний, находящегося под давлением контрольного газа [3].
Контрольный газ при наличии негерметичпости попадает в течеискатель, выносной прибор которого отклонением стрелки и применением тонального звукового сигнала фиксирует течь.
Принципиальная схема контроля герметичности способом «щупа» с помощью течеискателя типа ПТИ представлена на рис. 3.
Способ «щупа» применяется для поиска течей в основном материале, сварных швах в ниппельных, фланцевых и других видах соединений. Чувствительность метода 10...10-8 Вт.
Применение способа «щупа» возможно в двух режимах: статическом и динамическом.
Контроль герметичности в статическом режиме предусматривает последовательное перемещение щупа с насадкой или иглой Льюера по контролируемой поверхности. Время выдержки каждого замера в статическом режиме определяется технологическим процессом (не менее 30 с). Контроль
Секция «Двигателии энергетические установки летательньш и космических аппаратов»
герметичности в динамическом режиме осуществляется посредством перемещения щупа по контролируемой поверхности непрерывно [3].
Рис. 2. Принципиальная схема испытаний в стационарной барокамере: 1, 2 - масс-спектрометрические течеискатель; 3 - датчик низкого и среднего вакуума; 4 - датчик высокого вакуума; 5 - корпус барокамеры; 6 - ОИ; 7 - вакуумметр; 8,12,16,17 - вакуумные вентили; 9 - эталонная калиброванная течь; 10 - пневмопульт; 11 - подставка по ОИ; 13 - механический насос; 14 - высоковакуумный агрегат; 15 - форвакуумный насос
Рис. 3. Принципиальная схема испытаний способом «щупа»: 1 - пневмопульт; 2 - объект испытания; 3 - щуп-натекатель; 4 - трубопровод; 5 - течеискатель; 6 - система откачки; 7 - вакуумный клапан
Данный метод исследования ракетных двигателей на негерметичность является наиболее востребованным из-за высокой чувствительности газоанализатора, позволяющего зарегистрировать малейшие утечки. А также нейтральность рабочего вещества.
Библиографические ссылки
1. Воробей В. В., Логинов В. Е. Технология производства жидкостных ракетных двигателей : учебник. М. : Изд-во МАИ, 2001. 496 с.
2. Конструкция и проектирование жидкостных ракетных двигателей : учебник для студентов вузов по специальности «Авиационные двигатели и энергетические установки» / Г. Г. Гахун, В. И. Баулин, В. А. Володин и др. / под общ. ред. Г. Г. Гахуна. М. : Машиностроение, 1989. 424 с.: ил.
3. ГОСТ 24054-80 Изделия машиностроения и приборостроения. Методы испытаний на герметичность. Общие требования. М. : Изд-во стандартов, 1990.
© Тимошева М. А., Павлюченко М. Г., 2016
