RU2172478C2

RU2172478C2 - Device for check-up of leak-proofness of vessels operating in vacuum at low temperatures

Info

Publication number: RU2172478C2
Application number: RU99120322A
Authority: RU
Inventors: П.П. Замятин; А.Г. Ирисов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева"
Filing date: 1999-09-27
Publication date: 2001-08-20

Abstract

FIELD: test equipment, applicable in check-up of leak-proofness of fuel tanks of launch vehicles operating in vacuum at low temperatures. SUBSTANCE: the device has a test chamber for accommodation of the vessel to be tested communicating with the liquid refrigerant feed and vent pipelines and with the test gas feed pipeline, leak detector, pressure gauge, level gauge and a device for cooling of the test gas communicating with the test gas feed pipeline. The cooling device may be made as a heat exchanger, which communicates with the liquid refrigerant feed source. The cooling device may be made as a throttling system. A throttle valve is installed at the inlet of the cooling device. Throttle valves may be installed at the inlet and outlet of the cooling device. EFFECT: enhanced accuracy of leak-proofness test. 6 cl, 1 dwg

Description

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. The invention relates to the field of testing equipment and can be used to control the tightness of containers, for example, fuel tanks of launch vehicles operating in vacuum at low temperatures.

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]. A device for monitoring the tightness of containers operating in vacuum at low temperatures, comprising a test chamber for accommodating a controlled tank, a leak detector mounted on a test chamber, a liquid refrigerant filling system and a test gas filling system connected to a controlled tank, a control flow connected during the control with a test chamber [1].

Недостатком такого устройства 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 газжидкость), соответствует и определенная концентрация контрольного газа в объеме, заполненном контрольным газом. The disadvantage of this device is the low accuracy of the tightness control, which is explained by the following. Since the control gas that displaces the liquid refrigerant from the tank, as a rule, has a temperature higher than the temperature of the liquid refrigerant, as the tank is filled with control gas, the total heat flow from the volume filled with the control gas to the volume filled with liquid refrigerant increases, which leads to a constant the displacement of thermodynamic equilibrium at the gas-liquid interface and, consequently, to an increase in the flow of vapor of liquid refrigerant into the control gas, i.e., as the container is filled with control gas, its concentration in the filled volume decreases, and a certain ratio of the volumes of the control gas in the volume filled with the control gas corresponds to a certain ratio of the volumes filled with the control gas and liquid refrigerant (a certain level of the gas-liquid interface).

Таким образом, через течь емкости в испытательную камеру приникает 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. Thus, a gas stream (a mixture of control gas with liquid refrigerant vapors) with a concentration of control gas in it (depending on the ratio of the volumes filled with the control gas and liquid refrigerant) different from the concentration of the control gas in a calibrated gas stream enters the test chamber through the tank leak (pure control gas in the gas flow through the control leak), resulting in a judgment about the tightness of the tank, based on a comparison of the change in the concentration of the control gas in the test As the gas streams flow through the vessel and through the flow control when, if unequal, the known test gas concentration therein, a certain inaccuracy is introduced (typically occurs understating the actual value of leakage capacitance) that may result in no detection.

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, с трубопроводом подачи контрольного газа и с уровнемером, течеискатель, манометр [2]. Данное техническое решение принято заявителем за прототип. Closest to the technical nature of the present invention is a device for monitoring the tightness of containers operating in vacuum at low temperatures, containing a test chamber for placing a controlled tank, in communication with pipelines for supplying and draining liquid refrigerant, with a piping for supplying control gas and with a level gauge, a leak detector, pressure gauge [2]. This technical solution was made by the applicant for the prototype.

Недостатками прототипа является невысокая точность контроля герметичности по причинам, описанным выше, а также 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. The disadvantages of the prototype is the low accuracy of the tightness control for the reasons described above, as well as the fact that for its successful use it is necessary to first determine the presence of leaks (leaks) in the tested product, and this may not happen due to the reasons described above.

Кроме того, устройство-прототип не позволяет вести непрерывные точные измерения негерметичности в связи с необходимостью постоянно подстраиваться под изменяющуюся концентрацию пробного газа, истекающего из места течи изделия, что ведет к существенным временным затратам. In addition, the prototype device does not allow continuous accurate measurements of leakage due to the need to constantly adapt to the changing concentration of the sample gas flowing out of the leak of the product, which leads to significant time costs.

Задачей изобретения является повышение точности контроля герметичности. The objective of the invention is to improve the accuracy of the tightness control.

Поставленная задача достигается тем, что в 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, введено устройство захолаживания контрольного газа, сообщенное с трубопроводом подачи контрольного газа. Устройство захолаживания выполнено в виде теплообменника. Теплообменник сообщен с источником подачи жидкого хладагента. Устройство захолаживания выполнено в виде системы дросселирования. На входе устройства захолаживания выполнен дроссель. На входе и выходе устройства захолаживания установлены дроссели. This object is achieved by the fact that a leak detector, a pressure gauge, a pressure gauge are introduced into the device for monitoring the tightness of containers operating in vacuum at low temperatures, containing a test chamber for placement of a controlled tank, in communication with pipelines for supplying and draining liquid refrigerant and with a piping for supplying control gas test gas cooling device in communication with the test gas supply line. The cooling device is made in the form of a heat exchanger. The heat exchanger is in communication with a source of supply of liquid refrigerant. The cooling device is made in the form of a throttling system. A choke is made at the input of the cooling device. Inductors are installed at the input and output of the cooling device.

Сущность изобретения поясняется чертежом, где 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 - манометр;
6 - трубопровод подачи жидкого хладагента;
7 - трубопровод дренажа жидкого хладагента;
8 - трубопровод подачи контрольного газа;
9 - уровнемер;
10 - устройство захоложивания контрольного газа;
11 - система вакуумирования испытательной камеры.The invention is illustrated in the drawing, which shows a functional diagram of a device for monitoring the tightness of containers operating in vacuum at low temperatures, where:
1 - test chamber;
2 - controlled capacity;
3 - leak;
4 - leak detector;
5 - pressure gauge;
6 - pipeline supplying liquid refrigerant;
7 - a pipeline of drainage of liquid refrigerant;
8 - pipeline supply of control gas;
9 - level gauge;
10 - device for cooling the control gas;
11 - evacuation system of the test chamber.

Предлагаемое устройство содержит испытательную камеру 1 для размещения контролируемой емкости 2 с течью 3 и сообщенную с трубопроводами подачи 6 и дренажа 7 жидкого хладагента и с трубопроводом подачи контрольного газа 8, течеискатель 4, манометр 5, уровнемер 9 и устройство захолаживания контрольного газа 10, сообщенное с трубопроводом подачи контрольного газа 8. Испытательная камера 1 сообщена с системой вакуумирования 11. The proposed device contains a test chamber 1 for placement of a controlled tank 2 with a leak 3 and connected with the supply piping 6 and drain 7 of liquid refrigerant and with the supply pipe of the control gas 8, leak detector 4, manometer 5, level gauge 9 and the cooling device of the control gas 10, in communication with test gas supply line 8. Test chamber 1 is in communication with a vacuum system 11.

Устройство работает следующим образом. Помещают контролируемую емкость 2 в испытательную камеру 1. Вакуумируют последнюю посредством системы вакуумирования 11. Охлаждают контролируемую емкость 2 наполнением ее через трубопроводы подачи 6 и дренажа 7 жидким хладагентом. Вытесняют жидкий хладагент из контролируемой емкости 2 заполнением ее через трубопровод 8 контрольным газом, захоложенным путем пропускания его через устройство захолаживания контрольного газа 10. Устройство захолаживания может быть выполнено также в виде системы дросселирования газа или путем установки дросселя на входе или выходе устройства захолаживания контрольного газа 10, выполненного в виде теплообменника. Возможно применение в качестве теплоносителя теплообменника хладагента, используемого для захолаживания испытываемой емкости. При этом дросселирование газа производят до температуры более низкой, чем температура жидкого хладагента, до открытия течи 3. The device operates as follows. Place the controlled tank 2 in the test chamber 1. The latter is evacuated by means of a vacuum system 11. Cool the controlled tank 2 by filling it through the supply piping 6 and drain 7 with liquid refrigerant. The liquid refrigerant is displaced from the monitored tank 2 by filling it through the pipe 8 with control gas refrigerated by passing it through the test gas cooling device 10. The cooling device can also be made in the form of a gas throttling system or by installing a throttle at the inlet or outlet of the control gas cooling device 10 made in the form of a heat exchanger. It is possible to use a coolant heat exchanger as a coolant used to cool the test tank. When this throttling of the gas is carried out to a temperature lower than the temperature of the liquid refrigerant, before the opening of the leak 3.

При помощи течеискателя 4 измеряют величину изменения концентрации контрольного газа в испытательной камере 1 от течи 3 контролируемой емкости 2, по которой, сравнивая ее с допустимой величиной изменения концентрации (допустимой величиной негерметичности), судят о герметичности контролируемой емкости 2. Using a leak detector 4, the magnitude of the change in the concentration of the control gas in the test chamber 1 from the leak 3 of the monitored tank 2 is measured, by which, comparing it with the permissible magnitude of the change in concentration (permissible value of leakage), the tightness of the monitored tank 2 is judged.

При негерметичности емкости, по показанию уровнемера 9, определяют уровень раздела газ-жидкость, и, следовательно, уровень нахождения течи 3. If the tank is leaking, according to the level gauge 9, the level of the gas-liquid section is determined, and, therefore, the level of leak detection 3.

Предложенное изобретение повышает точность контроля герметичности вследствие понижения парциального давления паров хладагента за счет уменьшения парообразования на границе жидкий хладагент-контрольный газ, что гарантирует качественное изготовление, и, следовательно, надежную эксплуатацию емкостей, например топливных баков ракет-носителей, работающих в вакууме при низких температурах. The proposed invention improves the accuracy of tightness control due to lower partial pressure of refrigerant vapors by reducing vaporization at the liquid refrigerant-control gas interface, which guarantees high-quality production and, therefore, reliable operation of tanks, for example, fuel tanks of launch vehicles operating in vacuum at low temperatures .

В предлагаемой конструкции устройства использованы все материалы, выпускающиеся промышленными партиями. Изготовление устройства осуществляется по общепринятой в отечественной промышленности технологии. In the proposed design of the device, all materials manufactured in industrial batches are used. The device is manufactured according to technology generally accepted in the domestic industry.

Литература
1. Авторское свидетельство СССР N 237433, МПК⁶ G 01 М 3/26, 1967 г.Literature
1. USSR author's certificate N 237433, IPC ⁶ G 01 M 3/26, 1967

2. Патент РФ N 2032888, МПК⁶ G 01 М 3/04, 1991 г.2. RF patent N 2032888, IPC ⁶ G 01 M 3/04, 1991

Claims

1. A device for monitoring the tightness of containers operating in vacuum at low temperatures, comprising a test chamber for placing a controlled container, in communication with pipelines for supplying and draining liquid refrigerant and piping for supplying a control gas, a leak detector, pressure gauge, level gauge, characterized in that it is introduced test gas cooling device in communication with the test gas supply line.

2. The device according to p. 1, characterized in that. that the cooling device is made in the form of a heat exchanger.

3. The device according to claim 1 or 2, characterized in that the heat exchanger is in communication with a supply source of liquid refrigerant.

4. The device according to p. 1, characterized in that the cooling device is made in the form of a throttling system.

5. The device according to claim 1 or 2, characterized in that a choke is installed at the input of the cooling device.

6. The device according to claim 1 or 2, characterized in that chokes are installed at the input and output of the cooling device.