RU2851663C1 - Способ проверки герметичности криогенного топливного бака транспортного средства - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области диагностирования технического состояния криогенного оборудования, работающего под давлением, а именно к области освидетельствования криогенных топливных баков и запорной арматуры автомобильных транспортных средств. В способе при проверке герметичности криогенного топливного бака транспортного средства сливают из него остаток криогенного топлива, продувают топливные магистрали и криогенный топливный бак инертным газом. Затем устанавливают на сливную горловину криогенного топливного бака герметичную крышку с подключенным к ней манометром и соединенную с насосно-вакуумной установкой. Опускают через топливную горловину криогенного топливного бака диагностический щуп и измерительный щуп. Диагностический щуп оснащают генераторами звуковой частоты, измерительный щуп оснащают видеокамерой с лампой подсветки и датчиком давления. Устанавливают на топливную горловину герметичную крышку с двумя уплотнителями для диагностического и измерительного щупов. Монтируют на наружную поверхность криогенного топливного бака с фронтальной и торцевой боковых сторон вибро-акустические датчики, подключенные к цифровому входу ЭВМ. После чего проводят первичную диагностику на удержание вакуума путем откачки среды из криогенного топливного бака с помощью насосно-вакуумной установки с фиксацией на 5 мин достигнутого при откачке конечного давления, контролируемого с помощью датчика давления и манометра, видеофиксации данного процесса видеокамерой с лампой подсветки. Затем проводят вторичную диагностику путем получения с вибро-акустических датчиков спектров сигналов в установившейся разреженной среде и подачей управляющих воздействий на генераторы звуковой частоты. После этого давление в криогенном топливном баке постепенно повышают с интервалом 0,01 МПа до 0,5 МПа с повторным получением спектров звукового сигнала, снятого с помощью вибро-акустических датчиков. Сравнивают полученные в результате исследования спектры сигналов с эталонными для данного типа криогенных баков. Делают заключение о герметичности криогенного топливного бака. Отключают насосно-вакуумную установку. Последовательно открывают герметичную крышку сливной горловины и герметичную крышку топливной горловины. Извлекают диагностический и измерительный щупы. Направляют транспортное средство на заправку. Технический результат заключается в предотвращении необходимости демонтажа криогенного бака транспортного средства при проведении процедур периодического освидетельствования на герметичность криогенного топливного бака. 3 ил.

Description

Область техники

Настоящее изобретение относится к области диагностирования технического состояния криогенного оборудования, работающего под давлением, а именно, к области освидетельствования криогенных топливных баков и запорной арматуры автомобильных транспортных средств.

Уровень техники

Диагностика криогенных баков транспортных средств включает в себя комплекс мероприятий по определению технического состояния и работоспособности изделий, предназначенных для хранения криогенных жидкостей, и продиктованных необходимостью для обеспечения безопасности эксплуатации, предотвращения причинения ущерба третьим лицам, соблюдения установленных заводами-изготовителями сроков службы.

При проведении диагностики криогенных баков рекомендуется использовать следующие методы диагностики: - визуальный осмотр, в процессе которого проводится оценка внешнего состояния бака, выявление видимых дефектов, таких как внешняя коррозия, трещины, повреждения сварных швов; - неразрушающий контроль, направленный на выявление скрытых дефектов без повреждения материала бака; - испытания на прочность и герметичность, при котором выполняется проверка на соответствие требованиям безопасности при повышенном давлении и вакууме.

Необходимость проведения диагностических процедур криогенных баков обусловлена особыми условиями эксплуатации, связанными со специальными требованиями к герметичности и изоляции баков для предотвращения утечек и испарения криогенных жидкостей и сложной многослойной конструкцией, наличием в изделии слоев с вакуумной изоляцией, гранул, минеральной ваты, и нескольких герметичных металлических оболочек.

Известен способ определения места течи в трубопроводе и устройство для его реализации (RU №2249802, G01M 3/24, F17D 5/02) основанный на приеме шума вытекающей струи с помощью двух акустических датчиков, преобразование этого шума в электрические напряжения, дискретизацию, фильтрацию и анализ. Акустические датчики расположены в одном месте трубопровода, причем один из них обеспечивает прием акустических волн - сигналов, распространяющихся по оболочке трубопровода, а второй обеспечивает прием акустических волн, распространяющихся в среде, окружающей трубопровод. Принятые сигналы подвергают взаимоспектральной обработке, а по данным о действительной и мнимой частях взаимного спектра находят задержку между сигналами, распространяющимися в двух средах и имеющих из-за этого разные скорости акустических колебаний.

Недостатком данного способа является необходимость установки акустического датчика непосредственно на поверхность контролируемого устройства, что недостижимо для криогенного бака ввиду особенностей конструкции, связанных с теплоизоляцией и влиянием внешних шумовых возмущений на второй акустический датчик.

Известен способ испытания герметичности (RU №2252403, G01M 3/00), согласно которому задачи достигаются посредством способа испытания для проверки герметичности, по меньшей мере, одного закрытого и наполненного сосуда, содержимое которого включает, по меньшей мере, один жидкий компонент, причем разность давлений прикладывают, по меньшей мере, к части стенки сосуда, подлежащей проверке на герметичность, причем разность давлений направляют к окружающему сосуд пространству, дополнительное давление в окружающем сосуд пространстве контролируют в качестве показывающего утечку сигнала, отличающегося тем, что разность давлений устанавливают посредством понижения давления в окружающем сосуд пространстве, по меньшей мере, до величины, которая соответствует давлению пара, по меньшей мере, одного жидкого компонента заполняющего продукта подлежащего испытанию сосуда.

Недостатком данного способа является необходимость демонтажа криогенного бака с транспортного средства и его последующая установка в герметичном пространстве (камере) объема большего испытываемого изделия и заполнением паром, что неприменимо из-за сложности монтажных работ, малых диаметров трубок бака и наличия изоляции боковых поверхностей исследуемого бака.

Также известен способ испытания изделий на герметичность (RU №2390744, G01M 3/06), согласно которому испытуемое изделие соединяется с воздушной полостью барботера, соединенного с ресивером, объем которого выбирают из условия обеспечения выделения пузырьков при допустимой утечке из изделия известного объема с заданной погрешностью, с трубкой барботера, одновременного заполнения ресивера, изделия и барботера газом под контрольным давлением, регистрации выделяющихся из трубки барботера пузырьков газа, по которым судят о негерметичности изделия, перед соединением изделия с воздушной полостью барботера подводят в изделие колебательное знакопеременное давление амплитудой 250-500 Па и частотой 0,1-0,2 Гц в течение 60 с.

Применение данных способов испытаний при проведении процедур периодического освидетельствования криогенных баков транспортных средств сопряжено с рядом сложностей, является затратным, как по времени проведения испытаний, так и по объему вспомогательных работ, в виду следующих недостатков приведенных способов исследования:

- требуется проведение полного демонтажа испытуемого изделия с транспортного средства и его помещения в специальную герметичную камеру, что требует наличия цеха, производственного оборудования и специалистов для обслуживания определенного типа транспортных средств;

- требуется иметь или несколько герметичных камер разного размера для размещения изделий разных габаритных размеров, или использовать герметичную камеру для изделий наибольшее выпускаемого промышленностью габарита криогенного бака. При использовании для испытания изделия малого объема камеры большого объема существенно падает точность результатов испытаний.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание способа проверки герметичности криогенного бака транспортного средства, достаточного для выдачи заключения о возможности дальнейшей эксплуатации на основании результатов испытаний.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является предотвращение необходимости демонтажа криогенного бака транспортного средства при проведении процедур периодического освидетельствования на герметичность криогенного топливного бака и остаточный ресурс, связанных с необходимостью обеспечения безопасности эксплуатации криогенного оборудования.

Сущность изобретения.

Поставленная задача и технический результат достигаются за счет того, что при способе проверки герметичности криогенного топливного бака транспортного средства сливают из него остаток криогенного топлива, продувают топливные магистрали и криогенный топливный бак инертным газом, затем устанавливают на сливную горловину криогенного топливного бака герметичную крышку с подключенным к ней манометром и соединенную с насосно-вакуумной установкой, опускают через топливную горловину криогенного топливного бака диагностический щуп и измерительный щуп, диагностический щуп оснащают генераторами звуковой частоты, измерительный щуп оснащают видеокамерой с лампой подсветки и датчиком давления, устанавливают на топливную горловину герметичную крышку с двумя уплотнителями для диагностического и измерительного щупов, монтируют на наружную поверхность криогенного топливного бака с фронтальной и торцевой боковых сторон вибро-акустические датчики, подключенные к цифровому входу ЭВМ, после чего проводят первичную диагностику на удержание вакуума, путем откачки среды из криогенного топливного бака с помощью насосно-вакуумной установки с фиксацией на 5 минут достигнутого при откачке конечного давления, контролируемого с помощью датчика давления и манометра, видеофиксации данного процесса видеокамерой с лампой подсветки, затем проводят вторичную диагностику путем получения с вибро-акустических датчиков спектров сигналов в установившейся разреженной среде и подачей управляющих воздействий на генераторы звуковой частоты, после этого давление в криогенном топливном баке постепенно повышают с интервалом 0,01 МПа до 0,5 МПа с повторным получением спектров звукового сигнала, снятого с помощью вибро-акустических датчиков, сравнивают полученные в результате исследования спектры сигналов с эталонными для данного типа криогенных баков, делают заключение о герметичности криогенного топливного бака, отключают насосно-вакуумную установку, последовательно открывают герметичную крышку сливной горловины и герметичную крышку топливной горловины , извлекают диагностический и измерительный щупы, направляют транспортное средство на заправку.

Таким образом, при проверке герметичности криогенного топливного бака транспортного средства выполняются: комплекс диагностических мероприятий в составе визуального контроля поверхности криогенного топливного бака с помощью погружаемой видеокамеры снабженной лампой подсветки и вибро-акустическое исследование набором частот при различных уровнях давления во внутреннем сосуде криогенного топливного бака, что позволяет выявить дефекты материала криогенного топливного бака.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 приведена общая схема проверки герметичности криогенного топливного бака транспортного средства, где цифрами обозначено: 1-криогенный топливный бак; 2 - топливные магистрали; 3 - сливная горловина; 4 - герметичная крышка; 5 - манометр; 6 - насосно-вакуумная установка; 7 - топливная горловина; 8 - диагностический щуп; 9 - измерительный щуп; 10 - генераторы звуковой частоты; 11 - видеокамера с лампой подсветки; 12 - датчик давления; 13 - герметичная крышка с двумя уплотнителями; 14 - вибро-акустические датчики; 15 - цифровой вход ЭВМ.

На фиг. 2 приведена схема герметичной крышки сливной горловины с манометром, где цифрами обозначено: 4 - герметичная крышка; 5 - манометр; 6 - насосно-вакуумная установка.

На фиг. 3 приведена схема герметичной крышки топливной горловины диагностируемого бака, где цифрами обозначено: 8 - диагностический щуп; 9 - измерительный щуп; 12 - датчик давления; 13 - герметичная крышка.

Предлагаемый способ проверки герметичности криогенного топливного бака транспортного средства реализован следующим образом.

В процессе проверки герметичности криогенного топливного бака транспортного средства 1 сливают из него остаток криогенного топлива. Продувают топливные магистрали 2 и криогенный топливный бак 1 инертным газом. Для этого в сливную горловину 3 подают инертный газ, например, азот, с температурой окружающей среды и давлением 1,2 МПа, что позволяет создать в криогенном топливном баке 1 и топливных магистралях 2 инертную среду с избыточным давлением. После чего открывают топливную горловину 7, при одновременной подаче в сливную горловину 3 инертного газа под давлением 0,5 МПа, для обеспечения полного испарения остатков горючего, повышения температуры стенок криогенного топливного бака 1 до температуры окружающей среды и опорожнения тепловых магистралей 2, путем их продувки. Затем с помощью штатных разъемов устанавливают на сливную горловину 3 криогенного топливного бака 1 герметичную крышку 4 с подключенным к ней манометром 5, и соединенную с насосно-вакуумной установкой 6. Опускают через топливную горловину 7 криогенного топливного бака 1 диагностический щуп 8 и измерительный щуп 9 на глубину достаточную для прохождения щупов во внутреннее пространство криогенного топливного бака 1. Диагностический щуп 8 оснащают генераторами звуковой частоты 10, измерительный щуп 9 оснащают видеокамерой с лампой подсветки 11 и датчиком давления 12. При погружении диагностического 8 и измерительного 9 щупов требуется чтобы генераторы звуковой частоты 10 и датчик давления 12 находились во внутреннем пространстве криогенного топливного бака 1 или лежали на его внутренней поверхности, при этом глубину погружения диагностического и 8 и измерительного 9 щупов контролируют с помощью видеокамеры с лампой подсветки 11. Устанавливают на топливную горловину 7 герметичную крышку с двумя уплотнителями 13 для диагностического 8 и измерительного 9 щупов. На наружную поверхность криогенного топливного бака 1 с фронтальной и торцевой боковых сторон монтируют вибро-акустические датчики 14, выходы которых подключают к цифровому входу ЭВМ 15. После чего проводят первичную диагностику на удержание вакуума, путем откачки разряженной среды из криогенного топливного бака 1 с помощью насосно-вакуумной установки 6 с фиксацией на 5 минут достигнутого при откачке конечного давления, контролируемого с помощью датчика давления 12 и манометра 5, видеофиксации данного процесса видеокамерой с лампой подсветки 11. Перед началом откачки воздуха производят закрытие задвижек запорной арматуры (на фиг. не показано) криогенного топливного бака 1. Откачку воздуха производят внешним насосом (на фиг. не показано) и завершают при создании внутри криогенного топливного бака 1 разряженной среды, степень разряжения контролируют по показаниям датчика давления 12. При возникновении притока воздуха герметичность системы оказывается нарушенной, что может быть следствием недостаточной герметичности запорной арматуры (на фиг. не показано) криогенного топливного бака 1 или наличия трещин непосредственно в корпусе криогенного топливного бака 1. Полученное давление записывают в протокол исследования, насосно-вакуумную установку 6 выключают, в протокол вносят показания манометра 5, и датчика давления 12. После чего первичную проверку считают законченной. Затем проводят вторичную диагностику путем получения с вибро-акустических датчиков 14 спектров сигналов в установившейся разреженной среде и подачей управляющих воздействий на генераторы звуковой частоты 10. Частоту звуковых колебаний, воспроизводимых генераторами звуковой частоты 10 задают при помощи программы установленной на ЭВМ. После этого давление в криогенном топливном баке 1 постепенно повышают с интервалом 0,01 МПа до 0,5 МПа с повторным получением спектров звукового сигнала, снятого с помощью вибро-акустических датчиков 14. Затем производят изменение давления в криогенном топливном баке 1 путем отключения насосно-вакуумной установки 6 и постепенного его нарастания до следующего контрольного значения, при котором повторяют процедуру подачи сигналов тех же частот, что и при предыдущем давлении в криогенно-топливном баке 1. Процедуру повторяют для атмосферного давления и избыточного давления 0,5 МПа. Сравнивают полученные в результате исследования спектры сигналов с эталонными для данного типа криогенных баков. При их совпадении делают заключение об отсутствии микротрещин и герметичности криогенного топливного бака 1, при наличии отклонения делают заключение о факте наличия трещин, при текущей герметичности. Отключают насосно-вакуумную установку 6. Последовательно открывают герметичную крышку 4 сливной горловины 3 и герметичную крышку 7 топливной горловины 7. Извлекают диагностический 8 и измерительный 9 щупы. Направляют транспортное средство на заправку.

Использование элементов нескольких методов диагностики в рамках одного заявленного способа: акустический, визуальный и вакуумный позволяет без демонтажа криогенного бака транспортного средства провести процедуру периодического освидетельствования на герметичность внутреннего сосуда и остаточный ресурс, связанных с необходимостью обеспечения безопасности эксплуатации криогенного оборудования, при этом заявленный способ возможен при диагностики различных моделей криогенных резервуаров различных производителей и конструкций.

Пример реализации заявленного способа

Пример 1

Транспортное средство с криогенными баками, например, КАМАЗ 5490 NEO LNG, подъезжает к диагностической площадке или оборудованию, сливную горловину криогенного топливного бака объемом 450 л, подключают к посту утилизации криогенного топлива, с помощью криогенного насоса входящего в состав поста утилизации производят перелив остатка топлива в криогенную емкость для сливаемого топлива, после чего в сливную горловину подают инертный газ, например, азот с температурой окружающей среды и давлением 1,2 МПа, что позволяет создать в криогенном топливном баке и топливных магистралях инертную среду с избыточным давлением. После чего открывают топливную горловину диаметром 45 мм, при одновременной подачей в течении 30 секунд в сливную горловину инертного газа (азот) под давлением 0,5 МПа, для обеспечения полного испарения остатков горючего, повышения температуры стенок криогенного топливного бака до температуры окружающей среды и опорожнения тепловых магистралей, путем их продувки. На сливную горловину диаметром 10 мм с помощью штатных разъемов устанавливают герметичную крышку с подключенным к ней манометром и соединенную с насосно-вакуумной установкой. Опускают через топливную горловину криогенного топливного бака диагностический и измерительный щупы, на глубину достаточную для прохождения щупов во внутреннее пространство криогенного топливного бака, при этом глубину погружения контролируют с помощью видеокамеры с лампой подсветки, установленной на диагностическом щупе. Требуется, чтобы все генераторы звуковой частоты и датчик давления находились во внутреннем пространстве криогенного топливного бака, или лежали на его внутренней поверхности. После чего на топливную горловину устанавливают герметичную крышку с двумя уплотнителями для диагностического и измерительного щупов. На наружную поверхность криогенного топливного бака с фронтальной стороны на расстоянии 150 мм друг от друга по одной прямой линии и по одному с каждой торцевой стороны на двустороннем скотче прикрепляют вибро-акустические датчики, выходы которых подключают к цифровому входу ЭВМ.

В качестве первичной диагностики производят проверку удержания разреженной среды в криогенном топливном баке, для этого с помощью органов управления (кнопки на панели) насосно-вакуумной установки ее включают в режиме откачки, после чего через 1-2 минуты, для объема 450 л, в криогенном топливном баке будет получена разреженная среда с давлением 0,02-0,03 Мпа. Полученное давление записывают в протокол исследования, насосно-вакуумную установку выключают, с помощью часов засекают период 300 секунд, по окончании которого в протокол вносят показания манометра, установленного на крышке сливной горловины и датчика давления. После чего первичная проверка закончена. При фиксации факта повышения давления в баке до 0,085 Мпа бак признают негерметичным и дальнейшее исследование не проводят. В противном случае, при сохранении давления в баке 0,02-0,04 МПа первичная проверка считается пройденной успешно. Вторую стадию проверки герметичности осуществляют следующим образом: с помощью программы установленной на ЭВМ задают частоту звуковых колебаний, воспроизводимых генераторами, установленными на измерительном щупе и размещенными во внутреннем пространстве криогенного топливного бака, в качестве начальной задается частота 50 Гц в течение 20 сек., а затем с интервалом 500 Гц проводят измерение длительностью по 20 сек. на частотах 550, 1050, 1550 и 2050 Гц. Вибрации и шумы снимают с помощью вибро-акустических датчиков. По окончании процедуры генераторы звуковой частоты выключают сигналом с ЭВМ, включается насосно-вакуумная установка, в бак нагнетается воздух до давления 0,25 МПа. После чего производят повторное снятие вибрации и шумов с помощью вибро-акустических датчиков. Для этого с помощью программы установленной на ЭВМ задают частоту звуковых колебаний, воспроизводимых генераторами звуковой частоты, установленными на измерительном щупе и размещенными во внутреннем пространстве криогенного топливного бака, в качестве начальной задается частота 50 Гц в течение 20 сек. подается начальная частота, а затем с интервалом 500 Гц проводят измерение длительностью по 20 сек. на частотах 550, 1050, 1550 и 2050 Гц. Процедуру повторяют для давлений в диапазоне до 0,5 МПа. С использование ЭВМ производят сравнение полученных в результате исследования спектров сигналов с эталонными для данного типа криогенных баков. При их совпадении делают заключение об отсутствии микротрещин и герметичности криогенного топливного бака, при наличии отклонения делается заключение о факте наличия трещин, при текущей герметичности. Последовательно отключают насосно-ваккумную установку, открывают герметичную крышку сливной горловины, открывают герметичную крышку топливной горловины, через которую извлекают диагностический и измерительный щупы, прошедшее диагностику транспортное средство на заправку.

Claims (1)

1. Способ проверки герметичности криогенного топливного бака транспортного средства, при котором сливают из него остаток криогенного топлива, продувают топливные магистрали и криогенный топливный бак инертным газом, затем устанавливают на сливную горловину криогенного топливного бака герметичную крышку с подключенным к ней манометром и соединенную с насосно-вакуумной установкой, опускают через топливную горловину криогенного топливного бака диагностический щуп и измерительный щуп, диагностический щуп оснащают генераторами звуковой частоты, измерительный щуп оснащают видеокамерой с лампой подсветки и датчиком давления, устанавливают на топливную горловину герметичную крышку с двумя уплотнителями для диагностического и измерительного щупов, монтируют на наружную поверхность криогенного топливного бака с фронтальной и торцевой боковых сторон вибро-акустические датчики, подключенные к цифровому входу ЭВМ, после чего проводят первичную диагностику на удержание вакуума путем откачки среды из криогенного топливного бака с помощью насосно-вакуумной установки с фиксацией на 5 минут достигнутого при откачке конечного давления, контролируемого с помощью датчика давления и манометра, видеофиксации данного процесса видеокамерой с лампой подсветки, затем проводят вторичную диагностику путем получения с вибро-акустических датчиков спектров сигналов в установившейся разреженной среде и подачей управляющих воздействий на генераторы звуковой частоты, после этого давление в криогенном топливном баке постепенно повышают с интервалом 0,01 МПа до 0,5 МПа с повторным получением спектров звукового сигнала, снятого с помощью вибро-акустических датчиков, сравнивают полученные в результате исследования спектры сигналов с эталонными для данного типа криогенных баков, делают заключение о герметичности криогенного топливного бака, отключают насосно-вакуумную установку, последовательно открывают герметичную крышку сливной горловины и герметичную крышку топливной горловины, извлекают диагностический и измерительный щупы, направляют транспортное средство на заправку.