книги из ГПНТБ / Тарасевич Р.М. Методы и средства проверки герметичности узлов, отсеков и систем летательных аппаратов учеб. пособие

Дания вакуума,к пароструйному насосу последовательно подсоединяют механический насос, который создает требуемое предварительное раз­ режение в выпускном патрубке пароструйного насоса;

3) быстродействием насоса (быстротой откачки, или скоростью откачки), измеряемым объемом газа, проходящего при давлении р через сечение выпускного патрубка насоса за единицу времени.

гическим процессом вакуума и для правильной оценки герметичности

их в процессе откачки. Интенсивность газоотделения зависит от тем­ пературы, размеров и качества обработки поверхности, наличия на поверхности влаги, масел и других загрязнений. Насколько большое влияние оказывают поверхностные загрязнения, можно судить хотя бы по тому, что I мг воды, испарившийся при комнатной температуре в

быстротой откачки 100 л/сек почти за сутки. Проницаемость материа­ ла, из которого изготовлены стенки изделия, может также существен­ но снижать герметичность. При этом следует учитывать, что разные газы по-разному проникают в различные материалы. Для примера на рис .4 приведены графики проницаемости различных материалов для газов при изменении температуры. Сплошными линиями обозначены данные, полученные экспериментально, пунктирными-теоретические данные.

19

Температура, °С

Рис.4. Проницаемость различных материалов для газов

Следует учесть, что проницаемость сталей для водорода возрас­ тает с ростом содержания в них углерода.

Металлы, имеющие крупнозернистую структуру, в большинстве слу­ чаев не обладают вакуумной плотностью, так как пространство между крупными зернами может быть незамкнутым. При литье деталей неиз­ бежно получение крупнозернистой структуры. Поэтому литые детали не применяется для узлов и отсеков ЛА, которые должны обладать высокой герметичностью.

При сравнительно небольшом вакууме, не выше І-ІСГ^ мм р т .с т ., возможно применение литья, но только с дополнительной обработкой для уплотнения. Такой дополнительной обработкой для литых деталей является горячее лужение, нанесение покрытий из вакуумно-плотных пластмасс типа полиэтилена, фторопласта и т .д . Возможна многократ­ ная ковка и прокатка литья. Таким образом, кроме правильного выбо­ ра материала серьезную роль играет технология обработки деталей (для исключения пор, раковин, трещин), из которых собираются гер­ метичные узлы, системы или отсеки, а также строгое соблюдение ваку­ умной гигиены. Под вакуумной гигиеной следует понимать обеспечение чистоты деталей, отсутствие загрязнений, тщательная осушка внутрен­ ней поверхности после промывки, обезжиривание. Поэтому технологи­ ческим процессом обязательно предусматривается механическая очист­

ка, обработка кислотой, промывка дистиллированной водой с хромпиком, бензином, спиртом до полного удаления грязи и обезжиривание с по -

20

следующей обязательной сушкой горячим воздухом в камерной печи, электрическими нагревателями, токами высокой частоты и другими способами до полного удаления влаги и обезгаживания. Время, необ­ ходимое для процесса обезгаживания путем прогрева, зависит от металлургической предыстории металла; это время уменьшается с ростом температуры и при наличии вакуума при сушке. На рис. 5 приведены графики, дающие представление о необходимом времени (в часах) при нормальном давлении для обезгаживания до Ъ% от ис­ ходной величины листового материала толщиной 0,1 мм.

Рис.5. Время обезга­ живания листового ме­ талла толщиной 0,1 мм

Температурно-вакуумный метод сушки наиболее эффективен, и поэтому он находит все более широкое применение при производстве ЛА. Этот метод будет описан в последующем разделе пособия.

Неисправность вакуумных насосов - случай достаточно редкий, и этот недостаток легко устранить. Практически при проверке герме­ тичности чаще всего газоотделение и натекание в систему наклады­ ваются друт на друга, и в этом случае общая характеристика изме­ нения давления в испытуемом объекте обычно имеет вид, показанный на рис.6.

21

Рис.6. Общая характеристика поведения вакуумной системы

Снятие подобного рода характеристик позволяет решить вопрос о натекании и установить в случае недопустимого нарастания давления при изоляции от откачки, необходимо ли искать течи или вначале надо устранить источники газоотделения.

4. Основные методы и способы проверки герметичности, приме­ няемые при производстве ДА

На рис. 7 приведен примерный перечень основных десяти методов и двадцати семи способов проверки герметичности, применяемых при производстве ЛА. Двойной линией на рисунке обозначены методы и способы, наиболее часто применяемые при производстве ЛА. Каждый из указанных способов обладает определенной чувствительностью (минимальный поток G или концентрация пробного вещества), на - дежно регистрируемом аппаратурой и приборами, применяемыми при дан­ ном способе. Излагая сущность тех или иных методов, мы будем ис­ ходить из следующих определений.

Рабочее вещество - (рабочая среда) - жидкость или газ, которыми заполняется узел, отсек или система при эксплуатации.

Контрольное вещество (контрольная среда) - жидкость, газ или смесь газов, которыми заполняется узел, отсек или система при испытании на герметичность.

Пробное вещество - жидкость или газ, регистрируемые прибором или каким-либо другим способом.

Концентрация пробного вещества - отношение его объема к обще-

22

му объему контрольного вещества, а для газов - отношение парциаль­ ного давления пробного вещества к общему давлению смеси.

Парциальное давление - давление, которое оказал бы газ,вхо­ дящий в состав газовой смеси, если бы из нее были удалены осталь­ ные составные части и газ занимал бы тот же объем и имел ту же температуру, что и смесь газов. Парциальное давление, в частности, гелия можно выразить зависимостью

При применении сложных смесей, например, контрольного вещества воздуха с двумя компонентами пробного вещества парциальное давле­

Применение такого большого количества методов и способов объясняется в первую очередь тем, что каждая группа методов и способов обладает определенной чувствительностью, как правило, находящейся в узком диапазоне количественных значений.

В литературе нет точных данных о чувствительности того или иного способа. Исследователи и проектанты технологических процес­ сов и оборудования для проверки герметичности часто приводят раз­ личные и противоречивые данные о чувствительности того или иного

На всех этапах сборки и испытаний ЛА производится многократная проверка герметичности в широком диапазоне требуемой герметичности

24

Рис.З. График сравнительной чувствительности способов проверки герметичности

для различных типов, узлов ДА и этапов их сборки и испытания. Так, по данным американской печати диапазон требуемой степени герме­

степени герметичности одного или двух способов нецелесообразно, потому что затраты на проведение испытаний и необходимое для этого технологическое оснащение существенно увеличиваются для способов, обладающих более высокой чувствительностью. Как правило, следует считать, что чем выше чувствительность способа, тем выше стоимость проверки герметичности.

Следует также учитывать, что ни один из рассматриваемых мето­ дов и способов проверки герметичности не является универсальным, пригодным для проверки герметичности на всем приведенном выше ши­ роком диапазоне, так как каждый из методов и способов обладает объективностью замеров в определенном узком диапазоне, находящем­

ся в зоне.близком к пределу его чувствительности.Так,масс-спектро­ метрический метод проверки герметичности обладает объективностью замера только в пределах ІО-8 - ІО- ® •■--‘ . Использование при производстве ЛА большого количества способов проверки герме­ тичности объясняется также и тем, что проверка герметичности узла или отсека производится, как правило, в несколько этапов: выявле­ ние крупных течей, их устранение, выявление более мелких течей и только после их устранения - окончательная проверка герметичности в соответствии с параметрами, установленными чертежом изделия».

По данным зарубежной печати проверка герметичности крупногабарит­ ных топливных емкостей производится в три этапа:

1) манометрическим газовым способом (на слух и ощупь)выявляется утечка порядка 10 - 15 см3/сек ;

2)пневматическим методом (обмыливанием) обнаруживается утеч­ ка порядка ІО- ® см3/сек ;

3)галоидным или масс-спектрометрическим методом (окончатель­ ная проверка) выявляется утечка порядка ІО-6 см3/сек или ІО-8 - ІО- *® смѵсек соответственно.

Такой порядок проверки герметичности требует применения раз-

26

личных методов и способов проверки, отличающихся один от другого затратами труда, стоимостью оснащения и чувствительностью.

Таким образом, применение одного или двух способов проверки герметичности на всех этапах сборки и для всех типов узлов, отсе­ ков и систем ЛА не только экономически нецелесообразно, но и тех­ нически невозможно.Поэтому у каждого из приведенных на рис.7 спо­ собов есть своя область рационального применения, о которой будет сказано далее, при изложении сущности и технологии применения каждого способа.

Как видно из рис.7, все применяемые при производстве ЛА методы проверки герметичности разбиваются на две большие группы.

Компрессионные методы предусматривают заполнение под избыточ­ ным давлением испытуемых узлов, отсеков или систем газом или жидкостью и оценку вытекания из них газа или жидкости. При приме­ нении этой группы методов, как правило, производится качественная оценка негерметичности (падение давления, пузырьки газа и жидкос­ ти, количество течей) и только для отдельных способов применяются косвенные приблизительные методы количественной оценки герметич­ ности.

Компрессионная группа методов имеет низкую чувствительность

чается простотой выполнения при незначительной затрате труда. Как видно на рис. 7, при производстве ЛА используется шесть компрес­ сионных методов проверки герметичности и тринадцать различных технологических способов их применения.

Газоанализаторные методы предусматривают заполнение узлов, отсеков или систем чувствительным пробным веществом (гелий,фреон, радиоактивный газ и т .д .) , обдувание или помещение в газовую среду с созданием внутри испытуемого объекта избыточного давления или вакуума. Эта группа методов, как правило, позволяет производить количественную оценку герметичности посредством специальных устройств-газоанализаторов.

Газоанализаторная группа методов имеет высокую чувствитель­

27

Герметичность узлов, отсеков и систем определяется техничес­ кими условиями или отражается в чертежах. Во всех случаях конст­ руктор, подсчитывая и определяя степень герметичности, должен ее выражать в количественных величинах (единицы потока контрольного пробного или рабочего вещества, время падения давления, число ка­ пель жидкости или воздуха и т . д . ) . Исходя из общих количественных величин герметичности агрегата или системы, конструктор должен также определить и отразить в чертежах количественные значения герметичности для отдельных узлов, отсеков или частей систем. В соответствии с заданной величиной герметичности и с конструктивны­ ми особенностями узла технолог выбирает метод .способ»контрольное и пробное вещество, технологические режимы проверки герметичности на каждом этапе сборки и испытания ДА я его узлов, отсеков и сис­ тем.

5 .Компрессионныѳ методы проверки герметичности Манометрический метод предусматривает при газовом способе за­

полнение испытуемого объекта газом (воздух, азот и т .д . ) , при гидравлическом способе - заполнение его жидкостью (дистиллирован­ ная вода с 3% хромпика, керосин и т .д .) , создание внутри объекта избыточного давления, превышающего рабочее давление, которое на 15-25% ниже расчетного, и выдержку (карантин) в течение заданного времени.

Оценка степени герметичности при этих способах производится временем падения давления на манометре, которое определяется по секундомеру (см .ри с.І). В уравнении (6) было нами определено на­ текание Q . Задавшись допустимой величиной вытекания газа и зная объем 7 испытуемого отсека, можно определить допустимое время падения давления

28