Монтаж и испытания систем самолета. Учебное пособие для СПО

Способ повышения давления в отвакуумированной полости преду-

сматривает создание вакуума внутри ОИ, прекращение откачки и выдержку в течение определенного времени. По повышению давления судят о негерметичности ОИ (давление повышается за счет натекания течи атмосферного воздуха). Вакуум создается предварительной откачкой воздуха из ОИ механическим насосом, а затем используется высоковакуумный насос. Для предотвращения попадания к датчику вакуума газов, выделяющихся со стенок внутренней полости ОИ, используется азотная ловушка.

После достижения заданного вакуума затвор перекрывается и по вакуумметру регистрируется повышение давления за определенное время.

Чувствительность данного способа составляет 1×10-2…1×10-6 Вт. Повышение точности и чувствительности (до 1×10-7 Вт) обеспечива-

ет способ сравнения с потоком от калиброванной течи, который преду-

сматривает вакуумирование внутренней полости ОИ и измерение давления в дополнительной емкости, установленной параллельно с высоковакуумным насосом. Откачка воздуха продолжается до достижения неизмеренного остаточного вакуума в дополнительной емкости.

Достигнутая величина остаточного давления фиксируется, откачка прекращается и на измерительную систему подается поток от калиброванной течи, которая является устройством, воспроизводящим определенный регулируемый расход пробного газа. После изготовления течи производится ее калибровка, в ходе которой определяется калибровочная зависимость потока газа от давления. По этой зависимости подбирается такой поток, который создает в дополнительной емкости давление, равное остаточному.

Натекание воздуха в ОИ принимается равным потоку от калиброванной течи.

7.2.2. Газогидравлические методы

Пузырьковый метод. Этот метод реализуется способом аквариума (рис. 7.2) и его вариантами.

Рис. 7.2. Схема испытаний способом аквариума: 1 – микроскоп; 2 – технологическая жидкость; 3 – объект испытаний; 4 – ванна; 5 – пневмопульт

71

Объект испытаний погружают в ванну с жидкостью на глубину 50…100 мм. При этом ОИ должен быть предварительно заполнен контрольным газом (воздухом) до давления, составляющего 10…20 % от испытательного, чтобы жидкость ванны не закупорила течи. Ванну выполняют из прозрачного материала или делают в ней смотровые окна. Затем ОИ заполняют газом до испытательного давления и выдерживают в жидкости в течение времени, достаточного для его осмотра, но не менее 3 мин. Появление газовых пузырьков будет свидетельствовать о наличии течи.

Величины локальных течей оцениваются по диаметру пузырьков, их количеству и времени наблюдения. В технических условиях обычно задают допустимое количество пузырьков за определенное время наблюдения.

Величины локальных течей определяются по формуле

где d – диаметр пузырька в момент отрыва, мм; n – число пузырьков, образовавшихся за время t; t – время наблюдения, с.

Количество пузырьков и их размеры могут регистрироваться визуально, с помощью кино- и видеосъемки. При определении числа пузырьков можно использовать ультразвуковые счетчики. Для достоверного определения утечек пробного вещества из ОИ необходимо провести наблюдение за образованием не менее трех пузырьков в месте предполагаемой течи.

Чувствительность способа зависит от вязкости технической жидкости. При использовании жидкости с малой вязкостью, например спирта, чувствительность выше (до 5×10-7 Вт), а при использовании более вязких жидкостей, например обессоленной воды, чувствительность снижается до 5×10-6 Вт. Обычно в качестве жидкости используется водный раствор хромпика (K2Сr2O7).

Недостатками метода аквариума являются:

низкая чувствительность и малая производительность;

влияние рабочей жидкости на коррозионную стойкость материалов изделия;

невозможность в производственных условиях испытывать изделия больших объемов и габаритных размеров.

Повысить чувствительность данного способа можно, вакуумируя объем над технологической жидкостью в ванне – вариант бароаквариума.

В этом случае, устранив воздействие атмосферного давления на образование пузырьков, снижают давление, достаточное для их образования.

Эмульсионный метод. При реализации этого метода отдельные участки наружных поверхностей и соединений систем, находящихся под избыточным внутренним давлением газа, покрывают специальной эмульсией. Появление пузырьков или вздутий на поверхности будет указывать

72

на утечку газа в этом месте. Эмульсию наносят на поверхность ОИ кистью ровным слоем. После нанесения эмульсии проводится выдержка 2 мин, а затем осмотр с целью обнаружения признаков утечки. После обнаружения пузырьков или вздутий их удаляют с помощью салфетки и убеждаются в повторном их появлении. Затем эмульсию с поверхности ОИ удаляют, а давление сбрасывают. Обычно используется мыльная эмульсия (чувствительность метода до 1×10-6 Вт). Чтобы повысить чувствительность, применяют эмульсию, приготовленную на основе дистиллированного глицерина и мыльного порошка.

При использовании метода дисперсных масс на поверхность ОИ ровным слоем наносят заранее приготовленную полимерную дисперсную массу. После выдержки под давлением в течение 10 мин производят осмотр контролируемой поверхности. Образование вздутий, кратеров, разрывов полимерной пленки будет являться показателем нарушения герметичности.

7.2.3.Гидроаналитические методы

Вгидроаналитических методах используют явление подъема жидкости, смачивающей стенки капиллярного отверстия (течи), по каналу капилляра.

Проходя через течь, жидкость вступает в реакцию с индикатором, находящимся на поверхности ОИ, что является показателем наличия течи.

Широко применяется при контроле герметичности химический метод, основанный на регистрации эффекта вступления в химическую реакцию жидких пробных веществ с различными индикаторными средствами.

Наиболее характерным способом реализации химического метода является способ проникающих жидкостей. Сущность способа заключается

втом, что ОИ заполняется контрольной жидкостью, представляющей собой водный раствор 0,1…0,5 % хромпика с добавлением поверхностноактивного вещества для увеличения проникающей способности жидкости. На поверхность ОИ наносят индикаторное средство в виде лент или вязкой массы. Затем ОИ выдерживают под давлением в течение определенного времени, необходимого для проникновения жидкости через течи. Вытекающая жидкость реагирует с индикаторным средством, изменяя его окраску. Индикаторным средством является вещество, в состав которого входит реагент – дифенилкабазит, который под действием хромпика изменяет цвет от белого до малинового.

Реализуется химический метод и хемосорбционным способом. Сущность его заключается в том, что ОИ, заполненный контрольным веществом, помещают в герметичную камеру, выдерживают определенное время и фиксируют увеличение концентрации паров контрольного вещества в

73

камере с помощью индикаторных средств, химически взаимодействующих

сэтим веществом. Чувствительность способа до 5×10-6 Вт.

Кгидроаналитическим методам можно отнести гидростатический метод, который предусматривает заполнение ОИ жидкостью, создание необходимого давления и выдержку в течение заданного времени. Оценка степени негерметичности производится по наличию следов жидкости на поверхности ОИ. Этих следов либо не должно быть, либо допускается появление на поверхности ОИ в единицу времени установленного количества капель жидкости. Этот метод используется несколькими способами.

Визуальный способ – наличие и места течей определяются визуально, путем осмотра поверхности ОИ.

Способ фильтровальной бумаги – наличие и места течей определя-

ются по пятнам на фильтровальной гигроскопичной бумаге, накладываемой на внешнюю поверхность ОИ. При этом способе возможна приближенная количественная оценка степени герметичности путем замера пятна жидкости. При количественной оценке герметичности следует обязательно проверять кинематическую вязкость жидкости на ее соответствие ТУ.

Способ мелового покрытия, заключающийся в том, что перед испытанием на внешнюю поверхность ОИ производится напыление или нанесение кистью жидкого мелового раствора и его сушка. В этом случае наличие и места течей будут проявляться в виде темных пятен на поверхности мелового покрытия.

Дождевальный способ, заключающийся в поливе внешней поверхно-

сти ОИ через специальные распылители жидкостью. Степень негерметичности (водопронецаемости) в этом случае оценивается числом капель жидкости, обнаруживаемых на внутренней поверхности ОИ.

Люминесцентный метод контроля герметичности основан на способности ряда веществ высвечиваться в видимой части спектра под воздействием ультрафиолетового света. В качестве контрольного и пробного вещества при этом методе контроля используются люминесцентные жидкости ЛЖ-4, ТМС-6, ГС-6 и др. В качестве источников ультрафиолетового света применяются лампы УФО-4А, ДРШ-250 и другие специальные источники. При испытаниях ОИ заполняют жидкостью, в которой в качестве пробного вещества содержится люминесцирующая жидкость. После опрессовки на прочность в ОИ устанавливается требуемое давление и производится выдержка в течение некоторого времени, согласно ТУ. Затем, освещая внешнюю поверхность ОИ ультрафиолетовым светом, в темноте выявляют места утечек по свечению контрольной жидкости.

Чувствительность метода зависит от способа и может достигать значения 5×10-7 Вт.

74

7.2.4. Газоаналитические методы

Радиоактивный метод. Этот метод при использовании пневматического способа предусматривает заполнение ОИ радиоактивным газом типа криптон-85 в смеси с азотом и создание избыточного давления.

Криптон-85 – радиоактивный инертный газ, он является бетаизлучателем. Его предельно допустимая концентрация в воздухе значительна, что делает этот газ сравнительно безопасным. Криптон-85 легко фиксируется даже при низких концентрациях.

После заполнения ОИ смесью азота и криптона-85 место утечки может быть обнаружено с помощью счетчика Мюллера-Гейгера или полупроводниковых счетчиков. Для обнаружения течей счетчик Гейгера держат около проверяемого шва на расстоянии 30 см или ближе и медленно передвигают вдоль шва, следя за показаниями прибора. При утечке газа счетчик начинает работать, и при возрастании утечки величина счета резко изменяется с 1200 до 2300 имп./мин. Такое резкое изменение частоты счета дает возможность не только обнаружить место утечки, но и оценить ее количественно. Радиоактивный метод обладает наиболее высокой чувствительностью порядка 1×10-10…1×10-13 Вт.

Применение этого метода требует специально оборудованного помещения, очень эффективной вентиляции, создания безопасных условий труда и поэтому он используется ограниченно, для испытания объектов с малым внутренним объемом.

Масс-спектрометрический метод. Метод, основанный на разделе-

нии по массам смеси газов с помощью электрических и магнитных полей, является одним из самых точных.

Масс-спектрометрический течеискатель – это относительно про-

стой газоанализатор, настроенный на регистрацию содержания одного пробного газа в газовой смеси. В качестве пробных газов используются гелий, азот и аргон.

Масс-спектрометрический анализ сводится к выполнению в условиях вакуума следующих операций:

превращения анализируемых молекул в положительные ионы с зарядом e;

создания моноэнергетического ионного пучка посредством ускорения ионов продольным электрическим полем;

разложения ионного пучка на компоненты по значениям m/e, где m – масса заряженной частицы;

регистрации и измерения интенсивности выделенного ионного луча с определенным отношением m/e.

Все перечисленные процессы протекают в трех основных узлах масс-спектрометра: ионном источнике, анализаторе и регистрирующем устройстве.

75

Газы, поступающие из ОИ, в том числе и пробный газ, ионизируются

вионизаторе и подвергаются разложению в анализаторе по массам так, что

врегистрирующее устройство попадают только ионы пробного газа. Количество таких ионов пробного газа регистрируется с помощью индикатора.

Величина утечки определяется сравнением увеличения показаний течеискателя по потоку пробного газа от течи на ОИ с увеличением показаний по потоку известной величины от эталонной калиброванной течи.

По типу анализатора масс-спектрометры подразделяются на динамические и статические. В динамических масс-спектрометрах для разложения ионного пучка используются переменные электрические поля, а в статических – постоянные электрические и магнитные поля. В настоящее время для контроля герметичности широко применяются статические массспектрометры, к которым относятся течеискатели ПТИ-6, ПТИ-7, ПТИ-7А, ПТИ-10 со 180-градусной магнитной фокусировкой.

Вкачестве контрольного газа используется гелиево-воздушная или гелиево-азотная смесь.

Масс-спектрометрический метод реализуется несколькими атмосферными и вакуумными способами и позволяет проводить испытания на суммарную негерметичность всего ОИ, его отдельных зон, а также осуществлять поиск локальных течей.

Катмосферным относится способ щупа, который применяется для поиска течей (рис. 7.3).

3

2

Рис. 7.3. Схема испытаний способом щупа: 1 – вакуумный насос; 2, 3 – вентили; 4 – течеискатель; 5 – датчик вакуума; 6 – вакуумный шланг; 7 – щуп; 8 – насадка; 9 – объект испытаний; 10 – пневмопульт; 11 – сварной шов

76

Сущность способа заключается в заполнении ОИ контрольным газом до испытательного давления и контроля проверяемых зон с помощью щупа

снасадкой, соединенного вакуумным шлангом с течеискателем. Чувствительность способа с применением гелия достигает 5×10-9 Вт,

сприменением аргона – 1×10-6 Вт, азот для этого способа неприменим. Реализуется этот способ двумя вариантами:

1)в динамическом режиме – перемещением щупа с насадкой по проверяемой поверхности;

2)статическом режиме – последовательной перестановкой щупа с насадкой по проверяемой поверхности с выдержкой при каждой установке не менее 30 с.

Перед началом контроля, а также через каждые 20 мин и по окончании испытаний проверяется чувствительность течеискателя. С этой целью щуп перемещается со скоростью 1…5 мм/с над контрольной течью, настроенной на известный поток пробного газа. Чувствительность зависит от массовой доли пробного газа в контрольном газе. С увеличением концентрации пробного газа чувствительность испытаний способом щупа растет.

Способ накопления контрольного газа при атмосферном давлении

также относится к атмосферным способам.

Сущность способа заключается в том, что вокруг ОИ создается замкнутый объем накопления (выполняется в виде металлического кожуха, камеры из герметичной пленки или ткани), в котором определяется концентрация пробного газа. ОИ заполняется контрольным газом до испытательного давления, и производится выдержка.

При наличии течей в ОИ пробный газ попадает в объем накопления, и за время выдержки его концентрация нарастает. Из объема накопления пробный газ забирается с помощью щупа, на котором установлена игла Льюера, и подается по вакуумному шлангу в течеискатель. Концентрация пробного газа в объеме накопления определяется по показаниям массспектрометрического течеискателя. Зафиксированные показания сравниваются с показаниями того же течеискателя по эталонной смеси с известной концентрацией пробного газа. Степень негерметичности ОИ определяется по повышению концентрации в объеме накопления. Чувствительность

данного способа находится на уровне чувствительности способа щупа (5×10-9 Вт при использовании гелия). Способ не требует использования сложного оборудования и оснастки. К недостаткам этого метода можно отнести сравнительно низкую производительность и невысокую надежность, а также зависимость чувствительности от фонового содержания гелия в атмосфере помещения.

Вакуумные способы являются более чувствительными по сравнению

сатмосферными. Сущность этих способов заключается в том, что над контролируемой поверхностью ОИ создается пониженное давление с помо-

77

щью средств откачки. При наличии течей контрольный газ под действием разности давлений проникает в отвакуумированную полость, которая сообщается с гелиевым течеискателем.

Наиболее распространенным способом является способ вакуумной камеры, основным вариантом которого являются испытания в стационарной вакуумной камере. При испытаниях по данному варианту определяется суммарная негерметичность ОИ, который помещают в вакуумную камеру и создают вакуум порядка 1×10-2 Па. ОИ заполняют до испытательного давления контрольным газом, который в случае наличия течей проникает в полость камеры, откачивается вакуумным агрегатом и попадает в течеискатель. Величина негерметичности определяется сравнением увеличения показаний течеискателя от течи из ОИ с увеличением показаний от эталонной течи, установленной на вакуумной камере. Чувствительность способа при испытаниях в динамическом режиме может достигать 1×10-10 Вт.

Способ с применением вакуумных присосок. Сущность способа за-

ключается в том, что контроль производится с помощью небольшой специальной вакуумной камеры (присоски). Эта камера устанавливается на наружную поверхность ОИ и соединяется вакуумным шлангом с течеискателем. В ОИ подается под избыточным давлением контрольный газ, а в вакуумной присоске с помощью системы откачки создается разрежение порядка 6,6×10-3 Па. При наличии течей в ОИ контрольный газ попадает в вакуумированную полость присоски, а оттуда в течеискатель.

Конструктивно вакуумные присоски представляют собой пластину из жесткого материала с приклеенным к ней по периметру уплотнительным элементом из резины и штуцером для подсоединения шланга.

Этот способ используется для оценки герметичности отдельных участков поверхности и обеспечивает чувствительность 1×10-8 Вт.

Галогенный метод. Этот метод основан на свойстве накаленной до 800…900 оС платины в присутствии галогенов или галогеносодержащих веществ (фреонов, хладонов, хлористого метила и др.) резко увеличивать эмиссию положительных ионов. Испытания галогенными методами сводятся к заполнению ОИ контрольным газом и регистрации проникающего через течи хладона одним из двух типов преобразователей, которыми оснащены галогенные течеискатели – атмосферным или вакуумным. Галогенный метод позволяет производить как определение суммарной негерметичности сборочных единиц, так и поиск локальных течей.

Однако галогенный метод уступает масс-спектрометрическому по чувствительности (для атмосферных способов – до 5×10-8 Вт, для вакуумных – 5×10-9 Вт), а также имеет ряд других недостатков:

применяемый контрольный газ обладает химической активностью;

78

при регистрации больших или длительных потоков контрольного газа происходит потеря чувствительности галогенного течеискателя вследствие сорбции газа на катоде преобразователя;

предельная величина испытательного давления ограничена давлением насыщенных паров хладона при соответствующей температуре.

Следует отметить, что галогенный метод более дешев и цикл испытаний короче, так как галогенные течеискатели быстрее выходят на рабочий режим.

Разработка высокоэффективных методов контроля герметичности продолжается. В последнее время в нашей стране и за рубежом появились новые модели течеискателей, использующие в качестве чувствительных элементов инфракрасные абсорбционные газоанализаторы на микрокон-

центрации закиси азота. Это направление имеет ряд преимуществ. Так, содержание закиси азота в воздухе в 10 раз меньше, чем гелия, способы получения закиси азота в сравнении с гелием более простые и дешевые.

Инфракрасные анализаторы, в сравнении со всеми известными течеискателями, более просты по конструкции и надежны в эксплуатации. В нашей стране изготовлен и испытан стационарный инфракрасный газоана- лизатор-течеискатель ИГТ-1, а также разработан переносной газоаализа- тор-течеискатель ИГТ-2.

Инфракрасные газовые течеискатели удовлетворяют техническим требованиям по контролю герметичности, предъявляемым к элементам трубопроводных систем самолета.

8.МОНТАЖ, ИСПЫТАНИЯ И КОНТРОЛЬ ГИДРОГАЗОВЫХ СИСТЕМ САМОЛЕТА

8.1. Конструктивно-технологическая характеристика трубопроводных систем

Бортовые системы самолета, в которых в качестве рабочего вещества используется жидкость или газ, называются трубопроводными или гидро-

газовыми.

По виду рабочего вещества они классифицируются следующим образом:

гидравлические системы (применяемое рабочее вещество – авиационное масло АМГ-10, жидкости 7-50с-3, НГЖ-4);

пневматические системы (рабочее вещество – воздух, азот);

топливные системы (рабочее вещество – керосин и другие виды топлива);

масляные системы (рабочие вещество – различные виды масел);

кислородные системы (рабочее вещество – кислород);

79

противопожарные системы (рабочее вещество – углекислота);

система нейтрального газа (рабочее вещество – нейтральный газ);

системы кондиционирования (рабочее вещество – воздух);

противообледенительные системы (рабочее вещество – спирт, вы-

хлопные газы).

Трубопроводы каждой системы имеют свой цвет окраски:

гидросистема – серо-стальной цвет;

топливная система – желтый цвет;

воздушная система – черный цвет;

противопожарная система – красный цвет;

кислородная система – голубой (синий) цвет;

масляная система – коричневый цвет.

Вотраслевой технической документации и на предприятиях топливные системы выделяют и при обозначении группы используют термин

«гидрогазовые и топливные системы».

Втрубопроводных системах применяется большое количество соединений трубопроводов, они бывают разъемные и неразъемные.

Неразъемными соединениями называются соединения, которые нельзя разъединить без разрушения материала. Неразъемные соединения образуются с помощью сварки, пайки, склеивания и клепки. Они наиболее надежны в эксплуатации и используются там, где не предусматривается демонтаж отдельных участков трубопроводов.

Разъемными соединениями называют такие, которые позволяют осуществлять разборку и повторную сборку трубопроводов, не прибегая к их разрушению.

Из большого количества различных типов соединений наибольшее распространение в конструкциях бортовых систем получили соединения по наружному (рис. 8.1, а) и внутреннему конусу (рис. 8.1, б).

Рис. 8.1. Виды соединений: а – соединение по наружному конусу; б – соединение по внутреннему конусу: 1 – трубопровод;

2 – ниппель; 3 – накидная гайка; 4 – штуцер

80