Способ определения объема нерастворенного газа в гидромагистрали системы терморегулирования космического аппарата

Способ определения объема нерастворенного газа в гидромагистрали системы терморегулирования космического аппарата

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к космической технике, конкретно к способам определения объема нерастворенного газа при заправке жидким теплоносителем магистралей гидравлических систем космических аппаратов.

Известен способ определения объема емкостей, который используется для измерения объема газовой полости компенсатора с целью определения объема нерастворенного газа при заправке теплоносителем по ОСТ 92-9470-81 "Системы терморегулирования. Методика заправки теплоносителями", который выбран в качестве прототипа.

Способ заправки по ОСТ 92-9470-81 включает операции деаэрации теплоносителя, вакуумирования гидромагистрали, заполнение ее теплоносителем, слив компенсационной дозы, контроль объема газовых пузырей в гидромагистрали. Определение объема газовых пузырей производится после слива компенсационной дозы теплоносителя вычитанием от измеренного объема газовой полости компенсатора объема слитой компенсационной дозы и минимального объема газовой полости компенсатора. Определение объема газовых пузырей после слива компенсационной дозы имеет следующие недостатки: на точность определения объема газового пузыря накладывается погрешность слива компенсационной дозы; способ измерения объема по ОСТ 92-9470-81 приложение 1 имеет максимальную чувствительность при минимальном измеренном объеме (график зависимости установившегося давления от измеряемого объема имеет максимальную кривизну при измеряемом объеме до одного литра), а измерение объема после слива компенсационной дозы резко снижает качество определения объема газовых пузырей. Например, при эталонной емкости 1 л, образцовом манометре 4,0 кгс/см² со шкалой на 250 условных делений и начальном давлении в эталонной емкости 3,0 кгс/см² цена одного деления в диапазоне измеряемых объемов 0,2-0,3 л составляет 8 см³, а при измеренном объеме около 2 л составляет 50 см³, что характеризует ухудшение разрешающей способности способа примерно в 5-6 раз. Увеличение эталонного объема изменяет указанные результаты незначительно.

Целью предлагаемого изобретения является повышение качества заправки за счет повышения точности определения объема нерастворенного газа в гидромагистрали СТР и уточнение объема сливаемой компенсационной дозы теплоносителя.

Поставленная цель достигается тем, что контрольные операции по определению объема нерастворенного газа проводят до слива компенсационной дозы. В гидромагистрали СТР устанавливают заданное давление (Р_с), затем закрывают заправочный и дренажный вентили, газовую полость компенсатора объема сообщают с атмосферой, а затем - с эталонной емкостью известного объема (V_э) и известным начальным базовым давлением (Р_э') газа в ней, фиксируют установившееся усредненное давление (Р_у'). Начальное базовое давление (Р_э') в эталонной емкости выбирают из условия, чтобы установившееся в газовой полости и емкости усредненное давление (Р_у') не превышало давления (Р_с), установленного в гидромагистрали перед закрытием заправочного и дренажного вентилей, в этом случае сильфон компенсатора под действием установившегося в газовой полости усредненного давления (Р_у') не перемещается, и возможно определение фактического минимального объема газовой полости компенсатора (V_м) по формуле:

где V_э - известный объем эталонной емкости, см³,

Р_э' - начальное базовое давление в эталонной емкости, кгс/см²,

Р_у' - установившееся усредненное давление в эталонной емкости и газовой полости компенсатора, кгс/см²,

P_a - атмосферное давление, кгс/см².

При повторном измерении с большей величиной начального базового давления (Р_э"), выбранного из условия обеспечения установившегося после соединения эталонной емкости с газовой полостью компенсатора усредненного давления (Р_у") больше давления (Р_с), установленного перед началом измерения в гидромагистрали СТР, происходит дополнительное сжатие нерастворенного газа, находящегося в гидромагистрали. Формула (1) становится в этом случае непригодной для расчета объема, так как нерастворенный газ сжимается до установившегося усредненного давления (Р_у"), начиная не с атмосферного, а с давления (Р_с), установленного в гидромагистрали перед закрытием заправочного и дренажного вентилей. Составляя уравнение состояния газа, в котором нерастворенный в теплоносителе газ изменяет свое давление, начиная с давления в гидромагистрали (Р_с) до установившегося усредненного давления (Р_у"), получаем формулу для определения объема нерастворенного газа (V_нг):

где Р_э" - начальное базовое давление в эталонной емкости при втором измерении, кгс/см²,

Р_у" - установившееся усредненное давление в эталонной емкости при втором измерении, кгс/см²,

P_a - атмосферное давление, кгс/см²,

Р_с - устанавливаемое в гидромагистрали (заданное) начальное давление перед закрытием заправочного и дренажного вентилей, кгс/см²,

V_м - минимальный объем газовой полости компенсатора, измеренный при установившемся усредненном давлении Р_у', см³,

V_э - известный объем эталонной емкости, см³.

Подставляя значение минимального объема компенсатора (V_м), определенного по формуле (1), в формулу (2), получаем общую формулу определения объема нерастворенного газа:

При практическом осуществлении способа применяют регистраторы избыточного давления - манометры, и формула (3), преобразованная для расчета в избыточном давлении, принимает вид:

где начальные избыточные базовые давления в эталонной емкости при первом и втором измерениях (Р_э', Р_э") и начальное избыточное давление (Рс) в гидромагистрали перед ее локализацией устанавливают в соответствии с неравенством:

где Р_доп - максимальное избыточное давление, которое допускается подавать в гидромагистраль СТР, кгс/см².

При практическом использовании, с целью повышения технологичности способа и сокращения времени проведения измерения, величину давления в гидромагистрали и начальное давление в эталонной емкости при первом измерении выбирают из условия использования установившегося давления от первого измерения в качестве начального давления в эталонной емкости для второго измерения, то есть заправка эталонной емкости газом производится один раз, затем ее сообщают с газовой полостью компенсатора, фиксируют установившееся давление, разобщают связь эталонной емкости с газовой полостью компенсатора, устанавливают в газовой полости компенсатора атмосферное давление, а затем сообщают ее с эталонной емкостью, после чего вновь фиксируют установившееся давление. Определение объема нерастворенного газа производится по формуле (4), а начальные избыточные давления в гидромагистрали и эталонной емкости выбирают из условия выполнения неравенства:

Еще одним вариантом упрощения способа является случай, когда, после определения минимального объема газовой полости компенсатора по формуле (1), в гидромагистрали СТР устанавливается атмосферное давление (при вакууме в газовой полости компенсатора, для исключения возможности перемещения его сильфона), закрывают заправочный вентиль, в газовой полости компенсатора устанавливают атмосферное давление, производят второе измерение, вычисляют по формуле (1) объем газовой полости компенсатора совместно с объемом газа в гидромагистрали, и объем нерастворенного газа определяют по разности величин объемов второго и первого измерения. Расчетную формулу для определения объема газа получают по разности формул (1) или из формулы (4), принимая в ней давление в гидромагистрали равным нулю (начальные и установившееся давление - избыточные):

В этом случае, если устанавливать начальные давления в первом и втором измерении равными, то, преобразуя формулу (7), получаем формулу для определения объема нерастворенного газа в гидромагистрали при равных начальных давлениях в эталонной емкости и атмосферном давлении в гидромагистрали, установленном после первого измерения:

На чертеже приведена схема заправки по предлагаемому способу. Позициями обозначены:

1 - источник сжатого газа,

2 - вакуумный агрегат,

3 - заправочный агрегат,

4 - эталонная емкость,

5 - изделие (СТР космического аппарата),

6 - газовая полость компенсатора объема СТР.

Способ осуществляется следующим образом. В заправочный бак 1Е заправляется теплоноситель и проводится его деаэрация. Через дренажный бак 2Е производится вакуумирование гидромагистрали СТР и магистралей заправочного агрегата. Под заданным избыточным давлением производится заправка гидромагистрали, затем закрывают заправочный и дренажный вентили гидромагистрали, при этом газ, в случае, если он находится в гидромагистрали, оказывается сжатым до давления, при котором производилась заправка, газовую полость компенсатора объема СТР сообщают с атмосферой. Эталонную емкость 4 заправляют газом до давления (Р_э'), определенного по неравенству (5). Величина минимального объема газовой полости компенсатора (V_м) с достаточной для практической работы точностью задается в конструкторской документации или измеряется до установки компенсатора на изделии. Затем эталонную емкость 4 сообщают с газовой полостью компенсатора 6, фиксируют установившееся усредненное давление (Р_у'), сообщают газовую полость с атмосферой и повторяют измерение с большей величиной начального базового давления в эталонной емкости (Р_э"), также определенного по неравенству (5). Определение объема нерастворенного газа, находящегося в гидромагистрали СТР, производится по формуле (4). Полученная величина объема нерастворенного газа не должна превышать допустимой величины, конкретной для каждой конструкции системы терморегулирования (наиболее часто задается в процентном отношении к объему заправленного теплоносителя). В случае, если полученная величина объема нерастворенного газа получилась со знаком минус (что возможно из-за погрешности средств измерения или неточного снятия показаний), также выдается заключение о качественной заправке гидромагистрали.

Использование предлагаемого способа по сравнению с известными способами позволяет повысить точность определения объема нерастворенного газа со 100-150 см³ до 10-15 см³.

Способ опробован на предприятии и будет использован при заправке гидромагистралей СТР космических аппаратов.

1. Способ определения объема нерастворенного газа в гидромагистрали системы терморегулирования космического аппарата, основанный на сравнении при помощи эталонной емкости объемов газовой полости компенсатора заправленной системы терморегулирования при разных давлениях до слива компенсационной дозы после заправки, отличающийся тем, что локализуют объем магистрали заправленной системы, изолируя ее от средств заправки, и измеряют давление в гидромагистрали, затем в газовой полости компенсатора системы дважды устанавливают атмосферное, а в эталонной емкости - поочередно разные начальные базовые давления, дважды сообщают указанные полость и емкость между собой и измеряют установившиеся усредненные давления, а объем нерастворенного газа определяют по формуле:

где V_нг - определяемый объем нерастворенного газа;

V_э - объем указанной эталонной емкости;

Р_э' и Р_э" - указанные начальные базовые давления в эталонной емкости;

Р_у' и Р_у" - указанные установившиеся усредненные давления;

P_a - атмосферное давление;

P_c - давление в гидромагистрали заправленной системы перед ее локализацией,

при этом начальные базовые давления в эталонной емкости устанавливаются в соответствии с неравенствами

где V_м - минимальный объем указанной газовой полости компенсатора.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что второе по очереди начальное базовое давление в эталонной емкости устанавливают равным первому из измеренных установившихся усредненных давлений.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед одним из сообщений газовой полости компенсатора с эталонной емкостью в гидромагистрали системы терморегулирования устанавливают атмосферное давление.