Система для подготовки к эксплуатации пневмоблока высокого давления

Полезная модель относится к наполнению сосудов высокого давления газами в сжатом состоянии с измерением степени утечки газа. Техническим результатом на решение которого направлено изобретение является упрощение эксплуатации пневмоблока и увеличение надежности сохранения его работоспособности при длительной эксплуатации. Для решения поставленной задачи в системе, включающей пневмоблок, источник гелия избыточного давления, источник рабочего газа высокого давления, накопительную емкость для течи из пневмоблока, масс-спектрометрический гелиевый течеискатель, снабженный линией отбора пробы со щупом с иглой Льюера для прохода в полость накопительной емкости и вакуумным насосом, сообщенным с линией отбора пробы через вентиль, накопительная емкость выполнена из тонкостенного эластичного материала с возможностью размещения пневмоблока, снабжена окном для его прохода и устройством герметизации окна. Предложенное техническое решение может найти применение в различных отраслях народного хозяйства, производящих и эксплуатирующих изделия и объекты с заряженными баллонами высокого давления. Наиболее актуально применение технического решения на БПЛА, хранящихся длительное время в состоянии постоянной готовности к применению, в его системах подачи топлива, запуска двигателя, охлаждения агрегатов, наддува избыточным давлением тонкостенных оболочек конструкции БПЛА для обеспечения их прочности в полете.

Полезная модель относится к наполнению сосудов высокого давления газами в сжатом состоянии с измерением степени утечки газа.

Известна система для подготовки к эксплуатации блока (пневмоблока) высокого давления, патент РФ 24444, включающая контрольные весы и блок высокого давления, содержащий газовый баллон, сообщенный с заправочно-дренажным клапаном и через нормально-закрытый пироклапан (устройство герметизации) с магистралью подачи газа и выполненный в виде автономного модуля с узлом крепления на летательном аппарате, при этом заправочно-дренажный клапан или его запорные элементы дополнительно размещены в герметизируемом корпусе. Для зарядки газового баллона может быть использован источник рабочего газа высокого давления с устройством его задействования и магистралью подачи рабочего газа, снабженной устройством измерения давления и выполненной с возможностью сообщения с зарядным краном пневмоблока. Для повышения точности контроля герметичности пневмоблока известна установка для испытания на герметичность изготовленного изделия методом накопления, Н.М.Беляев, Е.И.Уваров, Ю.М.Степанчук "Пневмогидравлические системы. Расчет и проектирование", Москва, издательство "Высшая школа", 1988, рис.8.18, стр.260, включающая чехол с полостью объема накопления, расположенный над зоной течи из испытуемого изделия (емкость накопления), баллон с гелием, сообщенный с испытуемым изделием линией подачи гелия, содержащей редуктор, вентиль и манометры, сообщенные с линией подачи гелия перед редуктором и за редуктором, а также включающая масс-спектрометрический гелиевый течеискатель с выносным прибором, сообщенный с чехлом линией отбора пробы через иглу Льюера, вакуумный насос и контрольную течь, сообщенные с линией отбора пробы через соответствующие вентили. Контрольная течь используется для настройки масс-спектрометрического гелиевого течеискателя. Известные устройства приняты за прототип.

Существенными признаками предлагаемого устройства, совпадающими с признаками прототипа, являются следующие: система для подготовки к эксплуатации пневмоблока высокого давления, включающая пневмоблок, содержащий баллон высокого давления, сообщенный с зарядным краном и с магистралью подачи рабочего газа потребителю, снабженной устройством герметизации, источник гелия избыточного давления с устройством его задействования и магистралью подачи гелия, снабженной устройством измерения давления и выполненной с возможностью сообщения с зарядным краном, источник рабочего газа высокого давления с устройством его задействования и магистралью подачи рабочего газа, снабженной устройством измерения давления и выполненной с возможностью сообщения с зарядным краном, накопительную емкость для течи из пневмоблока, масс-спектрометрический гелиевый течеискатель, снабженный линией отбора пробы со щупом с иглой Льюера для прохода в накопительную емкость и вакуумным насосом, сообщенным с линией отбора пробы через вентиль.

Известной системой подготовки пневмоблока предусматривается контроль герметичности пневмоблока в процессе эксплуатации и дозаправку его баллона рабочим газом, при необходимости, что усложняет эксплуатацию объектов, использующих пневмоблок, особенно, одноразовых объектов, например, беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), хранящихся в течение 10-15 лет в состоянии постоянной готовности к применению. Кроме того, многократное открытие и закрытие зарядного крана увеличивает величину течи рабочего газа из него, что уменьшает надежность сохранения пневмоблока в рабочем состоянии в межконтрольный период.

Техническим результатом на решение которого направлена полезная модель является упрощение эксплуатации пневмоблока и увеличение надежности сохранения его работоспособности при длительной эксплуатации.

Для решения поставленной задачи в системе для подготовки к эксплуатации пневмоблока высокого давления, включающей пневмоблок, содержащий баллон высокого давления, сообщенный с зарядным краном и с магистралью подачи рабочего газа потребителю, снабженной устройством герметизации, источник гелия избыточного давления с устройством его задействования и магистралью подачи гелия, снабженной устройством измерения давления и выполненной с возможностью сообщения с зарядным краном, источник рабочего газа высокого давления с устройством его задействования и магистралью подачи рабочего газа, снабженной устройством измерения давления и выполненной с возможностью сообщения с зарядным краном, накопительную емкость для течи из пневмоблока, масс-спектрометрический гелиевый течеискатель, снабженный линией отбора пробы со щупом с иглой Льюера для прохода в полость накопительной емкости и вакуумным насосом, сообщенным с линией отбора пробы через вентиль, накопительная емкость выполнена из тонкостенного эластичного материала с возможностью размещения пневмоблока, снабжена окном для его прохода и устройством герметизации окна. Кроме того, для увеличения срока службы, накопительная емкость снабжена горловиной с пробкой из упругого эластичного материала для введения в ее полость иглы Льюера. Для расширения диапазона контролируемых минимальных утечек рабочего газа, площадь свободной поверхности накопительной емкости после герметизации горловины превышает площадь наружной поверхности пневмоблока, при этом система содержит шприц тарированного объема с иглой для введения в полость накопительной емкости воздуха. Для исключения повреждения эластичного материала при загрузке массивных пневмоблоков, накопительная емкость снабжена демпфирующей платформой для установки пневмоблока.

Отличительными признаками предлагаемой системы для подготовки к эксплуатации пневмоблока высокого давления, является то, что накопительная емкость выполнена из тонкостенного эластичного материала с возможностью размещения пневмоблока, снабжена окном для его прохода и устройством герметизации окна; накопительная емкость снабжена горловиной с пробкой из упругого эластичного материала для введения в ее полость иглы Льюера; площадь свободной поверхности накопительной емкости после герметизации ее окна превышает площадь наружной поверхности пневмоблока, при этом система содержит шприц тарированного объема с иглой для введения в полость накопительной емкости воздуха; накопительная емкость снабжена демпфирующей платформой для установки пневмоблока.

Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными достигается следующий технический результат: упрощается эксплуатация пневмоблока, увеличивается надежность сохранения его работоспособности, повышается качество изготавливаемых пневмоблоков высокого давления.

Предложенное техническое решение может найти применение в различных отраслях народного хозяйства, производящих и эксплуатирующих изделия и объекты с заряженными баллонами высокого давления. Наиболее актуально применение технического решения на БПЛА, хранящихся длительное время в состоянии постоянной готовности к применению, в его системах подачи топлива, запуска двигателя, охлаждения агрегатов, наддува избыточным давлением тонкостенных оболочек конструкции БПЛА для обеспечения их прочности в полете.

Сущность предлагаемого решения поясняется чертежами, фиг.1, фиг.2.

На фиг.1 представлена часть системы для подготовки к эксплуатации пневмоблока высокого давления при его зарядке рабочим газом.

На фиг.2 представлена часть системы для подготовки к эксплуатации пневмоблока высокого давления при контроле его герметичности.

Представленная на фиг.1 и фиг.2 система для подготовки к эксплуатации пневмоблока высокого давления, включает пневмоблок, содержащий баллон 1 высокого давления, сообщенный с зарядным краном 2 и с магистралью 3 подачи рабочего газа потребителю, снабженной устройством 4 герметизации, источник 5 гелия (Не) избыточного давления с устройством 6 его задействования и магистралью 7 подачи гелия, снабженной устройством 8 измерения давления и выполненной с возможностью сообщения с зарядным краном 2, источник 9 рабочего газа (например воздуха или азота - (N₂) высокого давления с устройством 10 его задействования и магистралью 11 подачи рабочего газа, снабженной устройством 12 измерения давления и выполненной с возможностью сообщения с зарядным краном 2. Возможность сообщения с зарядным краном 2 обеспечивается для магистрали 11 разъемным резьбовым соединением, а для магистрали 7 - ее подключением к магистрали 11 через вентиль 13. Система также включает накопительную емкость 14 (фиг.2) для течи из пневмоблока, масс-спектрометрический гелиевый течеискатель 15, снабженный линией 16 отбора пробы со щупом 17 с иглой 18 Льюера для прохода в полость накопительной емкости 14 и вакуумным насосом 19, сообщенным линией 20 с линией 16 отбора пробы через вентиль 21. Накопительная емкость 14 снабжена окном 22 для прохода пневмоблока и устройством 23 герметизации окна 22, а также горловиной 24 с пробкой 25 для введения ее в полость иглы 18 Льюера. Площадь свободной поверхности накопительной емкости 14 после герметизации ее окна 22 устройством 23 превышает площадь наружной поверхности пневмоблока, при этом система содержит шприц 26 тарированного объема с иглой 27 для введения в полость накопительной емкости 14 воздуха. Накопительная емкость снабжена демпфирующей платформой 28 для установки пневмоблока.

Система для подготовки пневмоблока высокого давления к эксплуатации работает следующим образом. Открывается зарядный кран 2, вентиль 13 и задействуется устройство 6, при этом гелий по магистралям 7 и 11 через зарядный кран 2 поступает в полость баллона 1, повышая в ней давление гелия, которое контролируется по устройству 8 измерения давления. После зарядки баллона 1 до определенного давления, в соответствии с величиной контролируемой течи гелия, отключается устройство 6, закрывается вентиль 13 и задействуется устройство 10, при этом рабочий газ из источника 9 по магистрали 11 через открытый зарядный кран 2 поступает в полость баллона 1, повышая в ней давление смеси рабочего газа и гелия от величины давления зарядки гелием до величины давления зарядки баллона 1, необходимой для обеспечения работоспособности пневмоблока на объекте эксплуатации, которое контролируется по устройству 12, после чего устройство 10 отключается. В случае быстрой зарядки баллона 1 температура газа в нем и его конструкции при зарядке повышается и после остывания давление в баллоне 1 снижается, после чего аналогично производится дозарядки баллона 1 рабочим газом до необходимого значения давления зарядки. Далее закрывается зарядный кран 2, от него отстыковывается магистраль 11 и пневмоблок через окно 22 размещается на демпфирующей платформе 28 в полости накопительной емкости 14, закрывается устрйоство 23, игла 18 щупа 17 вводится через пробку 25 горловины 24 в полость накопительной емкости 14, открывается вентиль 21 и включается вакуумный насос 19. Происходит откачка воздуха из накопительной емкости 14 до обжатия тонким эластичным материалом конструкции пневмоблока. При полной откачке воздуха (полного обжатия конструкции пневмоблока) в полость накопительной емкости 14 посредством шприца 26, после введения его иглы 27 через пробку 25, вводится объем воздуха, необходимый для обеспечения измерения течи гелия из пневмоблока гелиевым течеискателем 15. Далее производится выдержка для накопления концентрации гелия в воздухе, находящемся в полости накопительной емкости 14, после чего масс-спектрометрический гелиевый течеискатель, настроенный по контрольной течи (на чертежах не показана) определяет величину течи из пневмоблока. Благодаря тому, что масс-спектрометрические гелиевые промышленные течеискатели, например, ПТИ-6, ПТИ-7, способы определить течи порядка 10^-5÷10^-4 литр·мкм рт.ст./сек появилась возможность гарантировать приемлемую величину утечек газа из баллона 1 пневмоблока (Р_ут.) на которую надо перезарядить баллон 1 над величиной необходимого для обеспечения работоспособности пневмоблока давления (Р_раб.) и определить давление зарядки баллона 1 рабочим газом, как

Р_зар. =Р_раб.+Р_ут.

Минимальное давление зарядки гелия в баллоне 1 определено как Р_Не=0,001·Р _зар., поскольку при меньшей величине Р_Не объем воздуха в накопительной емкости 14 для обеспечения приемлемого времени контроля течи гелия течеискателем 15 значительно уменьшается, соответственно, увеличивается погрешность его определения и погрешность контроля течи, а для приемлемых величин объемов воздуха время определения течи недопустимо увеличивается. Максимальная величина давления зарядки гелия Р_Не=1,0·Р_зар. соответствует случаю когда рабочим газом пневмоблока является гелий. Средняя величина утечки смеси газа из баллона 1 за время эксплуатации Q=Р_ут.·V/, где V - объем баллона 1; - продолжительность назначенного срока службы. Величина утечки гелия (Q_Не) составляет часть общей утечки (Q), пропорциональную отношению давления Р_Не /Р_зар., то есть контролируемая течеискателем течь, гарантирующая не превышение падения давления в баллоне 1 пневмоблока более чем на величину Р_ут., составляет Q_Не=Р_не /Р_зар. Q=Р_ут.·Р_Не·V/(Р_зар. ·). Таким образом, благодаря частичной или полной зарядке баллона 1 гелием и обеспечению возможности определения общей величины течи газа из баллона 1 и потерь давления в нем за полное время назначенного срока службы, путем контроля суммарной течи гелия (через зарядный кран 2, сварные швы пневмоблока, стенки баллона 1) масс-спектрометрическим гелиевым течеискателем 15, с использованием накопительной емкости 14, выполненной из тонкостенного эластичного материала, гарантируется обеспечение работоспособности пневмоблока на объекте в течение назначенного срока службы, без контроля давления в баллоне 1 и его дозарядок рабочим газом. Благодаря наличию демпфирующей платформы 28, а также горловины 24 с пробкой 25 тонкостенная эластичная ткань накопительной емкости 14 при загрузке пневмоблока через окно 22 и при контроле течи гелия с введением игл 18 и 27 не повреждается, что увеличивает срок службы емкости 14. Расчетом подтверждено, для баллона с объемом полости V=0,35 литра; Р_зар.=162,5 кГс/см ² при температуре t=20°; Р_ут.=16 кГс/см²; =12 лет, определено:

- время контроля герметичности 9 минут;

- для парциального давления гелия Р _Не=1 кГс/см² в баллоне 1 объем воздуха накопительной емкости 14 составляет 50 см³, контролируемая течеискателем 15 течь гелия - Q_Не=7·10^-5 мкм рт.ст.·литр/сек;

- для парциального давления гелия P_Не=10 кГс/см² в баллоне 1 объем воздуха накопительной емкости 14 составляет 500 см³, контролируемая течеискателем 15 течь гелия - Q_He=7·10^-4 мкм рт.ст.·литр/сек.

1. Система для подготовки к эксплуатации пневмоблока высокого давления, включающая пневмоблок, содержащий баллон высокого давления, сообщенный с зарядным краном и с магистралью подачи рабочего газа потребителю, снабженной устройством герметизации, источник гелия избыточного давления с устройством его задействования и магистралью подачи гелия, снабженной устройством измерения давления и выполненной с возможностью сообщения с зарядным краном, источник рабочего газа высокого давления с устройством его задействования и магистралью подачи рабочего газа, снабженной устройством измерения давления и выполненной с возможностью сообщения с зарядным краном, накопительную емкость для течи из пневмоблока, масс-спектрометрический гелиевый течеискатель, снабженный линией отбора пробы со щупом с иглой Льюера для прохода в полость накопительной емкости и вакуумным насосом, сообщенным с линией отбора пробы через вентиль, отличающаяся тем, что накопительная емкость выполнена из тонкостенного эластичного материала с возможностью размещения пневмоблока, снабжена окном для его прохода и устройством герметизации окна.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что накопительная емкость снабжена горловиной с пробкой из упругого эластичного материала для введения в ее полость иглы Льюера.

3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что площадь свободной поверхности накопительной емкости после герметизации ее окна превышает площадь наружной поверхности пневмоблока, при этом система содержит шприц тарированного объема с иглой для введения в полость накопительной емкости воздуха.

4. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что накопительная емкость снабжена демпфирующей платформой для установки пневмоблока.

5. Система по п.3, отличающаяся тем, что накопительная емкость снабжена демпфирующей платформой для установки пневмоблока.