RU2649215C1

RU2649215C1 - Method and device for control of the sealing of bottoms of fuel tanks of liquid rockets

Info

Publication number: RU2649215C1
Application number: RU2016148277A
Authority: RU
Inventors: Владимир Сергеевич Морозов
Original assignee: Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Институт "Гермес"
Priority date: 2016-12-08
Filing date: 2016-12-08
Publication date: 2018-03-30

Abstract

FIELD: test equipment.

SUBSTANCE: invention relates to the field of leak testing and can be used to control the tightness of the bottoms of fuel tanks of liquid rockets. Essence: product (2) is placed in test vacuum chamber consisting of mounting table (1) and vacuum hood (3). Cap (4) is sealed with upper nozzle of product (2). With the help of vacuum evacuation system (6), atmospheric air is evacuated from test vacuum chamber volume. By means of system (5) for supplying control gas to product, product (2) is filled with helium or mixture of helium and air. Leakage of helium into volume of test vacuum chamber is recorded with mass spectrometric leak detector (7). If the measured flow of test gas exceeds the allowable value, an area of penetrating microleakage is being searched. For this purpose, two local chambers (9, 10) are used covering symmetric with respect to axis line of product (2) sectors of its surface. Local chambers (9, 10) are configured to move stepwise along surface of product (2) creating hermetic connection to product’s surface (2) after each step. After each movement of local chambers (9, 10) and after sealing at surface of product (2), volumes of local chambers (9, 10) by flexible vacuum lines (12, 13) are connected to mass spectrometric leak detector system (7). Sealing of part of product’s surface (2) covered by local chambers (9, 10) is monitored. In this case, for local inspection of entire surface of product (2), operation is repeated as many times as necessary, and in order to more accurately locate defect of impermeability on surface of product (2) covered by local chamber, an operation is performed to control concentration of accumulated helium in local fractions of its volume.

EFFECT: technical result: increase in control sensitivity, reduction of labor and time expenditure, increase in test productivity.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к испытательной технике.The invention relates to the field of mechanical engineering, namely to testing equipment.

Развитие ракетно-космической техники сопровождается непрерывным повышением требований к герметичности систем и агрегатов. Для последних модификаций ракет-носителей уровень требований к основным элементам корпуса ракет, в том числе к днищам топливных баков эллиптической, сферической или конической формы, достигает значения показателя допустимой негерметичности - 1⋅10^-5 л⋅мкм рт.ст./с (1,33⋅10^-9 м³⋅Па/с). При этом столь высокие требования предъявляются к конструктивным элементам корпусов ракет, размеры которых измеряются многими метрами. Достижение высокой чувствительности при испытании на герметичность столь габаритных изделий представляет большую проблему. Еще более трудная задача - установление местонахождения дефектов герметичности для выполнения операций ремонта.The development of rocket and space technology is accompanied by a continuous increase in the requirements for the tightness of systems and assemblies. For the latest modifications of launch vehicles, the level of requirements for the main elements of the rocket body, including the bottoms of fuel tanks of an elliptical, spherical or conical shape, reaches a value of the allowable leak rate - 1⋅10 ^-5 l⋅mkm Hg / s (1 , 33⋅10 ^-9 m ³ ⋅Pa / s). At the same time, such high demands are placed on the structural elements of rocket bodies, the dimensions of which are measured by many meters. Achieving high sensitivity during the leak test of such dimensional products is a big problem. An even more difficult task is to locate leakage defects for repair operations.

Известны способы контроля локальной негерметичности масс-спектрометрическими методами, регламентированные ОСТ 92-1527-89 «Изделия отрасли. Методы испытания на герметичность с применением масс-спектрометрических течеискателей»:Known methods for monitoring local leakage by mass spectrometric methods, regulated by OST 92-1527-89 "Products of the industry. Leak test methods using mass spectrometric leak detectors ":

- метод «щупа»;- method "probe";

- метод обдува гелием;- method of blowing helium;

- метод вакуумных присосок;- method of vacuum suction cups;

- метод накопления гелия в локальной камере.- helium accumulation method in a local chamber.

Две причины ограничивают и препятствуют их применению при поиске негерметичностей малого порядка на крупногабаритных сборочных единицах, таких как днища топливных баков:Two reasons limit and impede their use in the search for leakages of small order on large assembly units, such as the bottoms of fuel tanks:

- высокая трудоемкость и малая производительность;- high complexity and low productivity;

- недостаточная чувствительность и надежность контроля.- insufficient sensitivity and reliability of control.

Поиск течей на изделиях с поверхностями, измеряемых десятками квадратных метров, требует многосуточных затрат времени, трудозатраты - до 100…200 н-час. Контроль проводится в среде окружающего атмосферного воздуха, содержащего пары влаги, пыли. Как показывают последние исследования, микронеплотности с проницаемостью ~1⋅10^-5 л⋅мкм рт.ст./с (1,33⋅10^-9 м³Па/с) теряют проницаемость за счет конденсации капиллярной влаги через 2…4 часа пребывания изделия в атмосфере с относительной влажностью 60,0…80,0%. Практическая чувствительность контроля не превышает 5⋅10^-4 л⋅мкм рт.ст. (6,65⋅10^-8 м³Па/с).The search for leaks on products with surfaces measured in tens of square meters requires many hours of time, labor costs up to 100 ... 200 n-hours. The control is carried out in the environment of ambient air containing moisture vapor, dust. As recent studies show, micro-densities with permeability of ~ 1⋅10 ^-5 l⋅mkm Hg / s (1.33⋅10 ^-9 m ³ Pa / s) lose their permeability due to condensation of capillary moisture after 2 ... 4 hours of stay products in an atmosphere with a relative humidity of 60.0 ... 80.0%. The practical sensitivity of the control does not exceed 5⋅10 ^-4 l⋅mkm Hg. (6.65⋅10 ^-8 m ³ Pa / s).

Наиболее близкими к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способы и устройства контроля зоны расположения дефекта герметичности методами вакуумной присоски и накопления гелия в локальной камере, регламентированные ОСТ 92-1527-89 «Изделия отрасли. Методы испытания на герметичность с применением масс-спектрометрических течеискателей». Однако эти способы, как уже указано выше, характеризуются недостаточной чувствительностью, надежностью и производительностью.Closest to the proposed invention in terms of technical nature and the effect achieved is the methods and devices for monitoring the location of the leakage defect by vacuum suction and helium accumulation in the local chamber, regulated by OST 92-1527-89 "Products of the industry. Leak test methods using mass spectrometric leak detectors. " However, these methods, as already indicated above, are characterized by insufficient sensitivity, reliability and performance.

Контроль методом вакуумной присоски изделий с большими поверхностями - малопроизводителен, поскольку для перестановки присоски на новый участок контроля, герметизации с поверхностью изделия и достижения под ее поверхностью высокого вакуума требуется достаточно большое время, к тому же достижимая чувствительность в связи с трудностью герметизации ее на поверхности ограничена значением 1⋅10^-3…5⋅10^-4 л⋅мкм рт.ст./с. (1.33⋅10^-7…6,65⋅10^-8 м³Па/с).Vacuum suction control of products with large surfaces is inefficient because it takes a rather long time to move the suction cup to a new control area, seal with the product surface and achieve a high vacuum under its surface, besides the achievable sensitivity due to the difficulty of sealing it on the surface is limited value of 1⋅10 ^-3 ... 5⋅10 ^-4 l⋅mkm Hg / s. (1.33⋅10 ^-7 ... 6.65⋅10 ^-8 m ³ Pa / s).

Метод накопления гелия в локальной камере для установления зоны расположения дефекта требует многократной перестановки локальной камеры и герметизации ее на поверхности изделия, что также требует больших затрат труда и времени, а при ускорении процесса снижаются чувствительность контроля до значений - не выше 1⋅10^-3…5⋅10^-4 л⋅мкм рт.ст./с. (1.33⋅10^-7…6,65⋅10^-8) м³Па/с, а при длительном пребывании изделия в окружающем атмосферном воздухе снижается надежность контроля герметичности.The method of helium accumulation in the local chamber to establish the defect location zone requires multiple rearrangement of the local chamber and sealing it on the product surface, which also requires a lot of labor and time, and when the process is accelerated, the control sensitivity decreases to values not higher than 1⋅10 ^-3 ... 5⋅10 ^-4 l⋅mkm Hg / s (1.33⋅10 ^-7 ... 6.65⋅10 ^-8 ) m ³ Pa / s, and with a long stay of the product in ambient air, the reliability of the tightness control decreases.

Технической проблемой, на решение которой направлено изобретение, является повышение чувствительности, надежности контроля герметичности, сокращение затрат труда и времени на поиск дефектов герметичности и повышение производительности испытаний.The technical problem to which the invention is directed is to increase the sensitivity, reliability of tightness control, reduce labor costs and time to search for tightness defects and increase test performance.

Решение проблемы достигается тем, что в способе контроля герметичности эллиптических, сферических и конических днищ топливных баков жидкостных ракет, заключающемся в размещении изделия в вертикальном положении осевой линии на столе испытательной вакуумной камеры, герметичном соединении на столе нижнего торца изделия, установке и герметичном соединении на верхнем патрубке заглушки, подключении к внутреннему объему изделия магистрали подачи давления гелия или смеси гелия с воздухом, заключении изделия в объеме испытательной вакуумной камеры путем установки и герметизации на столе вакуумного колпака при строгом совмещении осей изделия и вакуумного колпака, откачке из объема испытательной камеры атмосферного воздуха и вакуумной откачке для достижения в ее объеме остаточного давления менее 5⋅10^-5 мм рт.ст., нагружении изделия давлением гелия или смеси гелия с воздухом и регистрации утечки гелия в объем испытательной камеры масс-спектрометрическим течеискателем, согласно изобретению дополнительно обеспечивается возможность определения зоны расположения сквозной микронеплотности на поверхности контролируемого изделия путем использования двух локальных камер, покрывающих симметрично расположенные относительно осевой линии изделия сектора его поверхности и способных совместно последовательно, пошагово перемещаться по поверхности изделия поворотом вокруг его оси, создавая герметичное соединение с поверхностью изделия после каждого шага последовательного перемещения, причем после совместного с каждым последующим шагом поворота локальных камер вокруг осевой линии на угол

где s - площадь поверхности, покрываемая каждой локальной камерой, и S_о - общая поверхность контролируемого изделия, и после герметизации у поверхности изделия объемы локальных камер гибкими вакуумпроводами соединяют с вакуумной системой масс-спектрометрического течеискателя, при этом выполняют контроль герметичности части общей поверхности изделия, покрываемой локальными камерами, причем для локального инспектирования всей поверхности изделия операцию повторяют до

а для более точного установления местонахождения дефекта герметичности на поверхности изделия, покрываемой локальной камерой, выполняют операцию контроля концентрации накопленного гелия в локальных долях ее объема.The solution to the problem is achieved by the fact that in the method for monitoring the tightness of elliptical, spherical and conical bottoms of the fuel tanks of liquid rockets, which consists in placing the product in the vertical position of the axial line on the table of the test vacuum chamber, tight connection on the table at the lower end of the product, installation and tight connection on the upper a stub pipe, connecting to the internal volume of the product a line for supplying helium pressure or a mixture of helium with air, enclosing the product in a vacuum test volume camera by mounting on the table and sealing of the vacuum hood in strict alignment axes of the product and the vacuum cap, evacuation of the air volume of the test chamber and the vacuum pumping in order to achieve its residual pressure of less than 5⋅10 ^-5 mmHg pressure loading articles helium or a mixture of helium with air and recording the leakage of helium into the volume of the test chamber by a mass spectrometric leak detector, according to the invention, it is further possible to determine the location zone of the through non-tightness on the surface of the product being monitored by using two local chambers that cover sectors of its surface symmetrically located relative to the product center line and are able to move together sequentially, step by step on the product surface by turning around its axis, creating a tight connection to the product surface after each step of sequential movement, and after joint with each subsequent step of rotation of the local cameras around the center line at an angle

where s is the surface area covered by each local chamber, and S _о is the total surface of the product being monitored, and after sealing at the product surface, the volumes of the local chambers are connected by flexible vacuum pipes to the vacuum system of the mass spectrometric leak detector, while tightness control of part of the common surface of the product is performed, covered by local cameras, and for local inspection of the entire surface of the product, the operation is repeated until

and to more accurately establish the location of the leakage defect on the surface of the product covered by the local chamber, perform the operation of monitoring the concentration of accumulated helium in local parts of its volume.

А также применением устройства контроля герметичности эллиптических, сферических и конических днищ топливных баков жидкостных ракет, включающего испытательную вакуумную камеру в составе монтажного стола для размещения контролируемого изделия с вертикальным положением его оси и вакуумного колпака, устройство герметизации нижнего торца изделия и заглушку для герметизации его верхнего патрубка, систему подачи в объем изделия гелия или смеси гелия с воздухом, систему вакуумной откачки объема испытательной камеры и систему контроля герметичности изделия масс-спектрометрическим течеискателем, характеризующегося тем, что оно дополнительно содержит две локальные камеры, несущие оболочки которых должны быть сформированы эквидистантно к поверхности изделия с возможностью покрывать симметрично расположенные относительно осевой линии изделия сектора его поверхности, закрепленные на механизме, обеспечивающем возможность вертикального вдоль оси изделия подъема камер над поверхностью изделия, совместный пошаговый поворот вокруг оси на угол

где s - площадь поверхности, покрываемая каждой локальной камерой, и S_о - общая поверхность контролируемого изделия, опускание камер к поверхности изделия и последующий прижим их к поверхности для обеспечения герметичного соединения за счет деформации эластичных уплотнительных кольцевых прокладок, смонтированных по периметру локальных камер, причем на поверхности каждой локальной камеры равномерно расположены контрольные штуцеры, обеспечивающие доступ иглы контрольного щупа-натекателя, подключенного к системе масс-спектрометрического течеискателя с помощью гибкого вакуумпровода с клапаном, к ее внутреннему объему через отверстия ∅ 1,0…1,5 мм, снабженные технологическими заглушками, а рекомендуемое количество контрольных штуцеров -

где: s_k - минимальная площадь поверхности изделия под периметром локальной камеры, на которой уверенно может быть установлено местонахождение сквозной микронеплотности при контроле концентрации накопленного гелия в локальных долях ее объема, через отверстия контрольных штуцеров, объемы каждой из локальных камер имеют возможность соединяться с системой масс-спектрометрического течеискателя с помощью гибких вакуумпроводов, кроме того, напуск контролируемого газа в течеискатель из объема испытательной камеры и объемов локальных камер производится через криогенный цеолитовый фильтр, а механизм вертикального подъема, опускания и поворота локальных камер вокруг оси шарнирно по оси изделия соединен с П-образной силовой опорой, шарнирно соединяющей локальные камеры в центре каждой из них, причем механизм включает пневмоцилиндр, обеспечивающий осевые вертикальные перемещения П-образной опоры вместе с локальными камерами, силовой шток которого передает усилие через осевой шариковый подшипник, верхняя пята которого неподвижно связана с силовым штоком пневмоцилиндра, а нижняя поворотная пята шарикового подшипника шарнирно связана с П-образной силовой опорой, кроме того, в полом объеме силового штока смонтирован шаговый двигатель, передача вращающего момента от которого к нижней поворотной пяте осуществляется с помощью магнитной муфты, а для герметизации устройства осевого перемещения верхняя пята шарикового подшипника соединена с корпусом вакуумного колпака с помощью сильфона.As well as the use of a device for monitoring the tightness of elliptical, spherical and conical bottoms of fuel tanks of liquid rockets, including a test vacuum chamber as part of an assembly table for placing a controlled product with a vertical position of its axis and a vacuum cap, a device for sealing the lower end of the product and a plug for sealing its upper pipe , a system for supplying helium or a mixture of helium with air into the product volume, a vacuum evacuation system for the volume of the test chamber and a control system the accuracy of the product by a mass spectrometric leak detector, characterized in that it additionally contains two local chambers, the bearing shells of which must be formed equidistant to the surface of the product with the ability to cover sectors of its surface symmetrically located relative to the center line of the product, mounted on a mechanism that allows vertical along the axis camera lifting products above the product surface, joint stepwise rotation around the axis by an angle

where s is the surface area covered by each local chamber, and S _о is the total surface of the controlled product, lowering the chambers to the surface of the product and then pressing them to the surface to ensure a tight connection due to the deformation of the elastic sealing ring gaskets mounted around the perimeter of the local chambers, on the surface of each local chamber, the control fittings are evenly located, providing access to the needle of the test probe-leakage connected to the mass spectrometric system of leak detector with a flexible vakuumprovoda a valve in an internal volume of through holes ∅ 1.0 ... 1.5 mm, provided with technological plugs and the recommended number of test nozzles -

where: s _k is the minimum surface area of the product under the perimeter of the local chamber, on which the location of through microleakness can be reliably established when controlling the concentration of accumulated helium in local fractions of its volume, through the openings of the control fittings, the volumes of each of the local chambers can be connected to the mass system spectrometric leak detector using flexible vacuum tubes, in addition, the inflow of controlled gas into the leak detector from the volume of the test chamber and the volumes of local chambers is produced through a cryogenic zeolite filter, and the mechanism of vertical raising, lowering and turning of local chambers around the axis is hinged along the product axis to a U-shaped power support pivotally connecting the local chambers in the center of each of them, and the mechanism includes a pneumatic cylinder providing axial vertical movements P -shaped support together with local chambers, the power rod of which transmits force through an axial ball bearing, the upper heel of which is motionlessly connected with the power rod of the pneumatic cylinder, and the lower rotary heel of the ball bearing is pivotally connected to the U-shaped power support, in addition, a stepper motor is mounted in the hollow volume of the power rod, the torque is transmitted from it to the lower rotary heel using a magnetic coupling, and for sealing the axial movement device the upper heel of the ball the bearing is connected to the housing of the vacuum cap using a bellows.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются:Distinctive features of the proposed method are:

- возможность контроля общей герметичности изделия (днища топливного бака жидкостной ракеты) и последующего установления зоны эллиптической, сферической или конической поверхности днища топливного бака, на которой располагается дефект герметичности, благодаря использованию двух локальных камер, способных совместно последовательно, пошагово перемещаться по поверхности изделия поворотом вокруг оси изделия, покрывая в каждом последовательном положении симметрично расположенные относительно осевой линии изделия сектора его поверхности;- the ability to control the overall tightness of the product (the bottom of the fuel tank of a liquid rocket) and the subsequent establishment of the zone of the elliptical, spherical or conical surface of the bottom of the fuel tank, on which the leakage defect is located, thanks to the use of two local chambers that are able to move sequentially along the surface of the product by turning around axis of the product, covering in each successive position symmetrically located relative to the center line of the product sectors of its surface ty;

- возможность более точного установления местонахождения дефекта герметичности на поверхности изделия, покрываемой локальной камерой, достигаемого выполнением операции контроля концентрации накопленного гелия в локальных долях ее объема.- the ability to more accurately establish the location of the leakage defect on the surface of the product covered by the local chamber, achieved by performing the operation of controlling the concentration of accumulated helium in local fractions of its volume.

Благодаря указанным отличиям достигаются повышение чувствительности, надежности контроля локальной герметичности, сокращаются затраты труда и времени на поиск дефектов герметичности и повышается производительность испытаний.Due to these differences, an increase in sensitivity, reliability of local tightness control is achieved, labor and time spent on searching for tightness defects are reduced, and test performance is increased.

Повышение чувствительности и надежности контроля при поиске локальной герметичности в сравнении с традиционной технологией поиска способами вакуумных присосок, накопления гелия в локальной камере, обдува гелием достигается уменьшения фоновых потоков гелия, вызванных негерметичностью в стыке присосок с поверхностью изделия, исключения контакта поверхности изделия с атмосферным воздухом, содержащим влагу и другие производственные загрязнения (пыль, пары летучих веществ и т.п.), что способно вызывать потерю проницаемости сквозных микронеплотностей малого размера.Increasing the sensitivity and reliability of the control when searching for local tightness in comparison with the traditional technology for searching by means of vacuum suction cups, helium accumulation in the local chamber, helium blowing reduces the background helium fluxes caused by leaks in the junction of the suction cups with the surface of the product, eliminating contact of the surface of the product with atmospheric air, containing moisture and other industrial pollution (dust, fumes of volatile substances, etc.), which can cause a loss of permeability through micro small leak densities.

Сокращение трудозатрат, времени на поиск местоположения течи обусловлено механизацией и возможной автоматизацией технологического процесса, благодаря этому же значительно увеличивается производительность работ по поиску течей.The reduction of labor costs, time to search for the location of the leak is due to the mechanization and possible automation of the technological process, due to this, the productivity of the work to find leaks significantly increases.

Отличительными признаками предлагаемого устройства являются:Distinctive features of the proposed device are:

- наличие двух дополнительных локальных камер, несущие оболочки которых сформированы эквидистантно к поверхности изделия, способных покрывать симметрично расположенные относительно осевой линии сектора поверхности изделия, закрепленных на устройстве, обеспечивающем возможность вертикального вдоль оси изделия подъема камер над поверхностью изделия, пошаговый поворот вокруг оси на угол

опускание камер к поверхности изделия и последующего прижима их к поверхности для обеспечения герметичного соединения за счет деформации эластичных уплотнительных кольцевых прокладок, смонтированных по периметру локальных камер, объемы каждой из которых после герметизации на поверхности изделия соединяются с системой масс-спектрометрического течеискателя с помощью гибких вакуумпроводов, обеспечивая возможность контроля герметичности участков поверхности изделия, расположенных под поверхностями локальных камер;- the presence of two additional local chambers, the shells of which are formed equidistant to the surface of the product, capable of covering symmetrically located relative to the axial line of the sector surface of the product, mounted on a device that allows vertical along the axis of the product lifting cameras above the surface of the product, stepwise rotation around the axis by an angle

lowering the chambers to the surface of the product and then pressing them to the surface to ensure a tight connection due to the deformation of the elastic sealing ring gaskets mounted around the perimeter of the local chambers, the volumes of each of which, after sealing on the surface of the product, are connected to the mass spectrometric leak detector using flexible vacuum tubes, providing the ability to control the tightness of product surface areas located under the surfaces of local chambers;

- наличие механизма совместного вертикального подъема, опускания и пошагового поворота на угол

локальных камер вокруг оси; смонтированного в верхней части вакуумного колпака, обеспечивающего осевые вертикальные перемещения П-образной опоры вместе с локальными камерами при подаче давления воздуха на верхнюю или нижнюю поверхность пневмопоршня;- the presence of a mechanism for joint vertical lifting, lowering and incremental rotation at an angle

local cameras around the axis; mounted in the upper part of the vacuum cap, providing axial vertical movement of the U-shaped support together with local chambers when applying air pressure to the upper or lower surface of the pneumatic piston;

- наличие П-образной силовой опоры по оси изделия, шарнирно соединяющей локальные камеры в центре каждой из них;- the presence of a U-shaped power support along the axis of the product, pivotally connecting the local cameras in the center of each of them;

- наличие на поверхности локальных камер контрольных штуцеров для более точного установления зоны расположения дефекта герметичности;- the presence on the surface of the local chambers of the control fittings for more accurate determination of the zone of location of the leakage defect;

- наличие в системе напуска в масс-спектрометрический течеискатель анализируемого газа из объема испытательной камеры и объемов локальных камер криогенного цеолитового фильтра, обеспечивающего сепарацию гелия от других сопутствующих газов (компонентов воздуха, влаги, других газов и паров, десорбирующихся с поверхностей вакуумной системы), благодаря чему существенно увеличивается чувствительность контроля герметичности;- the presence in the inlet system of the analyzed gas into the mass spectrometric leak detector from the volume of the test chamber and the volumes of the local chambers of the cryogenic zeolite filter, which ensures the separation of helium from other associated gases (components of air, moisture, other gases and vapors desorbed from the surfaces of the vacuum system), due to which significantly increases the sensitivity of the tightness control;

- наличие на вакуумном колпаке технологического люка с герметичной крышкой для доступа оператора к контрольным штуцерам на поверхностях локальных камер.- the presence on the vacuum cap of the technological hatch with a sealed cover for operator access to the control fittings on the surfaces of the local chambers.

Таким образом, предлагаемый способ и устройство контроля герметичности эллиптических, шаровых и конических днищ топливных баков жидкостных ракет-носителей позволяет в значительной степени повысить надежность и чувствительность контроля, снизить затраты труда и времени на поиск зоны расположения дефекта. Предлагаемые решения могут быть также практически реализованы в процессах испытаний эллиптических, сферических и конических днищ, составляющих основу конструкций емкостей в авиастроении, судостроении, изготовлении герметичных конструкций в химической, ядерно-энергетической и других отраслях промышленности.Thus, the proposed method and device for monitoring the tightness of elliptical, spherical and conical bottoms of the fuel tanks of liquid launch vehicles can significantly increase the reliability and sensitivity of control, reduce labor and time spent on finding the location of the defect. The proposed solutions can also be practically implemented in the testing processes of elliptical, spherical and conical bottoms, which form the basis of tank structures in the aircraft industry, shipbuilding, the manufacture of pressurized structures in the chemical, nuclear energy and other industries.

Заявляемое решение может быть промышленно применимо, т.к. может быть изготовлено промышленным способом, осуществимо и воспроизводимо, следовательно, оно соответствует условию патентоспособности - «промышленная применимость».The claimed solution can be industrially applicable, because can be manufactured industrially, feasibly and reproducibly, therefore, it meets the condition of patentability - “industrial applicability”.

Сравнение заявляемого технического решения с уровнем техники по научно-технической литературе и патентным источникам показывает, что совокупность существенных признаков заявленного решения не была известна. Следовательно, оно соответствует условию патентоспособности - «новизна».Comparison of the claimed technical solution with the prior art in the scientific and technical literature and patent sources shows that the set of essential features of the claimed solution was not known. Therefore, it meets the condition of patentability - “novelty”.

Анализ известных технических решений в данной области техники показывает, что предлагаемое устройство имеет признаки, которые отсутствуют в известных технических решениях, а использование их в заявленной совокупности признаков дает возможность получить новый технический эффект, следовательно, предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень по сравнению с существующим уровнем техники.Analysis of the known technical solutions in the art shows that the proposed device has features that are not available in the known technical solutions, and their use in the claimed combination of features makes it possible to obtain a new technical effect, therefore, the proposed technical solution has an inventive step compared to the existing level technicians.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где показана схема устройства контроля герметичности днищ топливных баков жидкостной ракеты-носителя, позволяющего выполнить измерение ее общей негерметичности с чувствительностью до ~1⋅10^-4…1⋅10^-5 л⋅мкм рт.ст./с (1,33⋅10^-8…1,33⋅10^-9 м³Па/с) и провести оперативный поиск области местоположения дефекта (дефектов герметичности, если их несколько).The invention is illustrated by a drawing, which shows a diagram of a device for monitoring the tightness of the bottoms of fuel tanks of a liquid booster rocket, which allows measuring its general leakage with a sensitivity of up to ~ 1⋅10 ^-4 ... 1⋅10 ^-5 l⋅mkm Hg / s (1 , 33⋅10 ^-8 ... 1.33⋅10 ^-9 m ³ Pa / s) and conduct an on-line search for the location of the defect (leakage defects, if there are several).

Устройство содержит испытательную вакуумную камеру в составе монтажного стола 1 для размещения контролируемого изделия 2 с вертикальным положением его оси и вакуумный колпак 3, устройство герметизации нижнего торца изделия на монтажном столе (на схеме не показано) и заглушку для герметизации верхнего патрубка 4, систему подачи в объем изделия давления контрольного газа 5, систему вакуумной откачки испытательной камеры 6 и систему контроля герметичности изделия масс-спектрометрическим течеискателем 7, с установленным на линии напуска анализируемого газа криогенным цеолитовым фильтром 8.The device contains a test vacuum chamber as part of the mounting table 1 for placement of the controlled product 2 with a vertical position of its axis and a vacuum cap 3, a device for sealing the lower end of the product on the mounting table (not shown in the diagram) and a plug for sealing the upper pipe 4, the feed system the volume of the test gas pressure product 5, the vacuum evacuation system of the test chamber 6 and the product tightness control system with a mass spectrometric leak detector 7, with ana installed on the inlet line iziruemogo cryogenic gas filter 8 zeolite.

Устройство дополнительно содержит две локальные камеры 9 и 10, несущие оболочки которых сформированы эквидистантно к поверхности изделия 2, способные покрывать симметрично расположенные относительно осевой линии изделия сектора его поверхности, которые закреплены на механизме 11, обеспечивающем возможность вертикального вдоль оси изделия 2 подъема камер 9, 10 над поверхностью изделия, пошаговый поворот вокруг оси на угол

где s - площадь поверхности, покрываемая каждой локальной камерой и S_о - общая поверхность контролируемого изделия, опускание камер к поверхности изделия и последующего прижима их к поверхности для обеспечения герметичного соединения за счет деформации эластичных уплотнительных кольцевых прокладок (на схеме не показаны), смонтированных по периметру локальных камер. После герметизации локальных камер 9, 10 на поверхности изделия объемы каждой из них соединяются с системой масс-спектрометрического течеискателя 7 с помощью гибких вакуумпроводов 12 и 13. При этом обеспечивается возможность контроля герметичности участков поверхности изделия, расположенных под поверхностями локальных камер 9 и 10. Система масс-спектрометрического течеискателя 7 включает также игольчатый щуп-натекатель 14, подключаемый к системе через гибкий вакуумпровод 15 с клапаном 16.The device further comprises two

local chambers

9 and 10, the bearing shells of which are formed equidistant to the surface of the product 2, capable of covering sectors of its surface that are symmetrically located relative to the center line of the product, which are mounted on a mechanism 11 that allows the

chambers

9, 10 to be lifted vertically along the axis of the product 2 above the surface of the product, incremental rotation around the axis by an angle

where s is the surface area covered by each local chamber and S _о is the total surface of the controlled product, lowering the chambers to the product surface and then pressing them to the surface to ensure a tight connection due to the deformation of the elastic sealing ring gaskets (not shown in the diagram) mounted on perimeter of local cameras. After sealing the

local chambers

9, 10 on the surface of the product, the volumes of each of them are connected to the mass spectrometric leak detector 7 using

flexible vacuum lines

12 and 13. At the same time, it is possible to control the tightness of the surface sections of the product located under the surfaces of the

local chambers

9 and 10. The system The mass spectrometric leak detector 7 also includes a needle probe-leak 14 connected to the system through a flexible vacuum pipe 15 with a valve 16.

П-образная силовая опора 17 шарнирно соединяет локальные камеры 9, 10 в центре каждой из них, Опора 17 также шарнирно по оси изделия соединена с механизмом 11 ее перемещения вдоль оси и поворота вокруг оси, смонтированным и закрепленном в верхней части вакуумного колпака 3. Механизм 11 включает пневмоцилиндр 19, обеспечивающий осевые вертикальные перемещения П-образной опоры 17 вместе с локальными камерами 9 и 10 при подаче давления воздуха от пневмопульта 20 на верхнюю или нижнюю поверхность пневмопоршня 21, шток которого 22 передает усилие через механизм осевого вращения 23. Механизм 23 включает осевой шариковый подшипник, верхняя пята которого 24 неподвижно связана с силовым штоком 22 пневмоцилиндра 19, а нижняя поворотная пята шарикового подшипника 25 шарнирно связана с П-образной силовой опорой 17. На опоре 17 шарнирно закреплены две локальные камеры 9 и 10. В полом объеме силового штока 22 смонтирован шаговый двигатель 26, передача вращающего момента от которого к нижней поворотной пяте 25 осуществляется с помощью магнитной муфты 27. Для герметизации устройства осевого перемещения верхняя пята шарикового подшипника 24 соединена с корпусом вакуумного колпака 3 с помощью сильфона 28.U-shaped power support 17 pivotally connects the local chambers 9, 10 in the center of each of them, the Support 17 is also pivotally connected along the axis of the product to the mechanism 11 of its movement along the axis and rotation around the axis, mounted and secured in the upper part of the vacuum cap 3. Mechanism 11 includes a pneumatic cylinder 19, which provides axial vertical movements of the U-shaped support 17 together with local chambers 9 and 10 when air pressure is supplied from the air console 20 to the upper or lower surface of the pneumatic piston 21, the rod of which 22 transfers force through the fur the bottom of the axial rotation 23. The mechanism 23 includes an axial ball bearing, the upper heel of which 24 is fixedly connected to the power rod 22 of the pneumatic cylinder 19, and the lower rotary heel of the ball bearing 25 is pivotally connected to the U-shaped power support 17. Two local chambers are pivotally fixed to the support 17 9 and 10. In the hollow volume of the power rod 22, a stepper motor 26 is mounted, the torque is transmitted from which to the lower rotary heel 25 using a magnetic coupling 27. To seal the axial displacement device, the upper heel and a ball bearing 24 connected to the body 3 of the vacuum hood 28 by a bellows.

Вакуумный колпак 3 включает технологический люк с герметичной крышкой 29 для доступа оператора к контрольным штуцерам на поверхностях локальных камер.The vacuum cap 3 includes a process hatch with a sealed cover 29 for operator access to the control fittings on the surfaces of the local chambers.

На поверхности каждой локальной камеры равномерно расположены контрольные штуцеры (на чертеже не показаны), обеспечивающие доступ иглы контрольного щупа-натекателя 14 к ее внутреннему объему через отверстия ∅ 1,0…1,5 мм и снабженные технологическими заглушками (на схеме не показаны). Диаметр отверстий ∅ 1,0…1,5 мм обеспечивает возможность проникновения в объем локальной камеры щупа 14. Рекомендуемое количество контрольных штуцеров -

где s_k - минимальная площадь поверхности изделия под периметром локальной камеры, на которой уверенно может быть установлено местонахождение сквозной микронеплотности при контроле концентрации накопленного гелия в локальных долях ее объема через отверстия контрольных штуцеров.On the surface of each local chamber, control fittings are evenly located (not shown in the drawing), providing access for the needle of the test probe-leakage 14 to its internal volume through holes ∅ 1.0 ... 1.5 mm and equipped with technological plugs (not shown in the diagram). The diameter of the holes ∅ 1.0 ... 1.5 mm allows penetration into the volume of the local chamber of the probe 14. The recommended number of control fittings is

where s _k is the minimum surface area of the product under the perimeter of the local chamber, on which the location of through microleakness can be confidently established when controlling the concentration of accumulated helium in local fractions of its volume through the openings of the control fittings.

Способ контроля герметичности реализуется следующим образом.The method of tightness control is implemented as follows.

Контролируемое изделие - днище топливного бака жидкостной ракеты 2 устанавливается на столе 1 вакуумной испытательной камеры и герметично соединяется с ним по нижнему торцу. Затем заглушкой 4 герметизируется верхний патрубок днища.Controlled product - the bottom of the fuel tank of a liquid rocket 2 is installed on the table 1 of the vacuum test chamber and hermetically connected to it at the lower end. Then, cap 4 seals the upper nozzle of the bottom.

Внутренний объем изделия подключается к системе подачи давления контрольного газа 5. Вакуумный колпак 3 с механизмом 11 вертикального подъема, опускания и поворота вокруг оси П-образной опоры 7 и локальными камерами 9 и 10 с помощью крана устанавливается на монтажный стол 1 при строгом совмещении осей изделия и вакуумного колпака. При этом поршень 21 гидроцилиндра находится в крайнем верхнем положении) и затем герметизируется по нижнему торцу. Гибкие вакуумпроводы 12 и 13 подключаются через клапаны 30, 32, криогенный цеолитовый фильтр 8 и клапан 33 к вакуумной системе контроля герметичности масс-спектрометрическим течеискателем 7. Из объема испытательной камеры 1, 3 насосной группой 6 через клапаны 31, 34 и 35 удаляется атмосферный воздух, и производится откачка до остаточного давления не более 5⋅10^-5 мм рт.ст. Через клапаны 32 и 33 объем испытательной камеры соединяется с вакуумной системой масс-спектрометрического течеискателя 7. Цеолитовый фильтр 8 захолаживается жидким азотом. Внутренний объем изделия заполняется от пневмопульта 5 через клапан 36 контрольным газом при избыточным давлении, равном испытательному, и масс-спектрометрическим течеискателем 7 регистрируется и измеряется поток гелия, проникающий в объем испытательной камеры через сквозные микронеплотности контролируемого изделия.The internal volume of the product is connected to the control gas pressure supply system 5. A vacuum cap 3 with a mechanism 11 for vertical lifting, lowering and turning around the axis of the U-shaped support 7 and local chambers 9 and 10 is mounted on a mounting table 1 using a crane with strict alignment of the product axes and a vacuum cap. In this case, the piston 21 of the hydraulic cylinder is in its highest position) and then sealed at the lower end. Flexible vacuum lines 12 and 13 are connected through valves 30, 32, a cryogenic zeolite filter 8 and valve 33 to a vacuum tightness control system with a mass spectrometric leak detector 7. Atmospheric air is removed from the volume of test chamber 1, 3 by pump group 6 through valves 31, 34 and 35 , and pumping is performed to a residual pressure of not more than 5⋅10 ^-5 mm Hg. Through the valves 32 and 33, the volume of the test chamber is connected to the vacuum system of the mass spectrometric leak detector 7. Zeolite filter 8 is cooled with liquid nitrogen. The internal volume of the product is filled from the pneumatic console 5 through the valve 36 with a control gas at an overpressure equal to the test pressure, and a helium flow is detected and measured by a mass spectrometric leak detector 7, penetrating into the volume of the test chamber through the through micro-densities of the controlled product.

Если измеренный поток контрольного газа превышает допустимое значение, приступают к поиску зоны расположения сквозной микронеплотности (сквозных микронеплотностей, если их несколько) на поверхности изделия. Для этого переводят П-образную опору 17 с локальными камерами 9 и 10 в крайнее нижнее положение от пневмопульта 20 открытием клапана 40 при закрытом клапане 39, открытием клапана 38 при закрытом клапане 37. При этом эластичные уплотнения локальных камер приходят в соприкосновение в поверхностью изделия и деформируются, обеспечивая герметичный контакт. Клапан 31 закрывается и открываются клапаны 30. Течеискатель 7 регистрирует поток гелия из объемов локальных камер 9 и затем 10. Если негерметичность не обнаружена, изменяют положения локальных камер на поверхности изделия. Для этого предварительно производят подъем локальных камер над поверхностью изделия, закрыв клапаны 40, 38 и открыв клапан 39, тем самым сбросив давление воздуха из верхней камеры пневмоцилиндра 19 и затем подав давление воздуха в нижнюю камеру пневмоцилиндра 19 открытием клапана 37 при закрытом клапане 38. После подъема выполняют поворот П-образной опоры 17 вокруг оси изделия на угол

для чего включают шаговый двигатель 26 и магнитную муфту 27. После поворота вновь опускают П-образную опору 17 с локальными камерами 9 и 10 открытием клапанов 40 и 38 при закрытии клапанов 39 и 37 до соприкосновения с поверхностью изделия 2 и герметизации. Течеискателем 7 регистрируют и измеряют потоки контрольного газа из объемов, ограниченных каждой локальной камерой. Операции повторяют до тех пор, пока не будет установлена зона расположения сквозной микронеплотности (микронеплотностей, если их несколько). Если при контроле под какой-нибудь из локальных камер зарегистрирована негерметичность, превышающая допустимое значение, приступают к операции более точного установления ее местонахождения под периметром локальной камеры. Для этого закрытием клапанов 31 и 30 отключают объемы испытательной камеры и локальных камер от средств откачки, и открытием клапана 41 производят напуск атмосферного воздуха в объем испытательной камеры, а открытием клапанов 42 и 43 от пневмопульта 44 производят напуск сухого (точка росы ниже - -40°C), чистого (класс чистоты 1 по ОСТ 92-1577-78 «Воздух сжатый и азот газообразный. Технические требования и методы контроля») воздуха в объемы локальных камер до атмосферного давления при сохранении избыточного испытательного давления контрольного газа в объеме контролируемого изделия и производят выдержку в течение времени τ_н, сIf the measured flow of the control gas exceeds the permissible value, begin to search for the zone of through micro-leaks (through micro-leaks, if there are several) on the surface of the product. To do this, transfer the U-shaped support 17 with

local chambers

9 and 10 to the lowest position from the air console 20 by opening the valve 40 with the valve 39 closed, opening the valve 38 with the valve 37 closed. In this case, the elastic seals of the local chambers come into contact in the surface of the product and are deformed, providing tight contact. The valve 31 closes and the valves 30 open. The leak detector 7 registers the helium flow from the volumes of the local chambers 9 and then 10. If no leaks are detected, the positions of the local chambers on the surface of the product are changed. To do this, first raise the local chambers above the surface of the product, closing the valves 40, 38 and opening the valve 39, thereby relieving the air pressure from the upper chamber of the pneumatic cylinder 19 and then applying air pressure to the lower chamber of the pneumatic cylinder 19 by opening the valve 37 with the valve 38 closed. After lifting rotate the U-shaped support 17 around the axis of the product at an angle

for which they turn on the stepper motor 26 and the magnetic coupling 27. After turning, the U-shaped support 17 is again lowered with

local chambers

9 and 10 by opening the valves 40 and 38 when closing the

valves

39 and 37 until they come into contact with the surface of the product 2 and seal. Leak detector 7 record and measure the flow of the control gas from the volumes bounded by each local camera. The operations are repeated until the location zone of the through micro-tightness (micro-tightness, if there are several) is established. If during monitoring under any of the local cameras a leak is detected that exceeds the permissible value, the operation of more accurate determination of its location under the perimeter of the local camera is started. To do this, by closing the valves 31 and 30, the volumes of the test chamber and local chambers are disconnected from the evacuation means, and by opening the valve 41, atmospheric air is poured into the volume of the test chamber, and by opening the valves 42 and 43 from the air console 44, dry is poured (dew point below -40 ° C), clean (cleanliness class 1 according to OST 92-1577-78 "Compressed air and gaseous nitrogen. Technical requirements and control methods") of air into the volumes of local chambers to atmospheric pressure while maintaining the excess test pressure of the control gas at eme-controlled products and produce exposure to τ _n for the time, with

где q - величина негерметичности изделия, установленная при контроле с использованием локальной камеры, л⋅мкм рт.ст./с;where q is the value of the leakage of the product, established during the control using the local camera, l⋅mkm Hg / s;

- объем контролируемой доли (зоны) общего внутреннего объема V, л каждой локальной камеры, л;

- the volume of the controlled fraction (zone) of the total internal volume V, l of each local camera, l;

N - количество контролируемых зон под поверхностью каждой локальной камеры, равное количеству контрольных штуцеров на поверхности каждой локальной камеры, ед.;N is the number of controlled zones under the surface of each local camera, equal to the number of control fittings on the surface of each local camera, units;

C - объемная концентрация гелия в контрольном газе, %;C is the volume concentration of helium in the control gas,%;

P_min=(1,5…2,0)⋅C_ф⋅P_a - минимальное парциальное давление гелия, надежно регистрируемое течеискателем на фоне его атмосферного содержания, мкм рт.ст., где:P _min = (1.5 ... 2.0) ⋅C _f ⋅P _a is the minimum partial pressure of helium, which is reliably detected by the leak detector against the background of its atmospheric content, μm Hg, where:

C_ф=5⋅10^-6 - содержание гелия в атмосферном воздухе, ед.;C _f = 5⋅10 ^-6 - helium content in the air, units;

P_a=0,76⋅10⁶ - нормальное значение давления атмосферного воздуха, мкм рт.ст.P _a = 0.76⋅10 ⁶ - normal value of atmospheric air pressure, μm Hg

и по истечении времени τ_н открывают контрольный люк 29 вакуумного колпака, проникают в его внутренний объем и с помощью игольчатого щупа-натекателя 14, сообщенного с системой течеискателя 7 через клапаны 16, 32, 33 и криогенный цеолитовый фильтр 8 производят измерение содержания фактически накопленного при поступлении из микронеплотности гелия по всем контролируемым зонам (долям внутреннего объема) локальной камеры, путем обследования через каждый из контрольных штуцеров на поверхности локальной камеры (на схеме не показаны), после предварительного удаления технологических заглушек (на схеме не показаны); наиболее точное расположение сквозной микронеплотности определяют в области зоны, для которой при обследовании зарегистрирована максимальная концентрация гелия.and after the time τ _n , the control hatch 29 of the vacuum cap is opened, penetrated into its internal volume, and using the needle probe-leakage 14 connected to the leak detector 7 through valves 16, 32, 33 and cryogenic zeolite filter 8, the content of actually accumulated the inflow from helium micro-tightness over all controlled zones (fractions of the internal volume) of the local chamber, by examining through each of the control fittings on the surface of the local chamber (not shown in the diagram), after seamless removal of technological plugs (not shown in the diagram); the most accurate location of the through microleakness is determined in the region of the zone for which the maximum helium concentration was recorded during the examination.

Пример конкретного выполнения способа приведен ниже.An example of a specific implementation of the method is given below.

Необходимо выполнить испытания на герметичность днища топливного бака жидкостной ракеты с установлением зоны местонахождения сквозной микронеплотности.It is necessary to carry out leak tests of the bottom of the fuel tank of a liquid rocket with the establishment of the zone of location of the through micro-tightness.

Исходные данные:Initial data:

1. Днище эллиптической конструкции.1. The bottom of the elliptical construction.

2. Размеры днища:2. Bottom dimensions:

- диаметр нижнего торца днища d_нт=3000,0 мм;- the diameter of the lower end of the bottom d _nt = 3000.0 mm;

- диаметр верхнего патрубка d_вп=350,0 мм;- diameter of the upper nozzle d _vp = 350.0 mm;

- высота днища h=2500,0 мм;- bottom height h = 2500.0 mm;

- площадь наружной поверхности днища S=13,5⋅10⁶ мм²=13,5 м².- the area of the outer surface of the bottom S = 13.5 × 10 ⁶ mm ² = 13.5 m ² .

3. Размеры локальных камер.3. Dimensions of local cameras.

- периметр нижнего торца - 0,27 м;- the perimeter of the lower end - 0.27 m;

- периметр верхнего торца - 0,055 м;- the perimeter of the upper end - 0,055 m;

- периметр меридиональный - 4,5 м;- the meridional perimeter is 4.5 m;

- площадь поверхности изделия, перекрываемый локальной камерой - 1,21 м²;- the surface area of the product, covered by a local camera - 1.21 m ² ;

- угловой шаг кругового перемещения локальных камер

- angular step of circular movement of local chambers

- необходимое максимальное количество угловых поворотов локальных камер для охвата всей контролируемой поверхности изделия

- the required maximum number of angular rotations of local chambers to cover the entire controlled surface of the product

- количество контрольных штуцеров на поверхности локальной камеры исходя из размера площади контролируемой зоны под периметром локальной камеры s_к=0,04 м²:- the number of control fittings on the surface of the local camera based on the size of the area of the controlled zone under the perimeter of the local camera s _to = 0.04 m ² :

- объем локальной камеры под герметичным периметром уплотнительной прокладки - V_лк=S₀⋅δ=1,21⋅0,01=0,0121 м³=12,1 л; δ=0,01 м - зазор между поверхностями изделия и локальной камеры;- the volume of the local chamber under the sealed perimeter of the gasket - V _lx = S ₀ ⋅δ = 1.21⋅0.01 = 0.0121 m ³ = 12.1 l; δ = 0.01 m - the gap between the surfaces of the product and the local camera;

- объем контролируемой зоны под периметром уплотнительной прокладки локальной камеры

- the volume of the controlled area under the perimeter of the gasket of the local camera

4. Размеры испытательной камеры:4. Dimensions of the test chamber:

- внутренний диаметр - d_к=3500 мм;- inner diameter - d _to = 3500 mm;

- высота камеры h_k=3500 мм.- chamber height h _k = 3500 mm.

5. Условия контроля:5. Control conditions:

- метод контроля герметичности - вакуумный масс-спектрометрический;- tightness control method - vacuum mass spectrometric;

- давление испытания (избыточное) P=0,5 МПа;- test pressure (excess) P = 0.5 MPa;

- контрольный газ - смесь гелия с воздухом с объемной концентрацией гелия - 80,0%;- control gas - a mixture of helium with air with a volume concentration of helium - 80.0%;

- допустимая негерметичность днища Q_доп=5⋅10^-5 л⋅мкм рт.ст./с (6,65⋅10^-9 м³Па/с);- permissible bottom leakage Q _add = 5⋅10 ^-5 l⋅mkm Hg / s (6.65⋅10 ^-9 m ³ Pa / s);

- при обнаружении общей негерметичности днища, превышающей допустимое значение, необходимо установить зону местонахождения дефекта на поверхности изделия.- upon detection of a general leakage of the bottom exceeding the permissible value, it is necessary to establish the area where the defect is located on the surface of the product.

6. Для решения задачи используется предложенное выше устройство.6. To solve the problem, the device proposed above is used.

Контроль герметичности обечайки выполняется следующим образом.Checking the tightness of the shell is as follows.

Контролируемое изделие 2 устанавливается на столе 1 вакуумной испытательной камеры и герметично соединяется с ним по нижнему торцу. Затем заглушкой 4 герметизируется верхний патрубок днища. Внутренний объем изделия подключается к системе подачи давления контрольного газа 5.The controlled product 2 is installed on the table 1 of the vacuum test chamber and hermetically connected to it at the lower end. Then, cap 4 seals the upper nozzle of the bottom. The internal volume of the product is connected to the control gas pressure supply system 5.

Вакуумный колпак 3 с устройством вертикального подъема, опускания и поворота вокруг оси 11, П-образной опорой 17 и локальными камерами 9 и 10 с помощью крана устанавливается на монтажный стол 1 при строгом совмещении осей изделия и вакуумного колпака (при этом поршень 21 гидроцилиндра находится в крайнем верхнем положении) и затем герметизируется по нижнему торцу. Гибкие вакуумпроводы 12 и 13 подключаются через клапаны 30 и 32, криогенный цеолитовый фильтр 8 и клапан 33 к вакуумной системе контроля герметичности масс-спектрометрическим течеискателем 7. Из объема испытательной камеры 1, 3 насосной группой 6 через клапаны 31, 34 и 35 удаляется атмосферный воздух, и производится откачка до остаточного давления не более 5⋅10^-5 мм рт.ст. Через клапаны 32 и 33, цеолитовый фильтр 8 объем испытательной камеры соединяется с вакуумной системой масс-спектрометрического течеискателя 7. Цеолитовый фильтр 8 захолаживается жидким азотом. Внутренний объем изделия заполняется от пневмопульта 5 через клапан 36 контрольным газом (смесью гелия с воздухом объемной концентрацией 80%) при избыточным давлении 0,5 МПа, и масс-спектрометрическим течеискателем 7 регистрируется и измеряется поток гелия, проникающий в объем испытательной камеры через сквозные микронеплотности контролируемого изделия.A vacuum cap 3 with a device for vertical lifting, lowering and turning around the axis 11, a U-shaped support 17 and local chambers 9 and 10 is mounted on a mounting table 1 using a crane with a strict combination of the product axes and the vacuum cap (the piston 21 of the hydraulic cylinder is in top position) and then sealed at the bottom. Flexible vacuum lines 12 and 13 are connected through valves 30 and 32, a cryogenic zeolite filter 8 and valve 33 to a vacuum tightness control system with a mass spectrometric leak detector 7. Atmospheric air is removed from the volume of test chamber 1, 3 by pump group 6 through valves 31, 34 and 35 , and pumping is performed to a residual pressure of not more than 5⋅10 ^-5 mm Hg. Through valves 32 and 33, the zeolite filter 8, the volume of the test chamber is connected to the vacuum system of the mass spectrometric leak detector 7. The zeolite filter 8 is chilled with liquid nitrogen. The internal volume of the product is filled from the pneumatic control unit 5 through valve 36 with control gas (a mixture of helium with air with a volume concentration of 80%) at an overpressure of 0.5 MPa, and a helium flux penetrating into the volume of the test chamber through the through micro-leaks is recorded and measured by a mass spectrometric leak detector 7 controlled product.

При контроле обнаружена и измерена величина общей негерметичности Q=1⋅10^-4 л⋅мкм рт.ст./с (1,33⋅10^-8 м³Па/с), большая допустимого значения. Поэтому предприняты меры обнаружения ее местонахождения.During the control, the value of the total leakage was detected and measured Q = 1⋅10 ^-4 l⋅mkm Hg / s (1.33 м10 ^-8 m ³ Pa / s), which is greater than the permissible value. Therefore, measures have been taken to locate her.

Для этого переводят П-образную опору 17 с локальными камерами 9 и 10 в крайнее нижнее положение от пневмопульта 20 открытием клапана 38 при закрытом клапане 37, открытием клапана 40 при закрытом клапане 39. При этом эластичные уплотнения локальных камер приходят в соприкосновение в поверхностью изделия и деформируются, обеспечивая герметичный контакт. Клапан 31 закрывается и открываются клапаны 30. При этом течеискатель 7 регистрирует потоки гелия из объемов локальных камер 9 и затем 10. Если негерметичность не установлена, изменяют положения локальных камер на поверхности изделия. Для этого предварительно производят подъем локальных камер над поверхностью изделия, закрыв клапаны 40, 38 и открыв клапан 39, тем самым сбросив давление воздуха из верхней камеры пневмоцилиндра 19, и затем подав давление воздуха в нижнюю камеру пневмоцилиндра 19 открытием клапана 37 при закрытом клапане 38. После подъема выполняют поворот П-образной опоры 17 вокруг оси изделия на угол α=64,53 град., для чего включают шаговый двигатель 26 и магнитную муфту 27. После поворота вновь опускают П-образную опору 17 с локальными камерами 9 и 10 открытием клапанов 40 и 38 при закрытии клапанов 39 и 37 до соприкосновения с поверхностью изделия 2 и герметизации. Течеискателем 7 регистрируют и измеряют потоки контрольного газа из объемов, ограниченных каждой локальной камерой. Операции повторяют до тех пор, пока не будет установлена зона расположения сквозной микронеплотности (микронеплотностей, если их несколько).To do this, transfer the U-shaped support 17 with local chambers 9 and 10 to the lowest position from the air console 20 by opening the valve 38 with the valve 37 closed, opening the valve 40 with the valve 39 closed. In this case, the elastic seals of the local chambers come into contact in the surface of the product and are deformed, providing tight contact. The valve 31 closes and the valves 30 open. At the same time, the leak detector 7 registers helium flows from the volumes of the local chambers 9 and then 10. If a leak is not established, the positions of the local chambers on the surface of the product are changed. To do this, first lift the local chambers above the surface of the product, closing the valves 40, 38 and opening the valve 39, thereby relieving the air pressure from the upper chamber of the pneumatic cylinder 19, and then applying air pressure to the lower chamber of the pneumatic cylinder 19 by opening the valve 37 with the valve 38 closed. After lifting, the U-shaped support 17 is rotated around the product axis by an angle α = 64.53 degrees. For this, the stepper motor 26 and the magnetic coupling 27 are turned on. After the rotation, the U-shaped support 17 is again lowered with local chambers 9 and 10 opening the valves 40 and 38 when closing the valves 39 and 37 to contact with the surface of the product 2 and sealing. Leak detector 7 record and measure the flow of the control gas from the volumes bounded by each local camera. The operations are repeated until the location zone of the through micro-tightness (micro-tightness, if there are several) is established.

На четвертом угловом шаге под одной из локальных камер зарегистрирована негерметичность Q=1⋅10^-4 л мкм рт.ст. (1,33⋅10^-8 м³Па/с), превышающая допустимое значение Q_доп=5⋅10^-5 л⋅мкм рт.ст./с (6,65⋅10^-9 м³Па/с), поэтому приступают к операции более точного установления ее местонахождения под периметром локальной камеры. Для этого закрытием клапанов 31 и 30 отключают объемы испытательной камеры и локальных камер от средств откачки, и открытием клапана 41 производят напуск атмосферного воздуха в объем испытательной камеры, а открытием клапанов 42 или 43 от пневмопульта 44 производят напуск сухого (точка росы ниже - -40°C), чистого (класс чистоты 1 по ОСТ 92-1577-78 «Воздух сжатый и азот газообразный. Технические требования и методы контроля») воздуха в объемы локальных камер до атмосферного давления при сохранении избыточного испытательного давления контрольного газа в объеме контролируемого изделия, и производят выдержку в течение времени τ_н, с:At the fourth angular step, under one of the local chambers, a leak was recorded Q = 1⋅10 ^-4 L μm Hg. (1.33⋅10 ^-8 m ³ Pa / s), exceeding the permissible value Q _add = 5⋅10 ^-5 l⋅mkm Hg / s (6.65⋅10 ^-9 m ³ Pa / s), therefore, they begin the operation of more accurately establishing its location under the perimeter of the local camera. To do this, by closing the valves 31 and 30, the volumes of the test chamber and local chambers are disconnected from the pumping means, and by opening the valve 41, atmospheric air is poured into the volume of the test chamber, and by opening the valves 42 or 43 from the air control unit 44, dry is poured (dew point below -40 ° C), clean (cleanliness class 1 according to OST 92-1577-78 “Compressed air and gaseous nitrogen. Technical requirements and control methods”) of air into the volumes of local chambers to atmospheric pressure while maintaining the test gas overpressure in the volume of the controlled product, and produce exposure for a time τ _n , s:

После выдержки в течение времени τ_н≈16 час приступают к более точному установлению зоны расположения дефекта герметичности под периметром локальной камеры. Для этого открывают крышку 29 люка колпака 3, оператор проникает в объем испытательной камеры 1, 3 и при функционирующей системе течеискания - течеискатель 7, вакуумный насос 6, открытые клапаны 35, 32, 33 и криогенный цеолитовый фильтр 8 - после открытия клапана 16 с помощью игольчатого щупа-натекателя 14 производят обследование на предмет обнаружения гелия в объеме локальной камеры систематически и последовательно через все контрольные штуцера на поверхности локальной камеры, открывая на время контроля заглушку каждого из них. В таблице приведены значения реакции масс-спектрометрического течеискателя при обследования через каждый из контрольных штуцеров и измеренная концентрация гелия в контролируемой доле объема локальной камеры. Парциальное давление гелия в контролируемой доле локальной камеры P_ki вычислялась по соотношениюAfter exposure for a time τ _n ≈16 hours, they begin to more accurately establish the zone of location of the leakage defect under the perimeter of the local chamber. To do this, open the cover 29 of the hood 3, the operator penetrates into the volume of the test chamber 1, 3 and with a functioning leak detection system - leak detector 7, vacuum pump 6, open valves 35, 32, 33 and cryogenic zeolite filter 8 - after opening valve 16 with the needle probe-leakage 14 is inspected for the detection of helium in the volume of the local chamber systematically and sequentially through all the control fittings on the surface of the local chamber, opening at the time of monitoring the plug of each of them. The table shows the reaction values of the mass spectrometric leak detector during examination through each of the control fittings and the measured concentration of helium in a controlled fraction of the volume of the local chamber. The partial pressure of helium in the controlled fraction of the local chamber P _{ki was} calculated by the ratio

где α_oi - фоновая реакция течеискателя, в;where α _oi is the background reaction of the leak detector, in;

α_i - реакция течеискателя на парциальное давление и гелия в i-й контролируемой доле объема локальной камеры, в;α _i - leak detector response to partial pressure and helium in the i-th controlled fraction of the volume of the local chamber, in;

α_к - реакция течеискателя парциальное давление гелия P_k в контрольном сосуде, в;α _k - leak detector response partial pressure of helium P _k in the control vessel, c;

P_k=50 мкм рт.ст. - эталонное парциальное давление гелия в контрольном сосуде.P _k = 50 μm Hg - reference partial pressure of helium in the control vessel.

Как это видно, по результатам испытания, искомое местонахождение сквозной микронеплотности Q=1⋅10^-4 л мкм рт.ст. (1,33⋅10^-8 м³Па/с) - в районе 15-го контрольного штуцера на площади s_k≈0,04 м².As can be seen, according to the test results, the desired location of the through micro-density Q = 1⋅10 ^-4 l μm Hg (1.33⋅10 ^-8 m ³ Pa / s) - in the region of the 15th control fitting on the area s _k ≈ 0.04 m ² .

Установление местонахождения такой течи на поверхности s_k≈0,04 м² традиционным методом щупа вполне возможно за максимально короткий период поиска - 15…20 минут.Establishing the location of such a leak on the surface s _k ≈0.04 m ² using the traditional probe method is quite possible for the shortest possible search period - 15 ... 20 minutes.

Claims

1. A method of monitoring the tightness of the bottoms of the fuel tanks of liquid rockets, which consists in placing the product in the vertical position of the axial line on the table of the test vacuum chamber, tightly connecting the table to the lower end of the product, installing and sealing on the upper pipe of the plug, connecting the supply line to the internal volume of the product pressure of helium or a mixture of helium with air, enclosing the product in the volume of the test vacuum chamber by installing and sealing on the table a vacuum cap with strict combining the axes of the product and the vacuum cap, evacuating atmospheric air from the volume of the test chamber and vacuum evacuating to achieve a residual pressure of less than 5⋅10 ^-5 mm Hg in its volume, loading the product with helium or a mixture of helium with air and registering helium leakage in the volume of the test chamber by a mass spectrometric leak detector, characterized in that it additionally provides the ability to determine the location of the through microleakness on the surface of the controlled product by using two local chambers that cover sectors of its surface symmetrically located relative to the product’s center line and are able to move sequentially step by step along the product’s surface by rotation around its axis, creating a tight connection to the product’s surface after each step of sequential movement, and after each subsequent rotation of local chambers around center line at an angle

deg, where s is the surface area covered by each local camera, and S _o is the total surface of the controlled product, and after sealing at the surface of the product, the volumes of the local chambers are connected by flexible vacuum wires to the vacuum system of the mass spectrometric leak detector, while the tightness of part of the common surface is checked the product covered by local cameras, and for local inspection of the entire surface of the product, the operation is repeated until

times, and to more accurately establish the location of the tightness defect on the surface of the product covered by the local chamber, an operation is performed to control the concentration of accumulated helium in local fractions of its volume.

2. A device for monitoring the tightness of the bottoms of fuel tanks of liquid rockets, including a test vacuum chamber as part of an assembly table for placing a controlled product with a vertical position of its axis and a vacuum cap, a device for sealing the lower end of the product and a plug for sealing its upper pipe, a feed system into the volume of the product helium or a mixture of helium with air, a vacuum evacuation system for the volume of the test chamber and a system for monitoring the tightness of a product by a mass spectrometric leak detector characterized in that it additionally contains two local chambers, the bearing shells of which must be formed equidistant to the surface of the product with the ability to cover sectors of its surface that are symmetrically located relative to the axial line of the product, mounted on a mechanism that allows the cameras to rise vertically along the product axis, joint stepwise rotation around an axis by an angle

deg, where s is the surface area covered by each local camera, and S _o is the total surface of the controlled product, lowering the chambers to the product surface and then pressing them to the surface to ensure a tight connection due to the deformation of the elastic sealing ring gaskets mounted around the perimeter of the local chambers moreover, on the surface of each local chamber, control fittings are evenly located, providing access to the needle of the test probe-leakage connected to the mass spectrometry system leak detector using a flexible vacuum pipe with a valve, to its internal volume through openings ∅1.0 ... 1.5 mm, equipped with technological plugs, and the recommended number of control fittings is

where s _k is the minimum surface area of the product under the perimeter of the local chamber, on which the location of through microleakness can be reliably established when controlling the concentration of accumulated helium in local fractions of its volume through the openings of the control fittings, the volumes of each of the local chambers can be connected to a mass spectrometric leak detector using flexible vacuum tubes, in addition, the inflow of controlled gas into the leak detector from the volume of the test chamber and the volumes of the local chambers It is produced through a cryogenic zeolite filter, and the mechanism of vertical raising, lowering and turning of the local chambers around the axis is hinged along the product axis to the U-shaped power support pivotally connecting the local chambers in the center of each of them, and the mechanism includes a pneumatic cylinder providing axial vertical movements P -shaped support together with local chambers, the power rod of which transmits force through an axial ball bearing, the upper heel of which is motionlessly connected with the power rod of the pneumatic cylinder, and the rotary heel of the ball bearing is pivotally connected to the U-shaped power support, in addition, a stepper motor is mounted in the hollow volume of the power rod, the torque is transmitted from it to the lower rotary heel using a magnetic coupling, and to seal the axial movement device, the upper heel of the ball the bearing is connected to the housing of the vacuum cap using a bellows.