Результат интеллектуальной деятельности: Способ испытаний изделий на суммарную герметичность в вакуумной камере

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности, к испытаниям изделий на герметичность, и может найти применение в таких областях техники, как газовая промышленность, атомное машиностроение, авиастроение, где предъявляются повышенные требования к герметичности, долговечности и надежности изделий, например, отсеков и пневмогидросистем космических летательных аппаратов.

Известен способ-аналог испытаний изделий на суммарную герметичность в вакуумной камере, заключающийся в том, что размещают испытуемое изделие в вакуумной камере, закрывают вакуумную камеру, вакуумируют вакуумную камеру до достижения установившегося равновесного давления в вакуумной камере, заправляют изделие до испытательного давления контрольным газом - воздухом или азотом, после чего определяют суммарную негерметичность изделия путем измерения скорости повышения давления в полости вакуумной камеры при поступлении потока контрольного газа через течи изделия (1, Отраслевой стандарт ОСТ 92-4316-90 «Изделия отрасли. Порядок выбора методов контроля герметичности», с. 9).

Недостаток способа-аналога заключается в том, что его чувствительность зависит от значения потока газовыделения, поступающего от испытуемого изделия, что затрудняет контроль суммарной герметичности изделий с малыми допускаемыми утечками.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ контроля герметичности газонаполненного и запаянного изделия, заключающийся в том, что размещают изделие в вакуумной камере, имеющей низковакуумные и высоковакуумные насосы, закрывают вакуумную камеру, вакуумируют вакуумную камеру последовательно низковакуумными и высоковакуумными насосами до достижения установившегося равновесного давления в вакуумной камере, заправляют изделие до испытательного давления контрольным газом, содержащим пробный газ, и измеряют суммарную негерметичность изделия по повышению парциального давления пробного газа в вакуумной камере (2, Патент РФ №2105278, МПК⁶ G01M 3/02, опубл. 20.02.1998).

Недостатком способа-прототипа является то, что он не позволяет дифференцированно подходить к испытаниям на суммарную герметичность изделий со значительно различающимися требованиями к допускаемой суммарной не герметичности - с малыми и значительными допускаемыми утечками, а именно, способ-прототип предполагает, что для изделий как с малыми, так и со значительными допускаемыми утечками необходимо обязательно вакуумировать камеру высоковакуумными насосами, например, турбомолекулярными насосами. Между тем современные низковакуумные насосы, например, механический безмасляный вакуумный насос GXS 160/1750 производства Edwards, имеют малое предельное остаточное давление (3,8⋅10^-4 мм рт.ст. для GXS 160/1750), что обеспечивает подключение к вакуумной камере и работу современного масс-спектрометрического течеискателя, например, течеискателя PhoeniXL 300 производства Oerlikon Leybold Vacuum GmbH, и тем самым создает возможность проведения испытаний изделий в вакуумной камере без использования высоковакуумных насосов.

Задачей предлагаемого изобретения является расширение возможностей испытаний изделий на суммарную герметичность в вакуумной камере за счет обеспечения проведения испытаний без использования высоковакуумных насосов вакуумных камер.

Техническим результатом изобретения является повышение производительности и экономической эффективности испытаний, достигаемые за счет сокращения длительности вакуумирования вакуумных камер и снижения расходов на поддержание работоспособности и эксплуатационной готовности высоковакуумных насосов.

Технический результат достигается тем, что в способе испытаний изделий на суммарную герметичность в вакуумной камере, заключающемся в том, что размещают изделие в вакуумной камере, имеющей низковакуумные и высоковакуумные насосы, закрывают вакуумную камеру, вакуумируют вакуумную камеру последовательно низковакуумными и высоковакуумными насосами до достижения установившегося равновесного давления в вакуумной камере, заправляют изделие до испытательного давления контрольным газом, содержащим пробный газ, и измеряют суммарную негерметичность изделия по повышению парциального давления пробного газа в вакуумной камере, дополнительно после вакуумирования вакуумной камеры низковакуумными насосами до достижения установившегося равновесного давления в вакуумной камере измеряют значение чувствительности испытаний изделия на суммарную герметичность, сравнивают измеренное значение чувствительности испытаний изделия на суммарную герметичность и значение требования к суммарной герметичности изделия, в случае превышения значения требования к суммарной герметичности изделия над измеренным значением чувствительности испытаний изделия на суммарную герметичность заправляют изделие до испытательного давления контрольным газом, после чего измеряют суммарную негерметичность изделия, а в случае превышения измеренного значения чувствительности испытаний изделия на суммарную герметичность над значением требования к суммарной герметичности изделия вакуумируют вакуумную камеру высоковакуумными насосами до достижения установившегося равновесного давления в вакуумной камере, измеряют значение чувствительности испытаний изделия на суммарную герметичность, заправляют изделие до испытательного давления контрольным газом и измеряют суммарную негерметичность изделия.

Способ испытаний изделий на суммарную герметичность в вакуумной камере заключается в следующем:

- размещают изделие в вакуумной камере, имеющей низковакуумные (например, механические безмасляные) и высоковакуумные (например, турбомолекулярные) насосы;

- закрывают вакуумную камеру;

- вакуумируют вакуумную камеру последовательно низковакуумными и высоковакуумными насосами до достижения установившегося равновесного давления в вакуумной камере;

- заправляют изделие до испытательного давления контрольным газом (например, гелиево-воздушною смесью), содержащим пробный газ (например, гелий);

- при этом после вакуумирования вакуумной камеры низковакуумными насосами до достижения установившегося равновесного давления в вакуумной камере измеряют значение чувствительности испытаний изделия на суммарную герметичность;

- сравнивают измеренное значение чувствительности испытаний изделия на суммарную герметичность и значение требования к суммарной герметичности изделия;

- в случае превышения значения требования к суммарной герметичности изделия над измеренным значением чувствительности испытаний изделия на суммарную герметичность заправляют изделие до испытательного давления контрольным газом;

- после чего измеряют суммарную негерметичность изделия по повышению парциального давления пробного газа в вакуумной камере;

- в случае превышения измеренного значения чувствительности испытаний изделия на суммарную герметичность над значением требования к суммарной герметичности изделия вакуумируют вакуумную камеру высоковакуумными насосами до достижения установившегося равновесного давления в вакуумной камере;

- измеряют значение чувствительности испытаний изделия на суммарную герметичность;

- заправляют изделие до испытательного давления контрольным газом;

- после чего измеряют суммарную негерметичность изделия по повышению парциального давления пробного газа в вакуумной камере.

Примером испытательной системы, с помощью которой может быть реализован предложенный способ, может служить вакуумная камера В2794-064, эксплуатируемая в ПАО «РКК «Энергия», оснащенная низковакуумным механическим безмасляным вакуумным насосом GXS 160/1750, высоковакуумным турбомолекулярным насосом TMP-803LMC производства Shimadzu Corporation, гелиевым масс-спектрометрическим течеискателем PhoeniXL 300, широкодиапазонным вакуумметром Televac СС-10 производства Televac, блоком контрольной течи с натекателем Granville-Phillips 203 и вакуумметром Granville-Phillips 275.

Способ испытаний изделий на суммарную герметичность в вакуумной камере реализуется с помощью данной испытательной системы следующим образом.

Изделие, например, агрегат пневмогидравлической системы космического аппарата (КА), размещают в вакуумной камере В2794-064, закрывают вакуумную камеру, вакуумируют вакуумную камеру низковакуумным насосом - механическим безмасляным вакуумным насосом GXS 160/1750 - до достижения установившегося равновесного давления в вакуумной камере. При потоке газовыделения изделия в пределах от 30 до 530 л⋅мкм рт.ст./с значение названного равновесного давления находится в пределах от 4,3⋅10^-4 до 5,0⋅10^-4 мм рт.ст. и может быть измерено с помощью вакуумметра Televac СС-10. Такое давление в вакуумной камере позволяет проводить в ней испытания на суммарную герметичность изделий с использованием течеискателя PhoeniXL 300. Калибровка испытательной системы, выполненная при помощи блока контрольной течи с натекателем Granville-Phillips 203 и вакуумметром Granville-Phillips 275, позволяет при потоке газовыделения изделия в вышеназванных пределах измерить значения чувствительности испытаний изделия в вакуумной камере на суммарную герметичность. Например, при вышеуказанных потоке газовыделения изделия в пределах от 30 до 530 л⋅мкм рт.ст./с и равновесном давлении в камере соответственно в пределах от 4,3⋅10^-4 до 5,0⋅10^-4 мм рт.ст. значение чувствительности испытаний изделия в вакуумной камере на суммарную герметичность составляет от 6,0⋅10^-6 до 1,2⋅10^-5 л⋅мкм рт.ст./с при использовании в качестве контрольного газа гелия 100%.

Измерив значение чувствительности испытаний изделия на суммарную герметичность, сравнивают его со значением требования к суммарной герметичности изделия, например, 0,01 л⋅мкм рт.ст./с для газовой полости газожидкостного компенсатора системы обеспечения теплового режима (СОТР). В выбранном примере значение требования к суммарной герметичности изделия превышает измеренные значения чувствительности испытаний изделия на суммарную герметичность.

Это означает, что испытательная система позволяет провести испытания изделия - газовой полости газожидкостного компенсатора СОТР. Придя к такому выводу, заправляют изделие до испытательного давления контрольным газом, например, гелием 100%, и измеряют значение суммарной негерметичности изделия по повышению парциального давления пробного газа (гелия) в вакуумной камере.

В рассматриваемом примере в случае, если значение допустимой суммарной герметичности изделия будет менее 1,2⋅10^-5 л⋅мкм рт.ст./с, испытательная система после вакуумирования низковакуумным насосом не позволит провести испытания такого изделия. Это будет означать, что вакуумирование вакуумной камеры нужно будет продолжить с использованием высоковакуумного насоса, например, используемого в вакуумной камере В2794-064 турбомолекулярного насоса TMP-803LMC.

При вакуумировании высоковакуумным насосом установившееся равновесное давление в камере В2794-064 понизится, например, до 1,0⋅10^-4 мм рт.ст. После этого будет измерено значение чувствительности испытаний изделия на суммарную герметичность при помощи блока контрольной течи с натекателем Granville-Phillips 203 и вакуумметром Granville-Phillips 275. Типичное значение чувствительности составит около 1,0⋅10^-6 л⋅мкм рт.ст./с при использовании в качестве контрольного газа гелия 100%, и, таким образом, будет менее значения допустимой суммарной герметичности изделия. Отсюда следует вывод об осуществимости испытаний изделия. Придя к такому выводу, заправляют изделие до испытательного давления контрольным газом, например, гелием 100%, и измеряют значение суммарной негерметичности изделия по повышению парциального давления пробного газа (гелия) в вакуумной камере.

Предлагаемый способ опробован при контроле суммарной герметичности изделия - стыковочного агрегата (СтА), входящего в состав КА «Союз МС» при испытаниях СтА на заводе-изготовителе. Проведенные испытания СтА на суммарную герметичность подтвердили требуемые характеристики СтА по параметру «герметичность».

Использование предлагаемого способа позволяет проводить испытания изделий на суммарную герметичность без использования высоковакуумных насосов, что повышает производительность испытаний, а также снижает расходы на поддержание работоспособности и эксплуатационной готовности высоковакуумных насосов.

Способ достаточно прост в реализации и не требует дополнительных средств на доработку существующего испытательного оборудования.