Эксплуатация испытательных комплексов ракетно-космических систем (стр. 24 )

Так, в криогенных системах жидких водорода и кислорода испытательных стендов, как правило, назначается технический ресурс (срок эксплуатации до 25 лет) с максимальным количеством силовых нагружений давлением до 15000 циклов и температурных нагружений до 5000 циклов.

Основными критериями продления технического ресурса основного оборудования ПГС испытательного стенда (сосудов, работающих под давление, трубопроводов и арматуры) являются уменьшение толщины стенки сосуда ниже допустимой величины, принятой в расчете прочности сосуда, отсутствие трещин (вмятин) и следов окисления металла в сварных швах и стенках сосуда, в элементах трубопроводов и арматуры.

Поэтому перед проведением гидравлического испытания системы пробным давлением (рпр=1,25рраб) выполняются операции контроля:

- толщины стенки сосудов с применением методов неразрушающего контроля, например, ультразвукового контроля;

- на отсутствие вмятин, трещин и следов коррозии в сварных швах и стенках сосуда при проведении внутреннего и наружного осмотров системы;

- технического состояния элементов арматуры с проверкой функционирования.

Если толщина стенки не ниже допустимых величин, принятых в паспорте сосуда, то по положительным результатам гидравлического испытания пробным давлением инспектором Госгортехнадзора дается разрешение на эксплуатацию сосуда на срок проведения следующего технического освидетельствования системы (8 или 10 лет).

В криогенных системах, работающих под давлением, продление срока эксплуатации производят с учетом термопрочностных нагрузок от циклических воздействий температур и давления при проведении заправок и вытеснения криогенного компонента.

Программа технического диагностирования и определения остаточного ресурса криогенной емкости проводят по методике, согласованной с Госгортехнадзором, с привлечением специализированных организаций. Методика предусматривает проведение следующих операций:

- анализ технической документации;

- визуальный осмотр систем на отсутствие повреждений (вмятин), трещин и следов окисления металла при проведении наружного и внутреннего осмотров;

- проверки герметичности теплоизоляционной (вакуумной) полости криогенной системы;

- пневматические испытания системы испытательным давлением с контролем процесса методом акустической эмиссии;

- пневмо- или гидравлические испытания трубопроводов системы обвязки пробным давлением;

- проверку статической прочности сосуда и их элементов;

- оценку цикловой усталости и определение возможного срока продления безопасной эксплуатации системы;

- анализ результатов проверок и разработка заключения о продление ресурса эксплуатации.

Если при пневмоиспытании сосуда испытательным давлением с контролем процесса методом акустической эмиссии (АЭ) активных и опасных источников АЭ не возникает, то ресурс системы можно продлить до проведения следующего срока технического освидетельствования с учетом циклов термосиловых нагружений.

Более подробно вопросы диагностики и продления ресурса оборудования и систем испытательных и стартовых комплексов рассмотрены в [41, 43].

 

3.3. Аттестация испытательного оборудования

 

Аттестация испытательного оборудования (ИО) проводится для подтверждения воспроизведения условий испытаний в пределах допускаемых отклонений и установления пригодности использования испытательного оборудования в соответствии с его назначением.

Испытательное оборудование подвергают:

- первичной аттестации при вводе системы в эксплуатацию;

- периодической аттестации через интервалы времени, установленные в эксплуатационной документации на испытательное оборудование, в процессе эксплуатации ИО.

В случае ремонта или модернизации испытательного оборудования, проведения работ с фундаментом, на котором оно установлено, перемещения испытательного оборудования и других причин, которые могут вызвать изменения характеристик воспроизведения условий испытаний, испытательное оборудование подвергают повторной аттестации.

Для аттестации испытательного оборудования должны применяться поверенные или калиброванные средства измерений.

Первичная аттестация испытательного оборудования заключается:

- в экспертизе эксплуатационной и проектной документации, на основании которой выполнена установка испытательного оборудования;

- в экспериментальном определении его технических характеристик и подтверждения пригодности его использования.

В процессе первичной аттестации устанавливают:

- возможность воспроизведения внешних воздействующих факторов или режимов функционирования объекта испытаний, установленных в документах на методики испытаний продукции конкретных видов;

- отклонения характеристик условий испытаний от нормированных значений;

- обеспечение безопасности персонала и отсутствие вредного воздействия на окружающую среду;

- перечень характеристик испытательного оборудования, которые проверяют при первичной аттестации оборудования, методы, средства и периодичность ее проведения.

При положительных результатах аттестации на основании протокола первичной аттестации оформляют аттестат на оборудование.

Сведения о выданном аттестате (номер и дата выдачи), полученные значения характеристик испытательного оборудования, а также срок последующей периодической аттестации испытательного оборудования и периодичность ее проведения в процессе эксплуатации заносятся в формуляр испытательного оборудования.

Периодическую аттестацию ИО в процессе его эксплуатации проводят в объеме, необходимом для подтверждения соответствия характеристик испытательного оборудования требованиям нормативных документов на методики испытаний и эксплуатационных документов на оборудование и пригодности его к дальнейшему использованию.

Первичную аттестацию испытательного оборудования проводит комиссия. В состав комиссии включают представителей:

- подразделения предприятия (организации), проводящего испытания на данном испытательном оборудовании;

- метрологической службы предприятия;

- государственных научных метрологических центров и (или) органов государственной метрологической службы.

Периодическую аттестацию испытательного оборудования в процессе его эксплуатации проводят сотрудники подразделения, в которой установлено оборудование, уполномоченные руководителем подразделения для выполнения этой работы, и представители метрологической службы предприятия [8, 9].

 

 

 

 

 

Глава 4

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ НОРМЫ И ТЕХНОЛОГИЯ ИСПЫТАНИЙ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТОКСИЧНЫХ И ВЗРЫВООПАСНЫХ КРТ

4.1. Основные факторы экологического воздействия на окружающую природную среду при экспериментальной отработке

двигательных установок

 

К загрязнениям окружающей среды принято относить все воздействия, которые влияют на изменение фоновых параметров окружающей природной среды (ОПС). Наиболее значительными факторами воздействия на окружающую среду являются: тепловые выбросы, шум и связанные с ним вибрации, выбросы токсичных веществ.

Снизить уровень шума можно двумя путями: во-первых, за счет соответствующего выбора расчетных параметров и с помощью конструктивных, регулировочных и других мероприятий, способствующих снижению шума в месте его зарождения, и, во-вторых, путем применения внешних устройств шумоглушения.

Особую опасность для окружающей среды вызывает ее загрязнение токсичными веществами. Токсичные вещества могут поступать в окружающую среду вследствие естественных процессов (например, космических, геологических или процессов жизнедеятельности живых организмов) и антропогенных, т. е. связанных с деятельностью человека. Естественные источники поставляют до 90 % от всех поступлений в атмосферу монооксида и диоксида углерода (СО и СО2), до 74% углеводородов (СmНn), до 85 % твердых (аэрозольных) частиц и менее 3,5 % всех поступлений оксидов азота (NOx). В связи с этим токсичность отработавших газов двигателей и энергоустановок ракет является таким же важным критерием совершенства процессов и конструкции, как, например, топливная экономичность, удельная мощность, надежность и ресурс.

В большинстве энергосиловых установок используются углеводородные горючие. Поэтому только такие продукты полного сгорания, как водяные пары Н2О и диоксид углерода СО2 условно не считаются химическими загрязнителями окружающей среды. Все остальные компоненты отработавших газов являются либо дымообразующими, либо токсичными веществами, оказывающими вредное влияние на человека и окружающую среду. К ним относятся: соединения серы (S02, S03 и др.); продукты неполного сгорания углеводородного топлива — сажа (С), моноокись углерода (СО), различные углеводороды, включая и кислородосодержащие (альдегиды, кетоны и др.), условно обозначаемые как CmHnOp; окислы азота с общим обозначением NОx; твердые (зольные) частицы, образующиеся из минеральных примесей в горючем; соединения свинца, бария и других элементов, входящих в состав присадок к топливам.

Содержание загрязняющих веществ в окружающей среде не должно превышать значений их предельно допустимых концентраций (ПДК), устанавливаемых из условия, когда ежедневное воздействие вещества в течение длительного времени на организм человека не вызывает патологических изменений, заболеваний или нарушений нормальной деятельности человека. ПДК одного и того же вещества неодинаковы для различных сред (воды питьевого или технического назначений; воздуха открытого пространства или производственных помещений и т. д.). В России устанавливают два типа значений ПДК: максимально разовые (при времени воздействия 30 минут) и среднесуточные.

Токсичность ракетных двигателей имеет свои особенности, обусловленные специфическими условиями их эксплуатации, применяемыми топливами и уровнем их массовых расходов, более высокими значениями температур в реакционной зоне, эффектами догорания выхлопных газов в атмосфере, особенностями конструкций двигателей [9].

Компоненты топлива подаются в камеру сгорания ЖРД при соотношении, соответствующем коэффициенту избытка окислителя aдв < 1. Кроме того методы тепловой защиты камер сгорания включают способы создания около огневой стенки слоя продуктов сгорания с пониженным уровнем температуры путем подачи избыточного горючего. Значительно обогащенный горючим пристеночный слой продуктов сгорания сохраняется до выходного сечения сопла. В твердотопливных двигателях из-за необходимости придания заряду требуемых механических свойств соотношение компонентов топлива соответствует также коэффициенту избытка окислительных элементов меньше единицы. Это обуславливает догорание продуктов сгорания факела двигателя при турбулентном перемешивании их с воздухом. Развиваемый при этом уровень температур в отдельных случаях может быть достаточно высоким для интенсивного образования из азота и кислорода воздуха окислов азота. Расчеты показали, что не содержащие азот топлива О2ж + Н2ж и О2ж + керосин образуют при догорании соответственно в 1,7 и 1,4 раза больше оксида азота NО, чем топливо азотный тетроксид (АТ) + НДМГ [11]. Это можно объяснить высоким уровнем температур в зоне догорания СО и Н2, содержание которых в продуктах сгорания первых двух топлив существенно больше, чем при использовании азотсодержащих окислителя и горючего. Полученный результат определяется и принятыми в расчетах значениями коэффициента aдв для приведенных топлив, соответственно 0,75; 0,76 и 0,87 в двигателях РД-0120 (О2ж + Н2ж), РД-170 (О2ж + керосин) и РД-253 (АТ + НДМГ). Отсюда вытекает возможность влияния на образование NOx изменением коэффициента избытка окислителя aдв.