Устройство для установки сосудов

 

УСТРОЙСТВО -ДЛЯ УСТАНОВКИ СОСУДОВ, содержащее концентрично размещенные кольца с радиальными отверстиями , выполненными равномерно по их периметру, и соединенные с кольцами стержни, отличпющееся тем, что, с целью повышения надежности за счет увеличения жесткости и прочности устройства, оно снабжено рамой, установленной между кольцами , и кольца снабжены штифтами, установленными в их отверстиях с возможностью перемещения, при этом свободные концы штифтов внутреннего кольца шарнирно соединены между собой посредством серег, размещенных вокруг внутреннего кольца на расстоянии от него, и каждый штифт наружного кольца и два диаметрально расположенных штифта внутреннего кольца шарнирно соединены с парой стержней , которые противоположными концами щарнирно соединены с вершинами углов рамы. (Л со 4 ийь

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕ -MA И ОТКРЫТИЙ (21) 33! 2917/23-26 (22) 09.07.81 (46) 15.04.83. Бюл. № 14 (72) К. Г. Никитин (71) Институт прикладной физики АН Украинской ССР (53) 621.59 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 830076, кл. F 17 С 13/08, 1979.

2. Патент Франции № 1551120, кл. В 65 D, 1968. (54) (57) УСТРОЛСТВО -ДЛЯ УСТАНОВКИ СОСУДОВ, содержащее концентрично размещенные кольца с радиальными отверстиями, выполненными равномерно по их периметру, и соединенные с кольцами

-„„SU„1011944 А стержни, отличоющееся тем, что, с целью повышения надежности за счет увеличения жесткости и прочности устройства, оно снабжено рамой, установленной между кольцами, и кольца снабжены штифтами, уста. новленными в их отверстиях с возможностью перемещения, при этом свободные концы штифтов внутреннего кольца шарнирно соединены между собой посредством серег, размещенных вокруг внутреннего кольца на расстоянии от него, и каждый штифт наружного кольца и два диаметрально расположенных штифта внутреннего коль.ца шарнирно соединены с парой стержней, которые противоположными концами шарнирно соединены с вершинами углов рамы.

1011944

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в криостатах для жесткого фиксирования емкостей с хладагентом.

Изобретение направлено на создание устройства для жесткой фиксации отдельных узлов в конструкциях, -в которых по условиям работы возникают большие перепады температур между отдельными элементами этих конструкций, в которых большой теплоприток к узлу, закрепленному устройством (фиксатором), совершенно недопустим и в которых также нежелательно появление тепловых напряжений.

Известно устройство для установки сосудов, позволяющее увеличивать жесткость фиксации криогенной емкости в криостатах. Оно содержит несколько распорных цилиндрических элементов, между которыми натянуты перекрещивающиеся растяжки, соединенные в центрах перекрещивания втулками. При этом каждая пара противоположных растяжек установлена под углом, определяемым коэффициентами линейного расширения материалов растяжек и распорных элементов (1).

Недостатком такого устройства является то, что с увеличением нагрузки, действующей на растяжки, приходится увеличивать и их сечение, что ведет к увеличению по ним теплопритока в емкость с хладагентом, т. е. эти подвески хороши и достаточно экономичны (малотеплопроводны) при не- gp больших внешних нагрузках (примерно до 50 — 60 кг).

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для установки сосудов, содержащее концентрично размещенные кольца с радиальными отверстиями, распо- gg ложенными равномерно по их периметру и соединенные с кольцами стержни, которые выполнены в виде трубок, вставленных одна в другую и выполняющие роль демпфера температурных напряжений (2) .

Недостатком известного устройства яв- 4о ляется его низкая прочность, обусловленная тем, что под действием внешней нагрузки в стержнях возникают напряжения изгиба, а также тем, что при охлаждении устройства в его стержнях появляются тепловые напряжения. Кроме того, устройство характеризуется низкой жесткостью его конструкции, обусловленной тем, что под действием внешней нагрузки в длинных тонкостенных трубках стержней (демпфирующих элементах) возникают изгибающие усилия. Особенно низкая прочность и жесткость наблюдается при действии постороннего крутящего момента.

Целью изобретения является повышение надежности за счет увеличения жесткости и прочности устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для установки сосудов, содержащее концентрично размещенные кольца с радиальными отверстиями, расположенными равномерно по их периметру и соединенные с кольцами стержни, снабжено рамой, установленной между кольцами, и кольца снабжены штифтами, установленными в их отверстиях с возможностью перемещения, при этом свободные концы штифтов внутреннего кольца шарнирно соединены между собой посредством серег, размещенных вокруг внутреннего кольца на расстоянии от него, и каждый штифт наружного кольца и два диаметрально расположенных штифта внутреннего кольца шарнирно соединены с парой стержней, которые противоположными концами шарнирно соединены с вершинами углов рамы.

На фиг. 1 изображен общий вид фиксатора в плане; на фиг. 2 — центральная часть фиксатора в плане до его охлаждения; на фиг. 3 — центральная часть фиксатора в плане после его охлаждения; на фиг. 4— серьга; на фиг. 5 — разрез по оси криостата с устройством, вид сверху; на фиг. 6— криостат, продольный разрез.

Устройство содержит наружное кольцо 1 с равномерно расположенными по его периметру и радиально направЛенными отверстиями, в которые свободно вставлены штифты 2. Каждый штифт 2 одним своим концом шарнирно связан с двумя одинаковыми по длине стержнями 3, противоположные концы стержней 3 также шарнирно связаны с вершинами углов жесткой рамки 4, помещенной внутри кольца l. В центре кольца 1 расположено, внутреннее кольцо 5 с равномерно размещенными по ее периметру и радиально направленными отверстиями, в которые свободно вставлены четыре штифта 6, свободные концы которых между собой шарнирно связаны через серьги 7, охватывающие кольцо 5 с зазором по ее периметру. При этом концы двух противоположно расположенных в кольце 5 штифтов 6 дополнительно шарнирно связаны каждый с парой стержней 8, которые, в свою очередь, противоположными концами шарнирно связаны с вершинами углов жесткой рамки 4.

Стержни 3 и 8 изготовлены из тонкостенных труб с малой теплопроводностью, например из стали 12Х 18Н10Т

)Кесткая рамка 4 для удобства монтажа может быть выполнена из двух одинаковых половин, скрепленных между собой по плоскости разъема винтами 9.

В случае необходимости, например в гелиевых криостатах, если кольцо 1 установлено в криостате на теплой стенке его наружного корпуса, стержни 3 фиксатора, для уменьшения по ним теплопритока в хладагент, в своей средней части контактируют с азотным сосудом.

Устройство работает следующим образомм.

При охлаждении устройства во время заливки криостата хлада гентом стержни

1011944

3 и 8, охлаждаясь, сокращаются и вытягивают из кольца 1 и кольца 5 все штифты 2. и 6, соединенные непосредственно с этими стержнями, в то же время два штифта 6, соединенные только с серьгами 7, из-за сокращения стержней 8 через эти серьги 7 получают перемещение к центру кольца 5.

Таким образом видно, что любое изменение температуры отдельных элементов не вызывает в них никаких тепловых напряжений, ней 3 и 8 с соответствующим поворотом их вокруг осей шарниров и незначительную подвижку штифтов 2 и 6 в отверстиях кольца 1 и кольца 5, при этом взаимное расположение центров кольца 1 и кольца 5 (их центровка) остается неизменным.

Устройство способно воспринимать постороннюю нагрузку от возникающих внешних усилий, действующих в плоскости устройства. Если постороннее усилие действу-ет на кольцо 5 в горизонтальном направлении, то оно воспринимается вертикальными штифтами 6 и через серьги 7 передается на стержни, Если же постороннее усилие действует на кольцо 5 в вертикальном направлении, то оно воспринимается горизонтальными штифтами 6 и через них также передается на стержни.

Напряжения поперечного изгиба в стержнях 3 и 8 не возникают, так как стержни эти соединены между собой с рамкой 4 штифтами 2,6 и серьгами 7 шарнирно.

Продольный изгиб в стержнях 3 и 8 также отсутствует, так как, как показывают расчеты, при тех геометрических размерах стержней (t, — длина, d — наружный диаметр, 6 — толщина стенки трубки), при которых общий теплоприток по ним в хладагент для нас вполне приемлем (для гелиевого криостата этот теплоприток составляет Q — = 0,05 Вт) напряжения сжатия и рас15

35 тяжения в стержнях 3 и 8, вызванные внешней нагрузкой, достигают предела текучести раньше, чем наступает продольный изгиб.

Таким образом, внешнее усилие, действующее на устройство, вызывает в его

40 стержнях только сжимающие и растягиваюшие напряжения.

Отсутствие деформаций изгиба в стержнях 3 и 8 значительно увеличивает жесткость и позволяет использовать стержни

45 из тонкостенных трубок, что очень важно для уменьшения теплопритока по стержням

3 и 8 в хладагент.

При отсутствии деформации изгиба в стержнях 3 и 8 смещенйе центра кольца 5 под воздействием постороннего усилия может произойти только за счет упругих деформаций сжатия или растяжения его стержней а вызывает только изменение длин стерж- !0

З.и 8, а также за счет зазоров в штифтах

2 и 6 и в осях его шарниров. Но эти деформации и зазоры бывают всегда незначительны..

Устройство может быть использовано в криостатах в качестве самостоятельной подвески криогенной емкости, где 10 — наружный корпус криостата, l l — криогенная емкость (например азотная), 12 вакуумная изоляция, 13 — стержни, закрепленные на криогенной емкости свободным концом, свободно входящие в кольцо 5,14 — устройство для установки сосудов.

Согласно расчету, если жестко закрепить криогенную емкость 11 в подобном криостате одинакового размера подвесками, то при примерно равном теплопритоке в хладагент по подвескам в криостате с подвесками и по стержням устройства в криостате с устройством и при условии, что материал стержней и подвесок одинаковый, криостат с устройствами способен воспринимать постороннюю нагрузку в вертикальном и горизонтальном направлениях примерно в

2 раза больше, чем криостат, в котором криогенная емкость закреплена подвесками.

Устройство может быть также использовано и для увеличения жесткости трубной подвески в криостатах, где 14 — устройство, 15 — наружный корпус, 16 — гелиевая емкость, 1? — соленоид, 18 — азотный бачок, 19 — азотный экран, 20 — тепловая труба, 21 — трубная подвеска гелиевой емкости, 22 — сгержень, жестко укрепленный на гелиевой емкости и свободно входящий в кольца 5.

В спроектированном и изготовленном в ИПФ АН СССР гелиевом криостате с трубной подвеской установлено устройство со следующими параметрами: наружный диаметр кольца 1 — 240 мм; внутренний диаметр кольца 5 — 35 мм; стержни 3 и 8 изготовлены из трубки

6Х0,2 12Х18Н10Т ГОСТ 10498-63; устройство способно выдержать нагрузку до F = 100 кг; при этом напряжения сжатия и растяжения в стержнях G = 1150 кг/мм величина отклонения стержня в месте его опоры под воздействием силы F = 100 кг, приложенной по оси соленоида с учетом зазоров в штифтах 2 и 6 и в осях шарниров, т. е. жесткостью = 0,1 мм;теплоприток по стержням в гелиевую емкость Q 005 Вт, теплопрйток по стержням в азотный бачок ЯХ = — 4,? Вт, для уменьшения теплопритока по стержням 3 и 8 в гелиевую емкость 16 стержни 3 в своей средней части .замыкаются на азот.

1011944

1011944

Фиг.5

1011944

Составитель Г. Ольшанская

Редактор Н. Горват Техред И. Верес Корректор В. Гнрняк

Заказ 2731/45 Тираж 483 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4