Способ испытания сосудов на прочность при низких температурах

 

Изобретение относится к криогенной технике и позволяет повысить эффективность способа за счет увеличения частоты нагружения и упрощения процесса. Способ включает операции предварительного заполнения внутренней полости сосуда жидким балластным веществом с последующим переводом его в твердое состояние, при этом твердый балласт заполняет полость сосуда полностью. В качестве балластного вещества используют легкоплавкое аморфное вещество с антиадгезионными по отношению к материалу сосуда свойствами , например воски, парафины, битумы. Коэффициент линейного расширения этих веществ при низких температурах по абсолютному значению вьше, чем у материала сосуда. Поэтому при охлаждении до низких температур бу дет образовьтаться зазор между внутренней поверхностью сосуда и твердой массой вещества. В зазор нагнетается рабочее вещество по требуемому режиму нагружения. Уменьшается рабочий объем испытуемого сосуда до 4%, что дает возможность увеличить частоту нагружения, уменьшить расход хладагентов и электроэнергии. 1 з,п, ф-лы, 1 ил. с (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„1364826 А1 д1) 4 F 17 С 1/00, С 01 N 3/18

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И А BTOPCKOMY СВИД":ТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4026473/31-26 (22) 26.02.86 (46) 07.01.88. Бюл. М- 1 (71) Институт проблем прочности

АН УССР (72) Э.В.Чечин, И.К.Потапов и П.Н.Кесьян (53) 621.59 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М - 372470, кл. G 01 М 3/03, 1970.

1 (54) СПОСОБ ИСПЬГГАНИЯ СОСУДОВ HA

ПРОЧНОСТЬ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ (57) Изобретение относится к криогенной технике и позволяет повысить эффективность способа за счет увеличения частоты нагружения и упрощения процесса. Способ включает операции предварительного заполнения внутренней полости сосуда жидким балластным веществом с последующим переводом его в твердое состояние, при этом твердый балласт заполняет полость сосуда полностью. В качестве балластного вещества используют легкоплавкое аморфное вещество с антиадгезионными по отношению к материалу сосуда свойствами, например воски, парафины, битумы, Коэффициент линейного расширения этих веществ при низких температурах по абсолютному значению выше, чем у материала сосуда. Поэтому при охлаждении до низких температур будет образовываться зазор между внутренней поверхностью сосуда и твердой массой вещества. В зазор нагнетается рабочее вещество по требуемому режиму нагружения. Уменьшается рабочий объем испытуемого сосуда до 4%, что дает возможность увеличить частоту нагружения, уменьшить расход хладагентов и электроэнергии. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

136482

Изобретение относится к-криогенной технике.

Расширение сферы применения криогенных продуктов, промышленное освоение температур, близких к абсолютно- му нулю, увеличение единичной мощности агрегатов и установок, создание крупных систем, включающих хранилища криогенных продуктов на десятки 10 тысяч кубических метров и сложную сеть трубопроводов для их транспортировки, характеризует современный период развития криогенного машиностроения и выдвигает проблему обес- 15 печения прочности, устойчивости и долговечности создаваемого оборудо,вания как весьма актуальную, Большинство оболочечных криогенных конструкций работает в условиях сложного нагружения комплексом статических, циклических и динамических нагрузок. Испытания таких конструкций на малоцикловуюусталость при низких температурах позволяет более полно учесть влияние на их несущую способность и долговечность изменения нагрузок, структурной однородности материалов, технологических дефекторов материала и свар- 30 ного соединения и т.п. Однако циклические испытания крупногабаритных оболочечных конструкций при низких температурах не проводятся из-за технических сложностей решения задач, связанных с созданием нужного температурного режима охлаждения, обеспечения необходимого уровня техники безопасности, а также из-за отсутствия оборудования, позволяющего про- 40 водить такие испытания, особенно в автоматическом режиме.

Одним иэ путей снижения сложности решения перечисленных задач является уменьшение рабочего объема со- 45 суда при испытаниях за счет применения балласта, что позволяет работать в процессе испытания с малым объемом жидких хладагентов.

Пель изобретения — повышение эф- 50 фективности за счет увеличения частоты нагружения и упрощения процесса подготовки и проведения испытаний сосудов на прочность при низких температурах. 55

На чертеже представлена схема реализации способа, Во внутреннюю полость испытуемого сосуда 1 заливают предварительно

6 2 разогретое до жидкого состояния балластное вещество 2 и оставляют некоторое время при комнатной температуре для перевода его в твердую фазу.

В качестве балластного вещества 2 используют носки, парафины или битумы, т.е. вещества аморфные и легкоплавкие, обладающие антиадгезионными свойствами по отношению к материалу сосуда (так как являются жиросодержащими) и имеющие коэффициент линейного расширения при низких температурах, больший по абсолютной величине, чем у материала сосуда. При этом происходит усадка балластного вещества, освобождается часть внутренней полости, в которую вновь доливают балластное вещество. Доливку данного вещества и его усадку производят до тех пор, пока не заполнят внутреннюю полость сосуда балластным веществом в твердой фазе полностью.

Затем сосуд 1 помещают в испытательную камеру 3 и заливают в нее жидкий хладагент 4 (например, жидкий азот или гелий) до уровня, на 100150 мм выше верхней точки сосуда, после чего образуется зазор 5.

После достижения температуры испытуемого сосуда необходимой величины начинают нагнетать рабочее вещество в зазор 5 между внутренней поверхностью 1 и веществом 2. Контроль за температурой сосуда осуществляют по полупроводниковым датчикам или термопарам, установленным на внешней поверхности испытуемого сосуда, Объем зазора 5 при этом составляет: у ч к у Stц (1) где Y — объем зазора при температу 1ц ре испытания сосуда tu;

У вЂ” объем сосуда при температуре 293 К;

Yg<„ — объем балласта при температуре испытания сосуда tu.

Например, при температуре испытаний 77 К для сосуда шаровой формы диаметром d

<) d ú

Yang

1 — (1a) )--- = К Y 1 rJ (2) 6 И2ЧЗк для сосуда цилиндрической формы d и высотой h

1364826 )г — (1-м) h=

4,— г

-- — h=KY (3)

4 4гчзк

25

55 где О, — коэффициент линейного расширения при температуре 77 К, для парафина < = 11 ° 10

1/град, для воска oL= 15 ° 10

1/град, К = 1- (1-с4), для парафина К =0 0326 для воска К = 0,0445;

7 г „ — объем сосуда шаровой формы при температуре 293 К; цг1 — объем сосуда цилиндрической формы при температуре 293 К.

В формулах (2 и 3) не учитывается уменьшение объема сосуда с понижением температуры, поскольку оно незначительно в связи с тем, что коэффициенты линейного расширения многих металлов с понижением температуры имеют небольшое значение (от 4 1О до 24 10 1/град).

При экспериментальном определении коэффициента линейного расширения воска пчелиного, битума, парафина установлено,что эти вещества при температуре 77 К имеют величину коэффициента линейного расширения в пределах от 11 10 до 15 ° 10 1/град и могут быть использованы в качестве балласта при циклических испытаниях сосудов на прочность при низ1 ких температурах.

Кроме того, перечисленные аморфные вещества обладают малыми коэффициентами теплопроводности по сравнению со льдом. Так, воск, например, имеет коэффициент теплопроводности почти в тридцать раэ меньше, чем у льда (коэффициент теплопроводности воска равен 0,075 ккал/м ч град, парафина 0,25 ккал/м ч град, битума

0,42 ккал/м ч град, льда 1,94 ккал/м

Ф ч.. град). Если охладить в начале испытаний вместе с сосудом балласт до заданной температуры, то его масса из-за значительной величины является аккумулятором низких температур (холода) и способствует поддержанию температурного режима в процессе испытаний, Легкоплавкость, большие, чем у конструкционных сплавов коэффициенты линейного расширения, малая тепло проводность воска пчелиного пара)

Э фина и битума при низких температурах позволяют значительно уменьшить рабочий объем испытуемого сосуда и упростить процесс подготовки и проведения испытаний сосудов на прочность при низких температурах по предлагаемому способу (особенно при циклическом нагружении внутренним давлением), расширить его функциональные возможности, увеличить частоты циклов, повысить безопасность и значительно уменьшить расход электроэнергии и хладагентов.

Благодаря применению аморфных веществ в качестве балласта уменьшается рабочий объем испытуемого сосуда с 367 (известный способ) до 4Х, т.е. в 9 раз и соответственно во столько же раз увеличивается частота нагружения при том же силонагружающем устройстве, Это позволяет создать установку с разделительной камерой, работающую в автоматическом режиме по замкнутому циклу и, например, сосуды ф 230 мм циклировать на ней с длительностью цикла 45 с.

Формула изобретения

1, Способ испытания сосудов на прочность при низких температурах,включающий предварительное заполнение внутренней полости сосуда жидким балластным веществом с последующим переводом его в твердое состояние с образованием зазора между внутренней поверхностью сосуда и твердой массой вещества при охлаждении, после чего в зазор нагнетают рабочее вещество по требуемому режиму нагружения, отличающийся тем, что, с целью повьппения эффективности за счет увеличения частоты нагружения и упрощения процесса, в качестве балластного вещества используют аморфное легкоплавкое веще-, ство, обладающее антиадгезионными свойствами по отношению к материалу сосуда и имеющее коэффициент линейного расширения при низких температурах больший по абсолютной величине, чем у материала сосуда, при этом внутреннюю полость сосуда балластным веществом в твердом состоянии заполняют полностью.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что в качестве балластного вещества используют воски, парафины или битумы.

1364826

Составитель Г,Ольшанская

Техред Л. Сер.янкова Корректор M.Ïîæî

Редактор Н. Тупица

Заказ 6559/29

Тираж 448 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, iH-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно †полиграфическ предприятие, r.Óæãîðîä, ул.Проектная,