Устройство для низкотемпературных механических испытаний

 

Союз Советских

Соцналнстнчесннх

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 0709.79 (21) 2815700/ 25-28 (51) М. Кл, С 01 Ы 3/18 с присоединением заявки HP—

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 07.1081. Бюллетень HP 37 (53) УДК 620.172. 251.

° 18(088.8) Дата опубликования описания 071081 (72) Авторы изобретения

И.Д. Абушенков, В.К. Чернецкий и В.я.Ильийев

Физико-технический институт низких температур ,(АН Украинской CCP (71) Заявитель (54) УСТРОИСТВО ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ

МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для низкотемпературных механических испытаний.

Известно устройство для низкотемпературных механических испытаний образцов материалов, содержащее криостат с рабочей камерой, в которой размещена опорная труба, тягу, установленную внутри трубы с кольцевым зазором, сообщенным с атмосферой, и захваты образца (1).

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для низкотемпературных механических испытаний образцов материалов, содержащее криостат с рабочей камерой, в которой размещена опорная труба, тягу, установленную внутри опорной трубы с кольцевым зазором, сообщенным с атмосферой, захваты образца, вертикальный стержень, выведенный за пределы рабочей камеры и подвижный в осевом направлении, и торообразный стакан, размещенный с кольцевым зазором между стенками рабочей камеры и опорной трубы (2).

Недостатком указанных устройств является большой расход хладагента.

Целью изобретения является сокра щение расхода хладагента.

Указанная цель достигается тем, что в опорной трубе и тяге выполнены теплообменные кольцевые полости, стенки которых перфорированы. Кроме того, отверстия одной стенки сдвинуты относительно отверстий другой стенки.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, вертикальный раз.реэт на фиг. 2 - пример выполнения опорной трубы.

Устройство содержит криостат 1 с

15 рабочей камерой 2, в которой размещены опорная труба 3 и установленная внутри нее тяга 4, между которыми имеется кольцевой зазор а, сообщенный с атмосферой (или газ20 гольдером) через патрубок 5. С тягой 4 и опорной трубой 3 соединены захваты 6 и 7 образца 8. В опорной трубе 3 и тяге 4 выполнены теплообменные кольцевые полости 9 и 10.

25 Обе боковые стенки 11,12 и 13,14 каждой из этих кольцевых полостей перфорированы сквозными отверстиями 15 и 16, посредством которых кольцевые полости 9 и 10 сообщают30 ся с рабочей камерой 2 и патрубком 5.

871037

Сквозные отверстия 15 в стенках 12 и 14 сдвинуты, например, в шахматном порядке, относительно аналоговых сквозных отверстий 16 в стенках

ll и 13 кольцевых полостей 9 и 10.

В тяге 4 выполнена центральная полость 17. Между стенкой 18 рабочей камеры 2 и опорной труьой 3 помещен с кольцевыми зазорами 19 и 20 торообразный стакан 21. Последний закреплен на вертикальном стержне 22, который выполнен подвижным в осевом направлении и выведен за пределы рабочей камеры 2. Опорная труба 3 закреплена на траверсе 23, нагружателя 24, к которому подсоединен корпус криостата 1, герметизированный уплотнительным устройством 25. Подвижное соединение тяги 4 с транерсой 23 герметизиронано сильфоном 26, а подвижное соединение стержня 22 с траверсой 23 герметизировано уплотнением 27. Для заливки жидкого хладагента (например сжиженного гелия) в рабочую камеру 2 предусмотрена пе-, реливная труба 28. Рабочая камера 2 окружена радиационным экраном 29, для охлаждения которого установлена азотная ванна 30. Термоизолирующая полость 31 откачана до среднего вакуума,„ а термоизолирующая полость 32до высокого вакуума. Торообразный стакан 21 выполнен из тонколистового термоизоляционного материала (фторопласта, стеклопластика и т.д.), его наружная поверхность покрыта методом вакуумного напыления тонким слоем алюминия для обеспечения радиационной защиты жидкого хладагента. Каркас стакана 21 выполнен в виде двух. скрепленных между собой ко лец 33. К днищу 34 стакана 21 прикреплен датчик 35 уровня жидкого хладагента.

Устройство работает следующим образом.

При снятом корпусе криостата испытуемый образец 8 устанавливают в захватах 6 и 7. После этого к траверсе 23 подсоединяют криостат, а торообразный стакан 21 посредством стержня 22 перемещают из верхнего положения в нижнее положение б .

Рабочую камеру 2 откачивают до получения необходимого вакуума и заполняют теплообменным газом (например гелием), а в ванну 30 заливают жид- кий азот для охлаждения радиациой= ного экрана 29 и предварительного охлажцения стенки 18 рабочей камеры и объектов, опущенных в рабочую камеру 2 °

По окончании процесса преднарительного охлаждения н рабочую каме.ру заливают жидкий хладагент (например сжиженный гелий) через трубу 28.

Образующиеся при этом холодные пары уходят в верхнюю парогазовую область в рабочей камеры через кольцевой зазор а между опорной трубой и тягой, а также через кольцевые зазоры д и е, которые образованы стенкой 18 и опорной трубой 3 со стаканом 21, опущенным в положение б . Таким образом, пары хладагента уходят вверх тремя параллельными и сравнительно узкими кольцевыми потоками, формируемыми тремя кольцевыми зазорами (а,д.е). При этом стакан 21, опущенный в положение 1!б Ф1„прижимает1 поток холодных паров к опорной трубе 3 и стен" ке 18, и пары движутся в результате этого в непосредственной близости от них, нследствие чего обеспечивается более интенсивное охлаждение этими парами опорной трубы 3, тяги 4 и стенки 18 рабочей камеры. Уходящие холодные пары через сквозные отверстия 15 и 16 попадают также н тепло20 обменные кольцевые полости 9 и 10, предусмотренные в опорной трубе 3 и тяге 4, и далее через центральную полость 17 в тяге 4 через патрубок 5 удаляются за пределы рабочей камеры.

25 При этом холодные пары омывают наружные и внутренние цилиндрические поверхности боковых стенок 11-14 . упомянутых теплообменных кольценых полостей 9 и 10 трубы 3 и тяги 4. () Поскольку в стенках 11-14 предусмотрено большое число сквозных отверстий 15 и 16 малого диаметра, поток холодных паров, проходя через эти отверстия последовательно в кольцевую полость 9, зазор а и полости 10 и 17, претерпевает дробление на множество отдельных струй, которые интенсивно перемешиваются. При этом имеет место весьма интенсивная турбулизация потока

40 холодных паров, чему также способствует расположение в шахматном порядке сквозных отверстий в стенках

12 и 14 относительно аналогичных отверстий в стенках 11 и 13. По достижении нижними участками трубы 3, тяги 4 и стенки 18 температуры жидкого хладагента нижняя часть камеры 2 начинает заполняться жидким хладагентом. Когда уровень жидкого хладагента достигнет датчика 35 уровня, занимающего. нижнее положение, по сигналу этого датчика стакан 21 поднимается посредством стержня 22 в верхнее положение. После того, как уровень жидкого хладагента достигнет датчика 35 уровня, поднятого вместе со стаканом 21 в верхнее рабочее положение, заливка хладагента прекращается, и начинается процесс механического испытания образца путем пере60 мещения вверх тяги 4. В процессе - испытаний образующиеся холодные пары хладагента по-прежнему выходят через кольцевые зазоры а, 19 и 20, через отверстия 15 и 16, полость 17

65 и патрубок 5 в атмосферу или газ871037 гольдер. При этом они так же, как и при заливке хладагента, эффективно отбирают и уносят с собой тепло от опорной трубы 3, тяги 4 и стенки 18 камеры 2, тем самым предотвращая быстрое испарение жидкого хладагента.

Устройство обеспечивает значительное уменьшение расхода жидкого хладагента как при его заливке, так и в процессе длительных испытаний, благодаря более эффективному и полному использованию хладосодержания уходящих паров хладагента.

Формула изобретения

1. Устройство для низкотемпературных механических испытаний образцов материалов, содержащее криостат с рабочей камерой, в которой размещена опорная труба, тягу, установленную внутри опорной трубы с кольцевым зазором, сообщенным с атмосфе рой, захваты образца, вертикальный . стержень, выведенный за пределы рабочей камеры и подвижный в осевом направлении, и торообразный стакан, размещенный с кольцевыми зазорами между стенками рабочей камеры и опорной трубы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью сокращения расхода хладагента, в опорной трубе и тяге выполнены теплообменные кольцевые . полости, стенки которых перфорированы.

2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что отверстия одной стенки сдвинуты относительно отверстий другой стенки;

15 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 579556, кл. С 01 М 3/18, 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

Щ по заявке Р 2664589/25-28, кл. G 01 N 3/18, 1978 (прототип) .

871037

Составитель Г. Ллехов

Техред Ж.Кастелевич Корректор 1. Огар

Редактор Ж. Рожкова

Заказ 8425/15

Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4