ВИБРОИЗОЛЯТОР Российский патент 1994 года по МПК F16F9/06 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к средствам защиты от вибрации различных объектов.

Известен виброизолятор, содержащий закрытую камеру, жидкость в этой камере, пар упомянутой жидкости в этой камере, нагревательный элемент, расположенный в камере для подогрева жидкости, и средства для регистрации относительного положения защищаемого объекта для управления температурой жидкости в камере, при этом средства регистрации положения содержат регулируемый по высоте пружинистый или твердый элемент, поддерживающий первый контакт, второй контакт, средства соединения этих контактов с источником энергии и средства соединения нагревательного элемента с этими контактами.

Положительными чертами этого технического решения являются независимость виброзащитных свойств виброизолятора от температуры окружающей среды и автоматическая подстройка под вес защищаемого объекта. Однако довольно часто встречается ситуация, когда вес защищаемого объекта не меняется и для одного лишь термостатирования иметь довольно сложную электрическую подсистему невыгодно.

Цель изобретения - упрощение конструкции при обеспечении независимости работы виброизолятора от температуры при постоянной массе защищаемого объекта.

Поставленная цель достигается тем, что виброизолятор содержит закрытую камеру и заполняющее ее рабочее тело, в качестве рабочего тела использованы компоненты обратимой химической реакции, выбранные с условием изменения числа частиц в газовой фазе при смещении химического равновесия.

Кроме того, поставленная цель достигается также и тем, что компоненты химической реакции выбраны с возможностью обеспечения эндотермической реакции при смещении химического равновесия в сторону уменьшения числа частиц в газовой фазе и с возможностью обеспечения экзотермической реакции при смещении равновесия в сторону увеличения числа частиц в газовой фазе.

Кроме того, в качестве компонентов химической реакции использованы газообразные вещества.

Кроме того, в качестве одного из компонентов химической реакции использовано твердое или жидкое вещество.

Кроме того, виброизолятор снабжен расположенным в камере телом с развитой поверхностью, выполняющим функции аккумулятора тепла и/или катализатора реакции.

Кроме того, виброизолятор снабжен полностью или частично заполняющим камеру эластичным материалом с развитой поверхностью.

Кроме того, камера выполнена из эластичного пористого материала, в герметичных порах которого расположены компоненты химической реакции.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого виброизолятора по пп. 1 и 3 формулы; на фиг. 2 - то же, по пп. 1 и 5; на фиг. 3 - то же, по пп. 1 и 6; на фиг. 4 - то же, по пп. 1 и 7.

Виброизолятор на фиг. 1 содержит закрытую камеру 1, заполненную компонентами А, В и АВ обратимой химической реакции А + В АВ, идущей с изменением числа частиц в газовой фазе. При отсутствии вибрации эти компоненты находятся в химическом равновесии.

Виброизолятор на фиг. 2 кроме компонентов, находящихся в газовой фазе, содержит тело 2 с развитой поверхностью, выполненное, например, в виде параллельных пластин. Вещество тела 2 может являться либо катализатором газовой реакции, либо одним из компонентов гетерогенной реакции, идущей на границе с газовой фазой, либо просто аккумулятором тепла. Необходимо отметить, что понятие "аккумулятор тепла" не имеет четкой границы с понятием "катализатор реакции", так как, например, известно, что при превращении катализирующее действие стенок реактора заключается в отводе тепла (энергии), выделяющегося при одновременном столкновении двух атомов йода друг с другом и со стенкой реактора.

На фиг. 3 тело 2 с развитой поверхностью выполнено эластичным для предотвращения возникновения потоков газообразных компонентов реакции из одной области камеры 1 в другую. Выполнения тела 2 эластичным позволяет системе быстро достигать равновесного состояния.

Виброизолятор на фиг. 4 содержит закрытую камеру 1 в виде эластичного материала, в герметичных порах которого расположены компоненты химической реакции. К преимуществам этого виброизолятора можно отнести возможность универсализации используемого в нем пористого материала. В частности, возможно изготовление одного типа пористого материала для использования в различных виброизоляторах. Если, например, в порах виброизолятора в газовой фазе имеются углеводородсодержащие соединения, то в качестве эластичного материала выбирается силиконовая резина, т. е. в данном случае к эластичному материалу предъявляются обычные требования - он должен быть непроницаем для используемых веществ.

Влияние давления на положение равновесия реакций в газовой фазе следующее.

Константа равновесия реакции слабо зависит от давления. Это, однако, не означает, что давление не оказывает влияния на химический процесс. Дело в том, что здесь интересуют не константы равновесия как таковые, а степени превращения, т. е. соотношения между компонентами в реакционной смеси. Эти соотношения в определенных случаях могут существенно изменяться с изменением полного давления. Запишем константу равновесия реакции Σа_jA_j b_iB_i, идущей с участием газов, в виде . . Выразим теперь парциальные давления через полное давление и молярные доли компонентов с помощью соотношения Р_i = P˙X_i. При дальнейшем рассмотрении предполагается, что в газовой фазе находятся только компоненты реакции (если в ней присутствуют газы, не имеющие отношения к рассматриваемому химическому процессу, то под Р надо понимать сумму парциальных давлений компонентов реакции, а под Х_i - молярные доли, рассчитанные без учета посторонних газов). Константа равновесия может быть записана в виде K= P^(Σbi^-Σaj⁾· = P^(Σbi^-Σaj⁾·K_x Если Σb_i - Σaj = 0, т. е. реакция идет без изменения числа частиц в газовой фазе, то величина К_x не зависит от давления, т. е. относительное содержание компонентов в равновесии остается постоянным при изменении давления.

Если же Σb_i - Σa_j ≠0, то в силу постоянства К величина К_Хстановится функцией давления. При этом, если реакция идет с увеличением числа частиц, то Σb_i - Σa_j > 0, и К_X уменьшается с ростом давления. Следовательно, содержание продуктов в равновесной смеси падает, а исходных веществ возрастает. Иными словами, реакция проходит тем более полно, чем ниже суммарное давление газовой смеси. Наоборот, если Σb_i - Σa_j < 0, т. е. реакция идет с уменьшением числа частиц в газовой фазе, то в силу постоянства К при увеличении давления величина К_Х будет расти, т. е. содержание продуктов реакции по сравнению с содержанием исходных веществ будет возрастать.

В качестве иллюстрации рассчитаем состав равновесной смеси N₂, Н₂ и NH₃ при 773 К (константа равновесия равна 7,62*10^-5 атм^-2). Рассмотрим стехиометрическую смесь, в которой соотношение между количествами азота и водорода остается постоянным.

X_N2: X_H2 = 1 : 3.

Поскольку X_N2+X_H2+X_NH3= 1, можно выразить молярные доли Н₂ и N₂через молярную долю NH₃
X_N2 = 1/4(1 - X_NH3)
X_H2 = 3/4(1 - X_NH3) и, следовательно K_x= . В рассматриваемой реакции Σb_i - Σa_j = -2, т. е. K = K_x/P². Таким образом, ⁼ Подставляя значение К и извлекая корень, получаем = 2.83·10^-3P. Молярная доля NH₃ в рассматриваемой смеси находится решением квадратного уравнения
X-(2+ )X+1 = 0 . Отсюда при Р = 1 атм X = 0,0028, а при Р = 100 атм X = 0,188.

Таким образом, равновесное содержание аммиака резко возрастает с давлением.

Обратим внимание на следующее обстоятельство. Пусть смесь компонентов газовой реакции, идущей с уменьшением числа частиц, находится в равновесии. Повысим давление этой смеси.

В соответствии с проведенным рассмотрением значение К_Хвозрастет, т. е. смесь перестанет быть равновесной и в ней начнется реакция в направлении образования продуктов, т. е. в сторону уменьшения числа частиц в системе. Но такое уменьшение приводит к уменьшению давления. Таким образом, система отвечает на внешнее воздействие - повышение давления - процессом, частично компенсирующим это воздействие. Если понизить давление той же смеси, то К_Х уменьшится, и процесс пойдет в сторону образования исходных веществ из продуктов, т. е. в сторону увеличения числа частиц и тем самым в сторону увеличения давления в камере.

Виброизолятор работает следующим образом.

В рассматриваемом виброизоляторе (фиг. 1) компоненты реакции могут находиться, например, в химическом равновесии А + В АВ. При уменьшении объема камеры 1 происходит увеличение давления и химическое равновесие, согласно принципу Ле Шателье, смещается в сторону уменьшения числа частиц в газовой фазе: А + В _→ АВ, т. е. реакция идет в сторону образования молекул АВ из А и В. Результатом такого протекания процесса будет меньшее повышение давления в камере, чем, например, в случае, когда камера 1 заполнена воздухом, т. е. предложенный виброизолятор будет обладать меньшей жесткостью. При увеличении объема камеры 1 реакция идет в противоположную сторону: АВ _→ А + В.

При повышении температуры окружающей среды и вместе с ней температуры виброизолятора равновесие смещается в сторону уменьшения числа частиц, если реакция выбрана эндотермической ( ΔН > 0) в соответствии с п. 2 формулы. В данном случае увеличение кинетической энергии молекул так компенсируется уменьшением их числа в газовой фазе, что давление в камере 1 изменяется незначительно.

При уменьшении температуры химическое равновесие сдвигается в сторону увеличения числа частиц в газовой фазе, в результате чего давление в камере уменьшается несильно, а опятьтаки остается приблизительно на прежнем уровне.

Таким образом, изобретение позволяет значительно упростить конструкцию виброизолятора при сохранении независимости его характеристики от температуры. (56) Патент США N 4057212, кл. 248/358 R, 1977.

Использование: машиностроение, а именно средства защиты от вибраций различных объектов. Сущность изобретения: виброизолятор содержит закрытую камеру и заполняющее ее рабочее тело. В качестве последнего использованы компоненты обратной химической реакции, выбранные с условием изменения числа частиц в газовой фазе при смещении химического равновесия. Компоненты химической реакции могут быть выбраны с возможностью обеспечения эндотермической реакции при смещении химического равновесия в сторону уменьшения числа частиц в газовой фазе и с возможностью обеспечения экзотермической реакции при смещении равновесия в сторону увеличения числа частиц в газовой фазе. В качестве компонентов химической реакции могут быть использованы газообразные вещества. В качестве одного из компонентов химической реакции может быть использовано твердое или жидкое вещество. Виброизолятор может быть снабжен расположенным в камере телом с развитой поверхностью. Он также может быть снабжен полностью или частично заполняющим камеру эластичным материалом с развитой поверхностью. Камера может быть выполнена из эластичного пористого материала, в герметичных порах которого расположены компоненты химической реакции. 6 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. ВИБРОИЗОЛЯТОР, содержащий закрытую камеру и заполняющее ее рабочее тело, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, в качестве рабочего тела использованы компоненты обратимой химической реакции, выбранные с условием изменения числа частиц в газовой фазе при смещении химического равновесия. 2. Виброизолятор по п. 1, отличающийся тем, что компоненты химической реакции выбраны с возможностью обеспечения эндотермической реакции при смещении химического равновесия в сторону уменьшения числа частиц в газовой фазе и с возможностью обеспечения экзотермической реакции при смещении равновесия в сторону увеличения числа частиц в газовой фазе. 3. Виброизолятор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве компонентов химической реакции использованы газообразные вещества. 4. Виброизолятор по п. 1, отличающийся тем, что в качестве одного из компонентов химической реакции использовано твердое или жидкое вещество. 5. Виброизолятор по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен расположенным в камере телом с развитой поверхностью, выполняющим функции аккумулятора тепла и/или катализатора реакции. 6. Виброизолятор по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен полностью или частично заполняющим камеру эластичным материалом с развитой поверхностью. 7. Виброизолятор по п. 1, отличающийся тем, что камера выполнена из эластичного пористого материала, в герметичных порах которого расположены компоненты химической реакции.