Изобретение относится к области высоких и сверхвысоких давлений, вызывающих химическую или физическую модификацию веществ, а более точно к устройству для создания высокого давления, которое может быть использовано в химической промышленности, например, для синтеза сверхтвердых материалов, спрессовывания порошковых материалов и композиций, а также для научных исследований материалов, находящихся под воздействием высокого давления и температур.
Многопуансонные устройства для создания высоких давлений имеют преимущества перед устройствами сжатия, заключающиеся в том, что в камере сжатия этих устройств реализуется условие гидростатичности в большей части сжимаемого объема. Данное условие способствует улучшению качества получаемых сверхтвердых материалов, а в некоторых случаях приводит к повышению количества сверхтвердых материалов, получаемых за один цикл обработки.
Многопуансонные устройства с гидростатическим приводом пуансонов обладают наряду с упомянутым преимуществом также и уменьшенными габаритами, чем устройства, использующие для привода гидравлические прессы.
Применение гидростатического привода диктует необходимость в некоторых конструкциях устройств для создания высокого давления выполнение наружных поверхностей пуансонов в сборе в виде сферической поверхности. Таким образом каждый пуансон представляет собой усеченную правильную пирамиду со сферическим большим основанием. В собранном состоянии пуансоны при контакте по боковым поверхностям представляют собой шар с внутренней полостью в виде правильного многогранника. Внутренняя полость является камерой сжатия, которая может иметь форму куба, тетраэдра, октаэдра и других правильных многогранников. Для создания высокого давления в камеру сжатия помещают деформируемый контейнер с полостью для размещения обрабатываемого материала. Размеры контейнера превышают размеры камеры сжатия. Поэтому до начала сжатия между боковыми поверхностями пуансонов имеются зазоры, в которые могут быть помещены деформируемые прокладки. При воздействии на большие основания пуансонов гидростатического давления пуансоны перемещаются к центру шара, сжатия деформируемые прокладки и контейнер. Вследствие уменьшения объема в камере сжатия и невозможности материалу контейнера выдавливаться в зазоры между пуансонами из-за большей величины давления в деформируемых прокладках, в пространстве между пуансонами генерируется высокое давление, превышающее наружное давление во столько раз, во сколько площадь наружной поверхности пуансона превышает внутреннюю площадь за вычетом силы, затраченной на деформировании прокладок. Для возможности воздействия наружного (первичного) давления на пуансоны зазоры между ними перекрыты щитками, а давление передается через эластичную оболочку. Первичное давление создается в корпусе, который может иметь различную конструкцию.
Устройство может быть выполнено одно-, двух- и трехступенчатым. При этом форма внутренних пуансонов не будет соответствовать форме наружных, а силовой контакт внутренних пуансонов с наружными может осуществляться как по одной, так и по нескольким поверхностям. Во всех случаях деформируемые прокладки для разделения пуансонов необходимы.
В известных конструкциях устройств для создания высокого давления шарового типа и удаления деформируемого контейнера затрачивается много времени, так как приходится удалять из устройства не менее трех пуансонов, которые при больших объемах камеры сжатия достаточно массивны.
При решении проблемы быстрого удаления и установки деформируемого контейнера с обрабатываемым материалом в пространстве между пуасонами появилась бы возможность применять устройства подобного типа в промышленности, где время сборки-разборки связано с технологией материалов и влияет на производительность устройства.
Так, известно устройство для создания высокого давления [1] содержащее цилиндрический корпус, в котором расположена эластичная оболочка, примыкающая к его боковой стенке, образованной цилиндрической обечайкой, днищу, служащему основанием, и крышке. В верхней и нижней частях корпуса между оболочкой и соответственно крышкой и днищем расположены по два кольца для уплотнения корпуса в местах соединения обечайки с крышкой и днищем. Внутри первой оболочки расположена вторая уплотнительная оболочка сферической формы из металлической фольги, которая состоит из двух жестко связанных между собой пайкой частей и в которой установлены четыре, шесть или большее количество пуансонов, имеющих форму усеченной пирамиды со сферическим большим основанием. Пуансоны расположены по периферии второй уплотняющей оболочки с зазором между боковыми поверхностями и выполнены составными по высоте. Внутренние части пуансона, обращенные к центру сферы, частью которой они являются, своими плоскостями образуют камеру высокого давления для размещения материала, подвергаемого давлению. При этом наружные и внутренние части пуансонов связаны между собой посредством винтов.
Один из пуансонов, расположенный в нижней части корпуса, жестко связан с промежуточной металлической деталью, установленной на днище корпуса, служащей опорой для нижнего пуансона и одновременно для размещения электроввода, обеспечивающего нагрев материала при воздействии на него давления. Между сферической поверхностью наружных частей пуансонов и второй оболочкой установлены щитки, перекрывающие зазоры между боковыми поверхностями наружных частей пуансонов и служащие средством для уплотнения зазоров, причем каждый щиток связан с пуансонами посредством винтов. Полость корпуса между первой и второй оболочками, служащая камерой первичного давления, сообщена с источником рабочей жидкости под давлением. При подводе рабочей жидкости в камеру первичного давления пуансоны воспринимают давление и начинают синхронно сходиться к центру сферы, воздействуя на материал. При этом вторая оболочка подвергается пластической деформации.
Для извлечения обработанного материала после воздействия на него давления осуществляется разборка устройства, заключающаяся в следующем. Рабочая жидкость отводится из камеры первичного давления. Снимается крышка, извлекаются верхние кольца, затем снимается цилиндрическая обечайка и отделяется верхняя часть первой оболочки. После этого разрезается вторая оболочка, извлекаются винты, соединяющие щитки с наружными частями пуансонов, и последовательно извлекаются все пуансоны и материал.
Сборка устройства осуществляется в обратной последовательности, причем вторая оболочка заменяется новой. Описанный процесс сборки-разборки устройства для создания высокого давления является трудоемким, так как практически не механизирован из-за конструктивных особенностей устройства. Наружные и внутренние части пуансонов, связанные между собой, имеют большой вес и требуют усилий для установки-удаления. Разрезание второй оболочки и удаление всех пуансонов при извлечении материала, замена второй оболочки, предусматривающая ее установку внутри первой оболочки, и герметизацию, и последовательная установка всех пуансонов внутри новой оболочки снижают производительность устройства.
Известно также устройство для создания высокого давления [2] содержащее основание, на котором установлен корпус со сферической полостью, состоящий из двух частей, расположенных одна над другой, и снабженный средством для уплотнения зазора между его частями, эластичную оболочку сферической формы, состоящую из двух частей, расположенных соответственно в верхней и нижней частях корпуса так, что между наружной поверхностью эластичной оболочки и внутренней сферической поверхностью корпуса имеется полость, служащая камерой первичного давления, которая связана с источником рабочей жидкости под давлением, расположенную внутри эластичной оболочки группу пуансонов, состоящих из наружных частей, которые имеют форму усеченной пирамиды со сферическим большим основанием, являются частью шара и расположены с зазорами между боковыми поверхностями, и одна из которых, расположенная в нижней части эластичной оболочки, жестко связана с нижней частью корпуса, и внутренних частей, также расположенных с зазорами между боковыми поверхностями, контактирующих с наружными частями пуансонов и образующих плоскостями, обращенными к центру сферической оболочки, камеру высокого давления для размещения материала, подвергаемого давлению, расположенное внутри эластичной оболочки средство для уплотнения зазоров между боковыми поверхностями наружных частей пуансонов и связанное с частями корпуса средство для их удержания при подаче рабочей жидкости в камеру первичного давления в виде наружного кольца байонетного затвора.
В указанном устройстве части эластичной оболочки соединены между собой по окружностям их оснований, придавая камере первичного давления форму сферического кольца. После удаления рабочей жидкости из камеры первичного давления наружные части пуансонов не возвращаются в исходное положение.
При такой инструкции устройства для извлечения материала после воздействия на него давления необходимо осуществить полную его разборку, при которой после снятия верхней части корпуса разъединяются части эластичной оболочки, последовательно удаляются наружная часть верхнего паунсона, наружные части бокового паунсона и внутренние части паунсонов, а затем и обработанный материал. Такая разборка и, следовательно, сборка являются трудоемкими и длительными. Сама конструкция устройства не позволяет механизировать процесс сборки-разборки. Следствием длительного времени сборки-разборки является низкая производительность устройства.
Использование байонета в качестве средства для удержания частей корпуса при подаче рабочей жидкости в камеру первичного давления также существенно увеличивает время сборки и разборки.
Цель изобретения разработка устройства для создания высокого давления с таким выполнением камеры первичного давления при обеспечении восстановления зазора между наружными частями пуансонов при удалении рабочей жидкости из камеры первичного давления, обеспечении установки и удаления из корпуса одновременно всех внутренних частей пуансонов и обрабатываемого материала, подвергаемого давлению, и поддержание заданного положения внутренних частей друг относительно друга, которое позволило бы ускорить сборку-разборку устройства для размещения материала и его удаления после воздействия давления, повысить производительность устройства, обеспечить высокую воспроизводимость условий воздействия давления и возможность механизации работ по сборке-разборке.
Цель достигается тем, что в устройстве для создания высокого давления, содержащем основание, на котором установлен корпус со сферической полостью, состоящий из двух частей, расположенных одна над другой, и снабженный средством для уплотнения зазора между его частями, эластичную оболочку сферической формы, состоящую из двух частей, расположенных наружной поверхностью эластичной оболочки и внутренней сферической поверхностью корпуса, имеется полость, служащая камерой первичного давления, которая связана с источником рабочей жидкости, подаваемой под давлением, расположенную внутри эластичной оболочки группу пуансонов, состоящих из наружных частей, которые имеют форму усеченной пирамиды со сферическим большим основанием, являются частью шара и расположены с зазором между боковыми поверхностями и, одна из которых, расположенная в нижней части эластичной оболочки, жестко связана с нижней частью корпуса, и внутренних частей, также расположенных с зазором между боковыми поверхностями, контактирующих с наружными частями пуансонов и образующих плоскостями, обращенными к центру сферической оболочки, камеру высокого давления для размещения обрабатываемого материала, подвергаемого давлению, расположенное внутри эластичной оболочки средство для перекрытия зазоров между боковыми поверхностями наружных частей пуансонов и связанное с частями корпуса средство для их удержания при подаче рабочей жидкости в камеру первичного давления, согласно изобретению, части эластичной оболочки закреплены по окружностям их оснований на полости, изолированные одна от другой, при этом наружные части пуансонов снабжены средством для восстановления зазоров между их боковыми поверхностями при отводе рабочей жидкости из полостей камеры первичного давления, а внутренние части пуансонов снабжены средством для их удержания в заданном положении друг относительно друга, приспособленным для установки-удаления одновременно всех внутренних частей пуансонов и обрабатываемого материала, подвергаемого давлению, соответственно в нижнюю часть корпуса между расположенными частями пуансонов и из нижней части корпуса, и средством для уплотнения камеры высокого давления и поддержания зазоров между их боковыми поверхностями.
При таком выполнении устройства обеспечиваются ускорение и упрощение сборки-разборки, возможность механизации работ по сборке-разборке и высокая воспроизводимость условий воздействия на обрабатываемый материал давления. Кроме того, повышается производительность устройства.
Средство для удержания внутренних частей пуансонов в заданном положении друг относительно друга выполнено в виде жесткого каркаса, охватывающего внутренние части пуансонов и расположенный между ними материал, образованного элементами с конфигурацией, обеспечивающей контакт наружных и внутренних частей пуансонов, и имеющего приспособление, обеспечивающее установку-удаление внутренних частей пуансонов и обрабатываемого материала, при этом в наружных или внутренних частях пуансонов со стороны плоскостей их контакта выполнены пазы для размещения жесткого каркаса, повторяющего конфигурацию его элементов, открытые со стороны боковых поверхностей наружных или внутренних частей пуансонов и имеющие глубину, превышающую толщину элементов жесткого каркаса на величину рабочего хода пуансонов для передачи усилия от наружных частей пуансонов к внутренним частям, минуя жесткий каркас.
Выполнение средства для удержания внутренних частей пуансонов в виде каркаса обеспечивает точность ориентирования внутренних частей относительно материала, подвергаемого давлению и дает возможность уменьшить время сборки-разборки.
При наличии шести пуансонов жесткий каркас выполнен в виде по меньшей мере двух взаимно перпендикулярных элементов П-образной формы, обращенных концами к наружной части верхнего пуансона, жестко связанных между собой на средних участках и установленных в пазах, выполненных в наружных частях пуансонов, при этом приспособлением, обеспечивающим установку-удаление внутренних частей пуансонов, служат отверстия, выполненные на концах по меньшей мере одного П-образного элемента.
При наличии шести пуансонов жесткий каркас представляет собой короб с центральными отверстиями, выполненными в его боковых стенках и дне, открытого со стороны наружной части верхнего пуансона и установленный в кольцеобразных пазах, выполненных во внутренних или внешних частях пуансонов, при этом захватом служат отверстия, выполненные в верхних частях боковых стенок короба.
Жесткий каркас выполнен в виде короба, в боковых стенках которого выполнены пазы, открытые со стороны верхнего пуансона и имеющие U-образную или прямоугольную форму, а в днище короба выполнено центральное отверстие.
Такая конструкция жесткого каркаса наиболее целесообразна для массивных пуансонов.
Боковые стенки короба и его дно соединены между собой шарнирно с возможностью поворота вокруг осей, совмещенных с ребрами короба.
Жесткий каркас может быть выполнен в виде рамы, форма поперечного сечения которой представляет собой тавровый профиль, по углам которой перпендикулярно плоскости рамы закреплены стойки с крестообразной формой поперечного сечения, при этом пазы для размещения ребер рамы и стоек выполнены в наружных и внутренних частях соответствующих пуансонов.
Такая конструкция жесткого каркаса обеспечивает, кроме удобства сборки и разборки, более точное центрирование наружных и внутренних пуансонов друг относительно друга.
Выполнение каркаса в виде П-образных элементов или короба характеризуется простотой конструкции и обеспечивает удобство сборки.
Средство для удержания внутренних частей пуансонов в заданном положении относительно друг друга представляет собой группу стоек, количество которых соответствует количеству углов оснований внутренних частей пуансонов, каждая из которых закреплена на пересечении боковых поверхностей внутренней части пуансона, наружная часть которого жестко связана с нижней частью корпуса и расположена в пазу, выполненном во внутренней части соответствующего пуансона со стороны плоскости контакта с наружной частью этого пуансона и повторяющем форму стойки, при этом глубина паза для размещения стойки превышает толщину стоек на величину рабочего хода пуансонов.
Средство для удержания внутренних частей пуансонов в заданном положении друг относительно друга может быть выполнено в виде группы элементов крепления, каждый из которых расположен в отверстиях, выполненных во внутренних частях по меньшей мере пуансонов и в наружной части соответствующего пуансона, жестко связан с внутренней частью пуансона, наружная часть которого жестко связана с нижней частью корпуса, и расположен в отверстиях внутренних частей других пуансонов с зазором относительно внутренних поверхностей, по меньшей мере равным величине рабочего хода пуансонов для передачи от их наружных частей к внутренним частям, минуя элементы крепления, при этом элементы крепления имеют захват обеспечения установки-удаления внутренних частей пуансонов и материала.
Это обеспечивает более высокую точность ориентирования внутренних частей пуансонов относительно материала, подвергаемого давлению, и позволяет сократить время сборки.
При использовании в качестве элемента крепления шпильки захватом служит отверстие, выполненное на ее конце, расположенном в отверстии наружной части пуансона.
Средство для восстановления зазоров между наружными частями пуансонов выполнено в виде группы упругих элементов.
Это обеспечивает работоспособность конструкции при наличии жесткого каркаса.
При размещении обрабатываемого материала в деформируемом контейнере из диэлектрика и при наличии электроввода для обеспечения прямого или косвенного нагрева обрабатываемого материала одновременно с воздействием на него давления, закрепленного в нижней части корпуса и электрически связанного с двумя противолежащими, и при выполнении средства для уплотнения зазоров между боковыми поверхностями наружных частей пуансонов в виде щитков, расположенных со стороны сферической поверхности наружных частей пуансонов и контактирующих с эластичной оболочкой, жесткий каркас по меньшей мере на участках контакта с внутренними частями пуансонов выполнен из диэлектрического материала или имеет диэлектрическое покрытие, а в отверстиях для установки элементов крепления, выполненных по меньшей мере во внутренних частях пуансонов, кроме той внутренней части, с которой жестко связаны элементы крепления, установлены втулки из диэлектрического материала, при этом каждый щиток снабжен прокладкой из диэлектрического материала, расположенной между сферической поверхностью наружной части пуансонов и щитков, а средство для поддержания зазоров между наружными частями пуансонов дополнительно содержит прокладки из диэлектрического материала по количеству упругих элементов, закрепленные на боковых поверхностях наружных частей пуансонов на участках контакта с упругими элементами.
Это обеспечивает возможность нагрева обрабатываемого материала.
Наружные части тех пуансонов, которые удаляются из корпуса для извлечения и установки жесткого каркаса вместе с внутренними частями пуансонов и обрабатываемым материалом снабжен приспособлением, обеспечивающим их установку-удаление.
Это ускоряет сборку-разборку и тем самым повышает его производительность.
Приспособление, обеспечивающее установку-удаление наружной части пуансона, выполнено в виде подпружиненного элемента Т-образной формы, расположенного в глухом отверстии, выполненном в наружной части пуансона со стороны ее сферической поверхности, и выступающим над сферической поверхностью в раскрытом положении корпуса.
Приспособление для установки-удаления наружной части пуансона выполнено в виде стержня, один конец которого жестко закреплен в наружной части пуансона, предназначенного для установки-удаления, а другой конец стержня подпружинен и установлен в отверстии, выполненном в верхней части корпуса, с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль этого отверстия, и зафиксирован от вращения вокруг своей оси, при этом часть средства для перекрытия зазора между наружными частями пуансонов, прилегающая к наружной части пуансона, предназначенного для установки-удаления, жестко соединена с этой наружной частью пуансона.
Наличие приспособлений, обеспечивающих установку-удаление наружных частей верхнего пуансона, ускоряет сборку-разборку устройства и тем самым повышает его производительность.
При наличии нагрева обрабатываемого материала внутренняя поверхность отверстия в верхней части корпуса электрически изолирована от стержня, а стержень через гибкую шину подсоединен к электровводу, установленному в верхней части корпуса.
Такие конструкции приспособления технологичны, а сами приспособления просты в эксплуатации.
Устройство снабжено приспособлением для фиксации боковых наружных частей пуансонов в исходном положении, установленных в нижней части корпуса.
Приспособление для фиксации боковых наружных частей пуансона в исходном положении выполнено в виде кольца с осевыми отверстиями по его периметру, охватывающего наружные поверхности наружных частей боковых пуансонов у верхнего торца нижней части корпуса, и установлено между наружной поверхностью нижней части эластичной оболочки и сферической внутренней поверхностью корпуса.
Приспособление для фиксации боковых наружных частей пуансона в исходном положении выполнено в виде стержней, один конец каждого из которых жестко вмонтирован в наружную часть пуансона, размещенного в нижней части корпуса, а другой конец стержня расположен с зазором в глухом отверстии, выполненном в боковой наружной части пуансона, обращенной к наружной части пуансонов, связанного с нижней частью корпуса и имеет возможность продольного и поперечного перемещения относительно отверстия, при этом продольная ось стержня перпендикулярна плоскости контакта наружной и внутренней частей пуансона.
При наличии нагрева обрабатываемого материала, внутренняя поверхность отверстия электрически изолирована от стержня.
Наличие приспособления для фиксации наружных частей пуансона в исходном положении обеспечивает возможность более точной установки в устройство жестких каркасов с внутренними частями пуансонов.
Средство для удержания частей корпуса при подаче рабочей жидкости в камеру первичного давления выполнено в виде двух вертикально расположенных рам прямоугольной формы, установленных на основании с возможностью поворота относительно вертикальной оси и при повороте охватывающих корпус по высоте и контактирующих с ним своими горизонтально расположенными участками при подаче рабочей жидкости в полости камеры первичного давления.
Такое выполнение средства для удержаний частей корпуса характеризуется простотой конструкции и технологичностью.
Рамы установлены на общей оси поворота; рамы установлены на собственных осях поворота. Рамы также снабжены приводом поворота, установленным на основании.
Такая установка рам упрощает конструкцию средства для удержания частей корпуса при проведении научных исследований.
На фиг. 1 изображена схема устройства для создания высокого давления по подаче рабочей жидкости в камеру первичного давления, продольный разрез; на фиг. 2 жесткий каркас, образованный двумя элементами П-образной формы (изометрия); на фиг. 3 то же, с четырьмя элементами П-образной формы (изометрия); на фиг.4 жесткий каркас, выполненный в виде короба (изометрия); на фиг.5 короб с установленными в нем внутренними частями пуансонов и материалом, в крайнем положении пуансонов при достижении заданного давления, показаны частично наружные части пуансонов, продольный разрез; на фиг.6 узел I на фиг.5 (в увеличенном масштабе); на фиг.7 жесткий каркас в форме тетраэдра (развертка); на фиг.8 фиксатор пластин жесткого каркаса в форме тетраэдра; на фиг.9 короб, выполненный с U-образными пазами на боковых гранях (изометрия); на фиг. 10 короб с прямоугольными пазами на боковых гранях (изометрия); на фиг.11 короб в виде рамы таврового сечения и стоек крестообразного сечения (изометрия); на фиг.12 то же, что на фиг.1, с внутренними частями пуансонов в форме кубиков (продольный разрез); на фиг.13 - внутренние части пуансонов, соединенных шпильками, поперечный разрез; на фиг.14 разрез А-А на фиг.13; на фиг.15 средства для удержания внутренних частей пуансонов, выполненные в виде группы стоек, расположенных в углах внутренней части; на фиг. 16 -разрез Б-Б на фиг.15; на фиг.17 разрез В-В на фиг.15; на фиг. 18 разрез Г-Г на фиг.15; на фиг.19 узел II на фиг.1; на фиг.20 то же, что на фиг.19, с раскрытым корпусом; на фиг.21 устройство, продольный разрез, показывающий приспособление для удаления верхней части верхнего пуансона и приспособление для фиксации боковых пуансонов; на фиг.22 - фрагмент выполнения приспособления для установки-удаления наружной части верхнего пуансона при наличии нагрева обрабатываемого материала в устройстве; на фиг.23 -еще один вариант приспособления для фиксации боковых пуансонов; на фиг.24 разрез Д-Д на фиг. 23; на фиг.25 устройство в рабочем положении рам, установленных на собственных осях поворота, вид сверху; на фиг.26 то же, что на фиг. 25, вид сбоку; на фиг.27 то же, что на фиг.25, с раздвинутыми рамами, установленными на общей оси поворота, и раскрытым корпусом.
Устройство для создания высокого давления содержит основание 1 (фиг.1), на котором установлен корпус 2 со сферической полостью. Корпус 2 состоит из двух частей, расположенных одна на другой, нижней части 3 и верхней части 4, имеющих полусферические полости. В корпусе 2 расположена эластичная оболочка сферической формы, состоящая из двух полусферических частей, нижняя 5 из которых расположена в нижней части 3 корпуса 2, а верхняя 6 в его верхней части 4, причем так, что между наружной поверхностью нижней и верхней частей 5, 6 и внутренней сферической поверхностью корпуса 1 имеется полость, служащая камерой 7 первичного давления. Нижняя и верхняя части 5, 6 эластичной оболочки закреплены по окружностям их оснований соответственно на нижней части 3 и верхней части 4 корпуса 2, образуя в камере 7 первичного давления две полости, изолированные одна от другой. Закрепление нижней и верхней частей 5, 6 эластичной оболочки осуществляется следующим образом. Края 8, 9 частей 5, 6 выполняются отогнутыми и с утолщениями, которые выполняются по окружности оснований и заходят в соответствующие пазы, выполненные в верхней и нижней частях 3, 4 корпуса 2. Предпочтительным материалом эластичной оболочки служит маслостойкая резина.
Камера 7 первичного давления связана с источником 10 для подвода рабочей жидкости под давлением, содержащим насос 11 высокого давления, сообщенный с магистралями 12, 13 подвода рабочей жидкости, которые в свою очередь через штуцеры 14, 15 и каналы 16, 17, выполненные соответственно в нижней и верхней частях 3, 4 корпуса 2, сообщены с полостями камеры 7.
Внутри эластичной оболочки расположена группа пуансонов, минимальное количество которых равно четырем, и может составлять шесть, восемь и так далее. В описанном варианте устройства количество пуансонов равно шести. Каждый пуансон содержит наружную часть 18, имеющую форму усеченной пирамиды со сферическим большим основанием, причем наружные части 18 всех пуансонов расположены внутри эластичной оболочки и обращены к ее стенке сферическими поверхностями. Кроме того, наружные части 18 пуансонов расположены с зазором 19 между боковыми поверхностями и с зазором 20 между сферическими поверхностями и эластичной оболочкой, который по существу является установочным.
Каждый пуансон содержит также по меньшей мере одну внутреннюю часть. В одноступенчатой конструкции устройства у каждого пуансона имеется, как правило, одна внутренняя часть 21, как показано на фиг.1, которая повторяет форму наружной части 18 и представляет собой усеченную пирамиду, своим большим основанием контактирующую с плоскостью наружной части 18, обращенной к центру сферы, частью которой являются наружные части 18 всех пуансонов, то есть указанные плоскости являются плоскостями контакта наружной и внутренней частей 18, 21 каждого пуансона. При такой форме внутренних частей 21 пуансонов между боковыми поверхностями внутренних частей 21 и боковыми поверхностями наружных частей 18 имеется общий зазор 19.
Плоскости меньших оснований внутренних частей 21 всех пуансонов обращены к центру сферы, частью которой являются наружные части 18 пуансонов, и образуют в центре своими гранями камеру 22 высокого давления для размещения обрабатываемого материала, подвергаемого давлению. Для непосредственного размещения материала в камере 22 материал должен быть предварительно спрессован и ему должна быть предана форма камеры 22. В описанном варианте обрабатываемый материал 23 помещается в камеру 22 высокого давления в деформируемом контейнере 24, материалом для которого служат пирофиллит, литографский камень или композиции на основе огнеупорных окислов.
В зазоре 20 между сферическими поверхностями наружных частей 18 пуансонов и эластичной оболочкой расположены щитки, перекрывающие зазоры 19 между боковыми поверхностями наружных частей 18 и служащие средством 25 для перекрытия зазоров между боковыми поверхностями наружных частей пуансонов. При этом щитки жестко связаны с наружной частью 18 одного из пуансонов посредством элемента крепления (на чертежах не показан). Наружные части 18 пуансонов снабжены средством 26 для восстановления зазоров 19 между их боковыми поверхностями при отводе рабочей жидкости из полостей камеры 7 первичного давления. Средство 26 для восстановления зазоров конструктивно может быть выполнено в виде упругих элементов, например тарельчатых пружин, установленных в зазорах 19, предпочтительно по две в каждом зазоре 19.
Между боковыми поверхностями внутренних частей 21 пуансонов расположены деформируемые прокладки, как однослойные, так и многослойные, служащие средством 27 для поддержания зазоров между боковыми поверхностями внутренних частей пуансонов и формирование уплотнения камеры высокого давления. Деформируемые прокладки приклеиваются к боковым поверхностям внутренних частей 21 пуансонов непосредственно у камеры 22 высокого давления. Помимо выставления исходной величины зазоров деформируемые прокладки обеспечивают заданное положение внутренних частей 21 пуансонов относительно друг друга при схождении пуансонов к центру шара, ограничивают при сжатии попадание материала 23 в зазоры 19 и обеспечивают создание распределенной нагрузки на боковых поверхностях внутренних частей 21, тем самым препятствуя разрушению наиболее нагруженных участков внутренних частей 21 пуансонов.
Внутренние части 21 пуансонов снабжены средством для их удержания в заданном положении друг относительно друга, приспособленным для установки-удаления одновременно всех внутренних частей 21 пуансонов и материала 23 соответственно в нижнюю часть 3 корпуса 2 между расположенными в ней наружными частями 18 пуансонов. Таким средством служит жесткий каркас 28, охватывающий внутренние части 21 пуансонов и расположенный между ними материал 23. Жесткий каркас 28 образован элементами с конфигурацией, обеспечивающей контакт наружных 18 и внутренних частей 21 пуансонов, и имеет приспособление 29, обеспечивающее установку-удаление внутренних частей и обрабатываемого материала. При этом в наружных или внутренних частях 18, 21 пуансонов со стороны указанных выше плоскостей их контакта выполнены пазы для размещения жесткого каркаса 28, повторяющие конфигурацию его элементов и открытые со стороны боковых поверхностей наружных или внутренних частей 18, 21 пуансонов. Глубина этих пазов превышает толщину элементов жесткого каркаса 28 на величину рабочего хода пуансонов для передачи от наружных частей 18 пуансонов к внутренним частям 21, минуя жесткий каркас 28.
В одноступенчатой конструкции устройства, показанной на фиг.1, при наличии шести пуансонов наиболее простым и технологичным является жесткий каркас 28, выполненный в виде двух П-образной формы элементов 30, средние участки которых перпендикулярны друг другу и жестко соединены между собой, а концы элементов 30 при установке обращены к наружной части 18 верхнего пуансона. Пазы 31 (фиг.1) для размещения такого жесткого каркаса 28 выполнены в наружных частях 18 пуансонов, а приспособлением 29 (фиг.2) служат отверстия, выполненные на концах элементов 30. Количество элементов 30 (Фиг.3) П-образной формы может быть равно четырем, в зависимости от их толщины и ширины, а также веса внутренних частей 21 пуансонов. При этом отверстия целесообразно выполнять на концах всех элементов 30 (фиг.2, 3).
Выполнение приспособления 29 (фиг.1-3) в виде отверстия в описанных вариантах жесткого каркаса 28 является наиболее технологичным. Помимо отверстия захват может быть выполнен в виде съемной рамки, соединяющей свободные концы элементов 30 П-образной формы, удаляемой только на время установки или удаления внутренних частей 21 пуансонов в образованный жесткий каркас 28.
При наличии шести пуансонов жесткий каркас 28 (фиг.4) может быть выполнен также в виде короба с центральными отверстиями 32, выполненными в его боковых стенках 33 и дне 34. Короб открыт со стороны наружной части 18 (фиг. 5) верхнего пуансона и установлен в пазах 35 (фиг.5), выполненных снаружи на внутренних частях 21 пуансонов. Приспособлением 29 (фиг.4) также служат отверстия, выполненные в верхних частях боковых стенок 33 короба.
Для облегчения сборки-разборки внутренних частей 21 (фиг.5) пуансонов боковые стенки 33 короба и его дно 34 соединены между собой шарнирно, с возможностью поворота вокруг осей, совмещенных с ребрами короба. Шарнирное соединение в такой конструкции жесткого каркаса 28 обеспечено осями 36 (фиг.6) поворота.
При наличии четырех пуансонов в одноступенчатой конструкции устройства жесткий каркас 28 (фиг.7) имеет форму тетраэдра и состоит из четырех пластин 37 треугольной формы с центральными отверстиями 38, соединенных между собой шарнирно, с возможностью поворота вокруг осей, совмещенных с ребрами тетраэдра. Шарнирное соединение в такой конструкции жесткого каркаса 28 обеспечено осями 39 поворота вдоль кромок пластины 37. Захватом 29 служат отверстия, выполненные в трех пластинах 37, причем все отверстия при придании каркасу 28 формы тетраэдра расположены в одной из его вершин. Для поддержания этой формы каркаса 28 предусмотрен съемный фиксатор 40 (фиг.8), образованный тремя стержнями, жестко связанными между собой и расположенными под углом 120o друг относительно друга. Фиксатор 40 каждым стержнем последовательно вставляется в соответствующее отверстие в пластинах 37, облегчая захват жесткого каркаса 28 при установке-удалении.
Возможно выполнение жесткого каркаса 28 в виде короба с центральным отверстием 41 (фиг.9) в его днище 42 и с пазами 43 U-образной формы в его боковых стенках 44, причем пазы 43 обращены открытой частью к верхней наружной части 18 (фиг.1) пуансона. Пазы 45 (фиг.10) могут иметь прямоугольную форму, также обращенную открытой частью к верхней наружной части 18 (фиг.1) пуансона, а отверстие 46 (фиг.10) в днище 47 иметь прямоугольную форму.
Еще один вариант выполнения жесткого каркаса, показанный на фиг.11, представляет собой раму 48, форма поперечного сечения которой представляет собой тавровый профиль. По углам рамы 48 перпендикулярно ее плоскости закреплены стойки 49 с крестообразной формой поперечного сечения, при этом пазы для размещения ребер рамы 48 и стоек 49 выполнены в наружных и внутренних частях 18 и 21 соответствующих пуансонов (фиг.1). Наружные ребра стоек 49 и рамы 48 направляют каркас по выступам в наружных частях 18 пуансонов (фиг. 1).
Наружная часть 18 (фиг.1) одного из пуансонов, расположенных в нижней части 3 корпуса 2, жестко связана с нижней частью 3 с помощью электроввода 50, который может быть использован для измерения давления в камере 22 высокого давления в процессе воздействия на материал 23 давлением, а также для нагрева материала 23 при воздействии на него давления.
Нижняя и верхняя части 3, 4 корпуса 2 в описанном варианте установлены на оси 51 поворота, и верхняя часть 4 в варианте промышленной конструкции может быть связана с приводом разъема частей (на чертежах не показан).
В зазоре между нижней и верхней частями 3, 4 корпуса 2 расположен кольцеобразный элемент, имеющий в поперечном сечении ромбовидную форму. Двумя своими поверхностями кольцеобразный элемент контактирует с отогнутыми краями нижней и верхней частей 5, 6 эластичной оболочки, закрепленными соответственно на нижней и верхней частях 3, 4 корпуса 2, и служит средством 52 для уплотнения зазора между нижней и верхней частями корпуса.
При подаче рабочей жидкости в полости камеры 7 первичного давления создаваемое в них давление равномерно воздействует как на части 5, 6 эластичной оболочки, так и на части 3, 4 корпуса, стремясь их раздвинуть. Для восприятия усилий воздействия на части 3, 4 корпуса 2 он снабжен средством 53 для удержания его частей при подаче рабочей жидкости в полости камеры первичного давления.
Электроввод 50 представляет собой трубку 54, конец которой расположен в отверстии, выполненном в нижней части 5 эластичной оболочки, и с ней не связан. Внутри трубки 54 расположен массивный стержень 55, на торец которого опирается наружная часть 18 пуансона и который служит опорой для всех пуансонов. На трубку 54 и стержень 55 надеты шины 56, 57, соответственно электрически соединенные с источником питания (источником напряжения), который на чертеже не показан. Трубка 54 и стержень 55 изолированы как друг от друга и от части корпуса 3 изоляторами 58.
Для нагрева материала 23 используется электронагревательный элемент 59, который в устройствах для создания высокого давления обычно представляет собой цилиндрический графитовый контейнер с выступами на торцах, электрически соединенный с источником питания через противолежащие пуансоны, контактирующие с выступами графитового контейнера, в данном случае -через верхний и нижний пуансоны. Графитовый контейнер установлен внутри деформируемого контейнера 24 и электрически изолирован от материала 23 посредством расположенного между ними промежуточного деформируемого контейнера 60 из диэлектрического материала, аналогичного материалу деформируемого контейнера 24.
Для обеспечения электрической изоляции верхнего и нижнего пуансонов от боковых пуансонов жесткий каркас 28 по меньшей мере на участке контакта с внутренними частями 21 пуансонов выполнен из диэлектрического материала, например стеклотекстолита. Конструктивно жесткий каркас 28 может быть выполнен с покрытием из диэлектрического материала на участке контакта с внутренними частями 21 пуансонов, то есть на внутренних поверхностях элементов 30 (фиг.2, 3) П-образной формы или на внутренних поверхностях боковых стенок 33 (фиг.4) и дна 34 короба, а также на внутренних поверхностях в центральных отверстиях 32, стенок 44 и дна 42 (фиг.9), стенок 45 и дна 47 (фиг. 10), стоек 49, рамы 50 (фиг.11). Жесткий каркас 28 может быть целиком выполнен из этого материала, как показано на фиг.1, 5, 6. При этом щитки, перекрывающие зазоры 19 (фиг.1) между боковыми поверхностями наружных частей 18 пуансонов, снабжены прокладками 61 из диэлектрического материала, например стеклотекстолита, расположенными между сферической поверхностью наружных частей 18 и щитками. Средство 26 для поддержания зазоров между боковыми поверхностями наружных частей пуансонов также содержит прокладки 62 из диэлектрического материала, например стеклотекстолита, закрепленные на боковых поверхностях наружных частей 18 пуансонов 62 и может быть осуществлено с помощью клея.
Для отвода тепла от пуансонов при нагреве материала 23 одновременно с воздействием на него давления в устройстве может быть выполнена система охлаждения (на чертежах не показана).
В двухступенчатой конструкции устройства, в основном аналогичной показанной на фиг. 1, у каждого пуансона имеется по меньшей мере по две внутренних части. При наличии шести пуансонов, как это видно на фиг.12, внутренние части 63 всех пуансонов представляют собой составной кубик, образованный восемью кубиками. Кубики расположены с зазором 64 друг относительно друга, а с наружными частями 18 пуансонов находятся в непосредственном контакте. В зазорах 64 расположены деформируемые прокладки 65, как однослойные, так и многослойные, например, из пирофиллита. Камера сжатия образована срезом вершины куба и представляет собой октаэдр.
В описываемой двухступенчатой конструкции устройства целесообразно использование жесткого каркаса 28 в виде элементов 30 П-образной формы, пазы 31 для размещения которых выполнены в наружных частях 18 пуансонов, причем целесообразно жесткого каркаса 28 как из двух, так и из четырех элементов 30 (фиг.3).
При нагреве материала одновременно с воздействием на него давления в описываемой конструкции устройства деформируемые прокладки 65 (фиг.12) по меньшей мере со стороны контакта с одной из внутренних частей 63 выполнены из диэлектрического материала, например пирофиллита, а наружная часть 18 каждого пуансона электрически связана с одной из внутренних частей 63 этого пуансона и электрически изолирована от его других внутренних частей 63. При этом, как указывалось выше, элементы 30 жесткого каркаса 28 выполнены целиком из диэлектрического материала или имеют покрытие из этого материала на участках контакта с внутренними частями 63 пуансонов.
Помимо выполнения средства для удержания внутренних частей 21 (фиг.1) пуансонов в заданном положении друг относительно друга в виде жесткого каркаса 28 оно может быть выполнено в виде группы элементов 66 (фиг.13) крапления, в качестве которых использованы шпильки. Каждая шпилька расположена в отверстиях, выполненных во внутренних частях 21 по меньшей мере двух пуансонов и в наружной части 18 (фиг.14) соответствующего пуансона. При наличии шести пуансонов в описываемом варианте использованы восемь шпилек, каждая из которых расположена в отверстии 67, выполненном во внутренней части 21 нижнего пуансона, в отверстии 68, выполненном во внутренней части 21 бокового пуансона, а отверстии 69, выполненном во внутренней части 21 верхнего пуансона, и в отверстии 70, выполненном в наружной части 18 верхнего пуансона. При этом каждая шпилька жестко связана посредством резьбового соединения с внутренней частью 21 пуансона, наружная часть 18 которого жестко связана с нижней частью 3 (фиг.1) корпуса 2, и расположена в отверстии 68 (фиг.14), внутренней части 21 с зазором "1" относительно внутренней поверхности, по меньшей мере равным величине рабочего хода пуансонов. В отверстии 69 шпилька также расположена с зазором относительно внутренней поверхности, однако этот зазор не связан с рабочим ходом пуансонов, так как движение внутренней части 21 верхнего пуансона осуществляется в направлении оси шпильки. Отверстия 67, 69, 70 расположены соосно, а ось отверстия 68 смещена относительно их оси в направлении к наружной части 18 бокового пуансона (на чертежах не показана), так что на участке шпильки, расположенном в отверстии 58, со стороны наружной части 18 бокового пуансона между шпилькой и внутренней поверхностью имеется зазор "1", а со стороны обрабатываемого материала 23 шпилька контактирует с внутренней поверхностью. Глубина отверстия 70 превышает длину расположенного в нем свободного конца шпилька на величину двойного рабочего хода пуансонов. Кроме того, на участке шпильки, расположенном в отверстии 69, установлена гайка 71, а само отверстие 69 выполнено двухступенчатым, имеющим меньший диаметр со стороны отверстия 68, обеспечивая при закручивании гайки высокую точность ориентирования внутренних частей 21 относительно материала 23.
Все элементы крепления шпильки имеют захват 72 для обеспечения установки-удаления внутренних частей пуансонов и материала, которым служат отверстия, выполненные на свободных концах шпилек, расположенных в отверстиях 70.
При нагреве материала 23 одновременно с воздействием на него давления электрическая изоляция верхнего и нижнего пуансонов от боковых пуансонов осуществляются втулками 73, 74 из диэлектрического материала, например фторопласта 4, установленными в отверстиях 68, 69 соответственно. Для предотвращения электрического контакта шпилек с наружной частью 18 верхнего пуансона, возможного при загибе свободных концов шпилек, в отверстиях 70 также могут быть расположены втулки из диэлектрического материала (на чертежах не показаны).
Средство для удержания внутренних частей 21 пуансонов в заданном положении друг относительно друга в момент установки между частями 18 может представлять собой группу стоек 75 (фиг.15), количество которых соответствует количеству углов оснований внутренних частей 21 пуансонов (фиг.16). Каждая стойка 75 закреплена на выступе 76 с помощью винта 77. Стойка 75 может быть выполнена с диэлектрическим покрытием 78 или же целиком из диэлектрического материала, как это показано на фиг.17.
Каждая стойка 75 (фиг.17) расположена в пазу 79, выполненном во внутренней части 21 соответствующего бокового пуансона со стороны плоскости контакта с наружной частью 18 этого пуансона, и повторяющим форму стойки 75, при этом глубина пазов 79 превышает толщину стоек 75 на величину рабочего хода пуансонов. Пазы 79 могут быть выполнены и на наружных частях 18 пуансонов.
Верхние концы стоек 75 (фиг.18) расположены в пазах 80 выполненных в наружной части 18 верхнего пуансона, и закреплены в пазах 80 с помощью штифта 81, при этом концы стоек 75 имеют пазы под штифты 81 длиной, превышающей сумму двойного хода пуансонов и диаметр штифта 81.
Такое крапление стоек 75 позволяет удалять и устанавливать внутренние части 21 пуансонов (фиг.15), контейнера 24 с обрабатываемым материалом 23 (фиг.17) при помощи верхней части 18 верхнего пуансона.
При сборке-разборке устройства для установки-извлечения материала 23 (фиг. 1) наружная часть 18 по меньшей мере одного пуансона удаляется для извлечения одновременно всех внутренних частей 21 пуансонов и материала 23 с помощью жесткого каркаса 28 или элементов 66 (фиг.14) крепления и вновь собирается после одновременной их установки. При наличии шести пуансонов удаляется только наружная часть 18 (фиг.1) верхнего пуансона, а наружные части 18 боковых и нижнего пуансона устанавливаются при монтаже устройства. Для обеспечения установки-удаления наружной части 18 верхнего пуансона эта наружная часть 18 имеет захват 82, выполненный в виде T-образного элемента 83 (фиг.19), расположенного в глухом осевом отверстии 84 наружной части 18, выполненном со стороны ее сферической поверхности. T-образный элемент 83 подпружинен установленной в отверстии 84 пружиной 85 и не выступает над сферической поверхностью наружной части 18 после соединения верхней и нижней частей 3 и 4 корпуса 2 (фиг.1). В раскрытом положении корпуса 2 T-образный элемент 83 (фиг. 19) выталкивается пружиной 86 из отверстия 84 и выступает над сферической поверхностью. Удержание T-образного элемента 83 может быть выполнено в виде пружиненного кольца 86 (фиг.19 и 20).
В устройстве предусмотрено приспособление 87 для установки и удаления наружной части верхнего пуансона совместно с верхней частью 4 корпуса 2 (фиг.21 и 22). Оно представляет собой стержень 88, закрепленный жестко и соосно с удаляемой наружной частью 18 пуансона и который имеет возможность возвратно-поступательно перемещаться в отверстии 89 верхней части 4 корпуса 2. От вращения вокруг оси стержня 88 предусмотрено выполнение на части его длины не менее двух граней 90. Стержень 88 имеет на своем свободном конце фланец 91 с осевыми отверстиями 92, на который воздействует пружина 93. Пружина 93 и фланец 91 расположены в круглом сквозном отверстии 94, сверху закрытым заглушкой 95 с уплотнением. Полость отверстия 94 сообщена с полостью 7 с помощью отверстия 96. При таком выполнении приспособления 87 часть средств перекрытия 25 зазоров 19 между наружными частями пуансонов 18, прилегающая к наружной части пуансонов 18, жестко соединена с наружной частью пуансонов в местах 97.
При применении в устройстве нагрева обрабатываемого материала 22 стержень 88 может служить электровводом (фиг.22). Для этого в верхней части 4 корпуса 2 выполнено ступенчатое отверстие 98, в которое вмонтирована ступенчатая втулка 99 из изоляционного материала с малым отверстием под грани 90 стержня 88. Втулка 99 закреплена в верхней части 4 корпуса 2 фланцем 100 со стопорами 101. В верхнюю часть отверстия 98 вмонтирован электроввод 102 с изолированными от корпуса 2 изоляционными шайбами 103 и соответствующим уплотнением. Электроввод 102 соединен со стержнем 88 гибкой шиной 104, концы которой закреплены при помощи гаек 105 к электровводу 102 и стержню 88.
Устройство снабжено приспособлением 106 для фиксации боковых наружных частей 18 пуансонов в исходном положении (фиг.21, 23 и 24). Оно может быть выполнено в виде кольца 107 (фиг.21) с осевыми отверстиями 108 по его периметру и расположено у верхнего торца нижней части 3 корпуса 2 в промежутке между наружной поверхностью нижней части 5 эластичной оболочки и сферической внутренней поверхностью корпуса 2 ниже выточки под края 8 (фиг.1) нижней части 5 оболочки.
Зафиксировать исходное положение боковых пуансонов возможно без кольца 107, применив приспособление 109 (фиг.23 и 24) для фиксации боковых наружных частей 18 пуансонов, выполненного в виде стержней 110, установленных перпендикулярно к плоскости контакта частей 18 и 21 пуансонов. Один конец каждого из стержней 110 жестко вмонтирован в наружную часть 18 пуансона, размещенного в нижней части 3 корпуса 2. Другой конец стержня 110 расположен с боковым зазором в глухом отверстии 111, выполненном в боковой наружной части 18 пуансона, обращенной к наружной части 18 пуансона, связанного с нижней частью 3 корпуса 2, при этом стержень 110 установлен в отверстие 111 так, что возможно продольное и поперечное перемещения наружной части 18 пуансона.
Указанное выше средство 53 (фиг.1) для удержания частей корпуса при подаче рабочей жидкости в камеру первичного давления выполнено в виде двух вертикально расположенных рам 113 и 114 (фиг.25-27), 71 прямоугольной формы, установленных на основании 1 с возможностью поворота относительно вертикальной оси и при повороте охватывающих корпус 2 (фиг.1 и 25, 26) по высоте и контактирующих с ним своим горизонтально расположенными участками 115 и 116 при подаче рабочей жидкости в полости камеры 7 (фиг.1) первичного давления. Рамы 113 и 114 (фиг.25) могут быть установлены как на единой оси 117 (фиг. 27) поворота, так и на двух осях 118 и 116 (фиг.25) поворота.
При малых габаритах и весе устройства для создания высокого давления поворот рам 113 и 114 может осуществляться вручную, а при больших габаритах и весе с помощью привода (на чертежах не показанного) поворота, установленного на основании 1 и связанного с каждой рамой 113 и 114. В качестве привода может быть использован электропривод, гидропривод или пневмопривод.
Работа описанного устройства для создания высокого давления предусматривает подготовительные операции, связанные с установкой в устройство (фиг.1) и извлечением из него деформируемого контейнера 24 с обрабатываемым материалом 23, средств для уплотнения камеры 22 высокого давления, всех внутренних частей 21 пуансонов, наружной части 18 верхнего пуансона. Вид подготовительной операции зависит от размеров пуансонов и особенностей обработки материала 23 давлением и температурой.
Подготовительные операции по монтажу внутренних частей 21 в средство для удержания их друг относительно друга проводятся на отдельном стенде вне устройства и имеют следующие разновидности.
Сравнительно небольшие по массе внутренние части 21 (при количестве пуансонов, равном шести, или двухступенчатом варианте на фиг.12) при обработке давлением, меньшим 4,5 ГПа, достаточно легко монтируются в жесткий каркас из взаимно перпендикулярных элементов П-образной формы (фиг.2 и 3). Вначале на боковые поверхности внутренних частей 21 нижнего пуансона помещается средство 27 в виде деформируемых прокладок. Затем эта внутренняя часть 21 помещается на горизонтальный участок каркаса 28. На четырех внутренних частях 21 боковых пуансонов прикрепляются по две деформируемые прокладки так, чтобы при установке всех частей 21 между боковыми поверхностями было по прокладке, а на боковых поверхностях, обращенных вверх также находилось бы по прокладке. В промежутке между внутренними частями 21 пуансонов устанавливаются деформируемый контейнер 24 с обрабатываемым материалом 23 (фиг.1). Внутренняя часть 21 верхнего пуансона монтируется сверху. Таким образом, каркас 28 готов для установки его в устройство.
Небольшие по массе внутренние части 21 пуансонов (при количестве пуансонов, равном шести) при обработке давлением свыше 4 ГПа монтируют в каркасе 28 типа короба (фиг.4). Прокладки помещают также, как описано выше на пяти внутренних частях 21 пуансонов. Затем внутренняя часть 21 с четырьмя прокладками помещают в короб в отверстие 32 дна 34 своим выступом на плоскости контакта с наружной частью 18 нижнего пуансона (фиг.1). Внутренние части 21 боковых пуансонов поочередно укладываются в короб боковой поверхностью, не имеющей прокладок, вниз выступами в отверстия 32 на боковых стенках 33 короба.
Более оперативная установка внутренних частей 21 может быть произведена в короб, показанный на фиг. 9. В этом случае внутренние части 21 боковых пуансонов устанавливаются попарно сверху, когда деформируемый контейнер 21 с материалом 23 установлен на плоскости меньшего основания внутренней части 21 нижнего пуансона, который монтируется ранее. Прокладки устанавливаются заранее.
Для внутренних частей пуансонов с большей контактной поверхностью (большим основанием) предпочтительна конструкции каркаса 28, изображенная на фиг. 10. Установка внутренних частей 21 деформируемого контейнера 24 и прокладка производится также, как и в конструкции по фиг.9. Этот каркас 28 применим и для монтажа пуансонов (фиг.12), имеющих форму кубиков.
Для более точного ориентирования внутренних частей 21 (фиг.21) относительно наружных частей 18 более подходит конструкция каркаса 28, показанного на фиг.11. Последовательность укладки внутренних частей 21 пуансонов и других элементов аналогично укладке по фиг.9 и 10. Наружные ребра рамы 48 каркаса 28 ориентируют внутренние части 21 относительно оси устройства, а наружные ребра стоек 49 ориентируют внутренние части 21 пуансонов относительно осей наружных частей 18 пуансонов.
Для массивных внутренних частей 21 предпочтителен короб 34 (фиг.5 и 6). Перед установкой внутренних частей 21 пуансонов короб 28 за счет шарнирного соединения раскладывается на плоскости. В отверстия 32 (фиг.4) вставляются своими выступами пять внутренних частей 21. На боковые стороны внутренних частей 21 прикрепляются прокладки также, как указано выше. На меньшее основание внутренней части 21, установленной на дне 34, укладывают деформированный контейнер 24 с обрабатываемым материалом 23. Попарно поднимают боковые стенки 33 и закрепляют между собой осями 36 (фиг.6) поворота. Внутренняя часть 21 верхнего пуансона укладывается в собранный короб последней.
Таким же образом собираются внутренние части 21 и другие элементы в каркас 28, изображенный на фиг.7. Боковые стенки 37 при повороте вокруг осей 39 соединяются съемным фиксатором 40, за который короб 28 перемещают для установки в устройство.
При применении камеры 22 высокого давления большего размера целесообразно применять средство для удержания, изображенное на фиг.13 и 14. Такая конструкция применена при давлении в камере до 4,5 ГПа. Укладка внутренних частей 21 пуансонов и их ориентирование предполагает вначале установку прокладок. Очередность укладки: на внутреннюю часть 21 нижнего пуансона поочередно, ориентируясь на группу элементов крепления 65, выполненных в виде шпилек, устанавливают внутренние части 21 боковых пуансонов с соответствующими прокладками. Затем устанавливают внутреннюю часть 21 верхнего пуансона и закрепляют собранный таким образом узел в одно целое гайками 71. Изоляционные втулки 73 и 74 применяются при обработке материала 23 нагревом. За отверстия на шпильках собранный узел переносится для установки в устройство. Отверстия в шпильках можно использовать для крепления к наружной части 18 верхнего пуансона и вместе в ней узел монтировать в устройство.
Средство для удержания, изображенное на фиг.15-18, применяют при обработке давлением, большим 4 ГПа с большей камерой 22 (фиг.1) высокого давления. Укладка внутренних частей аналогична описанной выше для конструкции по фиг. 13 и 14. Концы стоек 75 могут быть использованы для перемещения только внутренних частей 21 с другими элементами или же совместно с наружной частью 18 верхнего пуансона. В этом случае их соединяют на стенде штифтов 81 и сборку перемещают за захват 82 (фиг.19 и 20) для установки в устройство.
Для оперативной работы устройства на стенде должны быть готовы к началу работ по синтезу не менее двух каркасов 28 (коробов) той или иной конструкции.
Вначале работы рамы (фиг.27) раздвинуты. Верхняя часть 4 корпуса 2 откинута в сторону собственным приводом. В нижней части 3 корпуса 2 находится нижняя часть 5 оболочки, в которой расположены пять наружных частей 18 пуансонов (фиг. 1), которые находятся в исходном положении, то есть зазоры 19 имеют максимальную для применяемого синтеза величину за счет действия упругих элементов. Упругие элементы прижимают наружные части 18 боковых пуансонов или к кольцу 107, или к стержням 110. С помощью приспособления 29 (отверстий и так далее) (фиг.1-14, 15) каркас (короб) перемещают со стенда к устройству и устанавливают его между наружными частями 18 боковых пуансонов на наружную часть 18 нижнего пуансона. Подъемными средствами с помощью захвата 82 (за T-образный элемент 83) устанавливают между наружными частями 18 боковых пуансонов наружную часть 18 верхнего пуансона. Закрепляют средства перекрытия 25 (фиг.1).
В случае соединения каркаса 28 с наружной частью 18 верхнего пуансона в устройство собранный узел устанавливается в устройство описанным выше способом.
После установки в устройство пуансонов включается привод поворота верхней части 4 корпуса 2, которая занимает рабочее положение, как это показано на фиг.1, 12, 21, 25, 26. Затем включают источник 10 давления рабочей жидкости (фиг.1). Жидкость от насоса 11 по магистралям 12 и 13 и каналам 16 и 17 под давлением подается в камеру 7 первичного давления, которое воздействует на внутреннюю сферическую поверхность частей 3 и 4 корпуса 2, прижимая их к горизонтальным участкам 115 и 116 рам 113 и 114. При этом рамы 113 и 114 воспринимают осевое усилие. Зазор между частями 3 и 4 корпуса 2 перекрыт фигурным кольцом, являющимся средством 52 для уплотнения, которое препятствует выдавливанию краев 8, 9 частей оболочек 5 и 6. Одновременно давление в камере 7 первичного давления через части 5, 6 эластичной оболочки воздействует на наружные сферические поверхности наружных частей 18 пуансонов, перемещая пуансоны к центру шара. Зазоры 19 перекрыты средствами 25 в виде щитков, которые проскальзывают по поверхностям наружных частей 18 пуансонов.
По мере повышения давления в камере 7 первичного давления камера 22 высокого давления сокращается в объеме, тем самым генерируя в деформируемом контейнере 24 (фиг.1) высокое давление. Прокладки, являющиеся средством 27 для поддержания зазоров между боковыми поверхностями внутренних частей 21 пуансонов, деформируясь между боковыми поверхностями внутренних частей 21 пуансонов, препятствуют экструзии деформируемого контейнера 24 в зазор 19.
При перемещении пуансонов к центру шара жесткий каркас 28 или короб (фиг. 2-11) не изменяет своего положения и не деформируется благодаря пазам 31 (фиг.1, 12), 35 (фиг.5), 79 (фиг.7).
В конструкции устройства, показанного на фиг.13, 14, 23, благодаря зазорам "1" внутренние части 21 не деформируют шпильки (фиг.14), являющиеся элементами 66 крепления, и стержни 110 (фиг.23, 24).
По достижении заданного давления жидкости в камере 7 (фиг.1) первичного давления или в камере 22 высокого давления, на обрабатываемый материал 23 можно воздействовать нагревом, пропуская ток через электровводы в виде трубки 54 и стержня 55 или же через стержни 55 и электроввод 102 (фиг.21 и 24) и обрабатываемый материал 23 (прямой нагрев) (фиг.21) или же через встроенный в деформированном контейнере 24 электронагревательный элемент 59 (фиг.1) (косвенный нагрев). При заданных величинах давления и температуры осуществляют временную выдержку.
После выдержки под давлением и температурой нагрев отключают, а давление в камере 7 снижают до нуля. Наружные части 18 пуансонов занимают исходное положение. Рамы 113 и 114 раздвигают, а верхнюю часть 4 корпуса 2 поворачивают, как это показано на фиг.27. При этом захват 82 пружиной 85 выталкивается над поверхностью наружной части 18 верхнего пуансона или же наружная часть 18 пуансона на стержне 88 в верхней части 4 корпуса 2. В первом случае за захват 82 наружную часть 18 изымают из устройства грузоподъемным механизмом. Возможно одновременно демонтировать и каркас 28 (или короб) (фиг.1-15) с расположенными в нем элементами.
Если каркас 28 (короба или любого средства удержания внутренних частей 21 пуансонов) демонтируется без наружной части 18 пуансона, то используют приспособление 29 в виде отверстий.
После демонтажа из устройства каркаса 28 (короба или средства удержания) с расположенным в них внутренними частями 21 пуансонов, деформированными прокладками, контейнером 24 и обработанным материалом 23, весь узел переносят на стенд для разборки и очистки.
Запасной узел устанавливается в устройство, как это описано выше. Устройство подготовлено к новому циклу.
На стенде удаленные элементы разбираются, очищаются, из деформированного контейнера 24 извлекается обработанный материал 23 и элементы вновь собираются в каркас 28.
Представленная выше совокупность технических решений позволяет значительно упростить эксплуатацию описанного типа устройств при различных режимах, повысить надежность и производительность путем сокращения времени на обслуживание и обеспечить новые возможности при обработке материалов воздействием высокого давления в диапазоне 4,5-8 ГПа и температур 1300-2000oC.
Изобретение относится к области высоких и сверхвысоких давлений, вызывающих химическую модификацию веществ. Сущность изобретения заключается в том, что устройство имеет корпус со сферической полостью, в которой расположена эластичная оболочка сферической формы. Корпус и оболочка состоят из двух частей, причем части оболочки закреплены не соответствующих частях корпуса, образуя камеру первичного давления с двумя изолированными полостями. Внутри частей оболочки расположены пуансоны, наружные части которых имеют форму усеченных пирамид со сферическим большим основанием и расположены с зазорами между боковыми поверхностями, в которых расположены упругие элементы. Внутренние части пуансонов, контактирующие с наружными частями, также расположены с зазорами между боковыми поверхностями, в которых расположены деформируемые прокладки, образована камера высокого давления. Зазоры между наружными частями пуансонов уплотнены щитками, а внутренние части снабжены средством для их удержания в заданном положении друг относительно друга, приспособленным для установки-удаления одновременно всех внутренних частей и материала, упрощая и ускоряя сборку-разборку, повышая производительность устройства и обеспечивая высокую воспроизводимость условий сжатия материала, а также обеспечивая возможность механизировать и автоматизировать работы по сборке-разборке. 23 з.п. ф-лы, 27 ил.
| Печь для непрерывного получения сернистого натрия | 1921 |
|
SU1A1 |
| Патент США N 3118177, кл | |||
| ПРИБОР ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ТЕЧЕНИЯ ВОДЫ И ОДНОВРЕМЕННОГО ПОЛУЧЕНИЯ ПРОБ ЕЕ | 1925 |
|
SU425A1 |
| Аппарат для очищения воды при помощи химических реактивов | 1917 |
|
SU2A1 |
| Бобровничий Г.С., Максимов Л.Ю | |||
| Сферический многопуансонный аппарат сверхвысокого давления | |||
| ПРИБОР ДЛЯ ЗАПИСИ И ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ЗВУКОВ | 1923 |
|
SU1974A1 |
