Устройство для высокотемпературных испытаний образцов Советский патент 1983 года по МПК G01N3/18 

Изобретение относится и испытательной технике, в частности, к устройствам для высокотемпературных испытаний образцов.

Известно устройство для высокотемпературных испытаний образцов, содержащее нагревательную печь трубчатой формы с теплоизоляцией, тяги, расположенные вдоль оси нагревательной печи, н стерж} евые захваты для крепления образцов, жестко связанные с тягами. При этом тяги выполнены сплошными с наружным диаметром, составляюшим меньше 0,8 диаметра внутренней поверхности нагревательной печи, а диаметр захватов выполнен в пределах не менее 0,9 диаметра внутренней поверхности нагревательной печи, причем захваты соединены с тягами плавным галтель1П 1М переходом 1 .

Недостатком известного устройства является его низкая экономичность, обусловленная тем, что згвеличениё диаметра тяг в печи уменьшает тепловое сопротивление для обшего теплового потока от нагревателя на поверхность тяг и захватов и тепловое сопротивлеime для теплового потока, идущего по тягам из рабочего объема печи нарумсу, что при равенстве теплового потока, постутгаюшего от нагревателя на тяги, и теплового потока, выходящего по тягам наружу, вызывает обшее уменьшение температуры между нагревателем и тягами по их длт1е, не приводящее к увеличению температуры образца при данной величине тепловых потерь по тягам наружу из рабочего объема печи.

Цель изобретения - повышение экономичности устройства путем снижения тепловых потерь.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для высокотемпературных испытаний образцов, содержащем нагревательную Печь трубчатой формы с теплоизоляцией, тяги, расположенные вдоль оси нагревательной печи, и стержневые захваты для крепления образцов, жестко связанные с тягами, тяги на участке длиной, не меньшей длины нагревательной пеЩ1, выполнены трубчатыми с наружным диаметром, равным диаметру захватов и составляющим 0,8-0,9 диаметра внутренней поверхности нагревательной печи.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2 - график распределения тепловых потерь по длине печи и тяг в координатах I - Т PC, где I - длина Зчастков устройства, по которым идет рассеивание теплового потока, Т ,С - температуры нагрева печи.

Устройство содержит нагревательную печь 1 трубчатой формы, содержащую кожух 2, нагреватели 3 и изоляцию 4, тяги 5, расположенные вдоль оси нагревательной печи 1, стержневые захваты 6, жестко связанные с тягами

причем тяги 5 на участке длиной, не меньшей длины Lf нагревательной печи 1, выполнены трубчатыми с наружным диаметром, равным диаметру захватов 6 и составляющим 0,8-0,9 диаметра внутренней поверхности печи .

Объем, в котором происходит рассеивание тепла в процессе испытания разделен на четыре зоны: зона I - участок в середине печи 1, где из-за малой площади поверхности образца

0 приток тепла от наг1Л;вателей 3 на образец мал и соответственно мал отвод тепла по длине образца, что приводит к малому изменению температуры по длине образца; зона II - участок, где приток тепла на захваты 6 и тяги 5

5 растет по мере выхода последних из рабочего объема печи 1; зона ПТ - участок на тягах 5, расположенных между рабочим объемом печи н окружающим пространством, где тепловой поток постоянный; зона IV - участок снаружи

0 печи 1, где происходит общее уменьшение теплового потока и .температуры по длине тяг 5 с уменьшением скорости изменения температуры по длине тяг 5.

Распределение температуры по длине образ5 112, захватов 6 и тяг 5 при работе нагревателей 3 на постоянной моишости для различных тяг, обеспечивающих передачу на образец одного и того же предельного усилия, представлено кривой 8 - для тяг, выполненных в соответQ ствии с изобретением, кривой 9 - для тяг, выполненных сплошными цилиндрической формы по всей длине с внешним диаметром равным диаметру захватов, кривой .10 - для тяг, выполненных сплошными цилиндрической формы с наружным диаметром меньше 0,8 диaмefpa внутренней поверхности печи и утолщенными захватами с мшшмальйым кольцевым зазором Между последними и внутренней поверхностью печи..

Устройство работает следующим образом. Образец 7 закрепляют в захватах 6. Для создания в образце 7 заданной температуры испытания на нагреватели 3 подается энергия, которая преобразуется в тепловую н передается на образец 7, захваты 6 и тяги 5. Темперааура Тмагр нагревателей 3 образца 7, захватов 6 и участков тяг 5, находящихся в печи 1, повышается, и начинается отвод тепла по тягам 5 наружу за пределы рабочего объема печи 1. С повышением температуры в печи 1

отвод тепла по тягам 5 возрастает, а приток тепла от нагревателей 3 на образец 7, захвата 6 и тяги 5 уменьшается. Через некоторый промежуток времени устанавливается динамическое равновесие, при котором отвод тепла

5 по тягам 5 равен притоку тепла от нагревателей 3 на образец 7, захваты 6 и тяги 5, и температура на них измег1яться не будет, при этом, она будет постоянной, в сечении перпендикулярном оси печи 1, но вдоль оси неодинаковой (температура будет уменьшаться по пути движения теплового потока от середины рабочего объема печи 1 к выходам тяг 5 из печи 1). Рассеяние тепла от нагревателей 3 в окружающее пространство в установившемся режиме идет по следующему пути:от нагревателей 3 на образец 7, захваты 6 и расположенные в рабочем объеме печи 1 участки тяг затем теплопроводностью по тягам 5 наружу и с расположенных снаружи печи 1 участков тяг 5 на массу испытательной мащииы (на чертеже не показана) и одновременно излучением и конвекцией с поверзшоти тяг 5. Снижение тепловых потерь юбеспечивается при этом улучшением теплопередачи от нагревателей 3 на тяги 5 за счет того, что диаметр находящихся в рабочем объеме печи 1 участков тяг 5 находится в пределах 0,8-0,9 внутреннего днаметра печи 1. Это приводит к снижению теплового сопротивления для общего теП лового потока, проходящего от нагревателей 3 на тяги 5. При этом снижение теплового сопротивления для общего теплового потока, проходящего с расположенных в рабочем объе ме печи 1 участков тяг 5 на участки тяг 5, расположенньк снаружи печи 1, не допускается. Для этого участки тяг, находящиеся в объ еме печи, вьшзлиены трубчатыми с площадью попере чного сечения, допускающей передачу максимального усилия иа образец 7. В этом случае за счет сш1жеиия теплового сопротивле ния между нагревателями 3 и тягами 5 при прежних значениях тепловых сопротивлений j других участков теплоотвода температура на захватах 6 тяг 5 повышается, и соответственно повышается температура образца для постоянного зиачения тепловых потерь. Выполнение захватов 6 и тяг 5 одного диаметра не усложняет технологичности изготовления последних, а для того, чтобы не увеличивать тепловые потери, участки тяг 5 на выходе из pa6o4eiO объема печи 1 вьшолпяют также трубчатыми на длипе равиой длине трубчатых участков тяг 5 в печи 1. При этом суммарная длииа трубчатых участков тяг 5 внутри и снаружи печи 1 принимается не меньше длины печи. Это несколько снижает тепловое сопротивлеиие общему тепловому потоку, так как возрастает отвод тепла на данной длине участков тяг 5 к жвекцией и излучением, ио общие тепловые потери по сравнению с полученным снижением потерь незначительны. После достижения заданной температуры образец шгружают при помощи испытательной мапшмъь Изобретение позволяет повысить экономичность устройства благодаря уменьшению общего теплового сопротивления тепловых потерь по тягам за счет выполнения последних полыми с диаметром, составляющим 0,8-0,9 диаметра внутренней поверхности печи, что позволюю уменьшать общее тепловое сопротивление между внутренней поверхностью нагревательной печи и тягами.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ, содержащее нагревательную печь трубчатой формы с теплоизоляцией, тяги, расположенные тюль оси нагревательной печи, и стержневые захваты для крепления образцов, жестко связанные с тягами, отличающееся тем, что, с целью повышения экоиоми шости устройства путем снижения тепловых потерь, тяги на участке длиной, не меньшей длины нагревательной печи, вьшолнены трубчатыми с наружным диаметром, равным диаметру захватов и составляющим 0,8-0,9 диаметра внутренней поверхности нагревательной печи.

Фиг.1