Установка для исследования механических свойств материалов при высоких температурах и давлениях в агрессивных средах Советский патент 1986 года по МПК G01N17/00 

I

Изобретение относится к испытательной технике, в частности к установкам для исследования механических свойств материалов при высоких температурах и давлениях в агрессивных средах, и может быть использовано при исследовании материалов элементов газовых Турбин и энергетических установок.

Цель изобретения - приближение температурных условий исследования к эксплуатационным.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемой установки; на фиг.2 - схема герметичной камеры в сборе.

Установка содержит основание 1 с закрепленными на нем вертикальными колоннами 2, которые жестко связаны между собой платформой 3. На верхней части колонн 2 установлено подъемное приспособление 4, соединенное через трос 5 с герметичной камерой 6, закрепленной на платформе 3. Герйетич- ная камера 6 снабжена верхней 7 и нижней 8 крышками, вторая из которых выполнена сферической. В рабочей полости А камера 6, имеющей форму гиперболоида вращения с наибольшим диаметром у нижней крьшки 8, расположены активный 9 и пассивный 10 захваты для крепления испытуемого образца 11. Пассивный захват 10 жестко связан с верхней крышкой 7, а активный захват 9 связан через тягу 12, выходяцую за пределы камеры 6 через уплотнитель 13, с нагружателем (не показан). Установленньш в полости А кольцевой нагреватель, охватывающий центральную часть образца 11, выпол- нен в виде концентрично установленный двух кольцевых электродов 14 и 15 из тугоплавкого металла. Электроды 14 и 15 соединены с источником 16 питания, в качестве которого может быть использован сварочный генератор, имеющий падающую вольт-амперную характеристику, например ПС-5000 Внешний электрод 15 своей наружной поверхностью жестко закреплен на внутренней поверхности камеры 6, а внутренний электрод 14 установлен с помощью направляющих 17 и 18, выполняющих также функции токоподвода, с возможностью осевого перемещения. В стенке камеры 6 размещена электромагнитная система, выполненная в виде электромагнитной катушки 19 и

314382

охлаждаемого медного сердечника 20 и предназначенная для вращения электрической дуги, возбуждаемой между электродами 14 и 15. На нижней крыш5 ке 8 вдоль оси камеры 6 закреплен экран, вьшолнеиный в виде набора концентрических колец 21, устновлен- ных с зазором друг относительно друга. Камера 6 снабжена предохранитель10 ным клапаном 22 и соединена с системой 23 подачи агрессивной среды через штуцер 24. Установка снабжена контрольно-измерительной аппаратурой 25, предназначенной для поддержания

15 заданной температуры и нагрузки на образце 11, а также регистрации параметров разрушения образца 11. Установка работает следующим образом.

20

Закрепляют испытуемый образец 11 в захватах 9 и 10. С помощью подъемного приспособления 4 опускают верхнюю крьш1ку 7 на камеру 6 и гермети25 зируют ее. Перемещая внутренний электрод 14, устанавливают его точно по середине рабочей части образца 11. Включая систему 23 подачи агрессивной среды, в качестве которой исполь30 зуют газ, подают его в камеру 6 и создают в нем заданное давление.Подают напряжение на электромагнитную катушку 19, и включают источник 16 питания, в результате чего между электродами 14 и 15 возбуждается электрическая дуга, которая под воздействием электромагнитного поля катушки 19 начинает вращаться, нагревая газовую агрессивную среду и образец 11. Нагретая среда начинает перемещаться вверх. Однако форма рабочей полости А, выполненной в виде гиперболоида вращения с наибольшим радиусом у нижней сферической крышки 8, препятствует свободному восходящему движению среды и приводит к образованию неподвижной газовой атмосферы. Узкие кольцевые щели между концентрическими кольцами 21, рассекая конвективный поток, также ограничивают зону перемещения потока, способствуя образованию застойных зон. В результате ограничения перемещения газового потока среды передача тепла к элементам камеры 6 и образцу 11

35

40

45

30

осуществляется посредством теплопроводности через неподвижную среду, что уменьшает потери тепла и позволяет значительно увеличить темпера3 .1231

туру нагрева образца 11. Вращение электрической,дуги также способствует торможению восходящего конвективного газового потока среды.

При нагреве образца 11 до заданной j температуры, соответствующей температуре эксплуатации, к нему прикладывают постоянную нагрузку и вьщержи- вают при ней до разрушения. По значениям нагрузки и времени до разру- ю шения судят о свойствах материала при высоких 1;емпературах в агрессивных средах.

Фо рмул аи зо бр ет ен ия.

1. Установка для исследования механических свойств материалов при высоких температурах и давлениях в агрессивных средах, содержащая герме- тичную камеру с верхней и нижней крышками, рабочая полость которой имеет форму тела вращения, расположенные в полости пассивный и активный захваты для крепления испытуемого образца, кольцевой нагреватель, предназначенный для охвата центральной части об

j

5

0 5

4384

разца, установленный снаружи камеры нагружатель, связанный с активным захватом, систему подачи агрессивной среды в камеру и контрольно-измерительную аппаратуру, отличающаяся тем, что, с целью прибли-, жения температурных условий исследования к эксплуатационным, полость камеры имеет форму гиперболоида вращения с наибольшим диаметром у нижней крышки, которая выполнена сферической, а установка снабжена установленным вдоль оси камеры экраном, выполненным в виде концентрических колец, установленных с зазором друг относительно друга на нижней крьш1ке камеры.

2. Установка по п. 1, о т л и - чающаяся тем, что нагреватель выполнен в виде двух концентричных кольцевых электродов из тугоплавкого металла, внешний из которых жестко закреплен на боковой поверхности камеры, а внутренний установлен на верхней крышке с возможностью осевого перемещения.

18

23

25

/7

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для исследования свойств, материалов при высоких температурах и давлениях в агрессивных средах. Цель изобретения - приближение температурных условий исследования к эксплуатационным. Установка со- держит герметичную камеру с верхней и нижней сферической крышками. Полость камеры имеет форму гиперболоида вращения с наибольшим диаметром у нижней крьш1ки, на поверхности которой вдоль ее оси установлен экран в виде концентрических колец. Конфигурация полости камеры и наличие экрана предотвращает конвективное перемещение агрессивной газовой среды и способствуют передаче тепла к образцу путем теплопроводности через неподвижную среду, что уменьшает потери тепла и за счет этого значительно увеличивает температуру нагрева образца и позволяет достичь температурных условий газовых турбин и энергетических установок. 1 з.п.ф-лы, 2 ил. i (Л С О со 4 00 00