Устройство для создания давления в газожидкостной среде и способ его эксплуатации Советский патент 1991 года по МПК B01J3/00 F17C5/06 

Изобретение относится к области обработки материалов давлением, более конкретно к обработке материалов жидкостью или газом высокого давления, и может быть использовано для опрессовывания различных порошковых материалов, термообработки под давлением, залечивания трещин в поликристаллических телах и в монокристаллах синтеза некоторых структур и т.д.

Целью изобретения является расширение технологических возможностей.

На фиг. 1 изображено устройство для создания высоких давлений, общий вид, разрез; на фиг.2 - контейнер с дополнительной втулкой; на фиг.З - то же, с многоэлементной дополнительной втулкой, расчлененной по высоте; на фиг.4 - то же с многоэлементной дополнительной втулкой, расчлененной на секторы; на фиг.5 - разрез А-А на фиг.З; на фиг.6 - разрез Б-Б на фиг.4.

Устройство, реализующее способ создания высоких давлений в газожидкостной среде (фиг. 1), содержит силовую раму 1, установленный в ней контейнер 2, нижнюю пробку 3 с каналом 4 от источника 5 давления, верхнюю пробку 6, воздействующий на нее гидродомкрат 7, соединенный с регулируемым приводом 8. Контейнер 2 состоит из внутренней втулки 9 и скрепляющей ее обмотки 10 из высокопрочной ленты. Гидродомкрат состоит из корпуса 11 и уплотненного плунжера 12. В корпусе выполнен канал 13 для подвода жидкости от привода 8.

Обратная связь по давлению в контейнере 2 осуществляется преобразователем 14 давления, который связан с вычислительным блоком 15, где по закону

Qs VI 00

4 СО

JT2

rg

Рд()2- (Рко+СР).

(1)

где Pg -давление в полости гидродомкрата; Г2 - наружный радиус втулки контейнера;

rg - радмус поршня гидродомкрага;

Рко - контактное давление обмотки на вгулку при отсутствии рабочего давления;

Р - давление в контейнере;

С - коэффициент пропорциональности, рассчитывается величина необходимого давления гидродомкрата.

-(-/)

1±1&L,

1

1-Ом- J sJ l+C Kl- -t)« -(l)(,+.(J±)

К - коэффициент толстостенности втулки, т.е. отношение внутреннего радиуса п втулки к наружному п

Кн коэффициент толстостенности обмотки, т.е. отношение ее внутреннего радиуса га к наружному гн;

I - коэффициент Пуассона материала втулки;

m - коэффициент, равный m

ППГ. Ег

Еа и Ег - модули упругости материала обмотки в окружном и радиальном направлениях,

Один из входов блока 16 сравнения связан с вторым преобразователем 17 давления, а другой с вычислительным блоком 15. Выход блока 16 сравнения связан с входом регулятора 18, который, в свою очередь, связан с приводом 8 гидродомкрата.

Втулка 9, согласно изобретению, может быть разделена на втулку 19, скрепленную обмоткой 10, и втулку-проставку 20 (фиг.2). Втулка 20 может изготавливаться из секторов 21 (фиг.З) или же из колец 22 (фиг,4). На поверхностях соединений секторов и колец выполнены пазы 23 и 24. Втулка 20 выполнена по высоте меньшей, чем втулка 9 и монтируется в ней беззазорно.

Устройство работает следующим образом.

Контейнер 2 без верхней пробки 6 находится вне рамы 1. В полость контейнера 2 загружается обрабатываемая заготовка (не показана). На торец контейнера устанавливается верхняя пробка 6. Затем рама 1 перемещается к контейнеру 2 и устанавливается соосно с ним. В гидродомкрат 7 по каналу

13от привода 8 подается реальное давление, затем включается источник 5 давления, который по каналу 4 подает рабочую среду в полость контейнера 2. Давление Р начинает увеличиваться и сигнал от преобразователя

14давления поступает в вычислительный блок 15, где рассчитывается необходимая величина давления гидродомкрата, согласно

закону Рд ( -- )2 ( Рко + СР ) .

Г9 Сигнал пропорциональный рассчитанной величине Рд, поступает в блок 16 сравнения, куда от преобразователя 17 давления поступает также сигнал, пропорциональный реальному давлению в гидродомкрате. Разность этих двух сигналов

поступает на вход регулятора 18, который устанавливает приводу гидродомкрата 8 такую производительность, чтобы реальное давление равнялось расчетному.

Таким образом, на торце втулки 9 или 19

все время поддерживается соответствующее контактное давление, позволяющее втулке 9 или 19 работать в более благоприятных условиях, тем самым давая возможность или повысить давление в контейнера

2 или же увеличить радиус п контейнера 2 при сохранении Г2 и гн постоянными.

Во время повышения давления Р жидкость проходит по пазам 23 и 24 и воздействует только на внутреннюю поверхность

втулки 19.

После цикла обработки происходит снижение давления Р и Рд по тому же закону. Когда в полостях контейнера 2 и гидродомкрате 7 установится нулевое давление, а

сопряжение втулок 19 и 20 поступит в контакт, гидродомкрат 7 совершает ход вверх от возвратного механизма (не показан). Затем рама 1 перемещается в сторону, пробка 6 снимается и обработанное изделие вынимается из полости контейнера 2.

Пример расчета втулки контейнера гидростата усилием 250 т.

Этот контейнер имеет следующие параметры: п - внутренний радиус втулки 20 мм;

Г2 - наружный радиус втулки 45 мм; гн - наружный радиус намотки 142,5 мм; Ег - модуль упругости намотки в радиальном направлении.

На основании данных имеем; К 0,444,

Кц 0,316, т 1,58.

Кроме того, для материала втулки коэффициент Пуанссона равен /г 0,3.

При фиксированном осевом усилии на втулку (на практике часто это усилие равно

нулю и втулка работает по плоской схеме нагружения) максимально допустимое рабочее давление будет в данном примере равно

Рмакс 179 КГ/ММ2.

При создании осевого усилия на втулку по 5 формуле(1)максимальнодопустимоерабочее давление будет равно Рмакс 191 кг/мм .

Если применить составную втулку то для расчета оптимальной является К.2 0,8 и тогда Рмякс 231 кг/мм .

При создании осевого усилия на втулку по формуле (1) Рмакс тем больше, чем больше К«, величина которого ограничивается лишь конструктивными соображениями и, например, при К2 0,8 имеем Рмакс 314 кг/мм2, а при Кг 0,9, соответственно Рмакс 390 кг/мм2.

Приведенный пример подтверждает, что при создании осевого усилия на втулку по закону, согласно изобретению, повыша- ется величина предельно допустимого рабочего давления в контейнере. В случае, когда нет необходимости в увеличении рабочего давления этот образовавшийся запас прочности можно использовать на увеличение внутреннего диаметра втулки (путем выполнения ее составной и из материалов с разными свойствами), что ведет к увеличению рабочего пространства контейнера при сохранении его габаритов.

Единственным ограничением в повышении давления в способе и устройстве является источник давления для сжатия среды в контейнере. Однако, при применении пресса двойного действия это ограничение мо- жет быть снято.

Формула изобретения 1. Устройство для создания давления в газожидкостной среде, содержащее сило- вую раму, установленный в ней контейнер в виде скрепленной обмоткой втулки с двумя пробками по торцам, гидродомкрат для передачи через пробки на торцы втулки сжимающего усилия, источник давления, соединенный с контейнером, первый преобразователь давления и привод гидродомкрата, отличающееся тем, что, с целью расширения технологических возможно

стей, оно снабжено вторым преобразователем давления, вычислительным блоком, блоком сравнения и регулятором, причем выход второго преобразователя давления соединен с одним из входов блока сравнения, другой вход которого соединен с выходом вычислительного блока, вход вычислительного блока соединен с выходом первого преобразователя, а выход блока сравнения с входом регулятора, выход которого соединен с приводом гидродомкрата, причем привод гидродомкрата выполнен регулируемым, а наружный диаметр пробок равен наружному диаметру втулки.

2.Устройство поп.1,отличающее- с я тем, что втулка выполнена из двух частей, коаксиально вставленных одна в другую, причем внутренняя часть выполнена по высоте меньшей, чем наружная, и имеет симметрично расположенные по высоте и окружности сквозные радиальные отверстия.

3.Устройство по п.2. отличающее- с я тем, что внутренняя часть втулки выполнена многоэлементнсй с равномерно расположенными пазами на разделительных поверхностях.

4.Способ эксплуатации устройства для создания давления в газожидкостной среде, преимущественно в ограниченном торцами пробок и поверхностью втулки контейнера, скрепленной обмоткой, включающий сжатие втулки усилием гидродомкрата, отличающийся тем, что, с целью расширения технологических возможностей, осевое давление на втулку изменяют пропорционально давлению в контейнере с учетом контактного давления обмотки на втулку.

9 J V

Изобретение относится к обработке металлов давлением. Цель изобретения - расширение технологических возможностей. Для этого подают и снимают газожидкостную среду в объеме, ограниченном торцами пробок и поверхностью втулки контейнера, скрепленной обмоткой Осевое сжатие втулки осуществляют усилием домкрата, давление в котором связано с давлением (Р) в контейнере по зависимости Рд (г2/гд)2 (Рко+СР), где Рд - давление в полости гидродомкрата; га - наружный радиус втулки контейнера; rg - радиус поршня гидродомкрата; РКо - контактное давление обмотки на втулки при отсутствии рабочего давления; С - коэффициент пропорциональности. 2 с.п ф-лы, 2 з.п, ф-лы, 6 ил. (Л С

Фиг. 2

Фие.1

К

1

1

Т

J,

ФигЗ

L

ysyss

.22

гц

т

ФиеА

А-А

Фиг. 5

ff-6

Фие.б