Термовакуумная установка для проведения испытаний Советский патент 1993 года по МПК F04B37/08 

сл

с

Сущность изобретения: термовакуумная установка содержит негерметичный контейнер и устройство фиксации объектов испытаний с контейнером. Контейнер выполнен в виде прямоугольной емкости со стенками, усиленными ребрами жесткости. Устройство фиксации, выполнено в виде распорной штанги, установленной в распор между стенкой контейнера и объектом испытаний. Стенка контейнера перфорирована. Распорная штанга снабжена сменной опорной пятой, выполненной с комбинированным контактным диском. Пята снабжена центробежным конусом, выполненным с возможностью установки в отверстии перфорации. В контактном диске выполнена расточка, в которой установлена калибровочная контактная шайба, расточка, выполнена теплопроводной пастой. 5 з.п.ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к термовакуумным установкам для проведения испытаний, научных экспериментов и некоторых технологических процессов и касается проблем теплообмена объекта испытаний в условиях вакуумной камеры.

Цель изобретения - расширение технико-эксплуатационных возможностей установки и повышение качества теплового взаимодействия объекта испытаний и теплового экрана.

На фиг.1 показан пример конструктивного выполнения термовакуумной установки для проведения испытаний; на фиг.2 - фрагмент устройства, вариант распорной штанги с центровочным конусом; на фиг.З - фрагмент устройства, вариант распорной штанги с контактным диском и калибровочной шайбой; на фиг.4 -фрагмент устройства.

вариант распорной штанги с контактным диском и теплопроводной пастой,1 на фиг.5 показано устройство, аналогичное устройству по фиг,2 с отверстиями под конусы; на фиг.6 изображена схема фиксации объектна испытаний в контейнере на столе камеры, вариант с двумя теплоизолирующими распорными штангами; на фиг. 7 - то же, вариант с двумя теллоотводящими распорными штангами; на фиг.д- то же, вариант с одной теплоотводящей распорной шгангой; на фиг. 9 - то же, вариант с несколькими теп- лоотводящими параллельно установленными штангами; на фиг. О - вариант с двумя распорными штангами, установленными оп- поз,итно и фиксирующим/ одновременно два объекта испытаний,

Термозэкуумная установка для проведения испытаний содержит вакуумную ка00

ю

Јь Ю О

меру 1 со средствами ее откачки 2 и монтажным столом 3. На столе 3 съемно установлен негерметичный контейнер 4 для объекта испытаний 5. Контейнер 4 представляет собой прямоугольную емкость - контейнер (параллелепипед) с крышкой б и стенками 7, уси- ленными ребрами жесткости 8 и снабженными средствами 9 их охлаждения и/или нагрева. В частности, средства 9 выполнены в виде змеевика, связанного шлангами 10, 11 через гермосоединения 12 с системой снабжения камеры 1 хладагентом и/или теплоносителем. Таким образом, емкость 4, являясь контейнером для размещения объекта испытаний 5, является также тепловым экраном. Негерметичность контейнера 4 обеспечивается, например, перфорацией - множеством сквозных отверстий 13 в стенках (стенке) 7 и, при необходимости, в крышке б.

Термовакуумная установка содержит также устройство фиксации объектов испытаний 5 в контейнере 4 и тепловой мост для связи объекта 5 с контейнером 4. При этом устройство фиксации и тепловой мост конструктивно объединены в одно изделие, представляющее собой две (см,фиг. 1,6,10), одну (см.фиг.8 / или несколько (см.фиг.9) распорных штанг 14, устанавливаемых (при монтаже объекта 5) враспор в контейнере 4 между объектом 5 и стенками 7 контейнера 4. Расположенные на концах штанги 14 опорные пяты 15 могут, в общем случае, иметь различную конфигурацию рабочей поверхности, т.е. со стороны, противоположной паре 1 б винт-гайка, в зависимости от конкретных задач (минимум, максимум или определенное промежуточное значение теплостоков через устройство фиксации объекта 5).

В предпочтительном варианте устройства термовакуумной установки каждая штанга 14 выполнена со сменными пятами 15, набор которых включает в себя:

пяты 17 (см.фиг. 2,5, 6) с центровочными конусами, соответствующими по крайней мере части отверстий 13 или отверстий 18, специально предусмотренных на внутренних поверхностях стенок 7;

пяты 19 (см.фиг. 3, 4) с комбинированными контактными дисками с внутренней расточкой 20 под калибровочную контактную шайбу 21 диаметром d (т.е. с определенной, известной, гарантированной площадью контакта) и/или теплопроводную пасту 22 (см.фиг.4); глубина расточки 20 меньше толщины контактной шайбы 21,

Минимальное количество сменных пят 15 - по две однотипных на-одну штангу 14.

При необходимости электрической связи объекта 5 с системой управления и/или измерения используется кабель 23.

Для усиления жесткости контейнера 4

при монтаже объекта 5 и штанг 14 крышка 6 может быть выполнена составной (не показано) или с технологическими окнами 24, достаточными для доступа инструмента к парам 16.

Описанное устройство допускает различные комбинации элементов (варианты фиксации объекта 5 в контейнере 4).

Так, в варианте на фиг.6 объект 5 в контейнере 4 зафиксирован посредством

5 двух оппозитно расположенных штанг 14 с минимально возможной для данного устройства контактной тепловой связью с контейнером 4. В варианте на фиг.7 объект 5 зафиксирован в кои ейнере4 также посред0 ством двух оппозитно расположенных штанг 14, но с пятами 19, обеспечивающими максимальную или определенную промежуточную контактную тепловую связь с контейнером 4. . В варианте на фиг.8 предусмотрена всего од5 на штанга 14 с пятами 19, обеспечивающая не только развитую кондуктивную тепловую связь стенки объекта 5 со стенной контейнера 4, но и. одновременно, надежный контакт противоположной стенки объекта 5 с термо0 статируемым монтажным столом 3 через соответствующую стенку 7. Штанги 14 могут быть независимо или дополнительно установлены горизонтально(показано пунктиром на фиг.8 , 9).

5 Вариант на фиг.9 отключается от предыдущего количеством шганг 14 - тепловых мостов, параллельная установка которых обусловливает пропорциональное увеличение суммарного теплового потока через них

0 и повышение качества контакта объекта 5 со столом 3 через стенку 7 (усилие и равномерность прижатия).

В варианте на фиг. 10 посредством двух оппозитно установленных враспор штанг 14

5 зафиксировано сразу два объекта 5, при этом каждая из штанг 14 находится в контакте с одним из объектов 5, а объекты 5 плотно прижаты друг к другу противоположными стенками.

0 Описанное многообразие вариантов охарактеризовано обобщающими конструктивными признаками. Возможны и другие варианты конструктивного исполнения устройства в рамках формулы изобретения.

5 Устройство работает следующим образом.

Объект 5 (см.фиг.1) устанавливают вместе со штангами 14 а контейнер 4 (при открытой крышке 6) и, посредством пар 16(см.фиг,2-7), с усилием Р (см.фиг.6,7) фиксируют. При этом

объект 5 не контактирует непосредственно со стенками контейнера 4. При использовании пят 17 элементы устройства устанавливают таким образом, чтобы конусные их части вошли во взаимодействие с фасками отверстий 13 или 18 (см. фиг. 2, 5), а в случае использования пят 19 с шайбами 21 или пастой 22 выбирают, по возможности, места опор без отверстий 13, 18. После описанных операций состыковывают электроразъемы кабелем 23, закрывают крышку б, устанавливают контейнер 4 на столе 3 (при открытой камере Т) и присоединяют шланги 10.11. При упомянутом выше варианте с недостаточной для усилия.Р жесткостью контейнера 4 ео снятой крышкой 6 последовательность операций монтажа меняют: часть крышки б уста- наеливают до распора штанг 14 Ш1М выполняют их распор через окна 24.

После этого обеспечивают заданные условия для объекта испытаний 5 в камере 1: откачивают камеру средствами 2 и захола- жиеают (нагревают) контейнер 4, заполняя средства (змеевик) 9 и/или прокачивая через них хладагент {например, жидкий азот) или горячий воздух. За счет негерметичности (перфорации 13) полость контейнера 4 также вакуумипуется, например до высокого вакуума (10 Па).

В вариантех: пятами 17 /см.фиг.2,5, 6/ объект 5 имеет минимальный контакт со стенками 7 и, следовательно, минимальную, практически нулевую тепловую кондуктив- ную связь со стенками 7 и.крышкой б контейнера 4 и в условиях высокого вакуума гарантируется только теплообмен излучением - Яиэл (см.фиг.6).

В варианте с пятами 19 и теплопроводной пастой 22 в расточке 20 (см.фиг.4) обес- печивается максимальная площадь контакта при данном диаметре пяты 19 и, соответственно, максимальный теплосток с объекта 5 при захолаживании /теплосток к нему при нагреве контейнера/ - QT /см.фиг,7/.

В варианте с пятами 19 и шайбами 21 (см.фиг.З) за счет постоянной, известной площади пятна контакта в условиях прижатия с усилием Р (см.фиг.7) обеспечивается контролируемый (удобство расчета) тепло- сток (теплоприток) через штанги 14.

8 вариантах на фиг. 8. 9 охлаждение (нагрев) объекта 5 происходит, прежде всего, за счет его прижатия штангами Т4 и нижней стенке 7 контейнера 4, взаимодействующей с нагреваемым или ээхолаживаемым столом 3 камеры 1. Существенная, хотя и меньшая часть комдухтивмого теплостока (- притока) од приходится на тепловой мост-штангу 14

(см.фиг.8) или несколько мостов-штанг 14 (см.фиг.9).

В варианте на фиг. 10 теплосток (- приток) с каждого объекта 5 происходит через 5 одну связанную с ним штангу 14, а температуры объектов 5 выравниваются между собой за счет взаимного плотного силового контакте; два объекта 5 вывешены в объеме контейнера 4 посредством всего двух штанг

0 14. При теплоизоляции объектов 5 от стенок 7с помощью конусных пят 17 кондуктивный теплосток через штанги меньше, чем при установке объектов 5 по отдельности по варианту фиг.б.

5 Расширение технико-эксплуатационных возможностей заключается в обеспечении возможности оперативных установки и крепления объекта испытаний в термовакуумной камере в различных положениях, в

0 широком диапазоне задаваемых условий испытаний, включая требования: минимальной, максимальной или любой, но определенной, поддающейся простому и достоверному расчетному определению величине кондуктивного теплообмена через элементы крепления.

Выполнение устройства со сменными опорными пятами енижает номенклатуру

0 деталей для обеспечения широкого спектра задаваемых различных условий испытаний: заменяют лишь тип пяты или размещаемых в них калибровочных контактных шзйб. теп- лопроводящих материалов.

5 Под повышением качества теплового взаимодействия подразумевается возможность оперативного выбора, легкость контроля и обсчета кондуктивной составляющей теплообмена объекта испытаний с окружаю0 щей средой, телами. В частности,0устройство позволяет проще и с большим усилием прижать поверхности объекта испытаний к стенкам непосредственно контейнера и/или к контактным поверхностям тепловых

5 мостов, связывающих объект испытаний со стенками контейнера. Это необходимо для гарантированной, более эффективной кондуктивной теплопередачи через две контактирующие между собой поверхности, имеющие микронеровности, в вакууме.

При этом обеспечиваются одновременно фиксация объекта и надежный его тепловой контакт с тепловым мостом или стенкой теплового экрана даже в тех случаях, когда

5 не допускаются конструктивные изменения объекта испытаний (сверление в их корпусах отверстий под винты или иные технологические отверстия, проушины и т.д.). Формула изобретения 1, Термовакуумная установка для проведения испытаний, содержащая вакуумную камеру, негерметичный контейнер, выполненный в виде теплового экрана, устройство фиксации объектов испытаний, выполненное в виде теплового моста для связи объекта испытаний с контейнером, о тличающаяся тем, что, с целью расширения технико-эксплуатационных возможностей установки и повышения качества теплового взаимодействия объекта испытаний и теплового экрана, контейнер выполнен в виде прямоугольной емкости со стенками, усиленными ребрами жесткости, а устройство фиксации выполнено в виде, по меньшей мере, одной распорной штанги, установленной в распор между стенкой контейнера и объектом испытаний.

контейнера перфорирована, а распорная штанга снабжена сменной опорной пятой

фи&1

т

фие.2

16

фцгА

17

/

Х

14

д /

i:

го //

f6

фуаз

13

фае. 5

. „ рШ 7

t rrrr

19

16

Itutf

чь

тА

/

&мгмгмгтюпг мпкгм Л

L

фие.8

7 /«

tpt/г.д

k

/4

b5-5

147

(pt/.10