Криостат к испытательным машинам Советский патент 1981 года по МПК G01N3/18 

Изобретение относится к низкотемпературным испытаниям, а именно к криос татам к испытательным машинам для испы тания на растяжение и сжатие. Известен криостат к испытательным машинам, содержащий рабочую камеру, заполняемую при испытаниях хладагенто и установленные в ней опорную трубу и тягу цля крепления образца 1 . Наиболее близким.к предлагаемому по технической сущности и достигаемом результату является криостат к испыта тельным машинам,- содержащий рабочую камеру, заполняемую при испытаниях хладагентом, установленные в ней кон- центрично опорную трубу, и тягу для крепления образца, охватывающий камеру радиационный экран с закрепленным на нем азотным баком 2 . Недостатком этих криостатов являе ся то, что они не могут обеспечить быстрого предваритега ного охлаждения и последующего отогрева внутренних частей криостата по окончании испытаний. Цель изобретения - ускорение предварительного охлаждения и последующего отбгрееа внутренних частей криостата. Цель достигается тем, что криостат снабжен кольцевой камерой, охватьшающей рабочую камеру у ее днища, и двумя сильфонами, соединенными с опорной трубой и тягой, один из которых закреплен на торцах последних, а другой на их средних частях, и нагревательными элементами, установленными соответственно у днища азотного бака и на его выходе, а кольцевая камера и полость опорной трубы, ограниченная сильфонами, сообщены с .азотным баком и атмосферой. На чертеже показана -схема криостата. Криостат содержит рабочую камеру I, заполняемую при испытаниях хладагентом, установленные в ней концентрично опорную трубу 2 и тягу 3, охватывающий 7 рабочую камеру I радиационный экран 4 с закрепленным на нем азотным баком 5, кольцевую камеру 6, охватьтающую рабочую камеру 1 у ее днища, сильфон 7, закрепленный на торцах опорной трубы 2 и тяги 3, сильфон 8, закрепленный на других частях последних таким образом, что образуется полость 9 Кольцевая камера Ь и полость 9 сообщены с атмосферой и азотным баком 5. Последний снабжен дзумя электрическими нагревателями 10 и 11, Нагреватель 10 установлен на выходе из азотного бака 5, а нагреватель II у его днища. Азотный бак 5 снабжен заливной горловино 12 и вентилем 13. Кольцевой зазор 14 между опорной трубой 2 и тягой 3 сообщен с атмосферой через патрубок 15. Кольцевая камера 6 и полость 9 cвJraaны между собой каналами 16 и 17 с вентилем 18 и каналами 19 и 20 с вентилем 21. Рабочая камера I герметизирована у плотни тельными устройствами 22, 23 и 24. Тяга 3 подсоединена к нагружающему органу 25 испытательной машины, а опорная труба 2 закреплена н траверсе 26. К траверсе 26 крепится также корпус 27 криостата. Для заливки хладагента криостат снабжен переливной трубой 28. Термоизолирующие полости 29 и ЗО откачаны до высокого, вакуума ( Ю мм рт. ст.) и сообщены между собой через отверстие 31. На опорной трубе 2 и тяге 3 закреплены торцовые радиационные экраны 32 и 33. Для лучшего охлаждения хладагентом тяга выполнена в нижней части полой, а в боковой стенке опорной трубы 2 выполнен ряд отверстий 34 для прохождения паров хладагента. Криостат к испытательным машинам работает следующим образом. При снятии криостата испытуемый образец 35 устанавливается в смежных торцах опорной грубы 2 и тяги 3. После этого к траверсе 26 присоединяется криостат, рабочая камера 1 которого откачивается через патрубок 15 до полу чения необходимого вакуума, а в азотный бак 5 через открытый вентиль 13 заливается жидкий азот для охлаждения радиационного экрана 4 и предварительного охлаждения объектов, опущенных в рабочую камеру 1 (т.е. нижних участков опорной трубы 2, тяги 3, внутренне стенки рабочей камеры 1 и образца 35) перед заливкой хладагента, например жи кого гелия. 4 После заливки азота в бак 5 вентиль 13 закрьтается, а вентили 18 и 21 открываются и включается электронагреватель 11. При этом в азотном баке 5 начинается интенсивное испарение жидкого азота. Пары его поступают через открытый вентиль 21 и каналы 19 и 20 в герметичные кольцевую камеру 6 и полость 9, интенсивно охлаждают нижние участки опорной трубы 2, тяги 3, образец 35 и стенки рабочей камеры 1. Забрав тепло от указанных элементов, пары азота уходят в атмосферу через каналы 16 и 17 и открытый вентиль 18. На входе и на выходе в полость 9 пары азота омьгоают гофры сильфонов 8 и 7, которые, ввиду своего ребристого профиля, создают интенсивную турбулизацию паров азота, что способствует более интенсивному и быстрому охлаждению опорной трубы 2, тяги 3 и образца 35. Турболентный поток паров азота создается также,, и в кольцевой камере 6, для чего она выполненв в виде узкой кольцевой щели. Поскольку большая масса холодных паров азота непосредственно контактирует с нижними участками юпорной трубы 2, тяги 3 и стенки рабочей камеры 1, это способствует быстрому их охлаждению до темпера туры жидкого азота. По окончании предварительного охлаждения объектов, опущенных в рабочую камеру 1, выключается электронагреватель и открьтается вентиль 13, через который в дальнейшем выходят наружу пары азота из азотного бака 5. Затем закрьюаются вентили 18 и 21 И тем самым герметизируются кольцевая камера 6 и полость 9 (для предотвращения засасьгоания в них атмосферного воздуха после заполнения рабочей каме- ры 1 хладагентом). После этого в рабочую камеру 1 через трубу 28 заливает- ся хладагент (например жидкий гелий). Холодные пары гелия уходят через патрубок 15, при этом они проходят через радиальный кольцевой зазор 14 между опорной трубой 2 и тягой 3, а также через кольцевой зазор между внутренней стенкой рабочей камеры 1 и опорной трубой 2, охлахдают торцовые радиационные экраны 32 и 33, а также отбирают тепло, идущее в рабочую камеру 1 по опорной трубе 2, тяге 3 и стенке рабочей камеры 1, Радиационные экраны 32 и 33 предотвращают теплообмен излучения между теплыми верхними частями и жидким гелием и уменьшают интенсивность его испарения. 5 Далее включается рабочее овижениь тяги 3 вверх. При этом к испытываемому образцу 35 приклацьшается осевое усилие, поа действием которого образец деформируется. По окончании испытания образца 35 перец снятием криостата осуществляется ускоренный процесс отог рева цо комнатной температуры всех объектов, опущенных в криостат. Для этого снова закрывается вентиль 13, а вентили 18 и 21 открьюаются. Включаются оба нагревателя 10 и 11, Пары азота нагреваются нагревателем 10 и через вентиль 21 и каналы 19 и 2О поступают в кольцевую камеру 6 и полость 9, осуществляя ускоренный нагрев опорной трубы 2, тяги 3, образца 35 и стенки рабочей камеры I, После этог пары азота уходят в атмосферу через каналы 16 и 17 и ; вентиль 18. По окончании процесса ускоренного:- нагрев конструкции криосгат снимаетб удаляется испытанный образец и устанавли вается новый образец. Благодаря тому, что опускаемые в рабочую камеру 1 объекты ускоренно нагреваются до комнатной температуры после снятия криостата предотвращается конденсация и намораживание атмосферной влаги на охлаждаемых частях конструкции. Изобретение обеспечивает ускорение процесса предварительного охлаждения и последующего нагрева до комнатной температуры рабочих участков опорной . трубы, тяги и стенки рабочей камеры. Это уменьшает длительность эксперимента и снижает стоимость экспериментальных работ. Преимуществом яв6ляется и то, что в полостях 29 и 30 (сообщен.нъ1х одна с другой через отверстие 31) не нужно обеспечивать разные величины вакуума, что упрощает конструкцию и увеличивает ее надежность. Формула изобретения Криостат к испытательным машинам, содержащий рабочую камеру, заполняемую при испытаниях хладагентом, установленные в ней концентрично опорную трубу и тягу для крепления образца, охватьгоающий камеру радиационный экран с закрепленным на нем азотным баком, о т л ичающийся тем, что, с целью Згскорения предварительного охлаждения и последующего отогрева, он снабжен кольцевой камерой, «хватьшающей рабочую камеру у ее оншца, и двумя сильфонами, соединенными с опорной трубой и тягой, один из которых закреплен на торцах последних, а другой - на их средних частях, и нагревательными элементами, установленными соответственно у диища азотного бака и на его выходе, а кольцевая камера и полость опорной трубы, ограниченная сильфонами, сообщены с азотным баком и атмосферой. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Новиков Н. В. и ар.1Ме;санические испытания инструкционных материалов при низких температурах, Наукова думка, Киев, 1974, с. 96, рис. 40, 2,Авторское свидетельство СССР h& 186179, кл. G O1N 3/18, 1965 (прототип).

30

27

23