Устройство для низкотемпературных механических испытаний Советский патент 1981 года по МПК G01N3/18 

1

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для низкотемпературных механических испытаний.

Известно устройство для низкотемпературных механических испытаний образцов материалов,содержащее крио стат с рабочей камерой, в которой размещена опорная труба, тягу, установленную внутри трубы с кольцевым зазором, сообщенным с атмосферой, и захваты образца 1.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для низкотемпературных механических испытаний образцов материалов, содержащее криостат с рабочей камерой, в которой размещена опорная труба, тягу, установленную внутри опорной трубы с кольцевЕлм зазором, сообщенным с атмосферой, захваты образца, вертикальный стержень , выведенный за пределы рабочей камеры и подвижный в осевом направлении, и торообразный стакан, размещенный с кольцевым зазором между стенками рабочей камеры и опорной трубы 2.

Недостатком указанных устройств является большой расход хлгщагента.

Целью изобретения является сокращение расхода хладагента.

Указанная цель достигается тем, что в опорной трубе и тяге вьтолнены теплообменные кольцевые полости, стенки которых перфорированы. Кроме того, отверстия одной стенки сдвинуты относительно отверстий другой стенки.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, вертикальный разрез; на фиг. 2 - пример выполнения опорной трубы.

Устройство содержит криостат 1 с 15 рабочей камерой 2, в которой размещены опорная труба 3 и установленная внутри нее тяга 4, между которыми имеется кольцевой зазор а, сообщенный с атмосферой (или газгольдером) через патрубок 5. С тягой 4 -и опорной трубой 3 соединены захваты 6 и 7 образца 8. В опорной трубе 3 и тяге 4 выполнены теплообменные кольцевые полости 9 и 10. Обе боковые стенки 11,12 и 13,14 каждой из этих кольцевых полостей перфорированы сквозными отверстиями 15 и 16, посредством которых

кольцевые полости 9 и 10 сообщаиот30 ся с рабочей камерой 2 и патрубком 5.

Сквозные отверстия 15 в стенках 12 и 14 сдвинуты, например, в шахматном порядке, относительно аналоговых сквозных отверстий 16 в стенках 11 и 13 кольцевых полостей 9 и 10. В тяге 4 выполнена центральная по-, лость 17, Между стенкой 18 рабочей камеры 2 и опорной труОой 3 помещен с кольцевыми зазорами 19 и 20 торообразный стакан 21. Последний закреплен на вертикальном стержне 22, который выполнен подвижным в осевом направлении и выведен за пределы рабочей камеры 2. Опорная труба 3 закреплена на траверсе 23. нагружателя 24, к которому подсоединен корпус криостата 1, герметизированный уплотнительным устройством 25. Подвижное соединение тяги 4 с траверсой 23 герметизировано сильфоном 26 а подвижное соединение стержня 22 с траверсой 23 герметизировано уплотнением 27. Для заливки жидкого хладагента (например сжиженного гелия) в рабочую камеру 2 предусмотрена пе реливная труба 28. Рабочая камера 2 окружена радиационным экраном 29, для охлаждения которого установлена азотная ванна 30. Термоизолируюи ая полость 31 откач ана до среднего ва,куума, а термоизЪлирующая полость 3до высокого вакуума. Торообразный стакан 21 выполнен из трнкслйстовог термоизоляционного материала (фторопласта, стеклопластика и т.д.), его наружная поверхность покрыта методом вакуумного напыления тонким слоем алюминия для обеспечения радиационной защиты жидкого хладагента. Каркас стакана 21 выполнен в ви де двух.скрепленных между собой колецЗЗ. К днищу 34 стакана 21 прикреплен датчик 35 уровня жидкого хладагента.

Устройство работает следующим образом.

При снятом корпусе криостата испытуемнй образец В устанавливают в захватах б и 7. После этого к траверсе 23 подсоединяют криостат, а торообразный стакан 21 посредством стержня 22 перемещают из верхнего

б

положения в нижнее положение

Рабочую камеру 2 откачивают до получения необходимого вакуума и заполняют теплообменным газом (например гелием), а в ванну 30 заливают жидкий азот для охлаждения радиацион- ного экрана 29 и предварительного охлаждения стенки 18 рабочей камеры и объектов, опущенных в рабочую камеру 2.

о

По окончании процесса предварительного охл 1ждения в рабочую камеру заливёиот жидкий хладагент (например сжиженный гелий) через трубу 28 Образующиеся при этом холодные пары уходят в верхнюю парогазовую обрабочей камеры через

ласть

кольцевой зазор

между опорной

трубой и тягой, а также через кольцевые зазоЕ« д и е, которые образованы стенкой 18 и опорной трубой 3 со стаканом 21, опущенным в J положение б. Таким образом, пары хладагента уходят вверх тремя параллельными и сравнительно узкими кольцевыми потоками, формируемыми тремя кольцевыми зазорами (а,д.е). При этом стакан 21, опущенный в положение б , прижимает поток холодных паров к опорной трубе 3. и стен-ке 18, и пары движутся в результате этого в непосредственной близости от них, вследствие чего обеспечивается 5 более интенсивное охлаждение этими парами опорной трубы 3, тяги 4 и стенки 18 рабочей камеры. Уходящие холодные пары через сквозные отверстия 15 и 16 попадают также в тепло0 обменные кольцевые полости 9 и 10, предусмотренные в опорной трубе 3 и тяге 4, и далее через центральную полость 1.7 в тяге 4 через патрубок 5 удаляются за пределы рабочей | амеры. 5 При этом холодные пары омывают наружные и внутренние цилиндрические поверхности боковых стенок 11-14 упомянутых теплообменных кольцевых полостей 9 и 10 трубы 3 и тяги 4. Q Поскольку в стенках 11-14 предусмотрено большое число сквозных отверстий 15 и 16 малого диаметра, . поток холодн ых паров, проходя через эти отверстия последовательно . в кольцевую полость 9, зазор а и полости 10 и 17, претерпевает дробление на множество отдельных струй, которые интенсивно перемешиваются. При этом имеет место весьма интенсивная турбулизация потока 0 холодных паров, чему также способствует расположение в шахматном порядке сквозных отверстий в стенках 12 и 14 относительно аналогичных отверстий в стенках 11 и 13. По достижении нижними участками трубы 3, тяги 4 и стенки 18 температуры жидкого хладагента нижняя часть камеры 2 начинает заполняться жидким хладагентом. Когда уровень жидкого хладQ агента достигнет датчика 35 уровня, занимающего- нижнее положение, по сигналу этого датчика стакан 21 поднимается посредством стержня 22 в верхнее положение. После того, как уровень жидкого хладагента достигнет датчика 35 уровня, поднятого вместе со стаканом 21 в верхнее рабочее положение, заливка хладагента прекращается, « начинается процесс механического испытания образца путем перемещения вверх тяги 4. в процессе испытаний образуквдиеся холодные пары хладагента по-прежнему выходят через кольцевые зазоры а, 19 и 20, через отверстия 15 и 16, полость 17 65 и патрубок 5 в атмосферу или газгольдер. При этом они так же, как и при заливке хладагента, эффективно отбирают и уносят с собой тепло от опорной трубы 3, тяги 4 и стенки 18 камеры 2, тем самым предотвращая быстрое испарение жидкого хладагента

Устройство обеспечивает значительное уменьшение расхода жидкого хладагента как при его заливке, так и в процессе длительных испытаний, благодаря более эффективному и полному использованию хладосодержания уходящих паров хладагента.

Формула изобретения

1. Устройство для низкотемпературных механических испытаний образцов материалов, содержащее криостат с рабочей камерой, в которой размещена опорная труба, тягу, установленную внутри опорной трубы с кольцевым зазором, сообщенным с атмосфе рой, захваты образца, вертикальный . стержень, выведенный за пределы рабочей камеры и подвижньвй в осевсм . направлении, и торообразный стакан, размещенный с кольцевьи ш зазорами между стенками рабочей камеры и опорной трубы, отличающееся тем, что, с целью сокращения рархода хладагента, в опорной трубе и тяге выполнены теплообменные кольцевые

o полости, стенки которых перфорированы,

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что отверстия одной стенки сдвинуты относительно отверстий другой стенки .

5

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 579556, кл. G 01 N 3/18, 1976.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2664589/25-28,

0

кл. G 01 N 3/18, 1978 (прототип),

1S 16

iO -12

-13