Способ испытания сосудов на прочность при низких температурах

(57) Изобре ной технике носится к криоген ляет повысить эфение и по с Ф а за счет увелич ения и упрощения ключает операции ективно спо ния частоты нагр процесса. С предваритель аполнения внутренжидким балластным ующим переводомног неи полостивеществом с посл ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ ОРСКОМ,/ С ВИД":ТЕЛЬСТ(54) СПОСОБ ИСПЬГГАНИЯ СОСУДОВ НАПРОЧНОСТЬ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ его в твердое состояние, при этомтвердый балласт заполняет полость сосуда полностью. В качестве балластного вещества используют легкоплавкоеаморфное вещество с антиадгезионнымипо отношению к материалу сосуда свойствами, например воски, парафины,битумы, Коэффициент линейного расширения этих веществ при низких температурах по абсолютному значению выше,чем у материала сосуда. Поэтому приохлаждении до низкихтемператур будет образовываться зазор между внутренней поверхностью сосуда и твердоймассой вещества. В зазор нагнетаетсярабочее вещество по требуемому режиму нагружения. Уменьшается рабочийобъем испытуемого сосуда до 47, чтодает возможность увеличить частотунагружения, уменьшить расход хладагентов и электроэнергии. 1 з.п. ф-лы,1 ил.1136482Изобретение относится к-криогенной технике.Расширение сферы применения криогенных продуктов, промышленное освоение температур, близких к абсолютно-му нулю, увеличение единичной мощности агрегатов и установок, создание крупных систем, включающих хранилища криогенных продуктов на десятки 10 тысяч кубических метров и сложную сеть трубопроводов для их транспортировки, характеризует современный период развития криогенного машиностроения и выдвигает проблему обес печения прочности, устойчивости и долговечности создаваемого оборудо,вания как весьма актуальную,Большинство оболочечных криогенных конструкций работает в условияхсложного нагружения комплексом статических, циклических и динамичеСких нагрузок. Испытания таких конструкций на малоцикловуюусталость принизких температурах позволяет более 25полно учесть влияние на их несущуюспособность и долговечность изменения нагрузок, структурной однородности материалов, технологических дефекторов материала и сварного соединения и т.п, Однакоциклические испытания крупногабаритных оболочечных конструкций при низких температурах не проводятся из-затехнических сложностей решения задач,связанных с созданием нужного температурного режима охлаждения, обеспечения необходимого уровня техникибезопасности, а также из-за отсутствия оборудования, позволяющего проводить такие испытания, особенно вавтоматическом режиме.Одним иэ путей Снижения сложности решения перечисленных задач является уменьшение рабочего объема сосуда при испытаниях за счет применения балласта, что позволяет работатьв процессе испытания с малым объемомжидких хладагентов,Пель изобретения - повышение эф- БОфективности за счет увеличения частоты нагружения и упрощения процессаподготовки и проведения испытанийсосудов на прочность при низких температурах. 56На чертеже представлена схема реализации способа,Во внутреннюю полость испытуемого сосуда 1 заливают предварительно 6 2разогретое до жидкого состояния балластное вещество 2 и оставляют некоторое время при комнатной температуре для перевода его в твердую фазу. В качестве балластного вещества 2 используют носки, парафины или битумы, т.е. вещества аморфные и легкоплавкие, обладающие антиадгезионными свойствами по отношению к материалу сосуда (так как являются жиросодержащими) и имеющие коэффициент линейного расширения при низких температурах, больший по абсолютной величине, чем у материала сосуда. При этом происходит усадка балластного вещества, освобождается часть внутренней полости, в которую вновь доливают балластное вещество. Доливку данного вещества и его усадку производят до тех пор, пока не заполнят внутреннюю полость сосуда балластным веществом в твердой фазе полностью.Затем сосуд 1 помещают в испытательную камеру 3 и заливают в нее жидкий хладагент ч (например, жидкий азот или гелий) до уровня, на 100- 150 мм выше верхней точки сосуда, после чего образуется зазор 5.1После достижения температуры испытуемого сосуда необходимой величины начинают нагнетать рабочее вещество в зазор 5 между внутренней поверхностью 1 и веществом 2. Контроль за температурой сосуда осуществляют по полупроводниковым датчикам или термопарам, установленным на внешней поверхности испытуемого сосуда,Объем зазора 5 при этом составляет:ц ч 5 Е 1 н ф (1) где 7 - объем зазора при температу 1 цре испытания сосуда Сц;У - объем сосуда при температуре 293 К;У - объем балласта при температуре испытания сосуда 1 ц.Например, при температуре испытаний 77 К для сосудашаровой формы диаметром д1 - (1-а)= К УЪ(2)6 И 293 к фдля сосуда цилиндрической формы Йи высотой Ь, - г- Ь=К У (3) 4 ц 29 зк ф 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 где о, - коэффициент линейного расширения при температуре 77 К,для парафина о = 11 1 О1/град, для воска М = 15 101/град, К = 1- (1-сс), дляпарафина К =0,0326, для воска К = 0,0445;7- объем сосуда шаровой формыпри температуре 293 К;цг 1 эк - объем сосуда цилиндрическойформы при температуре 293 К.В формулах (2 и 3) не учитываетсяуменьшение объема сосуда с понижением температуры, поскольку оно незначительно в связи с тем, что коэффициенты линейного расширения многихметаллов с понижением температурыимеют небольшое значение (от 4 1 Одо 24 10 1/град),При экспериментальном определениикоэффициента линейного расширениявоска пчелиного, битума, парафинаустановлено,что эти вещества при температуре 77 К имеют величину коэффициента линейного расширения в пределах от 11 10 до 1510 1/гради могут быть использованы в качестве балласта при циклических испытаниях сосудов на прочность при низ 1ких температурах.Кроме того, перечисленные аморфные вещества обладают малыми коэффициентами теплопроводности по сравнению со льдом, Так, воск, например,имеет коэффициент теплопроводностипочти в тридцать раэ меньше, чем ульда (коэффициент теплопроводностивоска равен 0,075 ккал/м ч град,парафина 0,25 ккал/м ч град, битума0,42 ккал/м ч)град, льда 1,94 ккал/мФ ч. град), Если охладить в началеиспытаний вместе с сосудом балластдо заданной температуры, то его масса из-за значительной величиныявляется аккумулятором низких температур (холода) и способствует поддержанию температурного режима впроцессе испытаний,Легкоплавкость, большие, чем уконструкционных сплавов коэффициенты линейного расширения, малая теплопроводность воска пчелиного пара)Эфина и битума при низких температурах позволяют значительно уменьшить рабочий объем испытуемого сосуда и упростить процесс подготовки и проведения испытаний сосудов на прочность при низких температурах по предлагаемому способу (особенно при циклическом нагружении внутренним давлением), расширить его функциональные возможности, увеличить частоты циклов, повысить безопасность и значительно уменьшить расход электроэнергии и хладагентов.Благодаря применению аморфных веществ в качестве балласта уменьшается рабочий объем испытуемого сосуда с 367 (известный способ) до 47, т.е. в 9 раз и соответственно во столько же раз увеличивается частота нагружения при том же силоиагружающем устройстве, Это позволяет создать установку с разделительной камерой, работающую в автоматическом режиме по замкнутому циклу и, например, сосуды 9 230 мм циклировать на ней с длительностью цикла 45 с.Формула изобретений1, Способ испытания сосудов на прочность при низких температурах,включающий предварительное заполнение внутренней полости сосуда жидким балластным веществом с последующим переводом его в твердое состояние с образованием зазора между внутренней поверхностью сосуда и твердой массой вещества при охлаждении, после чего в зазор нагнетают рабочее вещество по требуемому режиму нагружения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения эффективности за счет увеличения частоты нагружения и упрощения процесса, в качестве балластного вещества используют аморфное легкоплавкое веще-, ство, обладающее антиадгезионными свойствами по отношению к материалу сосуда и имеющее коэффициент линейного расширения при низких температурах больший по абсолютной величине, чем у материала сосуда, при этом внутреннюю полость сосуда балластным веществом в твердом состоянии заполняют полностью.2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что в качестве балла). стного вещества используют воски, парафины или битумы.1364826 Составитель Г,ОльшаТехред Л. Сер,янкова аякорректор М,Пож дактор Н,Ту Заказ 6559/ изводственно-полиграфическое предприятие ород, ул.Проектная Тираж 448 ПБНИИПИ Государственногопо делам изобретений и 3035, Москва, Ж, Раушск писноемитета СССРткрытийнаб., д, ч