Устройство для низкотемпературных механических испытаний

Союз Советских Сецналнстнчесннх Республик(22) Заявлено 0709.79 (21) 2815700/ 25-28 (51) М. Кл,С 01 Ы 3/18 с присоединением заявки Нов Государствеииый комитет СССР по делам изобретений и открытий(53) УДК 620.172,251.18(088.8) Дата опубликования описания 071081(72) Авторы изобретения 6И.Д. Абушенков, В.К. Чернецкий и В.Я.Ильийев физико-технический институт низких температурАН Украинской ССР(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙИзобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для низкотемпературных механических испытаний.Известно устройство для низкотемпературных механических испытаний образцов материалов, содержащее криостат с рабочей камерой, в которой размещена опорная труба, тягу, ус" тановленную 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 кольцевым 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 хладагента. Целью изобретения является сокращение расхода хладагента.Указанная цель достигается тем,что в опорной трубе и тяге выполнены теплообменные кольцевые полости,стенки которых перфорированы. Крометого, отверстия одной стенки сдвинуты относительно отверстий другойстенки.На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство, вертикальный раз.реэт на фиг. 2 - пример выполненияопорной трубы.Устройство содержит криостат 1 с 15 рабочей камерой 2, в которой размещены опорная труба 3 и установленная внутри нее тяга 4, между кото"рыми имеется кольцевой зазор фарф,сообщенный с атмосферой (или газ" 20 гольдером) через патрубок 5. С тягой 4 и опорной трубой 3 соединенызахваты б и 7 образца 8. В опорнойтрубе 3 и тяге 4 выполнены теплообменные кольцевые полости 9 и 10.25 Обе боковые стенки 11,1" и 13,14каждой из этих кольцевых полостейперфорированы сквозными отверстия"ми 15 и 16, посредством которыхкольцевые полости 9 и 10 сообщают ся с рабочей камерой 2 и патрубком 5.Сквозные отверстия 15 в стенках 12и 14 сдвинуты, например, в шахматном порядке, относительно аналоговых сквозных отверстий 16 в стенках11 и 13 кольцевых полостей 9 и 10.В тяге 4 выполнена центральная полость 17. Между стенкой 18 рабочейкамеры 2 и опорной трубой 3 помещенс кольцевыми зазорами 19 и 20 торообразный стакан 21. Последний закреплен на вертикальном стержне 22,который выполнен подвижным в осевомнаправлении и выведен за пределы рабочей камеры 2. Опорная труба 3 закреплена на траверсе 23, нагружателя 24, к которому подсоединен корпус криостата 1, герметизированныйуплотнительным устройством 25. Подвижное соединение тяги 4 с травер"сой 23 герметизировано сильфоном 26,а подвижное соединение стержня 22 страверсой 23 герметизировано уплотнением 27, Для заливки жидкого хладагента (например сжиженного гелия)в рабочую камеру 2 предусмотрена пе-,реливная труба 28. Рабочая камера 2окружена радиационным экраном 29,для охлаждения которого установленаазотная ванна 30, Термоизолирующаяполость 31 откачана до среднего вакуума, а термоизолирующая полость 32 до высокого вакуума, Торообразныйстакан 21 выполнен из тонколистовоготермоизоляционного материала (фторопласта, стеклопластика и т.д.),его наружная поверхность покрыта ме"тодом вакуумного напыления тонкимслоем алюминия для обеспечения радиационной защиты жидкого хладагента. Каркас стакана 21 выполнен в виде двух. скрепленных между собой колец 33. К днищу 34 стакана 21 прикреплен датчик 35 уровня жидкогохладагента,Устройство работает следующим образом.Приснятом корпусе криостата испытуемый образец 8 устанавливают взахватах 6 и 7. После этого к траверсе 23 подсоединяют криостат, аторообразный стакан 21 посредствомстержня 22 перемещают из верхнегоположения в нижнее положение фбф.Рабочую камеру 2 откачивают до получения необходимого вакуума и заполняют теплообменным газом (напримергелием), а в ванну 30 заливают жид-кий азот для охлаждения радиациой=ного экрана 29 и предварительногоохлажцения стенки 18 рабочей камерыи объектов, опущенных в рабочую ка"меру 2По окончании процесса предварительного охлаждения в рабочую каме.ру заливают жидкий хладагент (например сжиженный гелий) через трубу 28.Образующиеся при этом холодные парыуходят в верхнюю парогазовую область в рабочей камеры через кольцевой зазорамежду опорной трубой и тягой, а также через кольцевые зазоры фдф и е, которые образованы стенкой 18 и опорной трубой 3 со стаканом 21, опущенным в положение бф. Таким образом, пары хладагента уходят вверх тремя параллельнымн и сравнительно узкими кольцевыми потоками, формируемыми тремя кольцевыми зазорами (а,д.е), При этом стакан 21, опущенный в положе" ние 1 бФр прижимает 11 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 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 тепло обменные кольцевые полости 9 и 10,предусмотренные в опорной трубе 3 и тяге 4, и далее через центральную полость 17 в тяге 4 через патрубок 5 удаляются за пределы рабочей камеры, 25 При этом холодные пары омывают наружные и внутренние цилиндрические поверхности боковых стенок 11-14. упомянутых теплообменных кольцевыхполостей 9 и 10 трубы 3 и тяги 4. Зр Поскольку в стенках 11-14 предусмотрено большое число сквозных отверстий 15 и 16 малого диаметра, поток холодных 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 40 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 дости жении нижними участками трубы 3, тяги 4 и стенки 18 температуры жидкого хладагента нижняя часть камеры 2 начинает заполняться жидким хлад- агентом. Когда уровень жидкогохлад- 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, и начинается процесс механического испытания образца путем пере мещения вверх тяги 4, В процессе . испытаний образующиеся холодные пары хладагента по-прежнему выходят через кольцевые зазоры фаф, 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 изобретения1. 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 атмосферой, захваты образца, вертикальный .стержень, выведенный за пределы рабочей камеры и подвижный в осевомнаправлении, и торообразный стакан,размещенный с кольцевыми зазорамимежду стенками рабочей камеры и опорной трубы, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью сокращения расхода хладагента, в опорной трубе и тяге выполнены теплообменные кольцевыеполости, стенки которых перфорированы.2, Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что отверстияодной стенки сдвинуты относительноотверстий другой стенки;15 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 579556, кл. С 01 М 3/18, 1976.2. Авторское свидетельство СССРЩ по заявке Р 2664589/25-28,кл. С 01 Б 3/18, 1978 (прототип) .871037 Составитель Г. АлеховТехред Ж.Кастелевич Корректор 1. Огар едактор Ж, Рожко роектн акаэ 8425/15 Тираж 910 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и о 113035, Москва, Ж, Раушская