Устройство для установки сосудов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ИЗОБРЕТЕН ЕТЕЛЬСТВУ ПИСАНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙКОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕ ИЙ И ОТКРЫТИИ ВТОРСКОМУ СВИ(71) Институт прикладной физики АН Украинской ССР(54) (57) УСТРОЛСТВО ДЛЯ УСТАНОВКИ СОСУДОВ, содержащее концентричноразмещенные кольца с радиальными отверстиями, выполненными равномерно поих периметру, и соединенные с кольцами;,Я 01011944 А стержни, отличоющееся тем, что, с целью повышения надежности за счет увеличения жесткости и прочности устройства, оно снабжено рамой, установленной между кольцами, и кольца снабжены штифтами, установленными в их отверстиях с возможностью перемещения, при этом свободные концы штифтов внутреннего кольца шарнирно соединены между собой посредством серег, размещенных вокруг внутреннего кольца на расстоянии от него, и каждый штифт наружного кольца и два диаметрально расположенных штифта внутреннего коль.- ца шарнирно соединены с парой стержней, которые противоположными концами шарнирно соединены с вершинами углов рамы.Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в криостатах для жесткого фиксирования емкостей с хладагентом.Изобретение направлено на создание устройства для жесткой фиксации отдельных узлов в конструкциях, -в которых поусловиям работы возникают большие перепады температур между отдельными элементами этих конструкций, в которых большой теплоприток к узлу, закрепленному 1 О устройством (фиксатором), совершенно недопустим и в которых также нежелательно появление тепловых напряжений. Известно устройство для установки сосудов, позволяющее увеличивать жесткость 15 фиксации криогенной емкости в криостатах. Оно содержит несколько распорных цилиндрических элементов, между которыми натянуты перекрещивающиеся растяжки, соединенные в центрах перекрещивания втулками. При этом каждая пара противоположных растяжек установлена под углом, определяемым коэффициентами линейного расширения материалов растяжек и распорных элементовЦ .Недостатком такого устройства является то, что с увеличением нагрузки, действующей на растяжки, приходится увеличивать и их сечение, что ведет к увеличению по ним теплопритока в емкость с хладагентом, т. е. эти подвески хороши и достаточно экономичны (малотеплопроводны) при небольших внешних нагрузках (примерно до 50 - 60 кг).Наиболее близким к предлагаемому является устройство для установки сосудов, содержащее концентрично размещенные кольца с радиальными отверстиями, распо- З ложенными равномерно по их периметру и соединенные с кольцами стержни, которые выполнены в виде трубок, вставленных одна в другую и выполняющие роль демпфера температурных напряжений 2.Недостатком известного устройства яв О ляется его низкая прочность, обусловленная тем, что под действием внешней нагрузки в стержнях возникают напряжения изгиба, а также тем, что при охлаждении устройства в его стержнях появляются тепловые напряжения. Кроме того, устройство характеризуется низкой жесткостью его конструкции, обусловленной тем, что под действием внешней нагрузки в длинных тонкостенных трубках стержней (демпфирующих элементах) возникают изгибающие усилия. Особенно низкая прочность и жесткость наблюдается при действии постороннего крутящего момента.Целью изобретения является повышение надежности за счет увеличения жесткости и прочности устройства.55Поставленная цель достигается тем, чтов устройство для установки сосудов, содержащее концентрично размещенные кольца с радиальными отверстиями, расположенными равномерно по их периметру и соединенные с кольцами стержни, снабжено рамой, установленной между кольцами, и кольца снабжены штифтами, установленными в их отверстиях с возможностью перемещения, при этом свободные концы штифтов внутреннего кольца шарнирно соединены между собой посредством серег, размещенных вокруг внутреннего кольца на расстоянии от него, и каждый штифт наружного кольца и два диаметрально расположенных штифта внутреннего кольца шарнирно соединены с парой стержней, которые противоположными концами шарнирно соединены с вершинами углов рамы.На фиг. 1 изображен общий вид фиксатора в плане; на фиг. 2 - центральная часть фиксатора в плане до его охлаждения; на фиг. 3 - центральная часть фиксатора в плане после его охлаждения; на фиг. 4 - серьга; на фиг. 5 - разрез по оси криостата с устройством, вид сверху; на фиг. 6 - криостат, продольный разрез.Устройство содержит наружное кольцо 1 с равномерно расположенными по его периметру и радиально направЛенными отверстиями, в которые свободно вставлены штифты 2, Каждый штифт 2 одним своим концом шарнирно связан с двумя одинаковыми по длине стержнями 3, противоположные концы стержней 3 также шарнирно связаны с вершинами углов жесткой рамки 4, помещенной внутри кольца . В центре кольца 1 расположено, внутреннее кольцо 5 с равномерно размещенными по ее периметру и радиально направленными отверстиями, в которые свободно вставлены четыре штифта 6, свободные концы которых между собой шарнирно связаны через серьги 7, охватывающие кольцо 5 с зазором по ее периметру. При этом концы двух противоположно расположенных в кольце 5 штифтов 6 дополнительно шарнирно связаны каждый с парой стержней 8, которые, в свою очередь, противоположными концами шарнирно связаны с вершинами углов жесткой рамки 4.Стержни 3 и 8 изготовлены из тонкостенных труб с малой теплопроводностью, например из стали 12 Х 18 Н 10 Т.Жесткая рамка 4 для удобства монтажа может быть выполнена из двух одинаковых половин, скрепленных между собой по плоскости разъема винтами 9.В случае необходимости, например в гелиевых криостатах, если кольцо 1 установлено в криостате на теплой стенке его наружного корпуса, стержни 3 фиксатора, для уменьшения по ним теплопритока в хладагент, в своей средней части контактируют с азотным сосудом.Устройство работает следующим образомм.При охлаждении устройства во время заливки криостата хлада гентом стержни3 и 8, охлаждаясь, сокращаются и вытягивают из кольца 1 и кольца 5 все штифты 2 и 6, соединенные непосредственно с этими стержнями, в то же время два штифта 6, соединенные только с серьгами 7, из-за сокращения стержней 8 через эти серьги 7 получают перемещение к центру кольца 5. Таким образом видно, что любое изменение температуры отдельных элементов не вызывает в них никаких тепловых напряжений,ней 3 и 8 с соответствующим поворотом их вокруг осей шарниров и незначительную подвижку штифтов 2 и 6 в отверстиях кольца 1 и кольца 5, при этом взаимное расположение центров кольца 1 и кольца 5(их центровка) остается неизменным.Устройство способно воспринимать постороннюю нагрузку от возникающих внешних усилий, действующих в плоскости устройства. Если постороннее усилие действует на кольцо 5 в горизонтальном направлении, то оно воспринимается вертикальными штифтами 6 и через серьги 7 передается на стержни,Если же постороннее усилие действуетна кольцо 5 в вертикальном направлении,то оно воспринимается горизонтальнымиштифтами 6 и через них также передаетсяна стержни.Напряжения поперечного изгиба в стержнях 3 и 8 не возникают, так как стержниэти соединены между собой с рамкой 4 штифтами 2,6 и серьгами 7 шарнирно.Продольный изгиб в стержнях 3 и 8 также отсутствует, так как, как показывают.расчеты, при тех геометрических размерахстержней (г, - длина, д - наружный диаметр, 8 - толщина стенки трубки), прикоторых общий теплоприток по ним в хладагент для нас вполне приемлем (для гелиевого криостата этот теплоприток составляет Я - = 0,05 Вт) напряжения сжатия и рас 15 20 25 30 35 тяжения в стержнях 3 и 8, вызванные внешней нагрузкой, достигают предела текучести раньше, чем наступает продольный изгиб.Таким образом, внешнее усилие, действующее на устройство, вызывает в его 40 стержнях только сжимающие и растягивающие напряжения.Отсутствие деформаций изгиба в стержнях 3 и 8 значительно увеличивает жесткость и позволяет использовать стержни 45 из тонкостенных трубок, что очень важнодля уменьшения теплопритока по стержням3 и 8 в хладагент. 50 При отсутствии деформации изгиба в стержнях 3 и 8 смещенйе центра кольца 5 под воздействием постороннего усилия может произойти только за счет упругих деформаций сжатия или растяжения его стержней а вызывает только изменение длин стерж 3 и 8, а также за счет зазоров в штифтах 2 и 6 и в осях его шарниров. Но эти деформации и зазоры бывают всегда незначительныУстройство может быть использовано в криостатах в качестве самостоятельной подвески криогенной емкости, где 1 О - наружный корпус криостата, 11 - криогенная емкость (например азотная), 12 вакуумная изоляция, 13 - стержни, закрепленные на криогенной емкости свободным концом, свободно входящие в кольцо 5,14 - устройство для установки сосудов.Согласно расчету, если жестко закрепить криогенную емкость 11 в подобном криостате одинакового размера подвесками, то при примерно равном теплопритоке в хлад- агент по подвескам в криостате с подвесками и по стержням устройства в криостате с устройством и при условии, что материал стержней и подвесок одинаковый, криостат с устройствами способен воспринимать постороннюю нагрузку в вертикальном и горизонтальном направлениях примерно в 2 раза больше, чем криостат, в котором криогенная емкость закреплена подвесками.Устройство может быть также использовано и для увеличения жесткости трубной подвески в криостатах, где 14 - устройство, 15 - наружный корпус, 16 - гелиевая емкость, 1 - соленоид, 18 - азотный бачок, 19 - азотный экран, 20 - тепловая труба, 21 - трубная подвеска гелиевой емкости, 22 - сгержень, жестко укрепленный на гелиевой емкости и свободно входящий в кольца 5. В спроектированном и изготовленномв ИПФ АН СССР гелиевом криостате с трубной подвеской установлено устройство соследующими параметрами:наружный диаметр кольца 1 - 240 мм;внутренний диаметр кольца 5 - 35 мм;стержни 3 и 8 изготовлены из трубки6 Х 0,2 12 Х 18 Н 10 Т ГОСТ 10498-63;устройство способно выдержать нагрузку до Г = 100 кг; при этом напряжения сжатия и растяжения в стержнях 6 = 1150 кг/ммвеличина отклонения стержня в местеего опоры под воздействием силы Р = 100 кг,приложенной по оси соленоида с учетомзазоров в штифтах 2 и 6 и в осях шарниров, т. е. жесткостьЛ = 0,1 мм;теплоприток по стержням в гелиевуюемкость Я= 0,05 Вт,теплопрйток по стержням в азотныйбачок ЯХ = - 4, Вт,для уменьшения теплопритока по стержням 3 и 8 в гелиевую емкость 16 стержни 3в своей средней части.замыкаются на азот.. Гирняк ВНИИ по 113035,филиал ППитель Г. ОльшанскаяИ. Верес Корректо483 Подписиенного комитета СССРетений и открытий5, Раушская наб., д. 4/5Ужгород, ул. Проектна Состав Техред Тираж И Государств делам изобр Москва, Ж - 3 П Патент, г