установка для механических испытаний материалов в различных средах при высоких температурах и давлениях

Формула изобретения

1. Установка для механических испытаний материалов в различных средах при высоких температурах и давлениях, содержащая рабочую камеру с захватами для образца, механизм нагружения, нагреватель, средства подачи газовой среды и контрольно-измерительную аппаратуру, отличающаяся тем, что стенки и фланцы рабочей камеры снабжены рубашкой охлаждения, штанги захватов образца и тоководы нагревателя имеют протоки охлаждения, с внутренней стороны рубашки охлаждения расположена теплоизолирующая конструкция, кроме того, на входе в рабочую камеру газовой среды дополнительно введены подпитывающий расширительный бачок с поршнем и регулятором подачи управляющего газа, а нагреватель выполнен в форме спирали и расположен в рабочей камере таким образом, что образец находится внутри спирали.

2. Установка для механических испытаний материалов в различных средах при высоких температурах и давлениях по п.1, отличающаяся тем, что теплоизолирующая конструкция выполнена сварной в виде цилиндра с верхним и нижним днищем, во внутренней полости стенок этой конструкции помещен теплоизолирующий материал.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к механическим испытаниям материалов, а именно к устройствам для испытаний материалов на растяжение, сжатие и изгиб в различных средах при высоких температурах и давлениях.

Известны установки для механических испытаний материалов (А.с. №362222, опубл. 13.11.72 г. Бюл. №2, А.с. №429312, опубл. 25.05.74, Бюл.19), которые содержат испытательную камеру с захватами для образца, механизм нагружения, контрольно-измерительную аппаратуру и магистраль подачи или отвода газа. Однако эти установки при проведении испытаний не обеспечивают постоянства давления среды.

Известна схема установки для высокотемпературного наводораживания стальных образцов (Г.В.Карпенко, Р.И.Крипякевич. “Влияние водорода на свойства стали”, Металлургиздат, 1962 г., стр.57-58). Недостатком этой установки является то, что установка обеспечивает наводораживание образцов при высоких температурах, а механические испытания проводятся на других установках без испытательной среды (в данном случае водородной среды) и без наличия высокой температуры.

Наиболее близким к предлагаемому решению является установка для испытания материалов под напряжением в различных средах при повышенных температурах и давлениях (А.с. №586359, опубл. №30.12.77 г. Бюл.48). Установка содержит рабочую камеру с захватами для образца, нагреватель, нагружающее устройство, средства подачи в камеру рабочей среды и контрольно-измерительную аппаратуру. Эта установка позволяет выводить образцы за пределы рабочей камеры, что упрощает операцию смены образцов, тем самым повышая производительность испытаний.

Недостатком этой установки является отсутствие равномерного распределения температуры по объему камеры, отсутствие охлаждения стенок камеры, что не позволяет получать в камере высоких температур и не обеспечивает безопасность персонала при работе с установкой.

Целью предлагаемого изобретения является создание установки, обеспечивающей проведение механических испытаний при повышенных температурах и давлениях в различных средах с повышенной производительностью, надежностью, качеством испытаний и безопасностью.

Поставленная цель достигается тем, что в установке, содержащей рабочую камеру с захватами для образца, механизм нагружения, нагреватель, средства подачи газовой среды и контрольно-измерительную аппаратуру, стенки и фланцы рабочей камеры снабжены рубашкой охлаждения, штанги захватов образца и тоководы нагревателя имеют протоки охлаждения, с внутренней стороны рубашки охлаждения расположена теплоизолирующая конструкция, кроме того, на входе в рабочую камеру газовой среды дополнительно введены подпитывающий расширительный бачок с поршнем и регулятором подачи управляющего газа, а нагреватель выполнен в форме спирали и расположен в рабочей камере таким образом, что образец находится внутри спирали. Кроме того, теплоизолирующая конструкция может быть выполнена сварной в виде цилиндра с верхним и нижним днищами, во внутренней полости стенок этой конструкции помещен теплоизолирующий материал.

Отличительными признаками предлагаемой установки является наличие рубашки охлаждения в стенках и фланцах рабочей камеры и протоков охлаждения в штангах захватов образца и тоководах нагревателя. Это позволяет получать в камере высокие температуры, защищая конструкцию камеры от разрушения при повышенной температуре, а также обеспечивает безопасность персонала при работе с установкой. Наличие теплоизолирующей конструкции, расположенной с внутренней стороны рубашки охлаждения, обеспечивает равномерное распределение температуры по всему объему камеры, повышая тем самым качество испытаний.

Введение на входе в рабочую камеру подпитывающего расширительного бачка с поршнем и регулятором подачи управляющего газа обеспечивает постоянство давления среды при проведении испытаний.

Выполнение нагревателя в форме спирали и расположение образца внутри спирали обеспечивает равномерный, всесторонний нагрев образца и отсутствие в нем не учитываемых при проведении эксперимента дополнительных термических напряжений.

На чертеже схематично изображена предлагаемая установка.

Установка содержит рабочую камеру 1, в стенках и фланцах которой расположена рубашка охлаждения, захваты для образца 2, причем штанги захватов имеют протоки охлаждения, теплоизолирующую конструкцию 3, нагреватель 4 в виде спирали, в тоководах нагревателя также имеются протоки охлаждения (не показаны), образец 5, контрольно-измерительную аппаратуру 6, механизм нагружения 7, расширительный бачок с поршнем 8 и регулятор подачи управляющего газа 9.

Установка работает следующим образом.

Образец 5 с использованием захватов 2 помещают в рабочую камеру 1. Камера вакуумируется. Затем на вход 1 в рабочую камеру 1 и расширительный бачок с поршнем 8 подается рабочий газ, являющийся средой, в которой предполагается испытывать образец. В стенки и фланцы рабочей камеры 1, в протоки штанг захватов образца 2 и тоководов нагревателя 4 подается охлажденная вода. Далее включается нагреватель 4. При этом температура и давление в рабочей камере растет и поршень расширительного бачка 8 поднимается до упора. После выхода на заданный тепловой режим в рабочей камере на вход 2 под рабочим давлением подается управляющий газ, который через регулятор подачи управляющего газа 9 поступает в подпоршневое пространство расширительного бачка 8. Перемещение поршня изменяет объем рабочей среды в камере, компенсируя колебания давления в ней, т.е. обеспечивается стабильность заданного давления в рабочей камере. С помощью механизма нагружения 7 на образец 5 воздействуют механические нагрузки. Контрольно-измерительная аппаратура 6 позволяет вести контроль параметров испытания: температуры, давления, механических нагрузок, перемещений и времени.

При окончании испытаний снимаются механические нагрузки, производят сброс управляющего газа и рабочей среды. Образец извлекают из рабочей камеры и производят детальные исследования его состояния.