КРИОСТАТ

Полезная модель относится к криогенной технике и точному машиностроению, в частности к криостатам.
Требования высокой надежности к изделиям, предназначенным для работы в космосе, определяют необходимость исследования и испытания их пневмогидравлических систем и агрегатов на работоспособность и герметичность в условиях космического пространства.
В настоящее время при наземных испытаниях ракетно-космической техники, имитирующих условия космического пространства, используют криостаты с жидким хладагентом для выявления работоспособности и герметичности объекта методом погружения (Испытательная техника: Справочник. В 2-х кн. / Под ред. В.В. Клюева - М.: Машиностроение, 1982 - Кн.2. 1982 - С. 310), а также вакуумные камеры с криогенным охлаждением (Вакуумная установка для исследования оптико-электронных устройств SU 1839875, МПК B64G 7/00).
Наиболее близким к заявляемому криостату является криостат по авторскому свидетельству СССР №774329, класс F25D 3/10, F17C 3/08. Криостат представляет собой сосуд Дьюара, состоящий из емкости для испытываемого объекта с крышкой, окруженной изоляционной емкостью и тепловыми экранами. Емкость для испытываемого объекта заполнена хладагентом. Свободное от объекта пространство емкости заполнено заполнителем в виде полых шаров с герметичной оболочкой. Криостат имеет наружный герметизирующий корпус с патрубками для вакуумирования.
Криостат предназначен для работы только в одном режиме - режиме погружения объекта в криогенную жидкость. Так как изделия в криостате, подвергаются контрольно-выборочным испытаниям, то это дорогостоящее оборудование используется редко.
Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей криостата, увеличение его коэффициента загрузки, снижение себестоимости испытаний.
Поставленная задача достигается тем, что в криостате, содержащем наружный герметизирующий корпус, в котором коаксиально размещены емкость для испытываемого объекта с крышкой, в монтажных отверстиях которой установлены каналы для подвода рабочего тела и система контроля и функционирования проводимых испытаний, а также расположенные между ними изоляционная емкость и тепловой экран, согласно техническому решению, в качестве рабочего тела емкости для испытываемого объекта в зависимости от режима испытаний применены жидкий азот или вакуум, при этом в качестве рабочего тела изоляционной емкости использованы, соответственно, вакуум или жидкий азот.
На чертеже представлен заявляемый криостат.
Криостат, предназначен для низкотемпературных испытаний и может работать в одном из двух режимов: в режиме погружения испытываемого объекта в криогенную жидкость и в режиме вакуумирования объекта.
Криостат состоит из наружного герметизирующего корпуса 1, в котором коаксиально установлены емкость 2 для испытываемого объекта, закрытая крышкой 3, и расположенные между ними изоляционная емкость 4, тепловой экран 5, вакуумированная емкость 6, теплоизоляционный материал 7. Тепловой экран 5, вакуумированная емкость 6 и теплоизоляционный материал 7 служат для теплоизоляции рабочего объема от окружающей среды.
В емкости 2 установлена опорная платформа 8 для размещения испытываемого объекта 9. Криостат установлен на антивибрационных опорах 10 и имеет сливное устройство 11. Кольцевой затвор 12, в котором размещена трубка 13 вакуумного насоса (ВН), контактирует внутренней стороной с крышкой 3 и наружной стороной с кольцевым бандажом 14. Крышка 3 базируется на торцевой поверхности изоляционной емкости 4 через уплотнитель 15. На крышке 3 расположен двухкоординатный уровень 16. В крышке 3 выполнены монтажные отверстия для установки: патрубка 17 с вакуумным затвором 18, канала подвода 19 рабочего тела в емкость 2 для испытываемого объекта, трубки подвода 20 рабочего тела в изоляционную емкость 4 с вентилем 21, системы контроля и функционирования, в которую в зависимости от вида испытаний входят:
- технологическое окно 22, канал технического зрения со светодиодом 23, поплавковый уровень 24, манипулятор 25, термометр для рабочего тела 26, термометр для испытываемого объекта 27 (в режиме погружения испытываемого объекта в криогенную жидкость);
- технологическое окно 22, канал технического зрения со светодиодом 23, манипулятор 25, термометр для испытываемого объекта 27 (в режиме вакуумирования испытываемого объекта).
Криостат работает следующим образом.
До начала действия криостата в зависимости от режима испытаний, выполняются операции подготовки криостата к работе.
При испытаниях погружением объекта в жидкий криоген - (в качестве рабочего тела емкости 2 для испытываемого объекта используют азот) испытываемый объект 9 помещается в емкость 2 при открытой крышке 3 и фиксируется на опорной платформе 8. Через монтажные отверстия в крышке 3 устанавливается и герметизируется система контроля и функционирования: технологическое окно 22, служащее для вывода каналов связи от испытываемого объекта 9 до обрабатывающего информацию устройства и подвода, отвода технологических средств для испытания; канал технического зрения со светодиодом 23 для наблюдения за рабочим процессом; поплавковый уровень 24, позволяющий регулировать наполнение емкости 2 жидким азотом; манипулятор 25, предназначенный для управления положением испытываемого объекта 9; термометр для рабочего тела 26 (азота); термометр для испытываемого объекта 27. После этого крышка 3 закрывается, собственный вес крышки обеспечивает плотное прилегание на базовые плоскости изоляционной емкости 4 через уплотнитель 15, дополнительная фиксация крышки 3 осуществляется специальными прихватами (на чертеже не показаны). После визуального осмотра системы контроля и функционирования криостат выставляется в горизонтальное положение антивибрационными опорами 10 с помощью двухкоординатного уровня 16 и емкость 2 заполняется жидким азотом до заданного уровня через канал подвода 19, предназначенный также для отвода газа, образующегося при испарении жидкого азота. Изоляционная емкость 4 вакуумируется через патрубок 17 с вакуумным затвором 18, проверяется уровневое значение вакуума в вакуумированной емкости 6 через трубку 13 вакуумного насоса (на чертеже не показан), при необходимости подключается вакуумный насос. Далее испытания проводят согласно регламенту.
Для проведения испытаний в режиме вакуумирования испытываемого объекта - емкость 2 освобождается от имеющегося в ней жидкого азота, который сливается через сливное устройство 11 в транспортный сосуд Дьюара (на чертеже не показан). С крышки 3, снимаемой с помощью грузоподъемного приспособления, демонтируются патрубок 17 с вакуумным затвором 18, поплавковый уровень 24, термометр для рабочего тела 26 (азота) с последующей герметизацией соответствующих монтажных отверстий. Внутренняя емкость 2 для испытываемого объекта проверяется и очищается в соответствии с регламентом, просушивается и контролируется перед другим видом испытаний. Изоляционная емкость 4 разгерметизируется, просушивается, закрывается вентиль 21. Во внутренней емкости 2 устанавливают и фиксируют на опорной платформе 8 испытываемый объект 9, закрывают крышку 3 с обеспечением герметичности. Криостат выставляется в горизонтальное положение антивибрационными опорами 10 с помощью двухкоординатного уровня 16. Канал подвода 19 рабочего тела соединяют с вакуумным насосом для создания вакуума во внутренней емкости 2. При достижении 80% заданного уровня вакуума открывают вентиль 21 на трубке подвода 20 рабочего тела, криогенным насосом закачивают жидкий азот в изоляционную емкость 4, контролируя объем и уровень заполнения. Циркуляция жидкого азота в изоляционной емкости 4 при необходимости производится через трубку подвода 20 рабочего тела с вентилем 21. Время испытания назначается или выбирается из технических условий. После завершения испытаний выполняют регламентные операции по безопасному освобождению объекта 9 из криостата. Криостат осматривают, очищают, просушивают.
В заявленном криостате, за счет расширения функциональных возможностей повышается коэффициент загрузки криостата и сокращается себестоимость испытаний.