КРИОСТАТ

Полезная модель относится к точному машиностроению, в частности к криогенной технике.
Высокие требования к ресурсу и надежности изделий, предназначенных для работы в космосе, определяют необходимость исследования и испытания на герметичность и работоспособность их механизмов и агрегатов. Существует ряд изделий ракетно-космической техники (РКТ) с соотношением длины и диаметра L/d<15, что характерно для стержневых конструкции.
В современных технологиях наземных испытаний ракетно-космической техники, имитирующих условия космического пространства, используют криостаты с жидким хладагентом для контроля 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 для проверки работоспособности и точности функционирования механизмов (Вакуумная установка для исследования оптико-электронных устройств, SU 1839875, МПК B64G 7/00).
Наиболее близким, принятым за прототип, является криостат по патенту RU 136878, F25D 3/10. Криостат содержит корпус, в котором коаксиально размещены емкость для испытываемых объектов, изоляционная емкость, тепловой экран, вакуумированная емкость, теплоизоляционный слой. Криостат предназначен для низкотемпературных испытаний изделий, близких к кубической форме, и может работать в одном из двух режимов - в режиме погружения в жидкий азот или в режиме испытания вакуумом. Недостатком является то, что криостат не приспособлен для испытаний длинномерных стержневых конструкций с соотношением длины и диаметра L/d<15.
Одним из условий проведения низкотемпературных испытаний длинномерных стержневых конструкций является обеспечение равномерного воздействия рабочего тела по всей длине испытываемого изделия, допустимый перепад температур не более 7°C.
Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей криостата, а также увеличение коэффициента загрузки, за счет одновременного испытания нескольких изделий.
Поставленная задача достигается тем, что в криостате, содержащем наружный герметизирующий корпус, в котором коаксиально установлены емкость для испытываемых изделий, а также расположенные между ними изоляционная камера и тепловой экран, закрытые крышкой, причем в качестве рабочего тела емкости для испытываемых изделий в зависимости от режима испытаний применены жидкий азот или вакуум, а в качестве рабочего тела изоляционной емкости использованы, соответственно, вакуум или жидкий азот, согласно техническому решению, емкость для испытываемых изделий снабжена верхним и нижним ложементами для установки длинномерных испытываемых изделий, а криостат снабжен катком и двумя опорными ножками, имеющими возможность регулирования длины, и, соответственно, изменения угла наклона продольной оси криостата относительно горизонтальной плоскости, обеспечивающего течение рабочего тела под действием сил гравитации с достижением постоянной температуры в емкости для испытываемых изделий при испытаниях в режиме пролива.
Днище криостата выполнено съемным.
На внутренней поверхности емкости для испытываемых изделий выполнена винтовая нарезка.
На фиг. 1 представлен заявляемый криостат в разрезе.
На фиг. 2 вид на крышку криостата.
Криостат предназначен для двух низкотемпературных режимных испытаний, а именно, в режиме пролива жидким азотом или в режиме испытания вакуумом. Одновременно можно испытывать 1-3 длинномерных стержневых изделия.
Криостат состоит из наружного герметизирующего корпуса 1, в котором коаксиально установлена изоляционная камера 2, в виде полого герметичного цилиндра с рифтовыми кольцами 3 (рифтовые кольца обеспечивают повышение жесткости и устойчивости конструкции цилиндра, а также прохождение рабочего тела через отверстие, расположенное по периметру рифтового кольца). Между корпусом 1 и изоляционной камерой 2 расположено тепловое полотно 4, пленочный зеркальный экран 5. Внутренняя поверхность изоляционной камеры 2 образует емкость для испытываемых изделий 6 криостата, в которой установлены верхний ложемент 7 в виде полукольца с наружным радиусом равным внутреннему радиусу изоляционный камеры (ложемент 7 препятствует контакту испытываемых изделий со стенкой камеры) и нижний ложемент 8 для упора и фиксирования испытываемых длинномерных стержневых изделий 9 с L/d < 15. Внутренняя поверхность рабочей емкости криостата 6 выполнена с винтовой нарезкой для компенсации температурных напряжений, сохранения постоянства внутреннего объема емкости от эффекта сжатия в локальных плоскостях цилиндрического исполнения (винтовая нарезка на чертеже не указана). Корпус 1 закрыт съемным днищем 10, служащим для выверки расположения испытываемых изделий на ложементах при координатной фиксации, и крышкой 11. Внутренние поверхности днища и крышки защищены тепловым полотном, соответственно, 12 и 13, зеркальными пленками 14 и 15 и металлическими экранами 16 и 17. Днище 10 крепится болтами 18 к корпусу 1 через изоляционный пояс 19. Крышка 11 крепится к верхней части корпуса 1 полой гайкой 20. Криостат снабжен двумя опорными ножками 22, имеющими возможность изменения длины, и, соответственно, изменения угла наклона продольной оси криостата, относительно горизонтальной плоскости, а также катком 21, обеспечивающим мобильность криостата. В днище 10 выполнены сливное устройство 23 для обеспечения гравитационного слива рабочего тела (жидкого азота) и разъем заземления 24.
В крышке 11 выполнены монтажные отверстия для установки: патрубка подвода рабочего тела 25 в рабочую область и обратного клапана удаления газов 26, каналов подвода 27 и отвода 28 рабочего тела изоляционной камеры 2, технологических окон 29, 30 и 31 для визуализации испытываемых изделий с системами контроля давления 32, температуры 33 и технологической нагрузки 34 отдельно для каждого окна, устройств технического зрения 35, давления 36, температуры рабочего тела 37 емкости криостата.
Криостат работает следующим образом.
Перед проведением испытаний уточняется программа и методика испытания, параметры испытываемого изделия, определяется угол наклона криостата из условия обеспечения течения рабочего тела под действием сил гравитации.
Наклон криостата и расход рабочего тела обеспечивает постоянство температуры в рабочей камере, и, следовательно, поступательное охлаждение испытываемого объекта. Изменением длины опорных ножек 22, обеспечивают рассчитанный угол наклона криостата. Мобильность криостата обеспечивается катком 21, заземление и съем статического электричества выполняется через разъем 24.
Перед установкой в криостат испытываемых изделий 9 снимают днище 10 и крышку 11. Криостат осматривают на отсутствие инородных тел в рабочей емкости 6 криостата. Проверяют качество поверхностей базирования ложементов 7 и 8. Затем вручную устанавливают, соблюдая меры безопасности и сплошность контакта, испытываемые изделия 9 на ложементы 7 и 8, выдерживая зазор между ними и стенкой рабочей камеры 6. Закрывают днище стяжкой болтов 18, предварительно уложив изоляционный пояс 19. Выполняют коммутацию систем контроля давления 32, температуры 33, технологической нагрузки 34 к объекту испытания 9, устанавливают крышку 11 и закрепляют полой гайкой 20 к корпусу 1 криостата.
Для испытания «проливом» вакуумируют изоляционную камеру 2 через патрубок подвода рабочего тела 27 при закрытом вентиле обратного клапана удаления газов 28. Затем заливают жидким азотом рабочую емкость 6 через патрубок подвода 25, контролируя состояние рабочего тела устройствами технического зрения 35, давления 36 и температуры 37. Выдерживая программу и режим испытания, снимают численную информацию об изменении физического состояния испытываемых изделий 9 системами контроля давления 32, температуры 33 и технологической нагрузки 34. Пролив рабочего тела выполняется с помощью сил гравитации от наклона через сливное устройство 23, расход регулируется таким образом, чтобы обеспечивать постоянство температуры в рабочей емкости, допустимое отклонение температуры ±3°С. Отходящие газы удаляются через обратный клапан удаления газов 26.
Испытания, имитирующие условия космического пространства, осуществляется после удаления жидкого азота из рабочей емкости 6 криостата, очистки, сушки и осмотра. После установки изделий 9 в изоляционную камеру 2, описанным выше способом, закачивают жидкий азот через патрубок подвода 27 и открытом вентиле обратного клапана удаления газов 28. Вакуумируют рабочую емкость 6 с изделиями 9 и проводят съем значений контролируемых служебных характеристик изделия, через технологические окна 29, 30, 31 с системами контроля давления 32, температуры 33 и технологической нагрузки 34.
После завершения испытаний выполняют регламентные операции по безопасному освобождению изделий 9 из криостата. Криостат осматривают, очищают, просушивают для очередных испытаний.
В заявленном криостате достигается:
- расширение функциональных возможностей благодаря расположению продольной оси криостата под углом к горизонту большим угла трения пары «изделие - рабочее тело»;
- увеличение коэффициента загрузки криостата - за счет групповой загрузки изделий в криостат.
- снижение себестоимости испытания - за счет групповой загрузки изделий, сокращения вспомогательного времени на монтаж испытываемых объектов за счет съемного днища и пролива рабочего тела, сокращения времени переходного процесса термостабилизации рабочей емкости.