УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ ОБЪЕКТОВ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ
APPARATUS FOR HIGH-TEMPERATURE MECHANICAL TESTS OF CYLINDRICAL OBJECTS

Изобретение относится к механическим испытаниям объектов, а именно к устройствам для испытаний объектов на вибронагружение в различных средах при высоких температурах и давлениях.
Известна «Установка для испытаний объектов на комплексные термомеханические воздействия» (патент RU №60212, МПК (2006.01) G01M 7/04, опубл. 10.01.2007), содержащая нагревательную камеру, установленный под ней вибровозбудитель, отсек для размещения испытываемого объекта, помещенный в нагревательную камеру и закрепленный через переходной стол к подвижной части вибровозбудителя, систему подачи высокого давления в испытываемый объект через стенки нагревательной камеры и отсека. Переходной стол установлен вне нагревательной камеры и выполнен охлаждаемым.
Данная установка имеет длительный и нестабильный выход на заданный температурный режим, большие теплопотери, массу и габариты, ограничения по температуре до 950°C. Для размещения в нагревательной камере объекта испытаний необходимо изготовление специальной оснастки.
7
Известна «Установка для механических испытаний материалов в различных средах при высоких температурах и давлениях» (патент RU №2240531, МПК G01N 3/18, опубл. 20.11.2004), содержащая 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. На входе в рабочую камеру газовой среды дополнительно введены подпитывающий расширительный бачок с поршнем и регулятором подачи управляющего газа. Нагреватель выполнен в форме спирали и расположен в рабочей камере таким образом, что образец находится внутри спирали. Теплоизолирующая конструкция выполнена сварной в виде цилиндра с верхним и нижним днищем, во внутренней полости стенок этой конструкции помещен теплоизолирующий материал. Данная установка выбрана в качестве прототипа для заявляемой установки.
Недостатками данной установки являются: невозможность использования для испытаний крупногабаритных объектов, длительный и нестабильный выход на заданный температурный режим, большие теплопотери, масса и габариты, ограничения по температуре.
Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в создании установки для испытаний цилиндрических объектов на комплексные термомеханические нагрузки (до 1400°C).
Технический результат от использования заявляемого изобретения заключается в обеспечении испытаний крупногабаритных цилиндрических объектов на комплексные термомеханические нагрузки, сокращении времени выхода на заданный температурный режим, снижении теплопотерь, массы и габаритов, повышении температуры испытаний до 1400°C и выше, повышении КПД установки, обеспечении безопасности при проведении испытаний.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в заявляемой установке для высокотемпературных механических испытаний объектов цилиндрической формы, содержащей индукционный нагреватель, включающий водоохлаждаемую катушку в виде спирали, выполненной с возможностью соосного размещения объекта испытаний (ОИ) внутри нагревателя, опоры для ОИ, нагружающее устройство, устройство охлаждения, соединенное с протоками охлаждения тоководов нагревателя, контрольно-измерительную аппаратуру, в отличие от прототипа дополнительно содержатся соединенные последовательно пульт управления, соединенный с контрольно-измерительной аппаратурой, преобразователь частоты, батарея конденсаторов, последовательно-параллельно подключенная по крайней мере к одной паре соосно установленных водоохлаждаемых катушек индукционного нагревателя в виде спиралей, опоры для катушек нагревателя, при этом нагружающее устройство выполнено в виде вибровозбудителя, а опоры для ОИ установлены на скользящем столе вибровозбудителя.
Устройство охлаждения, пульт управления, преобразователь частоты, батарея конденсаторов могут быть расположены на дистанции от вибровозбудителя с размещенным на его скользящем столе ОИ внутри катушек индукционного нагревателя.
Устройство охлаждения может быть снабжено независимым пультом управления подачей охлаждающей воды.
Снабжение установки соединенными последовательно пультом управления, соединенным с контрольно-измерительной аппаратурой, преобразователем частоты, батареей конденсаторов, последовательно-параллельно подключенной к индукционному нагревателю, выполнение индукционного нагревателя содержащим по крайней мере одну пару соосно установленных водоохлаждаемых катушек в виде спиралей с возможностью размещения ОИ внутри нагревателя, при этом выполнение нагружающего устройства в виде вибровозбудителя, установка опор для ОИ на скользящем столе вибровозбудителя обеспечивает управляемый равномерный нагрев ОИ, позволяет производить управляемое вибронагружение крупногабаритных цилиндрических объектов при повышении температуры испытаний до 1400°C и выше, сокращает время выхода на заданный температурный режим за счет отсутствия громоздкого корпуса рабочей камеры, снижает теплопотери без дополнительных, специальных теплоизоляционных приспособлений и за счет этого повышает КПД установки, снижает массу и габариты установки, позволяет выводить ОИ за пределы индукционного нагревателя, обеспечивает проведение испытаний цилиндрических ОИ различного диаметра и длины. При этом исключается внешнее воздействие температуры от работающего нагревательного устройства индукционной установки на расстоянии 0,3 м.
Выполнение индукционного нагревателя содержащим по крайней мере одну пару соосно установленных водоохлаждаемых катушек в виде спиралей, установленных вне высокотемпературной рабочей камеры, обеспечивает более длительный срок службы индукционного нагревателя.
Отсутствие громоздкого корпуса (открытый нагрев), в отличие от высокотемпературной рабочей камеры, позволяет визуально контролировать процесс нагрева объекта на безопасном расстоянии до 1 м.
Расположение устройства охлаждения, пульта управления, преобразователя частоты, батареи конденсаторов на дистанции от вибровозбудителя с размещенными на его скользящем столе ОИ внутри катушек индукционного нагревателя, снабжение устройства охлаждения независимым пультом управления позволяют разместить установку в любом производственном помещении, обеспечить безопасность персонала при проведении испытаний.
Изобретение поясняется фигурой, на которой схематично изображена заявляемая установка.
Установка для высокотемпературных механических испытаний объектов цилиндрической формы содержит индукционный нагреватель, включающий по крайней мере одну пару соосно установленных водоохлаждаемых катушек 7 (выполнены из профилированной медной трубки различного сечения с изоляцией электрической покрытием лентой из стеклоткани и кремнийорганическим лаком и тепловой футеровкой гильзой из огнеупорного материала типа АКБФ) в виде спирали, выполненных с возможностью соосного размещения ОИ (на фигуре не показано) внутри нагревателя, опоры для ОИ (на фигуре не показано), нагружающее устройство выполненное в виде вибровозбудителя 5, устройство 2 охлаждения, соединенное с протоками охлаждения тоководов нагревателя, контрольно-измерительную аппаратуру, выполненную, как правило, в виде одного или нескольких термопреобразователей (термодатчиков), установленных снаружи и/или внутри ОИ (на фигуре не показано), электрически связанных с пультом 3 управления.
Пульт 3 управления, соединенный с контрольно-измерительной аппаратурой, соединен последовательно с преобразователем 1 частоты, батареей 4 конденсаторов, последовательно-параллельно подключенной по крайней мере к одной паре соосно установленных водоохлаждаемых катушек 7 индукционного нагревателя в виде спиралей.
Преобразователь 1 частоты является источником энергии средней частоты, служит для преобразования сигналов тока промышленной электросети 380 В и частоты 50 Гц в сигнал заданной частоты с возможностью ее изменения.
Опоры для ОИ установлены на скользящем столе 11 вибровозбудителя 5.
Для катушек 7 индукционного нагревателя установлены опоры 6 (стол, установленный на пол производственного помещения) и 8 (рама).
Устройство 2 охлаждения, пульт 3 управления, преобразователь 1 частоты, батарея 4 конденсаторов могут быть расположены на дистанции от вибровозбудителя 5 с размещенным на его скользящем столе 11 ОИ внутри катушек 7 индукционного нагревателя.
Устройство 2 охлаждения имеет внутренний «чистый» замкнутый и наружный контуры. Внутренний контур обеспечивает охлаждение катушек 7 индукционного нагревателя через теплообменник устройства 2 охлаждения, наружный контур - охлаждение теплообменника проточной водой из сетей промышленного водоснабжения. Устройство 2 охлаждения может быть снабжено независимым пультом управления подачей охлаждающей воды (на фигуре не показано).
Заявляемая установка работает следующим образом.
Цилиндрический ОИ устанавливают, закрепляют на скользящем столе 11 вибровозбудителя 5 внутри трех вертикальных опор для ОИ: одной центральной и двух крайних (на фигуре не показано). При подготовке к работе две крайние опоры для ОИ снимают и на ОИ надевают по крайней мере одну пару катушек 7 индукционного нагревателя по одной с каждой стороны (В зависимости от длины ОИ могут быть надеты еще пары катушек 7 для обеспечения равномерного нагрева ОИ по всей его длине). Катушки 7 индукционного нагревателя устанавливают на опоры 6 (стол, установленный на пол производственного помещения) и 8 (рама).
Затем к протокам охлаждения тоководов катушек 7 индукционного нагревателя осуществляют подключение устройства 2 охлаждения.
К тоководам по крайней мере одной пары катушек 7 нагревателя последовательно-параллельно подключают при помощи шинопровода 10 батарею 4 конденсаторов с образованием параллельного колебательного контура, электрическую связь в котором производят системой гибких шин (кабель типа ПВ3-50 с лужеными медными наконечниками) с возможностью в диапазоне ±100 мм изменять положение ОИ относительно батареи 4 конденсаторов по высоте (это позволяет точнее отцентрировать положение ОИ внутри индукционного нагревателя), затем производят центрирование индукционного нагревателя с ОИ для равномерного распределения температуры по ОИ. Далее монтируют крайние опоры для ОИ и закрепляют их на столе 11.
К батарее 4 конденсаторов последовательно подключают преобразователь 1 частоты и пульт 3 управления. На пульте 3 управления задают температурный режим (который можно корректировать в том числе и в процессе нагрева), контролируемый, как правило, по одному или нескольким термопреобразователям (термодатчикам), установленным снаружи или внутри ОИ (на фигуре не показано). От устройства 2 охлаждения начинают подачу охлаждающей воды к протокам охлаждения тоководов катушек 7 индукционного нагревателя. После этого включают индукционный нагреватель и вибровозбудитель. Отключение нагрева выполняется автоматически по достижении заданной температуры испытаний.
За счет размещения ОИ внутри индукционного нагревателя в виде водоохлаждаемых катушек 7 в виде спиралей создаваемое тепло (до 1400°C и выше) сосредоточено внутри индукционного нагревателя, поэтому снижаются теплопотери без дополнительных, специальных теплоизоляционных приспособлений, повышается КПД установки.
При необходимости на ОИ может быть оказано газодинамическое воздействие путем продувки внутренней полости ОИ или создания давления (благодаря тому, что отсутствует рабочая камера, осуществляется «открытый» нагрев ОИ).
Расположение устройства 2 охлаждения, пульта 3 управления, преобразователя 1 частоты, батареи 4 конденсаторов на дистанции от вибровозбудителя 5 с размещенными на его скользящем столе ОИ внутри катушек 7 индукционного нагревателя, снабжение устройства 2 охлаждения независимым пультом управления позволяют разместить установку в любом производственном помещении, обеспечить безопасность персонала при проведении испытаний.
Таким образом, при использовании заявляемой установки обеспечиваются испытания крупногабаритных цилиндрических объектов на комплексные термомеханические нагрузки, сокращается время выхода на заданный температурный режим, снижаются теплопотери, масса и габариты установки, повышается температура испытаний до 1400°C и выше, повышается ее КПД.