УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ОБРАЗЦОВ НА ТРЕЩИНООБРАЗОВАНИЕ
DEVICE TO TEST SAMPLES FOR CRACK FORMATION

Изобретение относится к области энергетики, к устройствам для исследования термоусталости образцов, подверженных случайным температурным пульсациям в потоке жидкости, и может быть использовано в атомной энергетике и в транспортных энергетических устройствах.
Известна установка для исследования тепловой усталости труб, воспроизводящая в стендовых условиях разрушение кипятильных труб в результате изменения условий теплообмена на внутренней стороне трубы, содержащая замкнутый трубный контур в виде треугольника, одной из вершин обращенного вниз и закрепленного на валу, заполненном до определенного уровня дистиллятом. На одной из сторон контура установлена электропечь. При качаниях контура уровень воды в нем перемещается, тем самым создаются колебания температуры стенки трубы (Троянский Е.А., Кориковский И.К. Тепловая усталость труб при высоком давлении. Сборник: Исследование прочности элементов паровых котлов, МЭМ, М., 1954, с.45-52, и Троянский Е.А. Металлы котлостроения и расчет прочности деталей паровых котлов. Энергия, М. - Л.. 1964, с.192).
6
7
Недостатками известной установки является сложность изготовления каждого образца - замкнутый трубный контур в виде треугольника, установка электропечи на образец, сложность в определении места для дефектоскопии, а также большой период одного цикла и, как следствие, очень большое время для получения большого числа циклов (10-10) для построения кривой усталости, кроме того, невозможность увеличения перепада температур и повторения условий испытаний из-за индивидуального изготовления каждого участка.
Известна установка для испытания образца на термоусталость, содержащая полый цилиндрический корпус, заполненный теплоносителем, перегородку с отверстием, установленную в корпусе и разделяющую его на две полости с различными температурами теплоносителя, нагреватель и охладитель теплоносителя, при этом нагреватель и охладитель установлены в корпусе по разные стороны перегородки, перегородка выполнена в виде установленного соосно корпусу диска с углублением для размещения торца образца, причем ось углубления параллельна оси отверстия диска, а край углубления расположен от оси отверстия на расстоянии, равном радиусу этого отверстия (SU 1665284, МПК: G01N 3/60, опубликовано 23.07.91)
Недостатком известного устройства является сложность изготовления, а также влияние величины рабочего давления на процесс трещинообразования, что приводит к нарушению чистоты эксперимента.
Известно устройство для испытаний образцов на термоусталость, включающее цилиндрический корпус, горизонтальную разделительную перегородку и датчики контроля и управления испытаниями, при этом внутри цилиндрического корпуса, снабженного плоским днищем и герметичной крышкой, в верхней части, закрепленной шпильками и гайками, расположен барабан, закрепленный на крышке внутри корпуса, горизонтальная разделительная перегородка размещена в нижней части барабана и выполнена в виде перфорированного диска, перфорация которого выполнена в виде расположенных по окружности калиброванных отверстий, имеющих вдоль своей образующей калиброванные каналы для прохода греющей среды, во внутренней полости барабана установлена дополнительная горизонтальная перегородка с калиброванными отверстиями в ней, точно такими же, как отверстия в перфорированном диске, при этом трубки-образцы установлены в отверстиях перфорированного диска и закреплены на крышке корпуса, а между трубками установлены вертикальные разделительные перегородки, во внутреннюю полость каждой трубки-образца заведены трубки меньшего диаметра, закрепленные в раздаточном ресивере и имеющие в своей верхней части штуцеры для отвода охлаждающей среды и сливные трубы с калиброванными устройствами на них, кроме того, в нижней части корпуса под перфорированным диском установлены трубка с диффузорным насадком, соединенная с цилиндрическим диффузором и штуцером подвода греющей среды и система камер со штуцером на днище для отвода греющей среды. (Ru 2433385 МПК G01N 3/60, опубликовано 10.11.2011).
По совокупности признаков это известное техническое решение является наиболее близким к заявленному и принято за прототип.
Недостатком известного технического решения, а также причиной, препятствующей достижению желаемого технического результата при использовании упомянутого известного устройства является сложность изготовления и регулировки нагрузки параллельно испытуемых образцов.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающей поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, а также выявление источников, содержащих сведения об аналогах заявленного изобретения, позволили установить, что заявитель не обнаружил технического решения, характеризующегося признаками, тождественными или эквивалентными предлагаемым. При этом предлагаемое техническое решение не вытекает явным для специалиста образом из известного уровня техники и определенного заявителем.
Определение из перечня выявленных аналогов прототипа как наиболее близкого технического решения по совокупности признаков позволило выявить в заявленном устройстве совокупность существенных отличительных признаков по отношению к усматриваемому заявителем техническому результату, изложенную в нижеприведенной формуле изобретения.
Заявляемое техническое решение позволяет испытывать на трещинообразование одновременно большое количество образцов, проводить ресурсные испытания для получения кривых усталости металла за счет создания на поверхности образов при организованной протечке горячей и холодной среды нестабильного температурного режима с резкими колебаниями температуры при различных частотах и амплитудах. Расположение образцов во внутренней полости корпуса исключает влияние рабочего давления среды на процесс образования трещин, обеспечивая в чистом виде трещинообразование только за счет пульсации температуры среды, что приводит к получению абсолютно точных результатов испытаний.
Предложено устройство для испытаний образцов на трещинообразование, включающее корпус с фланцевым разъемом и испытуемые образцы в виде трубок, при этом испытуемые образцы в количестве двух, расположенных соосно один внутри другого с образованием кольцевого зазора между ними, закреплены внутри отдельных частей корпуса, размещенных на коллекторе подвода горячей воды и коллекторе отвода смеси горячей и холодной воды, коллекторы посредством трубопроводов подключены к нагревателю и холодильнику, причем наружная поверхность внешней трубки и внутренняя поверхность центральной трубки покрыты слоем изоляции, кроме того, в верхней части корпуса установлен штуцер и клапан для подвода и регулирования расхода охлаждающей воды. К коллекторам может быть присоединено необходимое для эксперимента количество корпусов с испытуемыми образцами.
Изобретение иллюстрируется чертежом.
Устройство для испытаний образцов на трещинообразование включает корпус 1 с фланцевым разъемом 2 и испытуемые образцы в виде трубок 3, 4. Испытуемые образцы в количестве двух, расположенных соосно один внутри другого с образованием кольцевого зазора между ними закреплены внутри отдельных частей корпуса 1, размещенных на коллекторе подвода горячей воды 5 и коллекторе отвода смеси горячей и холодной воды 6. Коллекторы 5, 6 посредством трубопроводов 7 подключены к нагревателю 8 и холодильнику 9. Наружная поверхность внешней трубки 4 и внутренняя поверхность центральной трубки 3 покрыты слоем изоляции. В верхней части корпуса 1 установлен штуцер 10 и клапан для подвода и регулирования расхода охлаждающей воды 11. К коллекторам 5 и 6 может быть присоединено необходимое для эксперимента количество корпусов 1 с испытуемыми образцами 3 и 4.
Устройство работает следующим образом. Горячая вода от нагревателя 8 через коллектор 5 подводится к каждому корпусу 1 и через центральную трубку образца 3, смешавшись с холодной водой, поступающей через штуцер 10 от холодильника 9, поступает в кольцевую щель, образованную между испытуемыми образцами 3 и 4, провоцируя процесс трещинообразования. Клапаном 11 обеспечивается требуемый расход смеси в зазоре, которая через коллектор 6 отводится в схему устройства. Трубчатые образцы 4 с наружной поверхности и 3 с внутренней поверхности покрыты теплоизолирующим слоем, чем обеспечивается более интенсивная пульсация температуры в кольцевом зазоре.
Расположение образцов 3 и 4 во внутренней полости корпуса 1 исключает влияние рабочего давления среды на процесс образования трещин, обеспечивая в чистом виде трещинообразование только за счет пульсации температуры среды.
Колебания температуры среды, воздействующей на поверхности трубок-образцов и вызывающей деформацию их поверхности, фиксируются датчиками контроля и управления испытаниями (датчиками давления, тензорезисторами и термопарами - на рисунке не показаны). На основании этих измерений вычисляют напряжение, соответствующее деформации поверхностей трубок-образцов, и в соответствии с количеством циклов испытаний, строят кривые усталости.