PL227074B1 - Urzadzenie doprzeniesienia obciazenia ciegna dolnego wkomorze kriogenicznej dobadan wytrzymałosciowych - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do przeniesienia obciążenia cięgna dolnego w komorze kriogenicznej do badań wytrzymałościowych, zapewniający eliminację mostka cieplnego.

Podczas badań wytrzymałościowych z wykorzystaniem komór kriogenicznych głównym problemem technicznym wpływającym na metodologię oraz powtarzalność badań jest takie przeniesienie obciążeń próbki, aby obciążenie przykładane do próbki nie było przykładane jednocześnie do komory kriogenicznej i dodatkowo aby pomiędzy elementami konstrukcyjnymi nie występował mostek termiczny, który będzie fałszował wyniki pomiarów.

Najbardziej oczywistym rozwiązaniem takiego problemu jest umieszczenie maszyny wytrzymałościowej w pomieszczeniu o stałej, regulowanej temperaturze. Niemożliwe jest jednak uzyskanie w pomieszczeniu, w którym stoi maszyna wytrzymałościowa temperatur stosowanych w badaniach kriogenicznych (temperatur wrzenia skroplonych gazów - azotu, tlenu), a znane laboratoria posiadające tego typu komory badawcze dysponują ogromnym zapleczem, zarówno finansowym, jak też miejscem do zgromadzenia osprzętu, armatury oraz innych urządzeń pozwalających na osiągnięcie tak niskich temperatur.

W związku z powyższym stosuje się rozwiązania konstrukcyjne pozwalające na prowadzenie miarodajnych badań w komorach kriogenicznych.

W rozwiązaniu nr CN 103 091 176 opisano urządzenie do pozycjonowania komory kriogenicznej do badań wytrzymałościowych, w którym komora porusza na wózku po szynach. System pozwala na ruch pionowy układu torowego, dzięki czemu możliwe jest umieszczenie komory w uchwycie dolnym maszyny wytrzymałościowej.

Z kolei patent nr CN 202 661 340 U opisuje komorę przeznaczoną do badania wytrzymałości na rozciąganie w warunkach kriogenicznych, w której cięgna górne i dolne, celem uniknięcia mostka cieplnego są osłonięte płaszczem z materiału izolacyjnego. Próbka jest mocowana za pomocą zacisków przykręcanych do cięgien. Obciążenie próbki jest realizowane za pomocą maszyny wytrzymałościowej, w której są umieszczane cięgna. Wadą rozwiązania jest konieczność uszczelnienia przepustu, przez który przechodzi dolne cięgno. Znane rozwiązania nie eliminują całkowicie problemu mostka cieplnego występującego pomiędzy konstrukcją komory a otoczeniem. Dodatkowo, nie kompensują także naprężeń powstających w skutek różnej rozszerzalności cieplnej materiałów komory oraz maszyny wytrzymałościowej, co prowadzi często do uszkodzeń cięgien maszyn wytrzymałościowych. Dlatego celowym było opracowanie rozwiązania, które pozwoliłoby na eliminacje takich niedogodności.

Urządzenie do przeniesienia obciążenia cięgna dolnego w komorze kriogenicznej do badań wytrzymałościowych według wynalazku, zapewniające eliminację mostka cieplnego w obrębie cięgna dolnego, zawiera znany uchwyt maszyny wytrzymałościowej, na jaki składa się zespół dwóch uchwytów - górnego przyłączonego do cięgna górnego maszyny wytrzymałościowej i dolnego, w jakich za pomocą przetyczek mocowana jest próbka. Uchwyt dolny połączony jest z uchwytem montażowym za pomocą przetyczki cięgna, a uchwyt montażowy jest przymocowany do korpusu za pomocą śrub. Pomiędzy uchwytem montażowym a korpusem umieszczone są słupki kompensacyjne mające kształt tulei, a także co najmniej jedna tuleja centrującą. Korzystnie, gdy słupki kompensacyjne oraz tuleja centrująca są wykonane z materiału, którego współczynnik rozszerzalności termicznej jest większy niż ten sam współczynnik materiału korpusu, śrub oraz uchwytu montażowego. W korpusie znajduje się parująca ciecz ochładzająca badaną próbkę.

Do korpusu za pomocą śrub i nakrętek przymocowano tarczę zabierakową. Przestrzeń pomiędzy korpusem oraz tarczą zabierakową jest wypełniona przez tarczę izolacyjną górną oraz tarczę izolacyjną dolną, jakie całkowicie wypełniają przestrzeń pomiędzy korpusem oraz tarczą zabierakową. Korzystnie, gdy tarcze górna i dolna wykonane są z tworzywa sztucznego, korzystnie z PTFE.

Cięgno dolne jest umieszczone pomiędzy tarczą izolacyjną górną oraz tarczą izolacyjną dolną. Tarcza izolacyjna górna oraz tarcza izolacyjna dolna są wykonane z tworzywa sztucznego o wysokiej odporności na ściskanie, korzystnie o wytrzymałości co najmniej 5 MPa, przy niskim współczynniku ₂ przewodzenia ciepła, korzystnie nie przekraczającym 0,25 W/m², korzystnie tworzywa PTFE. Cięgno dolne wykonane jest jako nierozłączne połączenie wału cięgna dolnego, płaszcza oraz przyłączy gwintowanych. Przyłącza gwintowane umożliwiają montaż przyłączy płynu chłodzącego odbierającego ciepło przekazywane do układu z uchwytu maszyny wytrzymałościowej.

Zastosowane rozwiązanie pozwala na swobodny obrót cięgna względem korpusu i uchwytu. Dodatkowo, wymiary korpusu, tarczy zabierakowej, tarczy górnej i tarczy dolnej są dobrane w taki

PL 227 074 B1 sposób, że po skręceniu śrub oraz nakrętek napięcie wstępne układu tarcza górna - cięgno dolne tarcza dolna jest niewielkie. Ponieważ para PTFE-stal nierdzewna charakteryzuje się niskim współczynnikiem tarcia, obrót cięgna nie wymaga przyłożenia znacznego momentu do cięgna.

Zaletą wynalazku jest możliwość obciążenia próbki za pomocą maszyny wytrzymałościowej, z wyeliminowaniem mostka cieplnego od cięgna dolnego. Kolejną zaletą opisanego wynalazku jest możliwość łatwej wymiany elementów mocujących próbkę oraz kompensacja naprężeń powstałych na skutek różnego skurczu materiałów wykorzystanych do budowy komory.

Urządzenie do przeniesienia obciążenia w komorze kriogenicznej do badań wytrzymałościowych przedstawiono na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia przekrój urządzenia według wynalazku.

Urządzenie do przeniesienia obciążenia cięgna dolnego w komorze kriogenicznej do badań wytrzymałościowych według wynalazku, zapewniające eliminację mostka cieplnego zawiera znany uchwyt maszyny wytrzymałościowej, na jaki składa się zespół dwóch uchwytów - górnego 2a przyłączonego do cięgna górnego 4 maszyny wytrzymałościowej i dolnego 2b, w jakich za pomocą przetyczek 3a i 3b mocowana jest próbka 1. Uchwyt dolny 2b połączony jest z uchwytem montażowym 5 za pomocą przetyczki cięgna 6b, a uchwyt montażowy 5 jest przymocowany do korpusu 7 za pomocą śrub 8. Pomiędzy uchwytem montażowym 5 a korpusem 7 umieszczone są słupki kompensacyjne 9 mające kształt tulei, a także tuleja centrująca 10. Słupki kompensacyjne oraz tuleja centrująca są wykonane z materiału, którego współczynnik rozszerzalności termicznej jest większy niż ten sam współczynnik materiału korpusu 7, śrub 8 oraz uchwytu montażowego 5. W korpusie 7 znajduje się parująca ciecz ochładzająca badaną próbkę 1.

Do korpusu 7 za pomocą śrub 11 i nakrętek 12 przymocowano tarczę zabierakową 13. Przestrzeń pomiędzy korpusem 7 oraz tarczą zabierakową 13 jest wypełniona przez tarczę izolacyjną górną 14 oraz tarczę izolacyjną dolną 15, jakie całkowicie wypełniają przestrzeń pomiędzy korpusem 7 oraz tarczą zabierakową 13. Tarcze górna i dolna wykonane są z tworzywa sztucznego - PTFE.

Cięgno dolne 16 jest umieszczone pomiędzy tarczą izolacyjną górną 14 oraz tarczą izolacyjną dolną 15. Tarcza izolacyjna górna 14 oraz tarcza izolacyjna dolna 15 są wykonane z tworzywa sztucznego o wysokiej odporności na ściskanie - co najmniej 5 MPa, przy niskim współczynniku ₂ przewodzenia ciepła, nie przekraczającym 0,25 W/m² - tworzywa PTFE. Cięgno dolne 16 wykonane jest jako nierozłączne połączenie wału cięgna dolnego 16a, płaszcza 16b oraz przyłączy gwintowanych 16c. Przyłącza gwintowane 16c umożliwiają montaż przyłączy płynu chłodzącego odbierającego ciepło przekazywane do układu z uchwytu maszyny wytrzymałościowej.

Zastosowane rozwiązanie pozwala na swobodny obrót cięgna 16 względem korpusu 7 i uchwytu 5. Dodatkowo, wymiary korpusu 7, tarczy zabierakowej 13, tarczy górnej 14 i tarczy dolnej 16 są dobrane w taki sposób, że po skręceniu śrub 11 oraz nakrętek 12 napięcie wstępne układu tarcza górna 14 - cięgno dolne 16 - tarcza dolna 15 jest niewielkie.

Ponieważ para PTFE-stal nierdzewna charakteryzuje się niskim współczynnikiem tarcia, obrót cięgna 16 nie wymaga przyłożenia znacznego momentu do cięgna 16.

Zaletą wynalazku jest możliwość obciążenia próbki za pomocą maszyny wytrzymałościowej, z wyeliminowaniem mostka cieplnego od cięgna dolnego. Kolejną zaletą opisanego wynalazku jest możliwość łatwej wymiany elementów mocujących próbkę oraz kompensacja naprężeń powstałych na skutek różnego skurczu materiałów wykorzystanych do budowy komory.

Claims (6)

1. Urządzenie do przeniesienia obciążenia w komorze kriogenicznej do badań wytrzymałościowych zapewniające eliminację mostka cieplnego i zawierające znany uchwyt maszyny wytrzymałościowej, na jaki składa się zespół dwóch uchwytów - górnego (2a) przyłączonego do cięgna górnego (4) maszyny wytrzymałościowej i dolnego (2b), w jakich za pomocą przetyczek (3a i 3b) mocowana jest próbka (1), znamienne tym, że uchwyt dolny (2b) połączony jest z uchwytem montażowym (5) za pomocą przetyczki cięgna (6b), a uchwyt montażowy (5) jest przymocowany do korpusu (7) za pomocą śrub (8) i pomiędzy uchwytem montażowym (5) a korpusem (7) umieszczone są słupki kompensacyjne (9) mające kształt tulei, a także co najmniej jedna tuleja centrująca (10).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że słupki kompensacyjne oraz tuleja centrująca są wykonane z materiału, którego współczynnik rozszerzalności termicznej jest większy

PL 227 074 B1 niż ten sam współczynnik materiału korpusu (7), śrub (8) oraz uchwytu montażowego (5), a w korpusie (7) znajduje się parująca ciecz ochładzająca badaną próbkę (1).

3. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że do korpusu (7) za pomocą śrub (11) i nakrętek (12) przymocowano tarczę zabierakową (13), a przestrzeń pomiędzy korpusem (7) oraz tarczą zabierakową (13) jest wypełniona przez tarczę izolacyjną górną (14) oraz tarczę izolacyjną dolną (15), jakie całkowicie wypełniają przestrzeń pomiędzy korpusem (7) oraz tarczą zabierakową (13).

4. Urządzenie według zastrz. 3, znamienne tym, że cięgno dolne (16) jest umieszczone pomiędzy tarczą izolacyjną górną (14) oraz tarczą izolacyjną dolną (15), a tarcza izolacyjna górna (14) oraz tarcza izolacyjna dolna (15) są wykonane z tworzywa sztucznego o wysokiej odporności na ściskanie, korzystnie o wytrzymałości co najmniej 5 MPa, przy niskim współ₂ czynniku przewodzenia ciepła, nie przekraczającym 0,25 W/m².

5. Urządzenie według zastrz. 3 albo 4, znamienne tym, że tarcza izolacyjna górna (14) oraz tarcza izolacyjna dolna (15) są wykonane z tworzywa PTFE.

6. Urządzenie według zastrz. 3 albo 4, albo 5, znamienne tym, że cięgno dolne (16) wykonane jest jako nierozłączne połączenie wału cięgna dolnego (16a), płaszcza (16b) oraz przyłączy gwintowanych (16c).