RU2779048C1 - Installation for mechanical testing of materials at high temperatures and under high pressures - Google Patents
Installation for mechanical testing of materials at high temperatures and under high pressures Download PDFInfo
- Publication number
- RU2779048C1 RU2779048C1 RU2021128340A RU2021128340A RU2779048C1 RU 2779048 C1 RU2779048 C1 RU 2779048C1 RU 2021128340 A RU2021128340 A RU 2021128340A RU 2021128340 A RU2021128340 A RU 2021128340A RU 2779048 C1 RU2779048 C1 RU 2779048C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- spiral
- sample
- working medium
- high temperatures
- contacts
- Prior art date
Links
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 238000004154 testing of material Methods 0.000 title claims description 10
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 6
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000000737 periodic Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 5
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 4
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 4
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 230000002706 hydrostatic Effects 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 2
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 2
- PZZYQPZGQPZBDN-UHFFFAOYSA-N Aluminium silicate Chemical compound O=[Al]O[Si](=O)O[Al]=O PZZYQPZGQPZBDN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- 210000001847 Jaw Anatomy 0.000 description 1
- 210000002268 Wool Anatomy 0.000 description 1
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 description 1
- 229910001120 nichrome Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 polymethylsiloxane Polymers 0.000 description 1
- 230000000284 resting Effects 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000009864 tensile test Methods 0.000 description 1
- 230000000930 thermomechanical Effects 0.000 description 1
- 210000004873 upper jaw Anatomy 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение касается обработки материалов высоким давлением, в частности, устройства для испытания образцов на растяжение, кручение, сжатие под высоким давлением и при высоких температурах.The invention relates to the processing of materials by high pressure, in particular, devices for testing specimens in tension, torsion, compression under high pressure and at high temperatures.
Известно устройство для испытания образцов на разрыв и сжатие при высоких гидростатических давлениях. Устройство содержит герметичный контейнер, заполняемый рабочей жидкостью, установленные в нем матрицу и пуансон, и расположенный между ними стакан с отверстием в дне для образца на разрыв и кромками, упирающимися в матрицу, упорную шайбу для крепления одного из концов образца на разрыв, который проходит сквозь цилиндрический образец на сжатие с торцевыми выточками и центральным отверстием, держатель для крепления другого конца образца на разрыв и вспомогательной заготовки, выполняемой с переменным диаметром по длине рабочей части (Патент RU 2703828, МПК G01N 3/08, 2019 год).A device for testing specimens for rupture and compression at high hydrostatic pressures is known. The device contains a sealed container filled with a working fluid, a matrix and a punch installed in it, and a glass located between them with a hole in the bottom for a rupture sample and edges abutting against the matrix, a thrust washer for fastening one of the ends of the rupture sample, which passes through cylindrical specimen for compression with end recesses and a central hole, a holder for fastening the other end of the specimen for rupture and an auxiliary workpiece made with a variable diameter along the length of the working part (Patent RU 2703828, IPC G01N 3/08, 2019).
Однако к недостаткам известного устройства относится невозможность проведения механических испытаний материалов при высоких температурах.However, the disadvantages of the known device include the impossibility of mechanical testing of materials at high temperatures.
Наиболее близким к предлагаемому является установка для механических испытаний материалов в различных средах при высоких температурах и давлениях. Установка содержит рабочую камеру с захватами для образца, механизм нагружения, нагреватель, средства подачи газовой среды и контрольно-измерительную аппаратуру, при этом стенки и фланцы рабочей камеры снабжены рубашкой охлаждения, штанги захватов образца и тоководы нагревателя имеют протоки охлаждения, с внутренней стороны рубашки охлаждения, с внутренней стороны рубашки охлаждения расположена теплоизолирующая конструкция, кроме того, на входе в рабочую камеру газовой среды дополнительно введены подпитывающий расширительный бачок с поршнем и регулятором подачи управляющего газа, а нагреватель выполнен в форме спирали и расположен в рабочей камере таким образом, что образец находится внутри спирали (патент RU 2240531, МПК G01N 3/18, 2004 год)(прототип).Closest to the proposed is a facility for mechanical testing of materials in various environments at high temperatures and pressures. The installation contains a working chamber with sample grippers, a loading mechanism, a heater, means for supplying a gaseous medium and control and measuring equipment, while the walls and flanges of the working chamber are equipped with a cooling jacket, the sample gripping rods and heater current leads have cooling ducts, on the inside of the cooling jacket , a heat-insulating structure is located on the inside of the cooling jacket, in addition, at the inlet to the working chamber of the gas medium, a replenishing expansion tank with a piston and a control gas supply regulator is additionally introduced, and the heater is made in the form of a spiral and is located in the working chamber in such a way that the sample is inside the spiral (patent RU 2240531, IPC G01N 3/18, 2004) (prototype).
Однако недостатком известного устройства является использование в качестве рабочей среды, создающей высокое давление, газа, что вызывает проблемы обеспечения надежного уплотнения движущихся штанг захватов, а также мест ввода контрольно-измерительных приборов и нагревающего проводника. В связи с использованием в качестве рабочей газовой среды, достигаемые в устройстве параметры давления и температуры имеют существенные ограничения.However, a disadvantage of the known device is the use of gas as a working medium that creates a high pressure, which causes problems in ensuring reliable sealing of the moving gripper rods, as well as the entry points of instrumentation and the heating conductor. In connection with the use as a working gas medium, the pressure and temperature parameters achieved in the device have significant limitations.
Таким образом, перед авторами стояла задача разработать конструкцию устройства, обеспечивающую надежность и расширяющую технологические возможности за счет отсутствия ограничений по достижению высоких температур и давлений.Thus, the authors were faced with the task of developing a device design that ensures reliability and expands technological capabilities due to the absence of restrictions on achieving high temperatures and pressures.
Поставленная задача решена в установке для механических испытаний материалов при высоких температурах и высоких давлениях, содержащей контейнер с расположенной в нем рабочей камерой, заполненной рабочей средой, с захватами для образца, механизм нагружения, нагреватель, выполненный в форме спирали и расположенный в рабочей камере таким образом, что образец находится внутри спирали, средства подачи рабочей среды и контрольно-измерительную аппаратуру, в которой что в качестве рабочей среды используют жидкую среду, механизм нагружения выполнен в форме верхнего и нижнего плунжеров, а нагреватель, выполненный в форме спирали с теплоизоляционным покрытием, помещен в керамическую трубку, при этом один из концов спирали соединен с корпусом верхнего захвата, другой размещен в электроизолированном отверстии нижнего захвата и предназначен для периодического взаимодействия с контактами, установленными в нижнем плунжере, средства контрольно-измерительной аппаратуры выполнены в виде термопары, спай которой размещен в полости керамической трубки, а вывод через электроизолированное отверстие верхнего захвата соединен с электрическими контактами верхнего плунжера, причем контакты плунжера выполнены конической формы.The problem was solved in an apparatus for mechanical testing of materials at high temperatures and high pressures, containing a container with a working chamber located in it, filled with a working medium, with grippers for the sample, a loading mechanism, a heater made in the form of a spiral and located in the working chamber in such a way that the sample is inside the spiral, the working medium supply means and instrumentation, in which a liquid medium is used as the working medium, the loading mechanism is made in the form of upper and lower plungers, and the heater, made in the form of a spiral with a heat-insulating coating, is placed into a ceramic tube, while one of the ends of the spiral is connected to the body of the upper grip, the other is placed in an electrically insulated hole in the lower grip and is designed for periodic interaction with the contacts installed in the lower plunger; which is placed in the cavity of the ceramic tube, and the output through the electrically insulated hole of the upper grip is connected to the electrical contacts of the upper plunger, and the plunger contacts are made of a conical shape.
В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известна установка для механических испытаний материалов при высоких температурах и высоких давлениях с использованием в качестве рабочей жидкой среды, оснащенная нагревателем и контрольно-измерительной аппаратурой предлагаемой конструкции.Currently, from the patent and scientific literature is not known installation for mechanical testing of materials at high temperatures and high pressures using as a working liquid medium, equipped with a heater and instrumentation of the proposed design.
Предлагаемая конструкция устройства для механических испытаний материалов при высоких температурах и высоких давлениях позволяет значительно повысить надежность работы устройства, как за счет использования в качестве рабочей жидкую среду, так и за счет многократного использования нагревателя - спирали с теплоизоляционным покрытием, помещенной в керамическую трубку, поскольку при нагружении испытуемого образца спираль, внутри которой помещен образец, не подвергается воздействию напряжений, за счет которых осуществляется пластическое деформирование образца. Кроме того, предлагаемая конструкция значительно расширяет технологические возможности установки, снимающие ограничения по значениям достигаемых температур и давлений, как за счет использования жидкой рабочей среды, так и за счет того, что схема нагрева не влияет на схему нагружения.The proposed design of the device for mechanical testing of materials at high temperatures and high pressures can significantly improve the reliability of the device, both through the use of a liquid medium as a working medium, and through the repeated use of a heater - a spiral with a heat-insulating coating placed in a ceramic tube, since at When the test sample is loaded, the spiral inside which the sample is placed is not subjected to stresses, due to which plastic deformation of the sample is carried out. In addition, the proposed design significantly expands the technological capabilities of the installation, removing restrictions on the values of achieved temperatures and pressures, both through the use of a liquid working medium and due to the fact that the heating scheme does not affect the loading scheme.
На фиг. 1 изображена предлагаемая установка для механических испытаний материалов при высоких температурах и высоких давлениях.In FIG. 1 shows the proposed setup for mechanical testing of materials at high temperatures and high pressures.
Установка включает контейнер (1) с помещенной в нем рабочей камерой (2), в котором с двух противоположных сторон расположены плунжеры (верхний и нижний) (3), плунжеры (3) снабжены набором прокладок (4) для предотвращения вытекания из рабочей камеры (2) контейнера (1) рабочей жидкости. Рабочая камера (2) контейнера (1) заполнена рабочей полиметилсилоксановой жидкостью (ПМС-200 или ПМС-500). На резьбовой конец нижнего плунжера (3) навинчена переходная гайка (5), компенсирующая разницу в длине образцов испытуемого материала (6). Образец (6) соединен с переходной гайкой (5) с помощью нижнего захвата (7), верхний захват (7) соединен с упорной гайкой (8), опирающейся на фланец (9) контейнера (1). Нижний плунжер (3) имеет четыре сквозные конические отверстия, в которых размещены токоподводящие провода (10), заканчивающиеся коническими наконечниками (11), изолированными от нижнего плунжера (3) с помощью изоляционной обмотки.The installation includes a container (1) with a working chamber (2) placed in it, in which plungers (upper and lower) (3) are located on two opposite sides, the plungers (3) are equipped with a set of gaskets (4) to prevent leakage from the working chamber ( 2) container (1) of the working fluid. The working chamber (2) of the container (1) is filled with a working polymethylsiloxane liquid (PMS-200 or PMS-500). A transition nut (5) is screwed onto the threaded end of the lower plunger (3), which compensates for the difference in the length of the test material samples (6). The sample (6) is connected to the adapter nut (5) by means of the lower grip (7), the upper grip (7) is connected to the thrust nut (8) resting on the flange (9) of the container (1). The lower plunger (3) has four through conical holes, in which current-carrying wires (10) are placed, ending with conical tips (11) isolated from the lower plunger (3) by means of an insulating winding.
Конические наконечники (11) соединены с помощью проводников (12) с контактом (13). Контакт (13) соприкасается с контактом (14), находящимся на нижнем конце нижнего захвата (7). Контакт (14) припаян к проводнику (15), изолированному от нижнего захвата (7) с помощью керамической вставки (16), помещенной в высверленное отверстие в нижнем захвате (7). Проводник (15) припаян к спирали (17), например, нихромовой, которая изолирована от образца (6) керамической трубкой (18) и имеет теплоизолирующее покрытие (19), например, из каолиновой ваты. Второй вывод спирали (17) соединен с корпусом верхнего захвата (7), благодаря чему реализуется однопроводная схема нагрева. Между образцом (6) и керамической трубкой (18) помещен спай (20) термопары (21), которая помещена в сквозное отверстие верхнего захвата (7) и изолирована от него с помощью керамической вставки (22). Термопара (21) соединена с коническими наконечниками (23), которые помещены в сквозные конические отверстия (24) верхнего плунжера (3) и изолированы от него обмотками, например, стеклонитью. Конические наконечники (23) соединены с компенсационными проводами (25), размещенными в сквозных отверстиях верхнего плунжера (3) и соединены с измерительным устройством.Conical lugs (11) are connected with conductors (12) to contact (13). The contact (13) is in contact with the contact (14) located at the lower end of the lower grip (7). The contact (14) is soldered to the conductor (15) isolated from the lower grip (7) by means of a ceramic insert (16) placed in a drilled hole in the lower grip (7). The conductor (15) is soldered to the spiral (17), for example, nichrome, which is isolated from the sample (6) by a ceramic tube (18) and has a heat-insulating coating (19), for example, from kaolin wool. The second output of the coil (17) is connected to the body of the upper grip (7), due to which a single-wire heating circuit is realized. A junction (20) of a thermocouple (21) is placed between the sample (6) and the ceramic tube (18), which is placed in the through hole of the upper grip (7) and isolated from it using a ceramic insert (22). The thermocouple (21) is connected to the conical tips (23), which are placed in the through conical holes (24) of the upper plunger (3) and insulated from it with windings, for example, glass thread. The conical tips (23) are connected to compensation wires (25) placed in the through holes of the upper plunger (3) and connected to the measuring device.
Предлагаемая установка для механических испытаний материалов при высоких температурах и высоких давлениях работает следующим образом. Образец (6), выполненный из материала, предназначенного для испытаний, например, на растяжение, с закрепленными на нем спиралью (17) с теплоизолирующим покрытием (19) и изолированной от образца (6) керамической трубкой (18) устанавливают посредством резьбового соединения в верхний и нижний захваты (7), при этом верхний захват (7) соединен с упорной гайкой (8). К образцу (6) подводят спай (20) термопары (21). Далее собранный блок через верхнее отверстие контейнера (1) вкручивают в переходную гайку (5) до соприкосновения контактов (13) и (14). Внутри рабочей камеры (2) создают гидростатическое давление путем сжатия рабочей жидкости плунжерами (3). Затем подают ток на токопроводящие провода (10) и осуществляют нагрев спирали (17) и, следовательно, образца (6) до необходимой температуры. При этом фиксацию и контроль режима нагрева осуществляют при помощи термопары (21). После достижения необходимых параметров давления и температуры осуществляют, например, растяжение образца (6) путем перемещения контейнера (1) вверх до момента разрушения образца (6). Затем разрушенный образец (6) извлекают из контейнера (1) и по параметрам шейки образца (6) и по известной методике (Колмогоров В.Л. "Напряжения, деформации, разрушение", М., Металлургия, 1970 г., с. 239) оценивают пластичность материала при данных термомеханических условиях испытания.The proposed installation for mechanical testing of materials at high temperatures and high pressures operates as follows. A sample (6) made of a material intended for testing, for example, tensile testing, with a spiral (17) fixed on it with a heat-insulating coating (19) and a ceramic tube (18) insulated from the sample (6) is installed by means of a threaded connection in the upper and lower jaws (7), while the upper jaw (7) is connected to the stop nut (8). The junction (20) of the thermocouple (21) is fed to the sample (6). Next, the assembled block is screwed through the upper opening of the container (1) into the adapter nut (5) until the contacts (13) and (14) come into contact. Hydrostatic pressure is created inside the working chamber (2) by compressing the working fluid with plungers (3). Then current is applied to the conductive wires (10) and heating of the spiral (17) and, consequently, the sample (6) to the required temperature is carried out. In this case, the fixation and control of the heating mode is carried out using a thermocouple (21). After reaching the required pressure and temperature parameters, for example, the sample (6) is stretched by moving the container (1) up until the sample (6) breaks. Then the destroyed sample (6) is removed from the container (1) both according to the parameters of the neck of the sample (6) and according to the known method (Kolmogorov V.L. "Stresses, deformations, destruction", M., Metallurgy, 1970, p. 239 ) assess the ductility of the material under the given thermomechanical test conditions.
Таким образом, авторами предлагается установка для механических испытаний материалов при высоких температурах и высоких давлениях, обеспечивающая надежность и расширяющая технологические возможности за счет отсутствия ограничений по достижению высоких температур и давлений.Thus, the authors propose a setup for mechanical testing of materials at high temperatures and high pressures, which ensures reliability and expands technological capabilities due to the absence of restrictions on achieving high temperatures and pressures.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2779048C1 true RU2779048C1 (en) | 2022-08-31 |
Family
ID=
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2808700C1 (en) * | 2023-07-06 | 2023-12-01 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method for testing for gas permeability of samples of materials operating at elevated temperatures and pressure drops |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2240531C1 (en) * | 2003-02-26 | 2004-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр им. М.В. Келдыша" | Device for testing materials in high-temperature and high-pressure fluids |
| CN100541165C (en) * | 2007-08-15 | 2009-09-16 | 北京航空航天大学 | The low temperature elasticity performance test device of compression spring |
| CN108344643A (en) * | 2018-02-02 | 2018-07-31 | 中国矿业大学 | A kind of three-axis force experimental rig and method that can simulate buried Artificial Frozen Soil formation condition |
| RU2703828C1 (en) * | 2019-03-27 | 2019-10-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Method of testing samples for breaking and compression at high hydrostatic pressures |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2240531C1 (en) * | 2003-02-26 | 2004-11-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр им. М.В. Келдыша" | Device for testing materials in high-temperature and high-pressure fluids |
| CN100541165C (en) * | 2007-08-15 | 2009-09-16 | 北京航空航天大学 | The low temperature elasticity performance test device of compression spring |
| CN108344643A (en) * | 2018-02-02 | 2018-07-31 | 中国矿业大学 | A kind of three-axis force experimental rig and method that can simulate buried Artificial Frozen Soil formation condition |
| RU2703828C1 (en) * | 2019-03-27 | 2019-10-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Method of testing samples for breaking and compression at high hydrostatic pressures |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2810652C1 (en) * | 2023-02-16 | 2023-12-28 | Общество с ограниченной ответственностью "НЕОМАШ" | Tension testing machine and its method of operation |
| RU2808700C1 (en) * | 2023-07-06 | 2023-12-01 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method for testing for gas permeability of samples of materials operating at elevated temperatures and pressure drops |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5220824A (en) | High temperature, tube burst test apparatus | |
| SE452659B (en) | CAPACITIVE REFILLING LEVEL METER | |
| RU2779048C1 (en) | Installation for mechanical testing of materials at high temperatures and under high pressures | |
| WO2014087125A1 (en) | Method and apparatus for monitoring gas concentration | |
| US4468613A (en) | Apparatus for detecting corrosion rate | |
| CN112327110A (en) | Wide-temperature-area liquid medium environment test device based on refrigerator conduction cooling | |
| CN109444247B (en) | Transient capillary isotachophoresis-electrospray-mass spectrometry combined device and method | |
| US2375032A (en) | Tensile strength testing apparatus | |
| US3888107A (en) | Differential thermal analysis cell assembly | |
| US3176499A (en) | High temperature testing apparatus | |
| RU198041U1 (en) | Installation for testing a tube sample for thermal fatigue | |
| US2679642A (en) | Liquid level indicator | |
| JP2000241401A (en) | Analyzing device for gas in electrical insulating oil | |
| US4272983A (en) | Apparatus for porosimetric measurements | |
| US3647676A (en) | Method and apparatus for reacting ionized gas with a non-gaseous substance | |
| US3186801A (en) | Pyrolyzer assembly | |
| US3148534A (en) | Apparatus for testing organic liquid film forming characteristics | |
| JPH0394146A (en) | Coaxial microwave diagnostic apparatus | |
| EP0194727A1 (en) | Apparatus for examining the effect of a gaseous medium on a material at high temperatures | |
| US5408184A (en) | Constant-temperature jacket for syringe-type electrolyte conductivity test cells | |
| US3377418A (en) | Small diameter fluid cooled arc-rotating electrode | |
| EP0052834A2 (en) | Mechanical peroxide sensor based on pressure measurement | |
| US4929314A (en) | Coulometric titrator apparatus and method | |
| CN217981139U (en) | Testing device | |
| JPH04235329A (en) | Creep testing method for small test piece |