RU2805310C1 - Gasostatic extruder of gravitational type - Google Patents
Gasostatic extruder of gravitational type Download PDFInfo
- Publication number
- RU2805310C1 RU2805310C1 RU2022121087A RU2022121087A RU2805310C1 RU 2805310 C1 RU2805310 C1 RU 2805310C1 RU 2022121087 A RU2022121087 A RU 2022121087A RU 2022121087 A RU2022121087 A RU 2022121087A RU 2805310 C1 RU2805310 C1 RU 2805310C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- foundation
- platform
- pyramid
- chamber
- rails
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к оборудованию для обработки дискретных или сплошных материалов воздействием высоких давлений и температур.The invention relates to the field of metallurgy, in particular to equipment for processing discrete or solid materials under high pressure and temperature.
Предлагаемое изобретение, в котором станина газостата заменена на платформу с балластом большой массы, является новым техническим решением, не имеющем аналогов в мировой практике. The proposed invention, in which the gasostat frame is replaced by a platform with large ballast, is a new technical solution that has no analogues in world practice.
В современной технике используется пресс-газостат, конструкция которого состоит из станины прямоугольной формы, внутри которой размещается герметичный сосуд (камера), в котором производят обработку деталей методом холодного или горячего изостатического прессования (ГИП), путем создания в нем сверхвысокого давления (вплоть до 5000 атм.) инертного газа или жидкости, приложенного либо непосредственно к обрабатываемому объекту, либо к поверхностям капсулы, наполненной порошком.Modern technology uses a press gasostat, the design of which consists of a rectangular frame, inside of which there is a sealed vessel (chamber), in which parts are processed using the method of cold or hot isostatic pressing (HIP), by creating ultra-high pressure in it (up to 5000 atm.) of an inert gas or liquid applied either directly to the object being processed or to the surfaces of a capsule filled with powder.
Изобретенный в середине 20 века, сначала небольшой по размерам газостат, сегодня уже достиг внушительных габаритов и массы, что позволяет, в самых крупных его версиях, обрабатывать заготовки диаметром до 2 и длиной до 4 метров. Поскольку технический прогресс не стоит на месте, порождая все новые машины-гиганты с большими размерами частей, нуждающихся в газостатической обработке деталей, то закономерно, что это должно привести к увеличению спроса на все более мощные и тяжелые газостаты. Поэтому уже сейчас инженерам-конструкторам необходимо задуматься о проектировании газостата с внутренним диаметром рабочей камеры в 10-12 метров, что неизбежно приведет к резкому увеличению массы станины и всей установки в целом. Действительно, при пятикратном росте размеров аппарата, его масса увеличится в кубе и достигнет стократного значения. И поскольку камера газостата, вместе со станиной, изготавливается из дорогостоящей высокопрочной стали, все это очень сильно увеличит его стоимость, которая может достигнуть сотни миллионов долларов. Вот поэтому очень важно заменить сталь на другой, более дешевый, материал, или придумать иной способ противостоять громадному давлению, давящему на крышки камеры газостата.Invented in the mid-20th century, the gasostat was initially small in size, but today has already reached impressive dimensions and weight, which allows, in its largest versions, to process workpieces with a diameter of up to 2 and a length of up to 4 meters. Since technical progress does not stand still, giving rise to ever new giant machines with large parts that require gasostatic treatment of parts, it is natural that this should lead to an increase in demand for increasingly powerful and heavy gasostats. Therefore, design engineers now need to think about designing a gas cooler with an internal diameter of the working chamber of 10-12 meters, which will inevitably lead to a sharp increase in the mass of the frame and the entire installation as a whole. Indeed, with a fivefold increase in the size of the apparatus, its mass will increase in cube and reach a hundredfold value. And since the gas chamber, together with the frame, is made of expensive high-strength steel, all this will greatly increase its cost, which can reach hundreds of millions of dollars. That is why it is very important to replace the steel with another, cheaper material, or come up with another way to withstand the enormous pressure pressing on the covers of the gas control chamber.
Для этой цели можно применить одну интересную идею, а именно, для противодействия силы, действующей на верхнюю крышку камеры газостата, использовать передвижную платформу с балластом большой массы. При этом для камеры, с внутренним диаметром 12 и давлением 2000 атм., ее величина составит более 2 млн т. Но при разработки газостата, лучше сразу ориентироваться на будущие потребности машиностроения, и, работая на опережение, довести размеры камеры до 30-40 метров, а давление до 3000-5000 атм. Но в этом случае резко возрастет масса балласта, достигнув значений в 20-50 млн т. Таким образом получится не просто сверхтяжелая платформа, а самая настоящая искусственная гора размерами в сотни метров, которая по массе и объему во много раз превзойдет знаменитую пирамиду Хеопса, а ее цена достигнет миллиарды долларов, если для строительства использовать дорогой железобетон.For this purpose, one interesting idea can be applied, namely, to counteract the force acting on the upper cover of the gasostat chamber, use a mobile platform with large mass ballast. At the same time, for a chamber with an internal diameter of 12 and a pressure of 2000 atm, its value will be more than 2 million tons. But when developing a gasostat, it is better to immediately focus on the future needs of mechanical engineering, and, working ahead of the curve, increase the size of the chamber to 30-40 meters , and pressure up to 3000-5000 atm. But in this case, the mass of ballast will increase sharply, reaching values of 20-50 million tons. Thus, you will get not just a super-heavy platform, but a real artificial mountain hundreds of meters in size, which in mass and volume will many times exceed the famous pyramid of Cheops, but its price will reach billions of dollars if expensive reinforced concrete is used for construction.
И что бы как-то снизить ее стоимость, можно в качестве материала, вместо бетона, использовать натуральный камень базальт, добытый в ближайшей каменоломне; но и это будет дорогим вариантом. Поэтому, в идеале, лучше всего построить камеру газостата, при наличии горного массива большой высоты, непосредственно в самой горе, прорубив к ее центру тоннель и создав в его конце полость, наподобие пещеры. Это позволит на порядок уменьшить цену пресса-газостата и снизить себестоимость обработки деталей в нем до разумных пределов. Но все же, не смотря на очевидное преимущество, такое размещение камеры в неподвижной горе, также не лишено своих недостатков, понять которые можно, только оценив достоинства варианта с подвижной платформой.And in order to somehow reduce its cost, you can use natural basalt stone mined in the nearest quarry as a material, instead of concrete; but this will also be an expensive option. Therefore, ideally, it is best to build a gasostat chamber, in the presence of a high-altitude mountain range, directly in the mountain itself, cutting a tunnel to its center and creating a cavity at its end, like a cave. This will reduce the price of the press-gazostat by an order of magnitude and reduce the cost of processing parts in it to reasonable limits. But still, despite the obvious advantage, such placement of the camera in a stationary mountain is also not without its drawbacks, which can only be understood by assessing the advantages of the option with a moving platform.
Но прежде всего необходимо разобраться с какими проблемами придется столкнуться инженерам и какие задачи им придется решать, при разработке такого гигантского искусственного сооружения.But first of all, it is necessary to understand what problems engineers will have to face and what tasks they will have to solve when developing such a gigantic artificial structure.
Для начала нужно определиться с массой грузовой платформы, которая может колебаться от 10 млн т. в минимальном варианте и доходить до 100 млн т. в своем пределе. Можно задать ее значение сразу, а можно поступить по другому: построить базовый вариант массой 10-20 млн.т, а уже потом, в течение нескольких десятилетий, постепенно достраивать грузовую платформу, доводя ее массу до 50, а может даже и до 100 млн т. Такое разнесенное во времени строительство позволит значительно сократить нагрузку на бюджет страны и фантастический проект воплотить в реальность. Правда такой вариант сильно усложнит технологию ее постройки, но все равно может с лихвой себя оправдать.First you need to decide on the weight of the cargo platform, which can range from 10 million tons in the minimum version and reach up to 100 million tons in its limit. You can set its value right away, or you can do it differently: build a basic version weighing 10-20 million tons, and only then, over the course of several decades, gradually build out the cargo platform, bringing its weight to 50, and maybe even 100 million etc. Such construction, spaced over time, will significantly reduce the burden on the country’s budget and turn the fantastic project into reality. True, this option will greatly complicate the technology of its construction, but it can still more than justify itself.
Второй показатель грузовой платформы - это ее форма и пропорции: отношение высоты к ширине, от которых и будет зависеть действующие на нее нагрузки, определяя тем самым ее конструкцию.The second indicator of a cargo platform is its shape and proportions: the ratio of height to width, on which the loads acting on it will depend, thereby determining its design.
Поскольку платформа служит для передачи усилия от всей массы балласта к ее нижнему геометрическому центру, где расположена крышка камеры газостата, то помимо сил сжатия она будет испытывать изгибающие нагрузки, величина которых будет определяться ее формой и пропорциями, которые могут быть уже заданными и иметь форму полушария или куба, или могут быть произвольными, с формой в виде цилиндра, конуса, пирамиды, пропорции которых необходимо задавать при проектировании сооружения. С точки зрения сопромата, минимальные напряжения изгиба в теле платформы будут, если она вытянута в высоту, а ее основание имеет форму круга. Поэтому наилучшей геометрической формой для нее будет удлиненный цилиндр, похуже будет конус, далее идет куб, полушарие, и замыкает список - пирамида, у которой изгибающие нагрузки, при равной массе всех перечисленных тел, будут максимальными.Since the platform serves to transfer force from the entire ballast mass to its lower geometric center, where the cover of the gas chamber is located, then in addition to compression forces it will experience bending loads, the magnitude of which will be determined by its shape and proportions, which may already be given and have the shape of a hemisphere or cube, or can be arbitrary, with a shape in the form of a cylinder, cone, pyramid, the proportions of which must be specified when designing the structure. From the point of view of strength of material, the minimum bending stresses in the body of the platform will be if it is elongated in height and its base is shaped like a circle. Therefore, the best geometric shape for it would be an elongated cylinder, a cone would be worse, then there would be a cube, a hemisphere, and the last of the list would be a pyramid, in which the bending loads, with equal masses of all the listed bodies, will be maximum.
Казалось бы, что форма грузовой платформы в виде цилиндра уже предопределена рациональными причинами и законами механики, но с точки зрения промышленного дизайна, наиболее привлекательной для нее геометрией будет все же пирамида, с пропорциями 1:1, или немного вытянутой по горизонтали. Не случайно ведь великие сооружения древности имели пирамидальную форму Поэтому в качестве основного варианта для грузовой платформы предлагаемого изобретения была выбрана именно четырехугольная пирамида, только не целая, а усеченная, с закругленными углами, общей массой около 20 млн т, объемом 8000000 м3 и размерами основания 300 на 300 метров, при высоте в 200 м, и верхней площадкой со сторонами 100 на 100 метров. Все эти параметры пирамиды справедливы при средней плотности ее материала 2,5 т\м3.It would seem that the shape of the cargo platform in the form of a cylinder is already predetermined by rational reasons and the laws of mechanics, but from the point of view of industrial design, the most attractive geometry for it will still be a pyramid, with proportions of 1:1, or slightly elongated horizontally. It is no coincidence that the great structures of antiquity had a pyramidal shape. Therefore, it was a quadrangular pyramid that was chosen as the main option for the cargo platform of the proposed invention, not a whole one, but a truncated one, with rounded corners, with a total mass of about 20 million tons, a volume of 8,000,000 m 3 and the dimensions of the base 300 by 300 meters, with a height of 200 m, and an upper platform with sides of 100 by 100 meters. All these parameters of the pyramid are valid with an average density of its material of 2.5 t/m 3 .
При этом, из-за наличия изгибающих напряжений в теле платформы-пирамиды, которые плохо переносят каменные материалы, необходимо принимать специальные меры для увеличения ее прочности. Поэтому, при строительстве ее из каменных блоков, выложенных цементным раствором, их необходимо дополнительно соединять шрифтами, и прокладывать между ними стальную арматуру. А в случае использования бетона, вместо арматуры можно использовать волокна из высокопрочных материалов.At the same time, due to the presence of bending stresses in the body of the pyramid platform, which do not tolerate stone materials well, it is necessary to take special measures to increase its strength. Therefore, when building it from stone blocks lined with cement mortar, they must be additionally connected with fonts, and steel reinforcement must be laid between them. And in the case of using concrete, fibers from high-strength materials can be used instead of reinforcement.
Из-за чрезвычайно высокой массы всего сооружения, фундамент, на котором покоится пирамида, должен быть сверхмощным и особопрочным, и, изготовленный из бетона, он получился бы очень дорогим. Поэтому лучшим вариантом строительства грузовой платформы будет ее размещение в месте выхода на поверхность скальных пород, что позволит не только снизить стоимость фундамента, но и уменьшить толщину и массу камеры газостата, поскольку часть нагрузки с ее стенок будет передаваться горным породам.Due to the extremely high mass of the entire structure, the foundation on which the pyramid rests must be heavy-duty and especially strong, and, made of concrete, it would be very expensive. Therefore, the best option for constructing a cargo platform would be to place it at the point where rocks reach the surface, which will not only reduce the cost of the foundation, but also reduce the thickness and weight of the gas chamber, since part of the load from its walls will be transferred to the rocks.
Однако существует вариант, при котором нагрузку на фундамент можно значительно сократить и использовать для его строительства обычные грунты. Для этого его площадь необходимо увеличить в несколько раз, а саму пирамиду постоянно передвигать с места на место по его поверхности, тем самым как бы "размазывая" ее вес на большую площадь, что позволит уменьшить нагрузку на фундамент в целом, сократив, тем самым, его толщину и стоимость.However, there is an option in which the load on the foundation can be significantly reduced and ordinary soils can be used for its construction. To do this, its area must be increased several times, and the pyramid itself must be constantly moved from place to place along its surface, thereby, as it were, “spreading” its weight over a large area, which will reduce the load on the foundation as a whole, thereby reducing its thickness and cost.
И тут возникнет закономерный вопрос: а как же перемещать такую махину? Очевидно, что толкать ее должны колеса с зубчатым или винтовым зацеплением, а для ликвидации трения, под ее днищем необходимо создать воздушную подушку. Для этого пирамиду оснащают мощной компрессорной установкой, и по всему ее периметру, в нижней части, устанавливают экран, который будет выполнять туже функцию, что и гибкое ограждение у судна на воздушной подушке. Конструктивно он будет состоять из отдельных металлических щитов, усиленных ребрами жесткости, способных скользить, как относительно друг друга, так и по поверхности пирамиды, и при этом плотно к ней прилегать. Высота этих щитов будет зависеть от амплитуды прогиба краев пирамиды, которая обратно пропорциональна жесткости ее конструкции. В случае, если бы она была абсолютной, то зазор между поверхностью фундамента и основанием пирамиды, был бы минимальным, и тогда вместо щитов можно было бы ограничиться эластичной прокладкой высотой в несколько сантиметров. На практике же, под действием избыточного давления воздуха, амплитуда прогиба может достигать величины в десятки сантиметров. И это еще не все. Если платформу надвинуть на крышку камеры газостата и сбросить давление воздуха, то края пирамиды, под собственной тяжестью, опять прогнутся, но уже не вверх, а вниз, с амплитудой еще большей, чем раньше. И поэтому, чтобы пирамида всей своей массой опиралась только на крышку, а ее края не касались фундамента, необходимо будет между ее центром и крышкой камеры установить промежуточную стальную плиту, толщиной превышающей величину прогиба. Но на практике это не так просто сделать, как кажется на первый взгляд Поэтому будет лучше, если в конструкции пирамиды предусмотреть установку внутри нее, в ее центре, короткого гидроцилиндра, поршень которого способен двигаться вниз, и после сброса воздуха, переносить вес платформы на крышку камеры газостата, тем самым, заменяя собой промежуточную плиту.And here a logical question arises: how to move such a colossus? Obviously, it must be pushed by wheels with gears or screws, and to eliminate friction, an air cushion must be created under its bottom. To do this, the pyramid is equipped with a powerful compressor unit, and a screen is installed along its entire perimeter, in the lower part, which will perform the same function as the flexible fence of a hovercraft. Structurally, it will consist of separate metal shields, reinforced with stiffening ribs, capable of sliding both relative to each other and along the surface of the pyramid, and at the same time fitting tightly to it. The height of these shields will depend on the amplitude of the deflection of the edges of the pyramid, which is inversely proportional to the rigidity of its structure. If it were absolute, then the gap between the surface of the foundation and the base of the pyramid would be minimal, and then instead of shields it would be possible to limit ourselves to an elastic gasket a few centimeters high. In practice, under the influence of excess air pressure, the amplitude of the deflection can reach tens of centimeters. And that is not all. If the platform is pushed onto the lid of the gas thermostat chamber and the air pressure is released, then the edges of the pyramid, under their own weight, will bend again, but not up, but down, with an amplitude even greater than before. And therefore, in order for the pyramid to rest its entire mass only on the lid, and its edges do not touch the foundation, it will be necessary to install an intermediate steel plate between its center and the chamber lid, with a thickness exceeding the deflection value. But in practice this is not as easy to do as it seems at first glance. Therefore, it would be better if the design of the pyramid included the installation inside it, in its center, of a short hydraulic cylinder, the piston of which is capable of moving downwards, and after releasing the air, transferring the weight of the platform to the lid gasostat chambers, thereby replacing the intermediate plate.
Таким образом, если сложить обе величины прогиба краев пирамиды, то, вероятно, в сумме они превысят один метр, и поэтому, с учетом необходимого запаса, амплитуду перемещения щитов необходимо задать метра в полтора, а их высоту взять еще больше - 4-5 метров.Thus, if you add up both values of the deflection of the edges of the pyramid, then, probably, in total they will exceed one meter, and therefore, taking into account the necessary margin, the amplitude of movement of the shields must be set to one and a half meters, and their height taken even more - 4-5 meters .
В дополнение к воздушному ограждению пирамида должна иметь еще мощную компрессорную установку, способную под высоким давлением в 22 атм. заканчивать воздух под ее днище. Если задать высоту висения платформы (зазор между щитами и фундаментом) в 1 мм, то подводимая мощность к компрессорам должна составлять 1240 МВт. В качестве их привода, вместо электрических, лучше взять газотурбинные двигатели (ГТД), с прямым приводом на вентиляторы, что позволит избежать двойного преобразования энергии и неизбежных при этом потерь. А разместить компрессоры с ГТД лучше всего в нижней части пирамиды, равномерно распределив их по всему ее периметру, и предусмотрев воздуховоды под ее днище.In addition to the air fence, the pyramid must also have a powerful compressor unit capable of high pressure of 22 atm. end the air under its bottom. If we set the hanging height of the platform (the gap between the panels and the foundation) to 1 mm, then the power supplied to the compressors should be 1240 MW. To drive them, instead of electric ones, it is better to use gas turbine engines (GTE), with direct drive to the fans, which will avoid double conversion of energy and the inevitable losses. And it is best to place compressors with gas turbine engines in the lower part of the pyramid, evenly distributing them along its entire perimeter, and providing air ducts under its bottom.
А рядом с платформой-пирамидой, по ее бокам, на одном уровне с фундаментом, должны быть проложены широкие стальные рельсы с продольными пазами-зубьями, если в качестве движителя выбрано колесо-шестеренка, или с винтовой резьбой, если в качестве движителя выбран шнекороторный его тип, имеющий большую площадь зацепления и значит способный развивать большее усилие, чем зубчатое колесо, и поэтому быстрее разгоняющий грузовую платформу.And next to the pyramid platform, on its sides, at the same level with the foundation, wide steel rails should be laid with longitudinal grooves-teeth, if a gear wheel is selected as the propulsion device, or with a screw thread, if a screw-rotor is selected as the propulsion device. a type that has a large meshing area and therefore is capable of developing more force than a gear wheel, and therefore accelerates the loading platform faster.
В отличие от классического газостата, имеющего всего одну камеру высокого давления (ВД), рассчитанную на заданные значения давления и температуры, в предлагаемой установке гравитационного типа, будет несколько камер различного назначения (с разным диаметром и давлением), что значительно расширит область ее применение.Unlike a classic gasostat, which has only one high-pressure chamber (HP), designed for specified values of pressure and temperature, in the proposed gravity-type installation there will be several chambers for various purposes (with different diameters and pressures), which will significantly expand the scope of its application.
По своему расположению камеры ВД могут быть полностью независимые, разнесенные на расстояние в десятки и сотни метров, и зависимые, вставленные друг в друга, подобно матрешке, но с плотным расположением. Есть еще и промежуточный, полузависимый вариант, когда одна камера вставлена в другую, но при этом между ними имеется технологический зазор.According to their location, the VD cameras can be completely independent, spaced at a distance of tens and hundreds of meters, or dependent, inserted into each other, like a nesting doll, but with a dense arrangement. There is also an intermediate, semi-dependent option, when one chamber is inserted into another, but there is a technological gap between them.
Из всех вариантов самый интересный будет второй, с зависимым расположением камер, идея которого заключается в использовании стенок предыдущей, большей по размерам, камеры для противодействия давления в следующей, меньшей по размерам, камере, что позволит уменьшить толщину стенок последней, и сэкономить на материале из которого она сделана. Но на практике воплощение этой идеи столкнется с рядом трудностей, о которых будет сказано ниже.Of all the options, the most interesting will be the second one, with a dependent arrangement of chambers, the idea of which is to use the walls of the previous, larger chamber to counteract the pressure in the next, smaller chamber, which will reduce the thickness of the walls of the latter and save on material from which it was made. But in practice, the implementation of this idea will encounter a number of difficulties, which will be discussed below.
Воплотить эту идею можно двумя способами.There are two ways to implement this idea.
Пусть имеется камера ВД с максимально большим внутренним диаметром, и ставится задача на ее основе создать другую, с меньшим диаметром, но с большим давлением. Если просто увеличивать толщину стенок камеры, то окажется, что прирост давления в ней будет значительно опережать сокращение горизонтальной площади камеры, что в итоге создаст усилие на ее крышку, превышающее вес платформы с балластом. (Тут надо добавить, что процесс увеличения давления на крышку камеры будет происходить нелинейно, и достигнув максимума, начнет падать, пока не сравняется с исходным значением). Понятно, что такой способ, из-за ограниченной массы противовеса-пирамиды, не годится для создания увеличенного давления в камере, и поэтому для практических целей не пригоден. Правильнее все же сказать, что он ограниченно годен, при условии, что давление в камере будет несколько меньше расчетного. Но тогда материал, из которого изготовлена камера, будет не до конца нагружен, т.е. его прочностные свойства не будут полностью использованы, что приведет к снижению рентабельности описанного способа.Let there be a high pressure chamber with the largest possible internal diameter, and the task is to create another one on its basis, with a smaller diameter, but with higher pressure. If you simply increase the thickness of the chamber walls, it turns out that the increase in pressure in it will significantly outpace the reduction in the horizontal area of the chamber, which will ultimately create a force on its lid that exceeds the weight of the platform with ballast. (Here it should be added that the process of increasing pressure on the chamber cover will occur nonlinearly, and having reached a maximum, it will begin to fall until it is equal to the initial value). It is clear that this method, due to the limited mass of the counterweight-pyramid, is not suitable for creating increased pressure in the chamber, and therefore is not suitable for practical purposes. It would be more correct to say that it is of limited use, provided that the pressure in the chamber is somewhat less than the calculated one. But then the material from which the chamber is made will not be fully loaded, i.e. its strength properties will not be fully used, which will lead to a decrease in the profitability of the described method.
А по второму способу внутрь большей камеры помещается другая камера, меньшего диаметра, с тонкими стенками, не способными противостоять расчетному давлению, и между ними размещается промежуточный слой материала в форме кольца, но не целого, а разделенного на несколько фрагментов, и работающего исключительно на сжатие. В этом случае давление в малой камере будет расти обратно пропорционально ее диаметру, а горизонтальная площадь будет уменьшаться в квадратичной зависимости, и поэтому усилие на крышку камеры будет линейно падать, что приведет к не полному использованию массы балласта. Как не трудно заметить: вышеописанный (второй) способ, по своему результату, противоположен первому. Из этого следует вывод, что должен существовать некий промежуточный вариант, при котором, изменение параметров камеры (давления и размеров), не привело бы к колебанию массы балласта грузовой платформы в ту или иную сторону. Очевидно, что этот промежуточный вариант аналогичен первому, только материал малой камеры необходимо заменить на другой, с худшими характеристиками, но более дешевый и, желательно, более легкий, и тогда он полностью себя оправдает.And according to the second method, another chamber of smaller diameter is placed inside the larger chamber, with thin walls that are not able to withstand the design pressure, and between them an intermediate layer of material is placed in the shape of a ring, but not a whole one, but divided into several fragments, and working exclusively for compression . In this case, the pressure in the small chamber will increase in inverse proportion to its diameter, and the horizontal area will decrease quadratically, and therefore the force on the chamber cover will decrease linearly, which will lead to incomplete use of the ballast mass. It is not difficult to notice: the above (second) method, in its result, is the opposite of the first. It follows from this that there must be some intermediate option in which changing the chamber parameters (pressure and dimensions) would not lead to fluctuations in the mass of the ballast of the loading platform in one direction or another. Obviously, this intermediate option is similar to the first, only the material of the small chamber must be replaced with another one with worse characteristics, but cheaper and, preferably, lighter, and then it will fully justify itself.
Конструкция составной камеры любого из вариантов (зависимого и полузависимого), в порядке уменьшения их размеров, будет выглядеть так.The design of a composite chamber of any of the options (dependent and semi-dependent), in order of decreasing size, will look like this.
Вначале внутри фундамента изготавливают первичную цилиндрическую камеру из железобетона, на дно которой помещают круглую платформу, выполняющей функцию поршня, которая способна, под давлением воды или воздуха, подниматься вверх до самого края (на уровне с фундаментом). И после того как она поднимется на нее необходимо будет надвинуть (вместе с нижней крышкой) первую и самую большую камеру, имеющую форму полого стального цилиндра с наружным\внутренним диаметром 74 на 70 м (из расчета внутренних напряжений - 100 кгс\мм2), высотой до 100 м, рассчитанной на давление 500 атм. и предназначенной для испытания мини-подлодок с глубиной погружения 3-4 км. После этого поршень-платформа, вместе с камерой, опустится на дно бетонного цилиндра, где и останется до конца срока службы.First, a primary cylindrical chamber of reinforced concrete is made inside the foundation, at the bottom of which a round platform is placed, which acts as a piston, which is capable, under water or air pressure, of rising up to the very edge (at the level with the foundation). And after it rises onto it, it will be necessary to slide (together with the bottom cover) the first and largest chamber, which has the shape of a hollow steel cylinder with an outer/inner diameter of 74 by 70 m (based on internal stresses - 100 kgf/mm 2 ), up to 100 m high, designed for a pressure of 500 atm. and intended for testing mini-submarines with a diving depth of 3-4 km. After this, the piston-platform, together with the chamber, will sink to the bottom of the concrete cylinder, where it will remain until the end of its service life.
Кроме мини-подлодок для исследования мирового океана, в частности, Марианской впадины, широко применяются глубоководные батискафы с глубиной погружения до 11 км. Они имеют меньшие габариты и поэтому для них вполне подойдет стальная камера с наружным/внутренним диаметром - 46 на 40 м для полузависимого варианта, или 70 на 40 для зависимого варианта, высотой до 100 м, рассчитанная на давление 1500 атм. Устанавливают ее точно также как и первую камеру: с использованием поршня-платформы, но только меньшего диаметраIn addition to mini-submarines for exploring the world's oceans, in particular the Mariana Trench, deep-sea bathyscaphes with diving depths of up to 11 km are widely used. They have smaller dimensions and therefore a steel chamber with an outer/inner diameter of 46 by 40 m for the semi-independent version, or 70 by 40 for the dependent version, with a height of up to 100 m, designed for a pressure of 1500 atm, is quite suitable for them. They install it in the same way as the first chamber: using a platform piston, but only with a smaller diameter
Эту же камеру можно было бы приспособить для обработки деталей с высоким давлением и температурой, как это принято делать в газостатах. Но из-за недостаточного давления в 1500 атм. придется для этих целей предусмотреть установку 3 по счету камеры с наружным/внутренним диаметром 36 на 28 м (для полузависимого варианта), рассчитанную на давление газа в 3000 атм.The same chamber could be adapted for processing parts with high pressure and temperature, as is usually done in gasostats. But due to insufficient pressure of 1500 atm. For these purposes, it will be necessary to provide for the installation of 3 chambers with an outer/inner diameter of 36 by 28 m (for the semi-independent version), designed for a gas pressure of 3000 atm.
Из-за большого внутреннего диаметра она хорошо подходит для обработки гигантских по размеру заготовок, что на практике будет происходить достаточно редко. А для обработки средних по размеру заготовок такую большую камеру использовать не целесообразно, поскольку в этом случае придется затрачивать много лишней энергии на сжатие и нагрев газа. Вот поэтому, специально для этого случая, придется предусмотреть установку уже 4 по счету камеры высотой 20-30 м с внутренним диаметром 10 м и наружным 13 м (для полузависимого варианта), если давление в ней не будет превышать 3000 атм. Но для специальных технологических операций может потребоваться гораздо большее давление, чем может дать обычный газостат. Поэтому лучше сразу сделать наружный диаметр камеры максимально возможным - 28 м с давлением в 15-18 тысяч атм.Due to its large internal diameter, it is well suited for processing gigantic workpieces, which in practice will happen quite rarely. But for processing medium-sized workpieces, it is not advisable to use such a large chamber, since in this case a lot of extra energy will have to be spent on compressing and heating the gas. That is why, especially for this case, it will be necessary to provide for the installation of 4 chambers with a height of 20-30 m with an internal diameter of 10 m and an external diameter of 13 m (for the semi-independent version), if the pressure in it does not exceed 3000 atm. But special technological operations may require much higher pressure than a conventional gas stat can provide. Therefore, it is better to immediately make the outer diameter of the chamber as large as possible - 28 m with a pressure of 15-18 thousand atm.
В конечном итоге гравитационный газостат, с передвижной платформой-пирамидой, будет выглядеть так.Ultimately, a gravitational gas stat, with a mobile pyramid platform, will look like this.
На фундаменте, в виде мощной бетонной или каменной полосы, шириной 320 м и длиной 1,5-2 км будет располагаться собственно пирамида, а на одном уровне с фундаментом, по центру полосы - несколько камер ВД с интервалом примерно в 200-250 м. Возле каждой из них должно находиться сопутствующие оборудование, необходимое для их функционирования. Например, камеры газостата должны иметь емкость с запасом инертного газа, компрессоры ВД и нагревательное оборудование. А для переноса деталей и заготовок, а также тяжелых верхних крышек камер, на площадке должен находиться мощный мостовой кран. Для передвижения платформы-пирамиды по краям полосы, по всей ее длине, должны быть смонтированы стальные зубчатые рельсы.On the foundation, in the form of a powerful concrete or stone strip, 320 m wide and 1.5-2 km long, the pyramid itself will be located, and at the same level with the foundation, in the center of the strip, there will be several VD cameras with an interval of approximately 200-250 m. Near each of them there should be accompanying equipment necessary for their operation. For example, gasostatic chambers must have a container with a reserve of inert gas, high pressure compressors and heating equipment. And to transport parts and workpieces, as well as heavy top chamber covers, a powerful overhead crane must be on site. To move the pyramid platform along the edges of the strip, along its entire length, steel toothed rails must be mounted.
А работать сверхмощная гравитационная установка, на примере газовой камеры, будет так.And a super-powerful gravitational installation, using the example of a gas chamber, will work like this.
После загрузки заготовки в одну из камер газостата и ее герметизации, на платформе-пирамиде включат компрессор, и она перейдет в режим висения на воздушной подушке. Далее пирамида начнет передвигаться на нужную камеру, пока их центры не совпадут. После этого она остановится, выключит компрессор, перенеся свой вес на крышку камеры газостата. После этого в нее, под высоким давлением и температурой, закачают инертный газ и заготовка будет подвергнута горячему прессованию в соответствии с техническим регламентом. После окончания процесса обработки порядок действий будет происходить в обратной последовательности.After loading the workpiece into one of the chambers of the gas thermostat and sealing it, the compressor on the pyramid platform will be turned on, and it will go into hover mode. Next, the pyramid will begin to move to the desired camera until their centers coincide. After this, it will stop, turn off the compressor, transferring its weight to the cover of the gas control chamber. After that, inert gas will be pumped into it under high pressure and temperature and the workpiece will be subjected to hot pressing in accordance with technical regulations. After the processing process is completed, the order of actions will occur in reverse order.
Техническим результатом изобретения является:The technical result of the invention is:
1) Возможность использования для других целей, не связанных с технологией ГИП, в частности для испытания корпуса атомной субмарины на прочность в одной из камер ВД.1) Possibility of use for other purposes not related to HIP technology, in particular for testing the hull of a nuclear submarine for strength in one of the high pressure chambers.
2) Возможность обрабатывать заготовки очень больших размеров в камерах, высота (глубина) которых может быть практически любой, а диаметр доходить до размеров грузовой платформы-пирамиды.2) The ability to process very large workpieces in chambers, the height (depth) of which can be almost any, and the diameter can reach the size of a pyramid loading platform.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2805310C1 true RU2805310C1 (en) | 2023-10-13 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2026018A1 (en) * | 1968-12-12 | 1970-09-11 | Crucible Inc | |
| SU402185A3 (en) * | 1968-10-24 | 1973-10-12 | ||
| SU420156A3 (en) * | 1971-03-15 | 1974-03-15 | Иностранцы Пауль Юхансон, Торстен Ланда , Ганс Ларкер | DEVICE FOR HOT ISOSTATIC PRESSING POWDERS |
| RU2402408C1 (en) * | 2009-02-05 | 2010-10-27 | Открытое акционерное общество Акционерная холдинговая компания "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения имени академика Целикова" (ОАО АХК "ВНИИМЕТМАШ") | Gasostatic extruder |
| RU2429105C1 (en) * | 2010-02-10 | 2011-09-20 | Открытое акционерное общество Акционерная холдинговая компания "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения имени академика Целикова" (ОАО АХК "ВНИИМЕТМАШ") | Gas-static extruder |
| DE102007023699B4 (en) * | 2007-05-22 | 2020-03-26 | Cremer Thermoprozeßanlagen-GmbH | Hot isostatic press and method for rapid cooling of a hot isostatic press |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU402185A3 (en) * | 1968-10-24 | 1973-10-12 | ||
| FR2026018A1 (en) * | 1968-12-12 | 1970-09-11 | Crucible Inc | |
| SU420156A3 (en) * | 1971-03-15 | 1974-03-15 | Иностранцы Пауль Юхансон, Торстен Ланда , Ганс Ларкер | DEVICE FOR HOT ISOSTATIC PRESSING POWDERS |
| DE102007023699B4 (en) * | 2007-05-22 | 2020-03-26 | Cremer Thermoprozeßanlagen-GmbH | Hot isostatic press and method for rapid cooling of a hot isostatic press |
| RU2402408C1 (en) * | 2009-02-05 | 2010-10-27 | Открытое акционерное общество Акционерная холдинговая компания "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения имени академика Целикова" (ОАО АХК "ВНИИМЕТМАШ") | Gasostatic extruder |
| RU2429105C1 (en) * | 2010-02-10 | 2011-09-20 | Открытое акционерное общество Акционерная холдинговая компания "Всероссийский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт металлургического машиностроения имени академика Целикова" (ОАО АХК "ВНИИМЕТМАШ") | Gas-static extruder |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Heukamp et al. | Poroplastic properties of calcium-leached cement-based materials | |
| CN101285808B (en) | High crustal stress genuine three-dimensional load model trial system | |
| CN101514977B (en) | Three-dimensionally loaded guide frame device for underground project model test | |
| CN102297929A (en) | Tectonic coal pressure relief and outburst simulation experiment device | |
| CN102914632A (en) | Multifunctional geotechnical model test chamber | |
| RU2805310C1 (en) | Gasostatic extruder of gravitational type | |
| CN101718094A (en) | Construction method for retaining and protecting foundation pit of building with basemen | |
| CN112682077B (en) | Mining anti-impact three-column parallel type active roof-connecting retractable pier column structure, supporting system and construction method | |
| Wu et al. | Design and application of hydro-mechanical coupling test system for simulating rock masses in high dam reservoir operations | |
| CN105044311A (en) | Device and method for inducing zonal disintegration of surrounding rock mass by simulating roadway excavation | |
| Simanjuntak et al. | Mechanical-hydraulic interaction in the lining cracking process of pressure tunnels | |
| CN102252957A (en) | Experimental measurement device and method of solid-liquid conversion parameters of decompressed coal | |
| CN101629872B (en) | Side hydraulic loading system for simulation test bed | |
| Verient et al. | Investigations on telescope yielding elements with porous filling | |
| Aksenov et al. | Evaluation of reinforced concrete cylindrical reservoirs with single-layered walls | |
| CN110439289A (en) | Large span converts the external tensioning of steel truss and preloads construction method | |
| Wu et al. | Meso-mechanical model of concrete under a penetration load | |
| CN109827842A (en) | A kind of waste filling pushes tamping chamber and waste filling pushes tamping method | |
| CN106759294B (en) | The composite pile that deposited reinforced concrete pile is combined with inflation prestressed steel pipe | |
| Liu et al. | Experimental study on the mechanical and permeability properties of lining concrete under different complex stress paths | |
| Pi et al. | Innovative loading system for applying internal pressure to a test model of pre-stressed concrete lining in pressure tunnels | |
| CN214669045U (en) | Rock slope excavation model test device under multi-field coupling effect | |
| Uge et al. | Experimental study on load sharing characteristics of long-short CFG pile composite foundation adjacent to rigid retaining wall rotating about its base | |
| Park | Prediction of void closure in steel slabs by finite element analysis | |
| Stepanov et al. | Geotechnical monitoring results of 22-storey buildings on combined strip pile foundations with prestressed soil bases |