SU974221A1

SU974221A1 - Device for determination of material buoyancy

Info

Publication number: SU974221A1
Application number: SU772529261A
Authority: SU
Inventors: Эдуард Леонидович Шлисс; Владимир Иванович Карев
Priority date: 1977-09-12
Filing date: 1977-09-12
Publication date: 1982-11-15

Description

Изобретение относитс к измери. тельной технике, а именно к устройствам дл определени плавучести материалов или изделий, напримерпёнопластов при переменном гидростатическом давлении.This invention relates to measurement. equipment, namely, devices for determining the buoyancy of materials or products, such as foam films with variable hydrostatic pressure.

Известно устройство, содержащее наполн емую водой гидрокамеру, в которой размещают исследуемый материал (или изделие) и измерительный прибор с указателем, служащий дл определени его плавучести.A device is known that contains a water-filled hydrochamber, in which the material (or article) to be tested is placed and a measuring instrument with a pointer, used to determine its buoyancy.

В качестве измерительных приборов используетс либо прокалитрован-. на пружина с грузом, подвешиваема к Верхней стенке (крышке) гидрокамеры , либо недеформируема; плавучесть , св занна с тарировочными .цеп ми.The measuring devices used are either calcined. spring loaded, suspendable to the upper wall (lid) of the hydraulic chamber, or non-deformable; buoyancy associated with calibration chains.

Дл создани в гидрокамере должного давлени примен ютс присоединенные к ней промежуточный резервуар с водой, баллон с газом или воздухом и гидравлический насос 1.To create a proper pressure in the hydraulic chamber, an intermediate tank with water, a gas or air cylinder, and a hydraulic pump 1 are used attached to it.

Характерной особенностью и недостатком работы устройства вл етс линейное равенство между величиной рабочего участка шкалы измерений и величиной вертикального перемедени исследуемых образцов, чтоA characteristic feature and lack of operation of the device is the linear equality between the size of the working section of the measurement scale and the value of the vertical sweep of the test samples, which

приводит к громоздкости этих устройств и низкой точности измерений. Наиболее близким по технической сущности к изобретению вл етс устройство дл определени плавучести материалов при гидростатических нагрузках , содержащее снабженную герметичной крышкой и соединенную через гидрокомпенсатор с баллоном со сжа10 тым газом гидрокамеру, в которой установлен проницаемый дл жидкости и газа контейнер дл исследуемого образца , соединенный с сильфоном из мерительного прибора, который снабжен с указателем величины плавучести 2. Известное устройство имеет следующие недостатки: невозможность определени при помощи одного устройства в единых услови х характеристик leads to the bulkiness of these devices and low measurement accuracy. The closest to the technical essence of the invention is a device for determining the buoyancy of materials under hydrostatic loads, comprising a hydrochamber equipped with a pressure-tight lid and connected through a hydrocompensator with a compressed gas cylinder, in which a liquid and gas permeable sample container is installed, connected to a bellows from the measuring device, which is equipped with a buoyancy indicator 2. The known device has the following disadvantages: the inability to determine using one device in the same conditions

20 плавучести одновременно у нескольких образцов приводит к необходимости многократных повторений экспериментов с целью получени достоверного результата измерений; незащи25 щенность главного элемента измерительного ирибора-сильфона от возможных повреждений при подготовке устройства к эксплуатации и при проведении профилактических работ, а так30 же наличие на нем отверсти с пробкой дл удалени воздуха из его полости при заливке рабочей жидкости уменьшают надежность измерительного прибора и снижают удобства при его эксплуатации; наличие пр мого контакта между водой и воздухом, создающим давление в гидрокомпенсаторе , приводит к насьицению воды и рабочей жидкости- растворенными газами что влечет за собой увеличение коррозии деталей устройства и увеличение погрешности за счет скапливани в полости сильфона газовых пузырько выдел ющихс из рабочей жидкости пр декомпрессии; сложность удалени во духа из под крышки гидрокамеры при подготовке устройства к работе, наличие присоса, преп тствующего ее сн тию по завершению эксперимента; возможность получени погрешности п измерени х и последующей обработке полученных результатов за счет плавучести (отрицательной или положительной ) самого контейнера дл размещени испытуемого образца. Целью изобретени вл етс сокра щение времени на достовер ных результатов измерений, улучше-. ние эффективности работы устройства повышение надежности и долговечности измерительного прибора, а также повышение точности определени плавучести материалов. Поставленна цель достигаетс те что в устройстве дл определени плавучести материалов при гидростатических нагрузках, содержащем соединенную через гидрокомпенсатор с баллоном заполненным сжатым газом, герметичную гидрокамеру, в которой установлен проницаемый дл жидкости и газа контейнер дл исследуемого образца, взаимодействующий с сильфо ном измерительного прибора, снабженного указателем величины плавучести , сильфон размещен в стакане и образует с его стенками герметичную полость, гидравлически сообщающуюс с указателем величины плавучести а гидрокомпенсатрр снабжен гибкой раз делительной диафрагмой. Устройство оборудовано несколькими гидрокамерами, взаимодействующими посредством гидрокомпенсаторов с единой системой регулировани дав лени , разобщающими и выпускными вентил ми, обеспечивакнцими независи кий, по отношению друг к другу, ввод гидрокамер в работу и вывод из эксплуатации, причем кажда гидрокамера оборудована контрольным мано метром, гидрокомпенсатором и измерительным прибором, исполненным в виде сильфона, герметично установленного в цилиндрическом стакане, |так, что между ними образуетс замкнута полость с рабочей жидкостью , при этом имеет два отверсти , одно из них расположено в верхней стенке и закхжгваетс пробкой, а другое сообщает замкнутую полость с прозрачной трубкой указател величины плавучести исследуемого образца , размещаемого в контейнере, обладающем нейтральной (нулевой) гшавучестью, св занном с сильфоном. Гибка разделительна диафрагма, разобщает газовую и гидросреды, а гидрокомпенсатор расположен ниже уровн размещени гидрокамеры. Кроме того, с целью улучшени условий эксплуатации, крышка гидрокамеры оборудована краном с расширительной воронкой, сообщающими полость гидрокамеры с атмосферой, а герметизаци кр лшки с гидрокамерой обеспечиваетс центральным упором, взаимодействующим со съемным коромыслом, фиксируекым на гидрокамере посредством закладных цилиндрических пальцев. При этом, с целью упрощени конст- . рукции, контейнер дл размещени исследуемого образца выполнен из эластичного мелко чеистого материала, например синтетического, свободно проницаемого дл газа, и воды. На чертеже изображено устройство дл определени плавучести материалов , общий вид на котором гидрокамера представлена в разрезе и даны частичные вырезы стенок измерительного прибора, контейнера дл размещени исследуемого образца и гидрокомпенсатора дл лучшего показа конструкции. Устройство дл определени плавучести материалов при гидростатических нагрузках содержит несколько гидрокамер 1, взаимодействующих, посредством гидрокомпенсаторов 2, с единой системой регулировани давлени , состо щей из баллона со сжатым воздухом 3, редукционного клапана 4 с манометрами и коллектора 5. Баллон и коллектор оборудованы вентил ми: запорными б и выпускным 7 соответственно . Кажда гидрокамера 1 оснащена контрольным манометром 8, а внутри ее находитс контейнер 9 и исследуe ым образцом 10 { например вспененными гранулами полистр1рола) , св занный с измерительным приёором. Контейнер 9 выполнен из эластичного мелко чеистого материала, например синтетического, свободно проницаемого дл воды и газа и обладает нейтральной (нулевой) плавучестью. Измерительный прибор состоит из сильфопа 11, герметично установленного в цилиндрическом стакане 12так ,что между ними образуетс замкнута полость, заполн ема рабочей жидкостью 13, не смешивающейс с водой, при этом стакан имеет два отверсти , одно из них расположено в верхней стенке и закрываетс пробкой 14, а другое сообщает замкнутую полость с прозрачной трубкой указател величины плавучести 15, свободный конец которой св зан с полостью гидрокамеры 1. Рабоча «кидкость. 13; заполн ет не только замкнуту о полость измерительного прибора, но и соединительную трубку 16, и частично , прозрачную трубку указател величины плавучести 15. Плавучесть исследуемого образца определ етс по шкале измерений 17, Гидрокомпенсатор 2 оборудован подвижной диафрагмой 18, разобщающей газовую и гидросреды,сообщаетс с системой регулировани давлени при помощи разобщающего вентил 19 и имеет вентиль 20 дл выпуска воздуха в атмосферу. Крышка 21, герметизирующа гидрокамеру 1, оборудована краном 22 с расширительной воронкой 23, сообщающими полость гидрокамеры 1 с атмосферой. Герметизаци крышки 21 с гидрокамерой 1 обеспечиваетс центральным упором 24, взаимодействующим со съемным коромыслом 25, фикcиpye ьIM на гидрокамере 1 посредством закладных цилиндрических пальцев 26.20 buoyancy simultaneously in several samples leads to the need for multiple repetitions of experiments in order to obtain a reliable measurement result; the absence of protection of the main element of the measuring bellows and bellows from possible damages during preparation of the device for operation and during maintenance work, as well as the presence of a hole in it with a stopper to remove air from its cavity when filling the working fluid, reduce the reliability of the measuring device and reduce its convenience exploitation; the presence of direct contact between water and air, creating pressure in the hydraulic compensator, leads to the penetration of water and working liquid by dissolved gases, which entails an increase in corrosion of the device components and an increase in error due to accumulation of gas bubbles released from the working fluid during decompression ; the difficulty of removal in the air from under the cover of the hydraulic chamber when preparing the device for operation, the presence of a suction cup preventing it from being removed upon completion of the experiment; the possibility of obtaining errors of measurement and subsequent processing of the obtained results due to the buoyancy (negative or positive) of the container itself to accommodate the test sample. The aim of the invention is to reduce the time by reliable measurement results, to improve. improving the efficiency of the device, improving the reliability and durability of the measuring device, as well as improving the accuracy of determining the buoyancy of materials. The goal is achieved by the fact that in a device for determining the buoyancy of materials under hydrostatic loads, a hydraulic container connected to a compressed gas filled with a balloon filled with a pressure-sensitive hydraulic chamber is installed in which the sample to be studied is permeable to the sample and interacts with a measuring device sylphon equipped with an indicator the buoyancy values, the bellows is placed in the glass and forms with its walls an airtight cavity hydraulically communicating with the indicator Ichin gidrokompensatrr buoyancy and is equipped with a flexible diaphragm separating again. The device is equipped with several hydrochambers that interact through hydraulic compensators with a single pressure control system, disconnecting and exhaust valves, ensuring that each hydrocamera is commissioned and decommissioned independently of each other, and each control chamber is equipped with a control manometer, hydraulic compensator and measuring device, made in the form of a bellows, hermetically installed in a cylindrical glass, | so that between them forms a closed cavity with a working it has two holes, one of which is located in the upper wall and closes the stopper, and the other reports a closed cavity with a transparent tube indicating the buoyancy value of the sample being placed in a container with neutral (zero) compression associated with the bellows. The flexible diaphragm is flexible, separates the gas and hydroenvironment, and the hydraulic compensator is located below the level of the hydrochamber. In addition, in order to improve the operating conditions, the cover of the hydraulic chamber is equipped with a valve with an expansion funnel that communicates the cavity of the hydraulic chamber with the atmosphere, and the sealing of the lid with the hydraulic chamber is provided with a central stop that interacts with the removable rocker fixed on the hydraulic chamber with fixed cylindrical fingers. In this case, in order to simplify construc- For example, the container for placing the sample under study is made of flexible, finely cellular material, for example synthetic, freely permeable to gas, and water. The drawing shows a device for determining the buoyancy of materials, a general view of which the hydrochamber is shown in section and partial cut-outs of the walls of the measuring device, container for placing the sample under study and hydro-compensator are shown to better show the design. A device for determining the buoyancy of materials under hydrostatic loads contains several hydraulic chambers 1 interacting, through hydro-compensators 2, with a single pressure control system consisting of a can of compressed air 3, a pressure reducing valve 4 with pressure gauges and a collector 5. The cylinder and the collector are equipped with valves: Shut-off and exhaust 7 respectively. Each hydraulic chamber 1 is equipped with a control manometer 8, and inside it there is a container 9 and the test sample 10 (for example, polystyrene foam beads) associated with the measuring receiver. The container 9 is made of flexible, finely cellular material, for example synthetic, freely permeable to water and gas and has neutral (zero) buoyancy. The measuring device consists of sylphs 11, hermetically installed in a cylindrical glass 12 such that a closed cavity forms between them, filled with working fluid 13 that is not miscible with water, the glass having two holes, one of which is located in the upper wall and is closed with a stopper 14 and another reports a closed cavity with a transparent tube of buoyancy value indicator 15, the free end of which is connected to the cavity of the hydraulic chamber 1. Working fluid. 13; It fills not only the measuring device cavity, but also the connecting tube 16, and partially a transparent tube of buoyancy indicator 15. The buoyancy of the sample under study is determined on the scale of measurements 17, the compensator 2 is equipped with a mobile diaphragm 18, which separates the gas and hydro environment, communicates with a pressure control system by means of a shut-off valve 19 and has a valve 20 for discharging air into the atmosphere. The cover 21, sealing the hydro chambers 1, is equipped with a tap 22 with an expansion funnel 23 communicating the cavity of the hydro chamber 1 with the atmosphere. The sealing of the cover 21 with the hydrocamera 1 is provided with a central stop 24, which interacts with a removable rocker 25, fixed on the hydrocamera 1 by means of fixed cylindrical fingers 26.

Иccлeдye ый материал (или изделив ) помещают в контейнер 9, присоедин ют последний к измерительному прибору, дополн ют гидрокамеру 1 водой до краев, устанавливаиот крышку 2 с открытым краном 22 и прижимают ее к гидрокамере при помощи центрального упора 24. По тарированной в единицах плавучести шкале измерений 17 определ ют начальную плавучесть исследуемого образца при отсутствии избыточного давлени . Закрывают выпускные вентили 7 и 20, а также разобщающие вентили 19. Открывают запорный вентиль 6 и, при помощи редукционного клапана 4, создают в коллекторе 5 первоначальное. Минимально необходимое давление дл удалени из гидрокамеры I через краны 22 остатков воздуха. Поочередно приоткрыва разобщающие вентили 19, вытесн ют воздух из гидрокамер 1 до по влени воды в расширительных воронках 23, после чего закрывают краны 22. Регулирование требуемого давлени осуществл етс с помощью редукционного клапана 4. При повышении давлени в гидрокамерах 1, исследуемые образцы 10, уменьша сь, в объеме, тер ют часть плавучести. Под воздействием изменившейс (уменшиииейс ) со стороны контейнера 9 на сильфон 11 нагрузки мен етс (уменьшаетс ) объем замкнутой полости между сильфоном Ни цилиндрическим стаканом 12, что приводитк вытнению из него части рабочей жидкоети 13 и соответственному увеличению высоты ее столба в прозрачной трубке указател величины плавучести 15, уравновешивающего результирующую сил действующую на сильфон 11, Регистраци изменени плавучести исследуемого образца осуществл етс по шкале измерений 17. Давление в гидрокамере 1 определ ют по контрольному манометру 8. Плавучесть исследуемых образцов, например пенопластов, при посто нной гидростатической, нагрузке измен етс (уменьшаетс ) во времени . В этом случае гидростатическое давление поддерживаетс посто нным автоматически за счёт поступлени в гидрокамеру 1 из гидрокомпенсатора 2 воды, вытесн емой воздухом, подаваемым из баллона 3 редукционным . клапаном 4 при посто нном давлении. Наличие в устройстве разобщающих вентилей 19 .и выпускных вентилей 20 позвол ет не только поддерживать во всех гидрокамерах 1 строго одинаковы услови , но и при необходимости, вы вестй любую гидрокамеру из эксплуатации , провести смену исследуемого образца и снова включить ее в работу . Закончив эксперимент, выключают редукционный клапан 4, закрывают вентиль 6, открывают выпускной вентиль 7 и после снижени давлени в гидрокамере 1 открывают кран 22. Получив сообщение с атмосферой, вода из гидрокамеры 1 перетекает в гидрокомпенсатор 2 и заполн ет его, вытесн находившийс там воздух через выпускной вентиль 7.The compacted material (or having created it) is placed in container 9, the latter is attached to the measuring instrument, the water chamber 1 is filled to the brim with water, the lid 2 is opened with the open valve 22 and pressed against the hydrochamber with the aid of a central stop 24. Calibrated in units of buoyancy The measurement scale 17 determines the initial buoyancy of the sample under investigation in the absence of excessive pressure. Close the exhaust valves 7 and 20, as well as the isolating valves 19. Open the shut-off valve 6 and, using the pressure reducing valve 4, create the initial manifold 5. The minimum pressure required to remove the remaining air from the hydraulic chamber I through the taps. Alternately, opening the isolating valves 19, displacing the air from the hydraulic chambers 1 to the appearance of water in the expansion funnels 23, and then closing the taps 22. The required pressure is controlled by the reduction valve 4. With increasing pressure in the hydrochambers 1, the samples 10 are reduced in volume, they lose some buoyancy. Under the influence of a changed (reduced) from the side of the container 9 to the bellows 11, the load changes (decreases) the volume of the closed cavity between the bellows and the cylindrical cup 12, which leads to the elimination of part of the working fluid 13 and the corresponding increase in the height of its column in the transparent buoyancy indicator tube 15, balancing the resultant force acting on the bellows 11. The registration of the change in buoyancy of the sample under investigation is carried out on the scale of measurements 17. The pressure in the hydrochamber 1 is determined by control one pressure gauge 8. The buoyancy of the samples, e.g. foams at a constant hydrostatic load varies (decreases) with time. In this case, the hydrostatic pressure is kept constant automatically due to the flow into the hydraulic chamber 1 from the hydrocompensator 2 of water displaced by air supplied from the pressure reducing cylinder 3. valve 4 at constant pressure. The presence of disengaging valves 19 in the device and exhaust valves 20 allows not only to maintain the same conditions in all hydraulic chambers 1, but if necessary, you can deactivate any hydraulic chambers, change the sample under study and put it back into operation. After completing the experiment, turn off the reducing valve 4, close the valve 6, open the exhaust valve 7, and after reducing the pressure in the hydraulic chamber 1, open the valve 22. After receiving a message to the atmosphere, water from the hydraulic chamber 1 flows into the hydro-compensator 2 and fills it, displacing the air there exhaust valve 7.

Оборудование устройства дл определени плавучести материала при гидростатических нагрузках несколькими гидрокамерами, взаимодействующими с единой системой, регулировани давлени , позвол ет значительно повысить производительность исследований за счет сокращени времени, необходимого дл проведени многократных повторений исследований характеристик плавучести материалов с целью получени достоверности результатов . Кроме этого, изменение конструкции большинства основных узлов (измерительного прибора, гидрокомпенсатора , контейнера, крышки, герметизирующего упора), значительно улучшают эксплуатационные характеристики устройства (точность измерений , надежность, долговечность, удобство эксплуатации).Equipping a device to determine the buoyancy of a material under hydrostatic loads by several hydrochambers interacting with a single pressure control system can significantly increase the productivity of research by reducing the time required to conduct repeated repetitions of studies of the characteristics of buoyancy of materials in order to obtain reliable results. In addition, changing the design of most of the major components (measuring device, hydraulic compensator, container, lid, sealing stop) significantly improves the performance of the device (measurement accuracy, reliability, durability, ease of operation).

Проведенные исгштани подтвердил эффективность устройства. Оно может быть использовано не только дл проведени лабораторных исследований характеристик плавучести материалов но и, благодар своей портативност и автономности, вл етс наиболее пригодным, по сравнению с известнымConducted test points confirmed the effectiveness of the device. It can be used not only for laboratory studies of the buoyancy characteristics of materials, but also, due to its portability and autonomy, is most suitable compared to the known

Claims

The claims>

A device for determining the buoyancy of materials under hydrostatic loads, comprising a sealed pressure chamber connected via a hydraulic compensator to a cylinder filled with compressed gas, in which a container for the test sample permeable to liquid and gas is installed, which interacts with a bellows of a measuring device equipped with an indicator of ; honor, I distinguish by the fact that, in order to increase the accuracy of determination, the bellows is placed in a glass and forms a tight cavity with its walls, hydraulically communicating with an indicator of buoyancy, and the hydraulic compensator is equipped with a flexible separation diaphragm.

10 Sources of information taken into account in the examination

1. USSR Copyright Certificate No. 138782, cl. G 01 F 11/16, 1959.

2. USSR copyright certificate

15 ”405024, cl. G 01 F 11/16, 1974 (prototype).

ВНИИПИ Order 8684/59 Circulation 887 Subscription

Branch of the PPP Patent, Uzhgorod, Project 4,