Робоче середовище для генерації високого гідростатичного тиску

Реферат: Винахід стосується оброблення матеріалів тиском і може використовуватися у приладобудуванні, зокрема при конструюванні деформуючих інструментів і пристроїв, які працюють на внутрішній енергії фазового перетворення робочого середовища, а також у гірничодобувній промисловості та на будівництві для руйнування монолітних об'єктів. Робоче середовище для генерації високого гідростатичного тиску, що містить, мас. %: парафін 80,092,0; дихлоретан 8,0-20,0, дозволяє передавати гідростатичний тиск через тонкі трубки і канали малого перерізу та з максимальною точністю формувати складні вироби з розвинутою поверхнею. UA 113707 C2 (12) UA 113707 C2 UA 113707 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Винахід стосується оброблення матеріалів тиском і може бути використаний у приладобудуванні, зокрема при конструюванні деформуючих інструментів і пристроїв, які працюють на внутрішній енергії фазового перетворення робочого середовища, а також у гірничодобувній промисловості та на будівництві для руйнування монолітних об'єктів. Відоме робоче середовище для створення тиску (авторське свідоцтво СРСР № 1541866, кл. B21D 41/02, опубл. 31.05.1988 p.), що містить, мас. %: мийний засіб 0,5-2,0 етиленгліколь 3,0-6,0 вода решта. Недоліком відомого робочого середовища є те, що для реалізації фазового перетворення (кристалізації), внаслідок чого генерується високий гідростатичний тиск у замкнутій камері деформуючих пристроїв та інструментів (далі - у замкнутій робочій камері), необхідне охолодження до кріогенних температур (-10…-50 °C), з використанням хладогентів, наприклад рідких газів, та складне технологічне устаткування, що у ряді випадків є нетехнологічним і значно ускладнює використання відомого середовища. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що досягається, до технічного рішення, що заявляється, є робоче середовище для створення та передачі тиску (патент України № 15621, кл. B21D 39/00, опубл. 30.06.1997 p.), що містить, мас. %: парафін 84,0-93,0 мийний засіб 2,0-8,0 машинне масло 5,0-8,0. Недоліком відомого робочого середовища для створення тиску є його низька теплопровідність у твердому стані та текучість у рідкому стані. Максимально високий гідростатичний тиск в замкнутій робочій камері досягається лише після плавлення всього об'єму середовища, водночас нагрівання твердого середовища до температури плавлення вимагає значного часу. Повернення у вихідний стан системи поршеньциліндр у деформуючих пристроях та інструментах, які працюють на енергії фазового перетворення робочого середовища, вимагає охолодження розплавленого середовища до кімнатної температури протягом значного часу, що призводить до збільшення тривалості повного циклу генерації гідростатичного тиску. Через низьку текучість середовища у рідкому стані не вдається передавати без втрат гідростатичний тиск через канали і щілини малого перерізу, а при використанні деформуючого пристрою для калібрування або виготовлення виробів складної конфігурації не можливо формувати звужені деталі. У випадку заповнення рідким середовищем трубної дошки, виконаної із тонких трубок діаметром, меншим за 5 мм, виникають усадкові раковини та пори, внаслідок чого при плавленні середовища зменшується об'ємний ефект та результуючий гідростатичний тиск у камері. Зазначені недоліки знижують ефективність відомого робочого середовища. В основу винаходу поставлено задачу розробити робоче середовище для генерації високого гідростатичного тиску, що містить парафін, шляхом додаткового введення до його складу дихлоретану, за рахунок чого скорочується тривалість повного циклу генерації високого гідростатичного тиску, покращується заповнюваність робочим середовищем замкненої робочої камери, що проявляється у зменшенні кількості дозаправлянь камери, пор та усадкових раковин. Поставлена задача вирішується тим, що у робоче середовище для генерації високого гідростатичного тиску, що містить парафін, згідно з винаходом, додатково вводять дихлоретан, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: парафін 80,0-92,0 дихлоретан 8,0-20,0. У ході досліджень було розроблено оптимальне співвідношення компонентів робочого середовища для генерації високого гідростатичного тиску. Для обґрунтування граничного вмісту компонентів робочого середовища виготовляли низку сплавів, що містили парафін та дихлоретан. Попередньо визначали температуру плавлення одержаних сплавів. Парафін розплавляли і у одержаний розплав вводили дихлоретан, підігрітий до температури плавлення сплаву. В робочу камеру пристрою заправляли0,3 кг робочого середовища. Тиск контролювали за допомогою механічного манометру СВ-10000 з діапазоном вимірів до 1000 МПа. Камеру із робочим середовищем нагрівали у киплячій воді. Показник теплової інерції робочої камери Τ визначали як Τ=Т1+Т2, де Т1 - тривалість нагрівання середовища у твердому стані, необхідна для досягнення початку генерації гідростатичного тиску, тобто початку оплавлення (інкубаційний період); Т2 - тривалість 1 UA 113707 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 нагрівання середовища для досягнення максимального тиску, тобто до повного фазового перетворення (плавлення) робочого середовища. У таблиці наведено значення теплової інерції робочої камери Τ та максимального гідростатичного тиску Ρ в ній залежно від кількості дозаправлень камери, для середовища, яке заявляється, та середовища за найближчим аналогом. На Фіг. 1 наведено залежність зміни гідростатичного тиску в замкнутій камері, заповненій робочим середовищем складу, мас. %: парафін - 84,0, мийний засіб - 8,0, машинне масло - 8,0 (найближчий аналог) від тривалості її нагрівання у киплячій воді: 1 - вихідна заправка камери робочим середовищем; 2, 3, 4 - відповідно перше, друге і третє дозаправлення камери. На Фіг. 2 наведено залежність зміни гідростатичного тиску в замкнутій камері, заповненій робочим середовищем складу, мас. %: парафін - 83,0, дихлоретан - 17,0 від часу її нагрівання у киплячій воді: 1 - вихідна заправка камери робочим середовищем; 2 - перше дозаправлення камери. На Фіг. 3 наведено залежність величини об'ємного ефекту фазового перетворення від вмісту дихлоретану у робочому середовищі, яке заявляється. З даних таблиці та Фіг. 1 випливає, що значення теплової інерції робочої камери Т, заправленої середовищем за найближчим аналогом складу, мас. %: парафін - 84,0, мийний засіб - 8,0, машинне масло - 8,0 складає 65 хвилин (вихідна заправка камери, крива 1), а гідростатичний тиск на рівні 105 МПа. Після повного циклу генерації високого гідростатичного тиску (нагрівання для розплавлення робочого середовища) і приведення робочої камери у вихідне положення (охолодження для затвердіння робочого середовища), були виявлені усадкові раковини та пори, наявність яких призводить до зменшення величини об'ємного ефекту при розплавленні робочого середовища. Поява пор та раковин спричинена низькою теплопровідністю робочого середовища у твердому стані. Для заповнення камери після першого циклу генерації гідростатичного тиску виконували дозаправлення камери (перше дозаправлення), внаслідок чого досягли значення гідростатичного тиску на рівні 135 МПа (Фіг. 1, крива 2). При цьому теплова інерція камери Г склала 48 хв. Для досягнення максимально можливого гідростатичного тиску 150 МПа необхідно було здійснити друге і третє дозаправлення (Фіг. 1, криві 3, 4). При цьому значення теплової інерції камери Г зменшилось до 42 хвилин. Значення теплової інерції робочої камери Т, заправленої запропонованим робочим середовищем складу, мас. %: парафін - 83,0, дихлоретан - 17,0 порівняно із середовищем за найближчим аналогом (складу, мас. %: парафін - 84,0, мийний засіб - 8,0, машинне масло - 8,0) зменшилось до 33 хвилин (Фіг. 2, крива 1). При цьому був досягнутий гідростатичний тиск 110 МПа. Після одного дозаправлення камери запропонованим складом робочого середовищем показник Τ зменшився до 15 хвилин, а гідростатичний тиск в камері досяг значення 150 МПа (Фіг. 2, крива 2). Отже, максимально можливий гідростатичний тиск у робочій камері, на рівні 150 МПа було досягнуто із застосуванням одного дозаправлення камери при використанні запропонованого складу робочого середовища, натомість для робочого середовища за найближчим аналогом цей показник було досягнуто після трьох дозаправлень робочої камери. Кожне дозаправлення робочої камери вимагало здійснення додаткових операцій: охолодження її проточною водою для затвердіння середовища, повне зняття тиску, розбирання камери, дозаправлення її робочим середовищем, збирання камери та її герметизація. Для найближчого аналога час, витрачений на повну заправку камери робочим середовищем (три дозаправлення) та генерацію високого гідростатичного тиску (150 МПа), становив 468 хвилин, тоді як для запропонованого середовища (одне дозаправлення) - 128 хвилин (табл., Фіг. 2). При введенні в парафін 8 мас. % дихлоретану тривалість нагрівання робочого середовища для плавлення зменшувалась на 20 %, порівняно із середовищем за найближчим аналогом. При вмісті дихлоретану менше 8 мас. % тривалість нагрівання зменшувалася несуттєво, наприклад, при вмісті дихлоретану 6 мас. % вона зменшувалася лише на 5 %, що не мало практичного значення. Як слідує з Фіг. 3, при вмісті дихлоретану в межах 8-20 мас. % об'ємний ефект фазового перетворення робочого середовища практично не змінюється і залишається на рівні 14 %, при цьому максимальний гідростатичний тиск становить 150 МПа. При збільшенні вмісту дихлоретану від 20 до 26 мас. % об'ємний ефект фазового перетворення робочого середовища зменшується до 7 % (Фіг. 3), при цьому максимальний гідростатичний тиск становить 110-140 МПа. Використання запропонованого робочого середовища, порівняно із найближчим аналогом має наступні переваги: 2 UA 113707 C2 5 10 - скорочується у 3,6 разу час, який витрачається на повну заправку камери робочим середовищем для генерації високого гідростатичного тиску за рахунок зменшення кількості додаткових дозаправлень камери; - за рахунок підвищення теплопровідності робочого середовища у твердому стані загальний об'єм усадкових раковин та пор зменшується на 3-5 %. Запропоноване робоче середовище дозволяє рівномірно і без втрат передавати гідростатичний тиск через тонкі трубки і канали малого перерізу. При використанні деформуючого пристрою, що працює на енергії фазового перетворення робочого середовища, з'являється можливість відкалібрувати його звужені частини і з максимальною точністю сформувати складні вироби з розвинутою поверхнею. Заявлене робоче середовище може бути використане як в лабораторних, так і в промислових умовах. Таблиця Залежність значень теплової інерції камери і гідростатичного тиску від кількості дозаправлень камери робочим середовищем Теплова інерція камери Т, хв. № дозаправлення камери робочим запропоноване найближчий середовищем робоче середовище аналог Вихідна 33 65 Перше 15 48 Друге 45 Третє 42 Гідростатичний тиск у камеріP, МПа запропоноване найближчий робоче середовище аналог 110 105 150 135 139 150 15 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 Робоче середовище для генерації високого гідростатичного тиску, що містить парафін, яке відрізняється тим, що воно додатково містить дихлоретан, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: парафін 80,0-92,0 дихлоретан 8,0-20,0. 3 UA 113707 C2 Комп’ютерна верстка О. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4