Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:патенты / Сборник патентов_10677
.pdf
Реакция, протекающая крайне медленно, происходит между сульфидной рудой и водяным паром и воздухом,
находящимися в газообразном состоянии.
Следовательно, интенсивность реакции максимальна в аппарате, обеспечивающем максимальное
воздействие на поверхность за кратчайшее время. По этой причине, помимо измельчения руды до
чрезвычайно мелкого порошка, было предложено поддерживать в движении слой руды, омываемый
реакционными газами, практически осуществимым способом, например, в печах с механическим подом или,
что еще лучше, во вращающихся трубчатых печах с гладкой футеровкой. Однако в обоих случаях реакция
ограничивается только той поверхностью слоя руды, которая в данный момент контактирует с нижней частью
слоя газа, протекающего над рудой, то есть фактические массы, расположенные в случае руды ниже
поверхности, и массы, расположенные выше поверхности контакта в случае газов, не принимают участия в
указанной реакции.
Для достижения определенной скорости реакции необходимо было бы пропускать через руду очень большие
объемы газа, но это привело бы к отводу такого большого количества тепла, что реакция не только не смогла
бы протекать самопроизвольно, но и прекратилась бы, даже если бы значительное количество тепла было
искусственно подведено, например, в виде углерода.
В настоящее время установлено, что серу и/или серосодержащий водород или смеси серосодержащего
водорода, диоксида серы и серы могут быть непрерывно извлечены из серосодержащего материала с
хорошим экономическим выходом за одну рабочую операцию, если извлечение осуществляется в
присутствии углеродсодержащего материала в твердом, жидком или газообразном состоянии с
использованием пара и воздуха во внутренней нагреваемой вращающейся трубчатой печи, через которую
газы и воздух движутся противотоком к материалу, таким образом, что после предварительного нагрева
серосодержащего материала обычным способом на входном конце печи поступающим потоком газа он
переходит в среднюю часть печи, которая представляет собой основную зону реакции и в которой
поддерживаются оптимальные условия для образования серосодержащего водорода как по температуре, так
и по пропорциям и природе газообразных веществ, участвующих в реакции, после чего На выходе из печи
материал окисляется, в результате чего остаточная сера превращается в диоксид серы.
Таким образом, процесс, описанный в настоящем изобретении, включает обработку материала в
вращающейся трубчатой печи указанного типа, имеющей зону предварительного нагрева, в которой материал
предварительно нагревается горячими газами на выходе из печи, основную реакционную зону,
простирающуюся по средней части печи, в которой в основной реакционной зоне поддерживается
восстановительная атмосфера, пригодная для образования сернистого водорода, путем соответствующего
регулирования подачи воздуха, пара и, при необходимости, горючего газа через каналы или форсунки,
проходящие через материал и равномерно распределенные по всей длине и периферии стенки печи,
ограничивающей указанную основную реакционную зону, и выходную зону, в которой поддерживается
окислительная атмосфера путем подачи кислородсодержащих газов, а также пара, если необходимо, через
каналы или форсунки, расположенные в стенке печи, ограничивающей указанную выходную зону.
Изобретение также предусматривает использование для осуществления описанного здесь процесса
вращающейся трубчатой печи, снабженной внутренними поворотными устройствами, которые известным
образом поднимают руду во время вращения печи и позволяют ей стекать вниз, подобно вуали, через слой
газа. Простое сравнение вращающейся трубчатой печи с гладкой футеровкой и печи, снабженной
поворотными устройствами, сразу же покажет увеличение поверхностного воздействия. В случае
вращающейся трубчатой печи с гладкой футеровкой, содержащей равномерно распределенную загрузку из 10
тонн пирита с размером зерна 0-6 мм, 70 определенный сито показывает, что эти тонны зерен руды имеют
площадь поверхности около 40000 кв. метров. Для того чтобы привести эту общую площадь поверхности в
единый контакт с газами, протекающими над 75 тем же самым во вращающейся трубчатой печи с гладкой
футеровкой, вращающейся с определенной скоростью, требуется период в 4 часа. Во вращающейся
трубчатой печи тех же размеров и работающей с той же скоростью, но снабженной поворотными 80
устройствами, все содержимое печи будет Прохождение через газовое пространство происходит один раз в
минуту. Следовательно, количество тепла, которое может выделяться за единицу времени, значительно
больше. 85 Поскольку реакция между серебром и сульфидами является эндотермической, необходимо
подавать и распределять тепло и реакционную среду пропорционально тому, как реакция может протекать в
результате большей поверхности, обеспечиваемой вращающимися устройствами, принимая во внимание, что
указанная реакция протекает наиболее благоприятно при определенных температурах, например, около 700
°C в случае 95 пирита.
При реализации изобретения необходимо соответствующим образом отмерять все реакционные среды, а
именно пар, воздух и топливо.
Наилучшим образом это достигается с помощью роторно-трубной печи 100, снабженной регулируемыми
входными отверстиями (форсунками или горелками), распределенными по зонам, следующим за зоной
предварительного нагрева и выступающими через слой загрузки.
Таким образом, обеспечивается равномерный поток продуктов сгорания, пара и воздуха, а также
герметичность печи с обоих концов.
По экономическим соображениям следует избегать использования пара, полученного путем искусственного
испарения воды, для этой реакции, если только такой пар не доступен дешево или бесплатно. Поэтому, как
правило, будет использоваться пар, образующийся в самой реакционной камере в результате сжигания газов
(таких как угольный газ или газ из печи Коклёва), богатых водородом, или жидкого топлива известного типа.
Однако очевидно, что в соответствии с существующими обстоятельствами процесс может быть осуществлен
с помощью дополнительного нагрева, например, электричеством или косвенным нагревом с помощью
вращающейся трубчатой печи с внутренним муфельированием.
В применении, например, к пириту, процесс, описанный в настоящем изобретении, может быть осуществлен
путем подачи руды, с добавлением или без добавления 130 423,451 материала, содержащего твердый
углерод, в верхнюю часть печи, в то время как нагрев осуществляется во второй зоне, главным образом,
через большую среднюю часть печи, при этом основная часть кислорода, необходимого для протекания
реакции, в конечном итоге подается в нижнюю часть печи, главным образом в виде воздуха или других газов,
содержащих кислород, а также пара, если необходимо. В таком случае ход процесса следующий: горячие
газы, лишенные кислорода, образующиеся в центральной зоне печи и выходящие противотоком к руде в
верхней части загрузки печи, нагревают свежий пирит так, что атом серы сублимируется в результате
простого нагрева в первой зоне и выходит из печи в газообразном состоянии вместе с отходящими газами
печи. Остаточный предварительно нагретый сульфид железа затем поступает во вторую (центральную) зону
печи. В печи, где преобладает восстановительная атмосфера, состоящая главным образом из пара,
продуктов сгорания и азота, сульфид железа образуется из пара в виде оксида железа и сернистого
водорода; тепло, выделяемое при сгорании топлива, частично используется для этой реакции. В третьей
зоне, то есть в нижней части печи, руда, которая еще не полностью обессерена, вступает в активный контакт с
предварительно нагретым воздухом, и, следовательно, там происходит известная операция окислительного
обжига. Воздух предварительно нагревается путем перемещения руды с помощью вращающихся устройств в
печи через поступающий холодный воздух в нижней части печи незадолго до того, как руда, повторно
нагретая сгоранием серы, выходит из печи. Таким образом, в нижней части печи получается обожженный
продукт, не содержащий серы, а в верхней части — газы, состоящие из диоксида серы из нижней зоны,
сернистого водорода из центральной зоны и серы из верхней зоны вместе с азотом из Газы сгорания,
некоторый избыток пара и избыток неиспользованного водорода образуются потому, что в ходе реакции на
окисление выделяющегося железа расходуется больше кислорода, чем водорода на образование серы.
После отделения сернистых газов и диоксида углерода от отходящих газов печи этот водород можно снова
использовать, вернув отходящие газы в технологический процесс.
В случае металлических сульфидов, которые не выделяют серу путем сублимации при простом нагреве, зона
сублимации становится зоной предварительного нагрева. Более того, процесс может быть проведен таким
образом, чтобы окончательное, преднамеренное превращение сернистого водорода и диоксида серы в
серные пары и пар уже завершилось в верхней части печи, при условии, что он проводится при сравнительно
низких температурах и вся сера, или большая ее часть, уже присутствует в элементарной форме на выходе из
печи. Это образование серы может быть облегчено путем включения в печь контактной камеры с известными
контактными веществами для этой реакции. Для загрузки руды в печь в этих условиях используются
известные устройства, вводящие руду через отверстия в корпусе печи.
Данный процесс применим для извлечения серы из сульфидных руд, а также из сульфатов, таких как
сульфаты бария, кальция и магния. В случае последних целесообразно добавлять количество углеродистых
восстановителей, соответствующее содержанию в них сульфатов. В случаях добавления твердого
углеродистого материала особое преимущество дает использование бурого кокса, полукокса или других
подобных видов топлива, которые в сочетании с паром позволяют получать водяной газ при сравнительно
низкой температуре.
Хотя вполне возможно регулировать количество пара, нагревающего газа и воздуха таким образом, чтобы
образовывался только серосодержащий водород, в большинстве случаев предпочтительнее с самого начала
обеспечить такой избыток воздуха или кислорода, чтобы получить, насколько это возможно, смесь
серосодержащего водорода и диоксида серы, которая будет давать серу напрямую, то есть газ, содержащий
приблизительно 2 части по объему серосодержащего водорода на 1 часть диоксида серы.
Если превращение сернистого водорода в диоксид серы еще не произошло внутри печи, его можно
осуществить в аппарате известного типа вне печи. Затем десульфурированные газы очищаются от диоксида
углерода и, как уже упоминалось, возвращаются в печь для использования содержащегося в них водорода. В
качестве альтернативы, для получения всей необходимой для образования сернистого водорода могут быть
использованы другие газы, такие как водяной газ, содержащие водород.
ПРИМЕР 1.
В течение 24 часов в печь с вращающимися трубами и внутренним нагревом непрерывно подавали 6 тонн
измельченного пирита (125%), содержащего 48% серы и 48% железа.
В первой зоне печи отсутствуют какие-либо форсунки, и в этой зоне сера выделяется из пирита в основном
только за счет поступающих горячих газов, поступающих из других зон печи. Во второй зоне печи через
форсунки вводятся горючие газы вместе с воздухом в таких ограниченных количествах, что сжигается лишь
часть горючих газов. Избыток горючих газов служит для поддержания восстановительной атмосферы.
Сгорание горючих газов обеспечивает необходимую температуру и приводит к образованию пара, который
вместе с паром, поступающим в третью зону печи и переходящим оттуда во вторую зону, воздействует на
руду с образованием сернистого водорода. В третьей зоне подается обжиговый воздух вместе с паром,
необходимым для реакции во второй зоне печи. Пар также ускоряет процесс обжига.
В первой из трех зон печи, начиная с загрузочного конца, находится 1100 кг.
Газообразная элементарная сера, смешанная с отходящими газами реакции, была удалена. Частично
обессеренный материал, содержащий 36-37 % серы, был нагрет до температуры от 700 до 900 °C.
В так называемой зоне нагрева вращающейся трубки руда дополнительно десульфурировалась под
действием пара, выделяющегося при сжигании топлива, и противотока пара из конца трубки, при этом
выделялся сернистый водород. Расположение сопел было таким, что для нагрева использовалась лишь часть
из них.
Газ, без подачи воздуха, пропускали через оставшиеся форсунки с целью поддержания восстановительной
атмосферы в зоне нагрева. Газ состоял из водяного газа с 45-50 % водорода и всего 5 % азота. В конечную
зону вращающейся трубы смесь воздуха и пара в таком соотношении, что парциальное давление пара
составляло не менее одной пятой атмосферы, подавалась противотоком к обессеренной руде, при этом
последние следы серы в руде удалялись в этой зоне путем обжига до SO атмосферным воздухом. Подача
воздуха регулировалась таким образом, что после конденсации элементарной серы и избытка пара конечный
газ, выходящий из вращающейся трубы, содержал смесь сернистого водорода и диоксида серы в
соотношении 2:1. Эта смесь превращалась в серу известными методами. Общая масса извлеченной в
элементарной форме серы составила 2,44 тонны, что эквивалентно 85 % от массы введенной серы в виде
пирита. В продукте по-прежнему содержалось 3% серы, а железо находилось преимущественно в форме
оксида железа(III).
ПРИМЕР 2.
Процесс применялся аналогично обессериванию ангидрита в мелкоизмельченном состоянии, содержащего 23
% серы, при этом в загрузку добавляли около 20 % угля. В фактической зоне нагрева вращающейся трубы
подача газа через форсунки регулировалась таким образом, что при минимальной температуре 900 °C в зоне
нагрева отходящие газы содержали, помимо сернистого водорода и диоксида углерода, большое количество
монооксида углерода и водорода. Газом, используемым для нагрева и восстановления, был водяной газ,
содержащий 45-50 % водорода и % азота. Газ, содержащий сернистый водород, обрабатывали известными
методами получения серы. Содержание серы в ангидрите снижали до 5,0 °C.
Подробно описав и определив природу нашего изобретения и способ его осуществления, мы заявляем, что
то, что мы заявляем, представляет собой: 1) Процесс непрерывного извлечения серы и/или сероводорода или
смесей сероводорода, диоксида серы и серы из серосодержащих материалов в присутствии углеродистых
материалов в твердом, жидком или газообразном состоянии путем обработки таких материалов паром и
воздухом во вращающейся трубчатой печи с внутренним нагревом, через которую газы, воздух и
обрабатываемый материал проходят противотоком, причем этот процесс включает в себя обработку
указанного материала во вращающейся трубчатой печи, имеющей зону предварительного нагрева, в которой
материал предварительно нагревается горячими газами на выходе из печи, основную реакционную зону,
расположенную над средней частью печи, в которой основная реакционная зона создает восстановительную
атмосферу, пригодную для образования Сероводород поддерживается путем соответствующего
регулирования подачи воздуха, пара и, при необходимости, горючего газа через трубопроводы или форсунки,
проходящие через материал и равномерно распределенные по всей длине и периферии стенки печи,
ограничивающей указанную основную зону реакции, и выходной зоны, в которой поддерживается
окислительная атмосфера путем подачи кислородсодержащих газов, а также пара, если необходимо, через
трубопроводы или форсунки 125, расположенные в стенке печи, ограничивающей указанную выходную зону.
2)
Способ, описанный в п. 1, в котором при прохождении через печь материал просачивается через газовое
пространство печи посредством расположенных внутри него вращающихся устройств.
3)
Способ, описанный в пунктах 1 и 2, в котором перемещение материала через печь контролируется с помощью
отражающих колец.
4)
Способ, описанный в пунктах 1-3, в котором тепло генерируется путем сжигания газов, максимально
обогащенных водородом, причем образующийся в результате сжигания пар служит для образования
сернистого водорода.
5)
Способ, описанный в пунктах 1-4, в котором тепло частично генерируется за счет внутреннего электрического
нагрева.
6)
Способ, описанный в пунктах 1-5, в котором подача воздуха и пара регулируется таким образом, что помимо
паров серы образуется смесь, состоящая, насколько это возможно, из 2 объемных частей сернистого
водорода и 1 объемной части диоксида серы.
7)
Способ, описанный в любом из предшествующих пунктов, в котором подача вспомогательного воздуха или
кислорода дросселируется до такой степени, что образуется только сернистый водород.
8)
Способ, описанный в любом из предшествующих пунктов, в котором подача газа регулируется таким образом,
что избыток восстановительных газов, особенно водорода, все еще присутствует в отходящих газах.
9)
Способ, описанный в любом из предшествующих пунктов, в котором часть водорода, необходимого для
образования сернистого водорода, обеспечивается путем возврата отходящих газов, содержащих водород, в
печь после того, как указанные газы были очищены от сернистых газов вне печи, или путем введения других
водородсодержащих газов.
10)
Способ, описанный в любом из 45 предшествующих пунктов формулы изобретения, в котором диоксид
углерода в остаточных газах удаляется с целью их обогащения водородом.
11)
Процесс, описанный в любом из 50 предшествующих пунктов формулы изобретения, в котором
преобразование сульфированного водорода и диоксида серы в серу и пар происходит внутри вращающейся
трубчатой печи.
12)
Способ, описанный в любом из 55 предшествующих пунктов, в котором вращающаяся трубчатая печь
снабжена на выходном конце для газов устройством, таким как, например, контактная камера известного типа,
приспособленная для содействия реакции 60 между сероводородом и диоксидом серы.
13)
Способ, описанный в п. 12, в котором руда вводится через одно или несколько отверстий в корпусе печи 65 за
контактной камерой и с помощью соответствующих загрузочных устройств.
14)
Способ, описанный в любом из предыдущих пунктов, в котором бурый кокс, полукокс и другие подобные виды
топлива, которые в сочетании с паром образуют водяной газ при сравнительно низкой температуре,
используются в качестве углеродсодержащей добавки к серосодержащему исходному материалу. 75 Дата: 29
сентября 1933 г.
Альберт Л. Монд, 19, Саутгемптон Билдингс, Чансери Лейн, Лондон, W C 2, представитель заявителей.
Канцелярские товары, издательство Courier Press, 1935 год, Лимингтон-Спа: напечатано для Его Величества.
=== НАЧАЛО ФАЙЛА: patent_423452.txt ===
ССЫЛКА: https://translationportal.epo.org/emtp/translate/?ACTION=description-retrieval&COUNTRY=GB&ENGINE=
google&FORMAT=docdb&KIND=A&LOCALE=sq_AL&NUMBER=423452&SRCLANG=EN&OPS=ops.epo.org/3.2&T
RGLANG=ru
========================================
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ GB423452A
[]
ПАТЕНТНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Дата подачи заявки: 6 октября 1933 г. № 27539/33.
42 _ 34 423,452 X_ Полная спецификация принята: 1 февраля 1935 г.
ПОЛНАЯ СПЕЦИФИКАЦИЯ
Способ и средство измерения изгибающих моментов, сдвиговых сил и других напряжений в нагруженной
конструкции. Я, Ю. Т. У. Лио Аугусто Мигель Ибарес V, гражданин Чили, проживающий по адресу: улица
Генерала дель Канто, 55, Сантьяго, Чили, настоящим заявляю о природе данного изобретения и о способе его
осуществления, которые будут подробно описаны и установлены в следующем заявлении: Данное
изобретение относится к прямому измерению изгибающих моментов, сдвиговых сил, распорок и растяжений,
которым может подвергаться часть нагруженной конструкции.
До настоящего времени эти параметры определялись различными системами, наиболее точным из которых,
как правило, является аналитический метод, во многих случаях требующий сложных вычислений, которые
иногда приводят к приблизительным и даже неопределенным результатам. Для облегчения этой работы были
опубликованы таблицы с формулами, упрощающими расчеты жестких рам и арок; однако эти таблицы,
помимо того, что они редко включают конкретный случай, как он может возникнуть, почти всегда приводят к
утомительным вычислениям. Если аналитическое решение не найдено, прибегают к упрощениям в ущерб
требуемой точности.
Целью настоящего изобретения является разработка простого и практичного метода быстрого и прямого
определения изгибающих моментов, поперечных сил и других напряжений, действующих на любой элемент
или часть конструкции, а также средств, позволяющих применять этот метод на практике.
Настоящее изобретение представляет собой способ прямого измерения изгибающего момента, сдвиговой
силы и других напряжений, которым может подвергаться любая часть конструкции под действием нагрузок
или других внешних сил, действующих на нее любым способом, включающий в себя возведение масштабной
модели конструкции, создание зазора в той части модели, где необходимо измерить такие изгибающие
моменты или напряжения, непосредственное крепление измерительного прибора к модели с
противоположных сторон зазора и регулировку прибора для приложения изгибающего момента к модели,
противоположного изгибающему моменту, вызванному первоначально приложенными к модели нагрузками,
чтобы компенсировать вызванное этим отклонение и обеспечить возможность прямого считывания точного
изгибающего момента, вызванного первоначально приложенной к модели нагрузкой.
Настоящее изобретение также включает в себя прибор для измерения изгибающих моментов, сдвиговых сил
и других напряжений, которым может подвергаться нагруженная конструкция, включающий два жестких
основных элемента, шарнир, в значительной степени подвижно соединяющий эти элементы, пружинный
элемент, также соединяющий основные элементы, позволяющий относительное вращение указанных
элементов вокруг подвижно соединяющего шарнира при воздействии момента, регулируемые средства
приложения момента, установленные на жестких элементах и действующие для приложения противомомента
к ним, чтобы уменьшить до нуля указанное относительное вращение основных элементов, и индикаторные
средства для определения относительного положения основных жестких элементов.
Один из вариантов осуществления настоящего изобретения 75 показан на прилагаемых чертежах, на которых:
на рисунках 1, 2 и 3 схематически изображен измерительный прибор, расположенный на элементе
масштабной модели конструкции; на рисунках 4 и 5 показана предпочтительная конструкция секционного
элемента или детали, используемой при сборке модели; на рисунке 6 показана гайка, используемая в месте
соединения двух таких элементов; на рисунке 7 показана шайба для этого соединения; на рисунках 8 и 9
показана форма соединения; на рисунках 10 и 11 показана одна из опор или подставок, на которых покоится
модель; на рисунках 12, 13, 14, 15 и 16 показан измерительный прибор; на рисунках 17, 18 и 19 показано
устройство, которое необходимо добавить к прибору для измерения сдвиговых сил; на рисунке 20 показан
измерительный прибор, установленный на реальной модели; На рисунке 21 представлен фрагмент
изображения, показанного на рисунке 20, но включающего устройство, соответствующее рисункам 17, 18 и 19.
Модель, к которой должен быть подключен данный измерительный прибор, образована (а) 100 жесткими
секционными элементами, соединенными вместе таким образом, чтобы воспроизвести в масштабе
собственно конструкцию, и (б) соединительными и опорными устройствами, которые воспроизводят
соединения, крепления и т. д. в соответствии с 105 соответствующими частями указанной конструкции.
423,452 Детали, указанные в пункте (а), могут быть изготовлены из металла, дерева, целлулоида или любого
другого прочного, но предпочтительно легкого материала.
Из этих элементов необходимо изготавливать различные серии с постепенно изменяющимися размерами,
при этом форма и размеры каждой серии должны быть такими, чтобы они обладали одинаковой жесткостью
на единицу длины, измеренной вдоль их продольной оси. Таким образом, элементы каждой серии будут
служить для воспроизведения в моделях конструкций, построенных из элементов с равномерной жесткостью,
таких как прокатные металлические профили, детали деревянного каркаса и т. д. Также форма и размеры
элементов, принадлежащих к разным сериям, должны быть такими, чтобы их жесткость, измеренная
указанным способом, постепенно изменялась от одной серии к другой.
Таким образом, с помощью элементов разных серий можно воспроизводить конструкции с переменными
моментами инерции. Элементы могут иметь любую длину, но целесообразно делать их одинаковой длины,
имея в каждой серии также дополнительные отрезки длиной 2,5 и другие доли от полной длины, чтобы
придать модели желаемые размеры. Устройство для соединения элементов между собой и для их
соединения со специальными соединительными устройствами и измерительным прибором должно быть
простым, быстро монтируемым и обеспечивать жесткие и равномерные соединения. Они могут соединяться с
помощью болтов и гаек, заклепок или любым другим удобным способом. Опорные устройства, упомянутые в
пункте (b), могут представлять собой масштабные копии реальных опор конструкции. Однако, как правило,
предпочтительнее делать гибкие соединения с короткими гибкими пластинами, жестко соединенными на
концах с соединяемыми частями.
Модель может располагаться на платформе, поддерживаемой тяжелыми штативами с ножками, снабженными
резьбовыми наконечниками для выравнивания. Для этой цели к штативу также можно прикрепить
пузырьковый уровень.
Следует понимать, что какой-либо конкретный способ строительства данной типовой конструкции не
требуется, при условии, что она соответствует указанным требованиям, и в настоящей заявке не заявлено
никаких претензий в отношении описанной выше конструкции.
Измерительный прибор состоит из двух основных жестких элементов рамы, изготовленных из любого
прочного и легкого материала, расположенных друг напротив друга. Эти элементы рамы соединены между
собой на одном из концов гибким или шарнирным соединением, которое для данной цели может быть выгодно
выполнено с помощью ламинированной пружины, и предпочтительно, как показано на рисунке 12, из листовой
стали, жестко закрепленной на раме. Этот конец прибора соединен с моделью в той части, где должны
производиться измерения, и где в соответствующем элементе модели образован зазор для жесткого
соединения элементов рамы прибора с концами зазора этого элемента. На другом конце элементы рамы
прибора соединены упругой связкой, которая позволяет им сближаться или расходиться в зависимости от
действующих на них усилий. Эти движения вызывают вращение в гибком соединении, расположенном на
другом конце. Упругой связкой может быть образована ламинированной стальной пружиной или любым
другим подходящим способом, например, с помощью сжатых газов, воздействующих на мембрану, поршень и
т. д. Например, упругая сила Сжатые газы могут использоваться путем соединения баллона, содержащего
определенный объем газа, с одним из основных жестких элементов прибора (85), а его поршень — с другим
жестким элементом. Оба элемента затем упруго соединены. В качестве альтернативы поршень может быть
заменен мембранным импераментом (90), пропускающим газы.
Рисунок 1 представляет собой схематическое изображение прибора в положении для измерения изгибающих
моментов. Пусть tx y — элемент, расположенный между двумя точками в модели 95 любой статически
неопределимой системы, т.е. горизонтальный или вертикальный элемент жесткой рамы. A и B представляют
собой две рамы прибора, которые жестко соединены в точках 1 и 2 со свободными концами 100 элемента x y,
где остается зазор.
G — это гибкая пластина, жестко соединенная с A в точке 9 и с B в точке 8, что позволяет вращать A и B
вокруг центра пластины или соединения G. Сила P, действующая в точке Cc 105 в элементе x y, создает в
средней точке упругой пластины G изгибающий момент, положительный или отрицательный, например,
отрицательный. A будет стремиться вращаться вокруг центра G по часовой стрелке, а B — в
противоположном направлении. C — это пружина, жестко соединенная с A в точке 3 и с B в точке 4, которая
деформируется при этом вращении; D — пружина, жестко соединенная с C в точке 5, которая постоянно давит
на винт T, причем это давление увеличивается за счет деформации C. E — другая пружина, закрепленная на
A в точке 6 и на B в точке 4, которая перемещает указательную стрелку F, свободный конец которой
наблюдается через микроскоп H. Вращение A и B вокруг центра G вызывает смещение точки 4 вправо и точки
6 влево, что приводит к деформации E, которая переместит точку 12 вправо. Теперь, если винт T повернуть
так, чтобы он продвигался влево, давление, приложенное этим винтом, деформирует D, а это, в свою
очередь, деформирует C таким образом, что точка 4 переместится влево, а точка 3 — вправо с
интенсивностью давления, пропорциональной смещению винта T. Легко понять, что это противодавление
можно регулировать для достижения равновесия изгибающего момента в центре G из-за нагрузки P, при
котором в этом случае угол, образованный между точками А и В, будет таким же, как и угол, существовавший
между ними до приложения нагрузки P.
Это можно проверить, наблюдая, что острие иглы 12 возвращается в исходное положение. Пространство, на
которое пришлось переместить винт Т для восстановления относительного положения точек А и В, позволяет
измерить изгибающий момент в центре точки Г. Градуированный барабан, прикрепленный к винту Т,
повышает точность показаний. Микроскоп IT повысит точность наблюдения за возвращением точки 12 в
исходное положение. Эмпирическую калибровку прибора можно провести, применив известные изгибающие
моменты, при которых можно наблюдать различные положения градуированного винта.
Измерительный прибор, соединенный с моделью конструкции описанным способом, обеспечивает упругое
средство, с помощью которого вращение, вызванное изгибающим моментом в любой точке элемента модели
конструкции под действием любой внешней силы или комбинации сил, может быть компенсировано
давлением, оказываемым градуированным винтом на объединенные пружины прибора, таким образом, что
это вращение точно сводится к нулю, и изгибающий момент может быть считан по градуированной шкале,
которая показывает соответствующее смещение винта.
Положение указательной иглы может регулироваться с помощью любых известных подходящих оптических
средств, таких как микроскоп, или с помощью комбинации усиливающих рычагов, или того и другого, таким
образом, чтобы обеспечить легкое и точное наблюдение за движениями кончика иглы, которые указывают на
приближение или расхождение упруго соединенных инструментальных рамок.
Полученный таким образом изгибающий момент в модели, умноженный на существующее соотношение
между размерами воспроизведенной конструкции и размерами модели, представляет собой значение
изгибающего момента, который нагрузка P создала бы в конструкции, если бы действовала в том же
относительном положении.
Кроме того, если модель подвергается воздействию любой комбинации нагрузок, аналогичных тем, которые
будет выдерживать конструкция, то моменты и напряжения, измеренные прибором, умноженные на шкалу
нагрузок и степени декомпозиции модели, дадут моменты и напряжения конструкции.
Что касается продольных напряжений, то в рассмотренном случае они полностью поглощаются пружиной G,
не деформируясь при этом. Если вместо жесткого соединения точек l и 2 точки A и соответственно со
свободными концами X Y, то точки 10 и 11 соединены аналогично, как показано на рисунке 2, то продольные
напряжения в точке y будут создавать момент, равный их значению, умноженному на расстояние между
точками 10 и 2 и 11 и 1. Этот момент алгебраически прибавляется к изгибающему моменту, и подключенный
таким образом прибор измеряет эту сумму.
Знание простого изгибающего момента, полученного с помощью прибора 80, подключенного, как показано на
рисунке 1, позволит определить значение дополнительного момента, обусловленного продольным
напряжением, на основе различных измерений, полученных в каждом случае 85. Что касается определения
сдвиговых сил, прибор должен быть подключен к модели в точках 10 и 14, как показано на рисунке 3, где L —
угловой рычаг с локтем в точке 14, соединенный 90 с B упругой пластиной J, которая жестко закреплена к B в
точке 2 и к I в точке 13, причем L также соединена с пластиной K, которая жестко закреплена к продолжению B
в точке 16 и к L в точке 15. При таком расположении получается дополнительный 95 момент вокруг центра J,
обусловленный сдвиговой силой в точке 14.
Этот момент равен произведению силы сдвига на расстояние между точкой 13 и центром J. Поскольку прибор
показывает сумму этого момента и изгибающего момента, определение силы сдвига будет производиться
таким же образом, как указано выше для определения продольных напряжений.
На рисунке 12 показан боковой вид прибора. A и B — элементы рамы, которые предпочтительно изготовлены
из дюралюминия (зарегистрированная торговая марка). Рама 110 A крепится к элементам 30 и 31
поперечными элементами из того же материала. Поперечный элемент 30 имеет угловое сечение, а элементы
31 и 32 — плоское сечение; все они жестко соединены с A винтами, заклепками или любым другим
подходящим способом. Рама B короче рамы A и крепится к ней поперечным угловым элементом 33 и плоским
элементом 34, соединенными таким же образом, как 31 и 32.
G — это ламинированная пружина, закрепленная в точке 9 на выступе 120 рамы А с помощью шайбы,
удерживаемой винтом. Эта пружина аналогичным образом соединена с B в точке 8, образуя таким образом
соединение между A и B. C — это ламинированная пружина, соединенная с поперечной балкой 32 рамы 125 А
в точке 3 и с рамой B в точке 4, аналогично соединениям в точках 8 и 9.
D — это еще одна ламинированная пружина, соединенная с C в точке 5. На другом конце D имеется
углубление для приема конца винта 130 423,452 T. Изгиб, заметный в пружине D, предназначен для того,
чтобы она следовала прямолинейному движению конца винта T при его вращении. 35 — это угловая деталь,
имеющая горизонтальную часть с канальным сечением и вертикальную часть с плоским сечением.
Этот элемент следует рассматривать как продолжение рамы А и он соединен с элементом 32 в его средней
точке. К элементу 35 в точке 6 и к раме В в точке 4 прикреплена ламинированная пружина Е, удерживаемая
аналогично пружинам С и Г. F — указательная игла, изготовленная из дерева или какого-либо другого легкого
и не вибрирующего материала, соединенная с элементом Е в точке 7 медной проволокой или любым другим
подходящим способом. Конец 12 иглы имеет острый металлический наконечник, волос или паучью нить, или
любое другое подобное устройство, которое может служить для определения ее положения с помощью
микроскопа. Металлическая деталь 36, закрепленная на раме В в точке 37, продолжение 38 В и поперечные
детали 33 и 34 обеспечивают необходимую защиту иглы, которая проходит через прорези в этих частях, как
показано на рисунке 14. Изогнутый крючок 39, соединенный с В в точке 37, поддерживает металлические
детали 40, которые удерживают трубку микроскопа.
В центре поперечной детали 31 расположен винт Т, изготовленный из дюралюминия и навинченный на эту
деталь в точке 42, как показано на рисунке 13. Прикрепленный к нему градуированный барабан разделен на
100 частей и перемещается между двумя градуированными шкалами 43, которые должны показывать
величину смещения винта или изгибающий момент, которому подвергается инструмент, когда острие иглы
находится в исходном положении. Пластины 43, 43 также защищают винт и соединены с поперечной деталью
31 в точке 44 (рисунок 13).
Отверстия 1 и 11 в рамах A и 2, а также в раме B принимают концы 17, 17 или 18, 18 (рисунок 4) элементов
модели, прилегающих к измерительному прибору.
На рисунке 1-5 показан вид прибора со стороны рамы B, а на рисунке 16 — с противоположной стороны. На
рисунке 17 показано устройство, которое необходимо отрегулировать под прибор для измерения сдвиговых
усилий. Пластина Q изготовлена из дюралюминия и соединена с пластиной L из того же металла шарнирами J
и K, аналогичными шарниру G, соединяющему A и B. Отверстия 2a и 10a позволяют привинчивать пластину Q
к A или к B, соответственно, в точках 1 и 11 или 2 и 10. Отверстие 14a в данном случае заменяет отверстия 1
или 2 для облегчения винтового соединения прибора с моделью.
На рисунках 4 и 5 показан предпочтительный вариант конструкции элементов модели. Используемый
материал — листовой дюралюминий, а элемент состоит из двух параллельных стержней, соединенных с
центральным Z-образным стержнем, который придает раме необходимую жесткость. Соединения показаны
заклепочными, но они могут быть выполнены любым другим подходящим способом, и рамы могут иметь
любую конструкцию при условии достижения необходимой жесткости.
Концы 17, 17 на рисунке 4 разделены расстоянием 70 таким образом, чтобы концы 18, 18 другой детали
помещались между ними, оставляя свободное пространство для вставки шайбы, как показано на рисунке 7,
между смежными концами двух деталей. Высота 75 деталей модели постоянна для каждой серии и
постепенно изменяется от одной серии к другой. Пазы 19 позволяют устанавливать винты, показанные на
рисунке 6. Эти пазы открыты для того, чтобы 80 позволить собрать модель, не снимая гайки. Они также
удлинены, чтобы обеспечить определенный продольный зазор в соединениях между деталями, чтобы
регулировать 85 длины, необходимые для модели. Для того же объекта также требуется изготовление
деталей длиной 1 и 18.
На рисунке 6 показаны болт и гайка для соединений; Гайка типа «бабочка» 90 должна располагаться снаружи.
Обе гайки имеют углубления, чтобы контакт с гайками 17 и 18 на рисунке 4 осуществлялся снаружи. Шайба,
показанная на рисунке 7, должна быть вставлена между смежными концами 95 соединяемых элементов для
Соседние файлы в папке патенты