- Уроненный инструмент падает туда, где может
принести наибольший вред.
- Любая трубка при укорачивании оказывается
чересчур короткой.
- После разборки и сборки какого-либо устройства
несколько деталей оказываются лишними.
- Количество имеющихся в наличии запасных
частей обратно пропорционально потребности в них.
- Если какая-нибудь часть машины может быть
смонтирована неправильно, всегда найдется кто-нибудь, кто так и сделает.
- Необходимость во введении в конструкцию
принципиальных изменений возрастает непрерывно по мере приближения к
завершению проекта.
- Все герметичные стыки протекают.
(Законы Мэрфи)
- Если аппарат сломался - ищите по меньшей
мере две неисправности .
(2-ой закон П.Бриттена)
Классификация наиболее широко используемых в экспериментальной
и технической петрологии аппаратов основана на двух принципах. Прежде
всего, различают установки с внешним и с внутренним нагревом. В
первом типе нагреватель работает при атмосферном давлении, во втором -
находится под рабочим давлением опыта. Другой принцип классификации -
по передающей давление (компримируемой) среде: жидкой, газовой
или твердой.
Рассмотрим самые употребительные аппараты в порядке усложнения их конструкции.
Предельно схематизированные разрезы показаны на рис.
81.
 |
| Рис. 81. Упрощенные схемы наиболее употребительных
экспериментальных установок. |
а. Простейшими являются печи
для экспериментов при атмосферном или более низком (в условиях
вакуума) давлении. Формально они могут быть отнесены к аппаратам с газовой
передающей давление средой и с внутренним нагревом, поскольку нагреватель
находится под тем же давлением, что и вещество опыта.
В печах при атмосферном давлении много экспериментировали
еще в XIX веке. Сухие силикатные расплавы ввел в круг объектов эксперимента
П.Бертье в 1823 году. В середине века Ж.Эбельмен впервые применил для
получения из расплава силикатов такие минерализаторы, как борная кислота
и щелочные карбонаты. Много занимался физио-химией расплавов и их физическими
свойствами К. Дельтер. Некоторые горные породы и минералы искусственно
воспроизвели из расплавов Ф.Фуке, К.Хрущев, А.Мишель-Леви и И.Морозевич.
Последний рассмотрел зависимость последовательности кристаллизации минералов
от состава расплава.
б. Автоклавы - герметичные
сосуды, заполненные водой или иной жидкостью с известными теплофизическими
свойствами, за счет разогрева которой в постоянном объеме создается заданное
давление. Они разогреваются в печи, нагреватель которой находится под
атмосферным давлением.
Первые автоклавы ("бомбы") делали преимущественно
из ружейных или пушечных стволов, герметично закрытых крышками, которые
поддерживались подвешенными на рычагах грузами.
в. Экзоклавы отличаются
от автоклавов тем, что давление в процессе опыта можно регулировать нагнетанием
компримируемой жидкости извне.
Различие способа создания давления в автоклавах
и экзоклавах лежит в основе еще одного принципа классификации аппаратуры:
в первых давление задается за счет расширения рабочего тела при нагреве;
во вторых - давление задается извне, независимо от температуры опытов.
В экзоклавах достигаются более высокие параметры, чем в автоклавах благодаря
тому, что затвор в них выведен в холодную зону.
Изобретение аппарата с холодным затвором и независимым
поддержанием и регулировкой давления было очень важным шагом в развитии
гидротермальной аппаратуры. Идея такой установки была опубликована Л.Адамсом
в 1941 году. Конструирование таких аппаратов в современном виде было осуществлено
независимо Дж.Мори, О.Таттлом и Ф.В.Сыромятниковым в конце 40-х - в 50-е
годы ХХ века.
Оригинальную конструкцию представляет экзоклав с внешней
поддержкой, разработанный
и эксплуатировавшийся М.Б.Эпельбаумом. Деформации рабочего сосуда за счет
внутреннего давления и теплового расширения компенсируются внешним массивным
металлическим контейнером, так что нагреватель находится под давлением,
большим атмосферного, но меньшим рабочего.
г. Газовые бомбы
(газостаты) с внутренним нагревом. Холодные стенки бомбы подвергаются
действию только давления, а стенки контейнера (ампулы) с веществом опыта
- только температуры (давление внутри и вокруг него одинаково).
Аппарат с внутренним нагревом был изобретен
Х.Бекке в 1906 году. Позднее он был усовершенствован Ф.Смитом и Л.Адамсом,
а затем Р.Горансоном и др.
д. Твердофазовые
установки с внутренним нагревом. Давление создается сжимающим усилием
гидравлического пресса (показано стрелками). Нарисован только один тип
- цилиндр-поршень. Другие рассмотрены в разделе
IV-3-7.
В некоторых случаях используется твердофазовые
установки с внешним нагревом.
Уже в XIX веке гидравлический пресс использовался В.Шпрингом, который
изучал возможности синтеза минералов под действием одного давления (до
5-6 килобар). В ХХ веке созданию экспериментальных установок с твердой
компримируемой средой способствовало развитие физики высоких давлений
(П.Бриджмен и др.).
е. Один
из типов многоступенчатой установки. Образец сжимается по граням
куба шестью поршнями, образующими вместе разрезную сферу. Последний помещается
в резервуар с маслом, которое сжимается насосом. Максимальное давление
достигается во внутренней камере, а стенки каждой из них выдерживают лишь
разность давлений.
Специфическая аппаратура, обеспечивающая возможность измерений в процессе
опытов, обычно создается для задачи изучения состояния вещества непосредственно
в условиях эксперимента. Благодаря использованию специальных окон в реакторах,
прозрачных для соответствующего излучения, удается снимать рентгенограммы,
получать спектры поглощения, комбинационного рассеяния и др. Введение
через стенки реакционной камеры электровводов позволяет следить за изменением
электропроводности и определять рН среды. Такая аппаратура конструируется
самими экспериментаторами для выполнения конкретной узкой задачи. Рассмотрение
разнообразных технических решений перегрузило бы настоящую книгу. Определенная
стандартизация достигнута лишь в конструкциях установок для изучения
включений в природных образованиях, особенности которых рассмотрены
в специальном разделе.
Приведенные схемы аппаратов выглядят достаточно просто, однако на практике
приходится сталкиваться с множеством проблем, требующих инженерных знаний,
подчас специфических. Последующие разделы посвящены рассмотрению возникающих
технических вопросов.
|
