УСТАНОВКА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ Российский патент 1995 года по МПК C23C8/06 B05C7/04 

Изобретение относится к химикотермической обработке и может быть использовано для нанесения покрытий на внутренние поверхности полых деталей, преимущественно труб, работающих в условиях интенсивного износа, например труб бурильных установок.

Известна установка для диффузионного насыщения из жидких сред, содержащая индуктор с верхним электроизоляционным термостойким кольцом, ванну, расположенную под индуктором, верхнюю крышку, дозатор, емкость, конденсатор и программный регулятор [1] Индуктор, ванна и верхняя крышка образуют единую полость, в которой на центрирующем упоре устанавливается деталь. Подача активной жидкости из емкости в полость производится дозатором по каналу, проходящему через ванну. Конденсатор соединен с полостью и обеспечивает сбор отработанных газов и частичную их конденсацию. Управление температурными режимами осуществляется путем изменения подводимой к индуктору мощности, а управление исполнительными механизмами установки осуществляется программным регулятором.

Конструкция известной установки предназначена для нанесения покрытия только на одну деталь, причем только на ее наружную поверхность. Механизм порциальной подачи активной жидкости сложен, а рабочая полость, образованная несколькими элементами, требует дополнительных средств герметизации в местах разъема и сочленений.

Кроме того, испарение активной жидкости при контакте с разогретой деталью отрицательно влияет на равномерность температурного поля самой детали как в осевом, так и в поперечном сечениях, следствием чего является снижение качества нанесенного покрытия.

Известна установка для напыления покрытий на внутреннюю поверхность труб, содержащая станину, на которой установлены нагреватель, охладитель, привод вращения и перемещения трубы, а также напылитель с приводом его вращения, причем напылитель выполнен в виде головки с ограничителями и каналами подачи напыляемого материала [2] Трубу подают через нагреватель и охладитель на позицию нанесения покрытия, устанавливают на ее концах крышки и вводят напылитель в трубу таким образом, чтобы головка напылителя была расположена между нагревателем и охладителем. После этого включают нагреватель, охладитель, привод вращения напылителя, привод вращения и перемещения трубы, а также системы подачи напыляемого материала и газовой среды. Через каналы в головке напылителя материал (порошок) поступает на нагретый участок трубы, которая после нанесения на нее слоя заданной толщины перемещается на позицию охладителя. Подготовленный к нанесению материал (порошок) подается в полость трубы через одну крышку, а остатки неиспользованного материала (порошка) удаляются избыточным давлением газовой среды через другую крышку.

Эта установка предназначена для нанесения покрытий на внутреннюю поверхность трубы, при этом в процессе нанесения покрытия осуществляется ее нагрев.

Однако в данной установке нанесение покрытия осуществляется только на одну трубу и ее конструкция не предусматривает возможности одновременной обработки нескольких труб. Велико вспомогательное время, затрачиваемое на установку и съем готовой детали. При горизонтальном расположении труб, особенно длинномерных, они подвергаются изгибным деформациям от собственного веса, что влечет за собой появление трещин в покрытии или его разрушение.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение производительности технологического оборудования при одновременном обеспечении качественного нанесения покрытия на внутренние поверхности труб.

Для этого в установке для нанесения покрытий, содержащей устройства нагрева деталей и нанесения покрытия, а также пробки, предназначенные для фиксирования напыляемой детали и подвода-отвода рабочей смеси, устройство нагрева выполнено в виде печи с размещенными в ней муфелем и опорами, причем установка снабжена кассетой, размещенной в печи и муфеле и выполненной в виде вертикального стержня с верхним и нижним распределительными фланцами с посадочными гнездами, предназначенными для установки пробок, и лапами, предназначенными для взаимодействия с опорами, при этом в нижней части печи установлен нагнетатель. Установка также снабжена закрепленной на вертикальном стержне теплозащитной заглушкой, муфель выполнен сборным, а печь индукционной, посадочные гнезда верхнего распределительного фланца и поверхности верхних пробок выполнены сферическими и имеют возможность контактировать друг с другом.

На фиг. 1 представлена установка в разрезе; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 узел I на фиг. 1; на фиг. 5 вид В на фиг. 4; на фиг. 6 узел Il на фиг. 1; на фиг. 7 вид Г на фиг. 6.

Установка для нанесения покрытий содержит шахтную печь 1, установленную на опорах 2 и выполненную из корпуса 3 и днища 4. Внутри корпуса установлен многосекционный водоохлаждаемый индуктор 5, причем каждая секция 6 подвешена на кронштейнах 7, которые закреплены на корпусе 3. С внешней поверхности индуктора 5 расположены магнитопроводы 8, которые подвешены на крюках 9, закрепленных на корпусе 3. Внутренняя поверхность индуктора 5 выложена теплоизоляционной кладкой 10, например кирпичем. Внутри кладки установлен муфель 11, выполненный сборным из элементов 12 и 13, причем элемент 13 имеет днище с отверстием и установлен на направляющее устройство 14, представляющее собой плоский лист 15 с центральным отверстием и вертикальными ребрами 16, расположенными по радиусу и образующими каналы 17 для циркуляции атмосферы. Число ребер не менее трех.

В нижней части печи 1 на днище 4 закреплен нагнетатель, например вентилятор 18, на верхнем конце вала которого установлена крыльчатка (лопасти) 19. Крыльчатка 19 расположена в зазоре между элементом 13 муфеля 11 и листом 15 направляющего устройства 14. Нижний конец вала со шкивом 20 через ременную передачу соединен с электродвигателем (не обозначены).

В рабочей полости печи (внутри муфеля 11) устанавливается кассета 21, выполненная в виде центрального стержня 22, на котором закреплены лапы 23 (количество лап не менее трех), которые взаимодействуют с опорами 24, расположенными в верхней части корпуса 3 печи 1. На этом же стержне расположены теплоизоляционная заглушка 25, а также верхний и нижний распределительные фланцы 26 и 27, предназначенные для установки труб 28, на внутреннюю поверхность которых необходимо нанести покрытие, например, из азота или углерода.

На концах обрабатываемых труб 28 нарезаны резьбы одинаковой размерности, причем на одном конце выполнена наружная резьба, а на другом внутренняя, что позволяет стыковать трубы друг с другом, образуя трубопровод. Такого типа трубы применяются, например, при бурении скважин.

Во внутреннюю резьбу трубы 28 ввинчивается пробка 29, выполненная с двумя сквозными отверстиями 30 и сферической поверхностью 31, имеющей возможность взаимодействия с идентичной сферической поверхностью 32, выполненной на верхнем распределительном фланце 26. В отверстиях 30 пробки 29 с наружной стороны установлены трубки 33 и 34 со штуцерами 35 и 36. К пробке 29 с внутренней стороны присоединена трубка 37, которая соединена отверстием 30 со штуцером 35. Штуцера 35 связаны с емкостью (не обозначена), содержащей наносимое на внутреннюю поверхность трубы 28 вещество, приведенное в необходимое для нанесения состояние.

Система трубок, штуцеров, связанных с емкостью, составляет устройство для нанесения покрытий на внутренние поверхности труб.

На наружную резьбовую часть трубы 28 навинчивается пробка 38, выполненная в виде стакана и имеющая возможность установки в посадочное гнездо (не обозначено) в распределительном фланце 27. Пробка, устанавливаемая в посадочное гнездо распределительного фланца 26, является верхней, а пробка, устанавливаемая в посадочное гнездо распределительного фланца 27, является нижней.

Установка для нанесения покрытий работает следующим образом.

Перед началом нанесения покрытий на внутреннюю поверхность труб 28 на посту сборки (не показан) осуществляется сборка кассеты 21. Первоначально осуществляют сборку каждой трубы 28 путем навинчивания на ее резьбовые концы верхней пробки 29 со штуцерами 35 и 36, а также трубками 33, 34 и 37 и нижней пробки 38, выполненной в виде стакана. После сборки необходимого числа труб их устанавливают в посадочные гнезда распределительных фланцев 26 и 27, закрепленных на центральном стержне 22.

Количество одновременно обрабатываемых труб зависит от количества посадочных мест в распределительных фланцах 26 и 27.

Со сборочного поста собранная кассета 21 известным способом (тельфером, краном и т.д.) подается в рабочее пространство печи 1 до тех пор, пока лапы 23 кассеты 21 не установятся на опоры 24. Местоположение тепловой заглушки 25 выбирается на центральном стержне 22 таким образом, чтобы при контакте опор 24 и лап 23 теплоизоляционная заглушка 25 расположилась в нише теплоизоляционной кладки 10, не касаясь ее торцовой поверхностью. Штуцера 35 подсоединяются к источнику питания (емкости) с наносимым на внутреннюю поверхность труб веществом, необходимым, например, при азотировании. Штуцера 36 подсоединяются к утилизатору.

После установки кассеты 21 в печь 1 включается привод вентилятора 18 и подается напряжение на индуктор 5. При вращении крыльчатки 19 вентилятора 18 происходит всасывание атмосферы из муфеля 11 через отверстие в днище элемента 13 и нагнетание атмосферы в кольцевое пространство, образованное внутренней поверхностью теплоизоляционной кладки 10 и наружной поверхностью муфеля 11. В процессе циркуляции в печи 1 атмосфера разогревается от муфеля 11, который разогрет электромагнитным полем индуктора 5.

Температура нагрева атмосферы печи 1, необходимая для осуществления технологического процесса, регулируется изменением мощности индуктора.

При достижении заданной температуры в нижние пробки 38, навинченные на нижние концы труб 28, через штуцера 35 и трубки 33 и 37 подается под давлением газ, содержащий наносимое вещество. При выходе из трубок 37 газ поднимается по внутренним полостям труб 28 и удаляется через трубки 34 и штуцера 36.

При контакте газового потока с нагретыми внутренними поверхностями труб 28 происходит диффундирование наносимого вещества, содержащегося в газе, на стенки труб 28.

Толщина наносимого покрытия определяется временем прогонки газовой среды по трубам и концентрацией в ней газовой, например азотной, составляющей.

Вертикальное расположение труб 28, свободно подвешенных на сферических поверхностях верхнего распределительного фланца 26 и пробки 29, позволяет исключить их деформацию от собственного веса, а следовательно, повысить качество наносимого покрытия.

Применение в печи 1 муфеля 11, с которого осуществляется двусторонний съем тепла и который вместе с теплоизоляционной кладкой 10 образует канал для циркуляции печной атмосферы, позволяет снизить до минимума градиент температуры по высоте труб 28, создать предпосылки для обеспечения качественного покрытия, а также повысить тепловой КПД печи 1, так как температура внутренней поверхности кладки 10, муфеля 11 и обрабатываемых труб практически одинаковая.

Характерной особенностью установки является кассета 21, в которой собран и установлен пакет труб. Во время осуществления технологического цикла на сборочном посту собирается вторая кассета, которая устанавливается в печи 1 на место первой кассеты после окончания технологического цикла и извлечения последней из печи 1. Начинается новый технологический цикл нанесения покрытия на внутренние поверхности труб 28.

Необходимо также отметить значительное повышение производительности установки, так как, во-первых, осуществляется одновременное нанесение покрытия на все установленные в кассете 21 трубы 28, а во-вторых, сокращается вспомогательное время на загрузку-выгрузку кассеты 21.

Предлагаемая установка может быть широко использована при нанесении покрытий на внутренние полости полых деталей (азотирование, цианирование и т. д.) различных размеров по длине и поперечному сечению.

Использование: для повышения производительности технологического оборудования при одновременном обеспечении качественного нанесения покрытия на внутренние поверхности труб, работающих в условиях интенсивного износа. Сущность изобретения: устройства нагрева выполнено в виде печи с размещенными в ней муфелем и опорами. Установка снабжена кассетой, размещаемой в печи и муфеле и выполненной в виде вертикального стержня с верхним и нижним распределительными фланцами с посадочными гнездами, предназначенными для установки пробок, и лапами, предназначенными для взаимодействия с опорами. При этом в нижней части печи установлен нагнетатель. Муфель выполнен сборным. Установка снабжена закрепленной на вертикальном стержне теплозащитной заглушкой. Печь выполнена индукционной. Посадочные гнезда верхнего распределительного фланца и поверхности верхних пробок выполнены сферическими и имеют возможность взаимодействия друг с другом. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. УСТАНОВКА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ, содержащая устройства нагрева деталей и нанесения покрытия, а также пробки, предназначенные для фиксирования напыляемой детали и подвода отвода рабочей смеси, отличающаяся тем, что устройство нагрева выполнено в виде печи с размещенными в ней муфелем и опорами, причем установка снабжена кассетой, размещаемой в печи и муфеле и выполненной в виде вертикального стержня с верхним и нижним распределительными фланцами с посадочными гнездами, предназначенными для установки пробок, и лапами, предназначенными для взаимодействия с опорами, при этом, в нижней части печи установлен нагреватель. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что муфель выполнен сборным. 3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена закрепленной на вертикальном стержне теплозащитной заглушкой. 4. Установка по п.1, отличающаяся тем, что печь выполнена индукционной. 5. Установка по п.1, отличающаяся тем, что посадочные гнезда верхнего распределительного фланца и поверхности верхних пробок выполнены сферическими и имеют возможность взаимодействия друг с другом.