СИСТЕМА ПРИМЕНЕНИЯ СМАЗОЧНО-ОХЛАЖДАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕДСТВ /СОТС/ Российский патент 1999 года по МПК C02F1/40 C10M175/04 

Изобретение относится к системам применения смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), применяемых при механической обработке металлов резанием, например при шлифовании, лезвийной обработке, хонинговании стальных заготовок и т.д., может быть использовано в индивидуальной, групповой и централизованной системах.

Известны системы применения СОТС, работающие по замкнутому циркуляционному циклу (Справочник. СОТС для обработки металлов резанием. М., Машиностроение, 1984, с. 197). Технологическое оборудование систем состоит в общем случае из 6 подсистем. Одна постоянно действующая система является основной и обеспечивает циркуляцию и обработку СОТС в процессе ее использования на станках. Она включает в себя устройства подачи СОТС, узел очистки от мехпримесей и инородных масел, узел антимикробной обработки. Устройства, входящие в систему, могут быть подключены к циркулирующему потоку СОТС последовательно или параллельно. К периодически действующим устройствам относятся устройства приготовления СОТС, восстановления эксплуатационных свойств СОТС, рекуперации, обезвреживания отработанных СОТС. Система регенерации СОТС предназначена для разложения ее на водную и масляную фазы после потери работоспособности СОТС. Масло направляют на утилизацию, а вода поступает на участок приготовления СОТС. Известные системы укомплектованы емкостями, трубопроводами, арматурой, конвейерами и т.д.

В качестве прототипа выбрана система применения эмульсий, разработанная Горьковским автозаводом (Нижегородским) (Справочник. Бердичевский Е.Г. Смаз. -охлажд. технол. ср-ва для обраб. материалов. М., Машиностроение, 1984, с. 199).

Система состоит из 3 подсистем. В подсистеме приготовления предусмотрены средства для обеззараживания воды, дозирования и смешивания необходимых компонентов, транспортирования СОТС. Постоянно действующая подсистема эксплуатации СОТС на операциях металлообработки включает в себя раздаточные емкости для свежеприготовленной СОТС и слива жидкости от станков, устройства очистки от механических примесей (центробежные или ленточные), промежуточные емкости для проведения текущих профилактических мероприятий, узел антимикробной обработки СОТС УФ-излучением, находящийся между емкостью с очищенной от мехпримесей и посторонних масел СОТС и раздаточной емкостью, технологические трубопроводы и др. периферийное оборудование. Третья периодическая подсистема регенерации СОТС путем разложения также имеет емкости-отстойники и емкости для вспомогательных материалов, вызывающих разложение СОТС на воду и масло, средства транспортирования масла на утилизацию и воды для повторного использования.

К недостаткам известной системы применения СОТС относятся
малый срок службы СОТС:
объясняется это следующим: основным фактором, поражающим СОТС, является его микробиологическое поражение, на практике при наличии известного оборудования циркуляции, очистки, антимикробной обработки СОТС и при существующей культуре производства изготовления биозаражение СОТС прогрессирует очень быстро, и реальный срок службы СОТС, таких как Автокат, ЭГТ, НГЛ составляет 2-3 недели, хотя в нормативно-технической документации утверждается, что периодичность замены СОТС в системах достигает 3-6 месяцев;
большой объем расхода СОТС, что обусловлено малым сроком эксплуатации СОТС;
большое количество утилизируемых отходов, не подлежащих регенерации и возврату для повторного использования, так как система применения СОТС, указанная в качестве прототипа, содержит оборудование и средства лишь по продлению срока службы СОТС в диапазоне биопоражения не более 10⁵ - 10⁶ кл/мл и при нормальных прочих эксплуатационных показателях (pH, коррозия, органолептические).

Известно, что при микробопоражении 10⁸ кл/мл (4 балла по ТТХ) эмульсия полностью поражена и подлежит замене. По данным ВНИИПКНефтехим допустимой нормой является содержание до 10⁶ кл/мл, а так как скорость размножения бактерий огромна, то в процессе эксплуатации необходимо принимать экстренные меры для подавления жизнедеятельности бактерий, иначе количество бактерий быстро возрастает до 10⁸ кл/мл. Допустимой нормой содержания бактерий в водосмешиваемых СОТС также приводится показатель 10⁵ кл/мл и поясняется, что отклонение от нормы органолептических показателей качества СОТС (цвет, запах) чаще всего связано с необратимыми процессами в жидкости, поэтому необходима своевременная количественная оценка СОТС. Кроме того, по ГОСТ Р 50558-93 и 9.085 предельное значение показателя чистоты СОЖ при металлообработке (без особых требований) соответствует 1 баллу ТТХ-теста или 0-10³ кл/мл. Приведенные справочные и нормативные данные свидетельствуют о следующем:
- допустимое содержание бактерий в СОТС, при котором СОТС может находиться в эксплуатации, 10⁵ - 10⁶ кл/мл; в этом диапазоне подразумевается и проведение профилактических мероприятий, которые увеличивают срок годности СОТС, т.е. расширяют лишь временные рамки этого диапазона, но не сам диапазон. При качестве СОТС вне допустимых пределов (т.е. > 10⁶ кл/мл) корректировка СОТС неэффективна, и она подлежит сливу.

Велики расходы предприятия в целом по поддержанию норм экологического состояния, т. к. распространенной практикой утилизации СОТС промышленными предприятиями является химическое или термическое разложение СОТС и сброс продуктов разложения. При этом в отходах наблюдается превышение ПДК вредных примесей.

Целью изобретения является
- увеличение срока службы СОТС,
- сокращение расхода СОТС,
- сокращение количества утилизируемых отходов,
- улучшение условий эксплуатации и экологии производства,
- снижение затрат по эксплуатации системы применения СОТС,
- создание безотходной технологии применения СОТС.

Предлагаемая система применения СОТС включает узел приготовления СОТС; металлообрабатывающий комплекс (станки, автоматические линии и т.д.), содержащий устройства подачи СОТС, устройства очистки СОТС от посторонних масел и механических примесей, участок разложения СОТС на водную и масляную фазы; система также укомплектована емкостями для накопления СОТС на соответствующих технологических операциях, трубопроводами, запорной арматурой, КИП и пр.

В отличие от прототипа система применения содержит дополнительно установку восстановления эксплуатационных свойств биопораженных СОТС, имеющих степень биопоражения выше допустимой, например выше 10⁶ кл/мл, установленную с возможностью периодического подключения между устройством очистки металлообрабатывающего комплекса с одной стороны и устройством подачи с другой стороны, а участок разложения СОТС соединен с возможностью периодического подключения с выходом устройства очистки или с выходом установки восстановления и дополнительно снабжен устройствами антимикробной обработки водной и масляной фаз продуктов разложения.

Причем, если участок разложения СОТС включает установку термического разложения СОТС, то в этом случае установка одновременно является упомянутым устройством антимикробной обработки продуктов разложения.

Если участок разложения СОТС включает установку разложения методом ультрафильтрации, то она, как сказано выше, снабжена дополнительным устройством антимикробной обработки продуктов разложения.

На чертеже представлена структурная схема заявляемой системы применения СОТС в виде производственных оперативных элементов, объединенных линиями транспортирования с указанием направления движения.

Предлагаемая система применения СОТС в зависимости от производственных объемов и площадей, имеющегося парка станков и пр. может быть выполнена по схеме группового и централизованного обслуживания металлообрабатывающего оборудования.

Система применения СОТС включает в себя узел 1 приготовления СОТС. В него, как правило, входят емкость для смешиваемых компонентов, дозаторы, контрольно-измерительная аппаратура, механизмы для диспергирования и эмульгирования водных, масляных, полусинтетических и др. технологических жидкостей и пр. Насосы периодически перекачивают свежеприготовленную смазочно-охлаждающую жидкость (СОЖ) на металлообрабатывающий комплекс 2. Комплекс 2 подразумевает циркуляцию СОЖ по последовательно имеющемуся оборудованию: металлообрабатывающие станки 3 - устройства 4 очистки от мехпримесей и инородных масел - устройство очистки маслопримесей 5 с последующей подачей в производство, а также устройство выделения и очистки мехпримесей 6. Один из выходов устройства очистки 4 сообщается с установкой 7 восстановления эксплуатационных свойств биопораженных СОТС, имеющих степень биопоражения выше допустимой, например выше 10⁶ кл/мл. Установка 7 установлена с возможностью периодического подключения к выходу устройства очистки 4, а выходной патрубок установки 7 соединен с устройством подачи 8 комплекса 2. Устройство 9 участка разложения СОТС на водную и масляную фазы соединено с возможностью периодического подключения с выходом устройства очистки 4 или с выходом установки восстановления 7. Для обезвреживания и утилизации отработанных СОЖ могут быть применены известные средства и оборудование: механические, коагуляционные, термические, ультрафильтрацией и пр. Для решения задачи создания безотходной системы применения СОТС дополнительно на участке разложения устанавливают устройства 10 и 11 антимикробной обработки потоков соответственно водной фазы и масляной фазы.

Система применения СОТС на примере централизованной схемы такой системы функционирует следующим образом.

Система имеет пять режимов работы: режим заполнения системы чистым СОТС; режим циркуляции СОТС, включая режимы очистки и восстановления СОТС; дежурный режим или режим выходного дня; режим слива СОТС и промывки технологического оборудования; режим разложения СОТС.

После слива отработанной СОТС, непригодной для дальнейшего применения, тщательно промывают и дезинфицируют емкости, трубопроводы, конвейеры, драги, поддоны и т.д. в установках приготовления и подачи СОТС. Периодичность очистки и подготовки свежей СОТС зависит от состава СОТС и от условий эксплуатации. Так, для водных СОЖ периодичность колеблется в пределах 1-3 месяцев, для масляных СОЖ - 3-6 месяцев.

После приготовления СОТС проходят контроль качества. Подготовленную СОТС подают насосами или самотеком из резервуара в раздаточную емкость системы эксплуатации. Автоматические линии и группы станков имеют свою замкнутую систему использования СОТС, включающую устройства подачи и устройства очистки. На стадии очистки СОТС разделяют на три потока: очищенные СОТС, мехпримеси и инородные масла.

В процессе эксплуатации происходит снижение качества СОТС, проявляющееся в ухудшении технологических показателей металлообработки: снижается стойкость режущего инструмента, качество обработки, ухудшаются антикоррозионные свойства и органолептические показатели. Мероприятия по корректировке качества СОТС проводят на основании результатов текущего контроля.

Предлагаемая система позволяет восстанавливать глубокопораженные СОТС, которые согласно имеющимся нормативам должны быть переданы на утилизацию (pH ниже нормы, цвет, запах, коррозия, показатель биопоражения более 10⁶ кл/мл). С этой целью предлагается использовать установку 7 восстановления эксплуатационных свойств СОТС. Восстановление СОТС происходит следующим образом.

Прием 1. Восстановление свойств глубокопораженных СОЖ заключается в периодической аэрации СОЖ до начала понижения pH. Затем СОЖ выдерживают до появления видимого осадка и затем очищают от очагов биопоражения (в виде микробиологических пленок на поверхности и осадка на дне). При необходимости аэрацию с отстоем и очисткой проводят неоднократно. Количество циклов и их продолжительность зависят от типа используемой СОЖ, степени микробопоражения, а также от имеющейся технологии эксплуатации СОЖ.

Например, СОЖ на основе ЭГТ со степенью биопоражения более 10⁶ кл/мл, pH ниже нормы, коррозия, цвет, гнилостный запах, обрабатывается воздухом со скоростью подвода кислорода 25-30 мг/л•час. Затем СОЖ выдерживается в рабочей емкости и очищается от очагов биопоражения. В результате такой обработки после восьми циклов были получены стабильные эксплуатационные показатели. При необходимости проводится корректировка СОТС.

Прием 2. Восстановление эксплуатационных свойств глубокопораженных СОТС со степенью биопоражения более 10⁶ кл/мл (pH ниже нормы, коррозия, цвет, гнилостный запах) с помощью термической обработки. Режимы и параметры термообработки зависят от имеющегося типа СОТС и его состояния.

Например, отработанная СОЖ на основе ЭГТ имела сильное биопоражение, более 10⁶ кл/мл, не выдерживала эксплуатационных требований по запаху, pH, коррозии и была предназначена к утилизации. При этом СОЖ фактически не отработала ресурс по входящим в ее состав технологическим присадкам. Данная СОЖ термообработана при температуре 98-105^oC и удельной тепловой мощности 0,2-0,25 кВт•ч/л. Время выдержки 1,5-2,0 часа. После термообработки и корректировки эксплуатационные параметры СОЖ практически не отличались от свежеприготовленной.

Корректировка СОЖ проводится по необходимости, например, по антикоррозионным присадкам.

Таким образом, описанные приемы обработки позволяют существенно увеличить срок службы СОТС и тем самым значительно сократить расходы по применению СОТС.

При снижении технологических свойств СОТС (т.е. снижении концентрации технологических присадок ниже нормы) очищенная от мехпримесей и маслопримесей в устройстве 4 СОТС подается на участок разложения 9, где обработка СОТС осуществляется методами ультрафильтрации или термического разложения как наиболее приемлемыми для целей безотходного производства. Продукты разложения (масляная и водная фазы) проходят антимикробную обработку (устройства 11 и 10).

Для проведения антимикробной обработки предлагается использовать известные более эффективные физические и физико-химические методы (термопастеризация, импульсный ультрафиолет, озонирование и др.), полностью подавляющие жизнедеятельность гнилостных бактерий и грибов. Обработанная водная фаза подается в узел приготовления СОТС. Выделенная масляная фаза при необходимости корректируется по химсоставу и подается в узел приготовления СОТС или для других технологических целей. Антимикробная обработка на стадии разложения позволяет в дальнейшем вернуть продукты разложения в технологический цикл и создать тем самым основу безотходной системы применения СОТС.

Если участок разложения СОТС 9 включает установку термического разложения СОТС, то в этом случае устройство 8 является одновременно устройством антимикробной обработки продуктов разложения.

Если разложение СОТС проводят методом ультрафильтрации, то в этом случае антимикробную обработку водной и масляной фаз проводят дополнительными устройствами 10 и 11.

При отсутствии возможности корректировки масляной фазы и при невозможности использовать ее в тех или иных технологических операциях масляную фазу передают на утилизацию, например в качестве добавок к жидкому топливу.

Предлагаемая система применения СОТС позволяет существенно сократить утилизируемые отходы и реализовать задачу создания безотходной технологии применения СОТС. Практически срок службы СОТС увеличивается в 2 и более раз, а ее продукты разложения используются повторно, что улучшает условия эксплуатации и экологию производства, а также снижает затраты на эксплуатацию системы применения СОТС.

Источники информации, принятые во внимание
СОТС для обработки металлов резанием: справочник. - М.: Машиностроение. - 1986.

Бердичевский Е. Г. Смазочно-охлаждающие технологические средства для обработки материалов: справочник. - М.: Машиностроение. - 1984.

Временная технологическая инструкция по приготовлению, применению, контролю и корректировке качества рабочей эмульсии полусинтетической СОЖ Велс-1, г. Пермь, 1991, приложение к ТУ 38.601-21-37-89.

Новое в науке, технике и производстве. Серия: Производство и применение новых материалов и продуктов в промышленности. Обзорная информация, - Киев: УкрНИИНТИ, - 1991, - вып. 2.

Изобретение предназначено для очистки смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), применяемых при механической обработке металлов резанием. Технический результат состоит в увеличении срока службы СОТС, сокращении их расхода, количества утилизируемых отходов, улучшении условий эксплуатации и экологии производства. Система применения СОТС включает узел приготовления СОТС, металлообрабатывающий комплекс, содержащий устройства подачи, устройства очистки СОТС от посторонних масел и механических примесей, установку восстановления эксплуатационных свойств биопораженных СОТС, имеющих степень биопоражения выше допустимой, установленную с возможностью периодического включения между устройством очистки металлообрабатывающего комплекса с одной стороны и устройством подачи и узлом приготовления с другой стороны. Система содержит также участок разложения СОТС на водную и масляную фазы методом ультрафильтрации или термического разложения. Участок разложения СОТС соединен с возможностью периодического подключения с выходом устройства очистки или с выходом установки восстановления и дополнительно снабжен устройствами антимикробной обработки водной и масляной фаз продуктов разложения. Система в целом укомплектована емкостями для накопления СОТС на соответствующих технологических операциях, трубопроводами, запорной арматурой, КИП. 1 ил.

Система применения смазочно-охлаждающих технологических средств (СОТС), включающая узел приготовления СОТС, металлообрабатывающий комплекс, содержащий устройства подачи СОТС, устройства очистки СОТС от посторонних масел и механических примесей, участок разложения СОТС на водную и масляную фазы, отличающаяся тем, что система применения дополнительно содержит установку восстановления эксплуатационных свойств биопораженных СОТС, имеющих степень биопоражения выше допустимой, установленную с возможностью периодического подключения между устройством очистки металлообрабатывающего комплекса с одной стороны и устройством подачи с другой стороны, а участок разложения СОТС соединен с возможностью периодического подключения с выходом устройства очистки или с выходом установки восстановления и снабжен устройствами антимикробной обработки водной и масляной фаз продуктов разложения.