ИЗОСТАТ ДЛЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ В ЖИДКОСТИ Российский патент 2000 года по МПК B22F3/14 B22F3/15 

Изобретение относится к порошковой металлургии, конкретно к оборудованию для обработки материалов в жидкости при высоких давлении и температуре, и может быть наиболее эффективно использовано при вулканизации, полимеризации и компактировании дискретных или сплошных материалов под давлением жидкости более 100 MПа и температурах более 100^oC.

Технология изостатического прессования относится к числу "высоких технологий" и интенсивно развивается в мире.

Аналогом заявляемого технического решения является изостат, описанный в проспекте ВНИИметмаш "Машины для порошковой металлургии".- М.: Внешторгиздат, 1990, изд. N 763 МВ, с.5. Изостат-аналог содержит силовой контейнер с рабочей камерой. Рабочая камера герметично закрывается верхней и нижней пробками, образующими замкнутое герметичное рабочее пространство, в котором помещено обрабатываемое изделие. Обработка изделия производится путем подачи в рабочее пространство (рабочую камеру) рабочей жидкости под требуемым для осуществления процесса давлением.

Недостатком изостата-аналога является то, что процесс в нем происходит при температуре окружающей среды, т.к. в силу своей конструктивной особенности он не может быть снабжен нагревателем. Причиной этого является то, что рабочая камера заполняется жидкостью. Это снижает технологические возможности такого изостата. Кроме того, сама рабочая жидкость, воздействуя на обрабатываемое изделие, непосредственно контактирует с внутренними стенками рабочей камеры силового контейнера, подвергая их эрозии. Все это отрицательно сказывается как на качестве обработанного изделия, так и на стойкости внутренних стенок силового контейнера (рабочей камеры) из-за агрессивного воздействия применяемой жидкости на внутреннюю поверхность рабочей камеры силового контейнера. Такое воздействие в ряде случаев приводит к просачиванию и далее к прорыву жидкости в окружающую рабочую среду и ее загрязнению.

Ближайшим аналогом (прототипом) заявляемого изостата является изостат, описанный в проспекте фирмы ASEA, Швеция, (А08-4007Е, 1990 г., с.3). Изостат-прототип содержит силовой контейнер, выполненный многокорпусным с соосным расположением плотно прилегающих друг к другу цельнометаллических цилиндров, наружный из которых выполнен с плотно намотанной на его поверхность стальной лентой, а внутренний образует рабочую камеру, герметично закрываемую верхней и нижней пробками с уплотнениями. Рабочая жидкость под давлением подается непосредственно в рабочую камеру, в которой располагают обрабатываемое изделие.

Изостат-прототип обладает теми же недостатками, что и изостат-аналог. Кроме того, утечка жидкости из рабочей камеры сопряжена с быстрой потерей давления в рабочей камере (из-за малой сжимаемости жидкости), нарушением нормального хода технологического процесса.

Предлагаемое изобретение решает задачу расширения технологических возможностей изостатического прессования в изостатах путем использования в качестве рабочих сред как газа (преимущественно инертного), так и специально подобранной жидкости. При этом рабочее (формующее) воздействие на изделие оказывается жидкостью, а давление жидкости передается через газовую среду.

Технический эффект заявляемого изобретения заключается в расширении технологических возможностей процесса изостатического прессования в изостатах. Так, за счет высокой сжимаемости газовой среды давление в рабочем пространстве при утечках газа падает не настолько интенсивно, как в случае использования в качестве источника давления жидкой среды. Снижаются общие энергозатраты, улучшается экология окружающей среды, снижаются материалоемкость и габариты устройства в целом.

Предлагаемый изостат для обработки материалов в жидкости устраняет недостатки изостатов аналога и прототипа тем, что в нем силовой контейнер выполнен многокорпусным с соосным расположением плотно прилегающих друг к другу цельнометаллических цилиндров, наружный из которых выполнен с плотно намотанной на него стальной лентой, а внутренний образует рабочую камеру, герметично закрываемую верхней и нижней пробками с уплотнениями и соединенную через одну из пробок с источником, создающим давление в рабочей камере, а в самой рабочей камере установлен рабочий сосуд для жидкости, при этом рабочий сосуд для жидкости выполнен с открытым верхом и герметичным дном из токопроводного материала и установлен на электроизолированном нагревателе, который установлен на защитном магнитопроводе, базирующемся на верхнем торце нижней пробки, при этом рабочий сосуд для жидкости установлен по отношению к внутренней поверхности рабочей камеры таким образом, что он образует зазор между внутренней поверхностью силового контейнера и наружной стенкой рабочего сосуда для жидкости, причем на поверхности одного из прилегающих друг к другу цельнометаллических цилиндров, образующих силовой контейнер, выполнены проточки для подвода-отвода охлаждающей воды, а на торце нижней пробки выполнена по всей окружности кольцевая проточка для сбора конденсата, при этом рабочее пространство силового контейнера герметично соединено с газовым компрессором. Нагреватель в предлагаемом изостате может быть выполнен в виде плоского индуктора секций из сплошных токопроводных, например медных, пластин, а также из цельной медной пластины в виде спирали. Защитный же магнитопровод может быть выполнен из радиально расположенных и не соприкасающихся друг с другом секций из листовой электротехнической стали.

Заявляемый изостат для обработки материалов в жидкости изображен на фиг. 1-3:
на фиг. 1 - продольный разрез изостата в рабочем состоянии с подведенным источником газа высокого давления (компрессором);
на фиг. 2 - увеличенный вид нагревателя (вид сверху);
на фиг. 3 - увеличенный вид защитного магнитопровода (вид сверху).

Изостат для обработки материалов в жидкости содержит многокорпусный силовой контейнер, выполненный из соосно расположенных цилиндров - наружного корпуса 1, выполненного с плотно намотанной на поверхность прилегающего к нему изнутри корпуса 2 стальной лентой. Корпуса 2, 3 и 4 силового контейнера выполнены в виде цельнометаллических цилиндров. В среднем корпусе 3 выполнены отверстия 5 для подвода-отвода охлаждающей воды. Центральный корпус 4 образует рабочее пространство 6 силового цилиндра, которое герметизируется верхней пробкой 7 и нижней пробкой 8. Пробки снабжены уплотнениями 9. В рабочем пространстве 6 размещен рабочий сосуд 10 с открытым верхом и герметичным дном 11 из токопроводного материала. В рабочем сосуде 10 помещен обрабатываемый материал 12, залитый рабочей жидкостью 13. Рабочий сосуд 10 своим токопроводящим дном 11 опирается на электроизолированный нагреватель 14, а последний опирается на защитный магнитопровод 15, который базируется на верхнем торце нижней пробки 8. Между наружной поверхностью рабочего сосуда 10 и внутренней поверхностью центрального корпуса 4 в силу их соосного расположения образовано пространство, выполняющее роль теплоизолирующей оболочки после наполнения рабочего пространства 6 газом, что препятствует передаче тепла от стенок рабочего сосуда 10 стенкам цилиндра 4 силового контейнера. Газ в рабочее пространство 6 силового контейнера поступает по трубопроводу 16 от компрессора 17. В торце нижней пробки по всей окружности выполнена кольцевая проточка 18 для сбора конденсата.

Изостат для обработки материалов в жидкости работает следующим образом.

На торец нижней пробки на специальном устройстве (не показано) последовательно устанавливают защитный магнитопровод, электроизолированный нагреватель и рабочий сосуд с размещенной в нем заготовкой и залитый рабочей жидкостью. Характер жидкости выбирают исходя из решаемой задачи. Все это помещают в рабочее пространство силового контейнера на нижней пробке и герметизируют рабочее пространство с помощью верхней и нижней пробок. Газом (или газовой смесью) с помощью компрессора заполняют рабочее пространство. После этого включают электроизолированный нагреватель и разогревают дно рабочего сосуда, передавая тепло заготовке и рабочей жидкости. При эксплуатации изостата давление газа (или газовой смеси) выбирают, как правило, равными или более 100 МПа, а конкретную величину давления газа устанавливают исходя из параметров выбранной жидкости для решаемой задачи, соблюдая необходимое условие: гарантированное превышение давления газа над давлением критической точки жидкости, выбранной для осуществления процесса. Для воды, например, критическая точка имеет следующие параметры: давление 22,1 МПа, температура 547,3 К (374^oC).

Под давлением газа в рабочем сосуде с жидкостью происходит один из выбранных процессов: компактирование дискретных или сплошных материалов, вулканизация и т.п.

После осуществления процесса давление газа сбрасывается, извлекается готовое изделие из сосуда с жидкостью и процесс повторяется вновь.

Изобретение относится к порошковой металлургии, конкретно к оборудованию для обработки материалов в жидкости при высоких давлении и температуре и может быть наиболее эффективно использовано при вулканизации, полимеризации и компактировании дискретных или сплошных материалов под давлением жидкости более 100 МПа и температурах более 100^oС. Изостат содержит силовой контейнер с рабочим пространством, герметизируемый верхней и нижней пробками. Внутри рабочего пространства установлен рабочий сосуд с жидкостью. Рабочий сосуд имеет открытый верх и герметичное дно из токопроводного материала. Рабочий сосуд с жидкостью и помещенной в него обрабатываемой заготовкой установлен на электроизоляционном нагревателе, который в свою очередь установлен на защитный магнитопровод, а последний - на торце нижней пробки. Рабочий сосуд с жидкостью и обрабатываемой заготовкой установлен в рабочем пространстве силового контейнера так, что между наружной стенкой рабочего сосуда и внутренней стенкой силового контейнера образован зазор, обеспечивающий снижение теплопотерь. Применение газа в качестве среды, обеспечивающее в конечном счете давление на заготовку, делает процесс более технологичным и экономичным, за счет снижения энергозатрат, повышается экологичность процесса. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Изостат для обработки материалов в жидкости, содержащий силовой контейнер, выполненный многокорпусным с соосным расположением плотно прилегающих друг к другу цельнометаллических цилиндров, наружный из которых выполнен с плотно намотанной на него стальной лентой, а внутренний образует рабочую камеру, герметично закрываемую верхней и нижней пробками с уплотнениями и соединенную через одну из пробок с источником, создающим давление в рабочей камере, а в самой рабочей камере установлен рабочий сосуд для жидкости, при этом рабочий сосуд для жидкости выполнен с открытым верхом и герметичным дном из токопроводного материала и установлен на электроизолированном нагревателе, который установлен на защитном магнитопроводе, базирующемся на верхнем торце нижней пробки, при этом рабочий сосуд для жидкости установлен по отношению внутренней поверхности рабочей камеры так, что он образует зазор между внутренней поверхностью силового контейнера и наружной стенкой рабочего сосуда для жидкости, причем на поверхности одного из прилегающих друг к другу цельнометаллических цилиндров, образующих силовой контейнер, выполнены проточки для подвода-отвода охлаждающей воды, а на торце нижней пробки выполнена по всей окружности кольцевая проточка для сбора конденсата, при этом рабочее пространство силового контейнера герметично соединено с газовым компрессором. 2. Изостат по п.1, в котором нагреватель выполнен в виде плоского индуктора из секций сплошных токопроводных, например, медных пластин. 3. Изостат по п.1, в котором нагреватель выполнен из цельной медной пластины в виде спирали. 4. Изостат по любому из пп.1, 2 и 3, в котором защитный магнитопровод выполнен из радиально расположенных и не соприкасающихся друг с другом секций из листовой электротехнической стали.