УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГОРЯЧЕГО ИЗОСТАТИЧЕСКОГО ПРЕССОВАНИЯ И СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ТАКОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2007 года по МПК B22F3/15 

Область применения изобретения.

Данное изобретение относится к устройству для горячего изостатического прессования и к способу охлаждения загруженных объектов, находящихся в загрузочном отделении в печной камере устройства для горячего изостатического прессования.

Предпосылки изобретения

Горячие изостатические прессы используются при изготовлении изделий самых разнообразных типов, например турбинных лопаток для летательных аппаратов или искусственных тазобедренных суставов, имплантируемых человеку. Такие прессы обычно содержат печь, имеющую электрические нагревательные элементы, предназначенные для повышения температуры в печной камере, в которой происходит прессование загруженных объектов, т.е. изделий, находящихся в загрузочной зоне. После окончания операции прессования зачастую бывает необходимо быстро охладить загрузочную зону, чтобы находящиеся в ней изделия приобрели желаемые свойства, а рост гранул прекратился или стал минимальным. Кроме того, быстрое охлаждение приводит к увеличению производительности, поскольку в этом случае загруженные объекты можно извлекать раньше, уменьшая таким образом продолжительность производственного цикла. Однако также важно, чтобы охлаждение загрузочной зоны проходило равномерно.

Предпринимались попытки охлаждения загрузочной зоны и печной камеры путем введения холодного газа непосредственно в эту загрузочную зону. Хотя этот способ действительно обеспечивает быстрое охлаждение, ему присущ недостаток, который заключается в неравномерном охлаждении загруженных объектов, поскольку между загруженными объектами протекает газ, который существенно холоднее газа в загрузочной зоне. Это может привести к неодинаковому качеству изделий и даже к появлению трещин.

В патенте США №5123832 описан горячий изостатический пресс, обеспечивающий более равномерное охлаждение загруженных объектов. В этом прессе используется смесь газов, полученная при смешивании в эжекторе холодного газа и горячего газа из печной камеры. Температура смеси газов, вводимой в загрузочную зону, примерно на 10% ниже температуры в самой этой зоне. Для обеспечения хорошего эффекта перемешивания при смешивании холодного и горячего газов в эжекторе необходимо значительное дросселирование или сужение проходного сечения. Поэтому впускное отверстие для смешанного газа в загрузочную зону является очень малым, обычно 100 мм в диаметре, тогда как диаметр загрузочной зоны обычно составляет около 1,2 м. Несмотря на то что данная конструкция способна обеспечивать удовлетворительное охлаждение, ей также присущи некоторые недостатки. Когда во время операции прессования необходимо нагревать печную камеру, нагрев этой камеры, и в особенности загрузочной зоны, происходит очень неравномерно из-за малой площади впускного отверстия в загрузочную зону, если только по сторонам печной камеры не установлены нагревательные элементы. Во многих случаях нагревательные элементы желательно иметь только в нижней части печной камеры, хотя бы по причинам простоты конструкции и снижения себестоимости. Таким образом, по-прежнему существует потребность в простом альтернативном техническом решении, которое обеспечивало бы хорошее смешивание и при этом не имело указанных конструктивных ограничений.

Сущность изобретения

Цель данного изобретения заключается в создании способа и устройства для горячего изостатического прессования, которые обеспечивают равномерное охлаждение загрузочного отделения печной камеры и в которых отсутствуют недостатки, свойственные известным способам и устройствам этого типа.

Другая цель изобретения заключается в создании способа и устройства для горячего изостатического прессования, также подходящих для печи, на сторонах которой отсутствуют нагревательные элементы.

Эти и другие цели изобретения становятся более понятными из последующего описания, и их достижение обеспечивается созданием способа и устройства для горячего изостатического прессования, заявленных в приложенной формуле изобретения.

В основе изобретения лежит понимание того, что хорошее смешивание холодной рабочей среды под давлением с горячей рабочей средой под давлением, выпускаемой из загрузочного отделения печной камеры, можно получить без использования специальных смешивающих приспособлений. Другими словами, можно использовать пассивное смешивание, при котором холодная рабочая среда под давлением смешивается с горячей рабочей средой под давлением без посторонней помощи или приложения силы. Смешанную таким образом рабочую среду под давлением вводят в печную камеру. Это означает, что смешивание фактически происходит благодаря перемещению рабочих сред под давлением, имеющих разные температуры, то есть благодаря естественной конвекции.

Возможность осуществления смешивания без применения специальных смешивающих приспособлений, таких как дроссель эжектора, насосы или вентиляторы, обеспечивает разные преимущества, одно из которых заключается в снижении эксплуатационных расходов и работ по техническому обслуживанию. Дополнительные преимущества станут очевидными из последующего описания.

Термин "холодная рабочая среда под давлением" имеет относительное значение, и его следует понимать как относящийся к рабочей среде под давлением, температура которой ниже температуры нагретой рабочей среды под давлением, находящейся в печной камере. Соответственно, термин "горячая рабочая среда под давлением" относится к рабочей среде под давлением, которая была нагрета до или во время фактического прессования в печной камере и имеет температуру, превышающую температуру холодной рабочей среды под давлением. Термин "смешанная рабочая среда под давлением" следует понимать относящимся к рабочей среде под давлением, которая получена при смешении холодной и горячей рабочих сред под давлением и которая поэтому имеет температуру, находящуюся между температурами указанных рабочих сред под давлением.

Было установлено, что особенно предпочтительно смешивать рабочие среды под давлением путем естественной конвекции. Это можно осуществлять обеспечивая прохождение вниз относительно холодной рабочей среды под давлением через выпускаемую относительно горячую рабочую среду под давлением. Если указанное прохождение вниз или опускание холодной рабочей среды под давлением происходит с определенной высоты, то холодная и горячая рабочие среды под давлением будут хорошо перемешиваться в отношении того, что касается их температуры. Затем эту хорошо перемешанную среду возвращают в загрузочное отделение, при этом ее температура несколько ниже температуры загрузочного отделения. Таким образом, разность высот стимулирует течение рабочей среды под давлением, то есть естественную конвекцию.

После возврата смешанной рабочей среды под давлением в печную камеру для охлаждения загруженных объектов ее выпускают из загрузочного отделения и опять смешивают с рабочей средой под давлением, имеющей более низкую температуру по сравнению с этой вновь выпущенной рабочей средой под давлением, а затем еще раз возвращают в загрузочное отделение. Таким образом, этот процесс постоянно снижает температуру в загрузочном отделении и печной камере, при этом температура загруженных объектов будет снижаться равномерно.

Предпочтительно контур протекания смешанной рабочей среды под давлением выполняют таким образом, что впуск в загрузочное отделение находится ниже зоны, в которую вводят относительно холодную рабочую среду под давлением. В результате этого холодная рабочая среда под давлением вследствие своей высокой плотности опускается с высокого уровня на низкий уровень через выпускаемую горячую рабочую среду под давлением и смешивается с ней. Таким образом, в загрузочное отделение на нижнем уровне можно направлять равномерно нагретую смешанную рабочую среду под давлением. Очевидно, что это решение является простым и практичным. Однако понятно, что впуск может быть расположен и в другом месте, поскольку обеспечена возможность хорошего перемешивания рабочей среды под давлением, после чего она может быть подана на более высокий уровень.

Высота указанного прохождения вниз или опускания сравнительно холодной рабочей среды под давлением должна быть такой, чтобы эта среда могла хорошо перемешаться с точки зрения ее температуры с выпускаемой горячей рабочей средой под давлением до введения полученной смеси обратно в загрузочное отделение. Было установлено, что хорошее перемешивание достигается в случае, когда холодную рабочую среду под давлением подают на уровень, соответствующий половине высоты загрузочного отделения, и затем она опускается через выпускаемую горячую рабочую среду под давлением к уровню, соответствующему нижней части загрузочного отделения. Высота загрузочного отделения обычно составляет около 500 мм, таким образом, половина высоты соответствует прохождению рабочей среды вниз на 250 мм. Предпочтительно для обеспечения хорошего перемешивания холодную рабочую среду под давлением подают на более высокий уровень, например на уровень вблизи верхней части печной камеры.

Хорошее перемешивание по-разному нагретых рабочих сред под давлением также зависит от количественного соотношения холодной и горячей рабочих сред под давлением. Подходящее соотношение составляет 1:4. Однако также возможно и меньшее количество холодной рабочей среды под давлением. Количество холодной рабочей среды под давлением, смешиваемой с горячей рабочей средой под давлением, следует регулировать, чтобы избегать слишком быстрого и неравномерного охлаждения загруженных объектов.

Предпочтительно относительно горячую рабочую среду под давлением выпускают из печной камеры в ее верхней части, обеспечивая вследствие этого равномерную передачу тепла от рабочей среды под давлением ко всем загруженным объектам. Таким образом, рабочую среду под давлением вводят через нижнюю часть печной камеры и после прохождения через загруженные объекты ее выпускают в верхней части загрузочного отделения.

Относительно холодная рабочая среда под давлением может быть подведена различными способами, один из которых заключается в подаче свежей холодной рабочей среды под давлением в течение процесса охлаждения из внешнего источника. Другой вариант состоит в охлаждении части самой этой смешанной рабочей среды под давлением. Другими словами, после подачи холодной рабочей среды под давлением из внешнего источника и ее смешивания с горячей рабочей средой под давлением за пределами загрузочного отделения одну часть этой смешанной рабочей среды вводят в загрузочное отделение, в то время как другую часть отводят предпочтительно из печной камеры и охлаждают. Затем отведенную и охлажденную рабочую среду под давлением возвращают в контур и используют для смешивания с вновь выпускаемой относительно горячей рабочей средой под давлением. Вновь смешанная рабочая среда под давлением может быть опять разделена на две части и так далее. Также во время всего охлаждения можно применять комбинацию обоих указанных вариантов, то есть использовать как внешний источник холодной рабочей среды под давлением, так и отводимую рециркулирующую среду.

Предложенное устройство помимо печной камеры может содержать обычный теплоизоляционный корпус, размещенный внутри сосуда высокого давления и окружающий печную камеру. Описанное выше разделение или отведение потока смешанной рабочей среды под давлением предпочтительно осуществляется при помощи какого-либо отводного средства, например отверстия, расположенного в теплоизоляционном корпусе, через которое часть смешанной рабочей среды под давлением может выходить из корпуса. Отверстие предпочтительно расположено на более низком уровне по сравнению с уровнем впуска в загрузочное отделение. Часть смешанной рабочей среды под давлением при ее прохождении снаружи теплоизоляционного корпуса можно охлаждать различными способами, например, посредством теплообменника, лабиринтного канала с охлаждаемыми водой стенками и подобными приспособлениями. В конечном итоге рабочую среду под давлением возвращают по какому-либо перепускному каналу для очередного смешивания с выпускаемой горячей рабочей средой под давлением. Предпочтительно сосуд высокого давления содержит клапан, расположенный в трубопроводе для удаления избытка рабочей среды под давлением.

Холодную рабочую среду под давлением до ее смешивания с горячей рабочей средой под давлением можно вводить или подавать различными способами. Например, ее можно подавать с помощью насоса, приводимого в действие двигателем и установленного у нижней части сосуда высокого давления, или с помощью вентилятора или какого-либо другого подходящего средства подачи. Необходимый результат должен заключаться в обеспечении указанного прохождения вниз холодной рабочей среды под давлением с достаточной высоты. Другой необходимый результат, относящийся к холодной рабочей среде под давлением, заключается в предотвращении непосредственного ее контакта с прессуемыми изделиями или загруженными объектами, охлаждаемыми в загрузочном отделении. Один из путей обеспечения этого состоит в подаче холодной рабочей среды под давлением по трубопроводу, расположенному вне загрузочного отделения. Другой - в подводе холодной рабочей среды под давлением с применением экранирования (например, по стояку, проходящему через загрузочное отделение от его нижней части к верхней), с предотвращением смешивания холодной рабочей среды под давлением с горячей рабочей средой под давлением внутри загрузочного отделения, но с обеспечением ее смешивания с горячей рабочей средой под давлением вне загрузочного отделения, у его верхней части. Указанная центральная компоновка имеет следующее преимущество: в этом случае можно использовать прямой трубопровод, по которому холодная рабочая среда под давлением подается таким образом, что она может легко распределяться во всех радиальных направлениях, а следовательно, - смешиваться с горячей рабочей средой под давлением, выходящей из различных зон вокруг периферической части стенок загрузочного отделения.

Над загрузочным отделением, но ниже внутреннего свода указанного теплоизоляционного корпуса, может быть установлено управляющее средство, предназначенное для управления потоком рабочей среды под давлением, который поступает из полости, ограниченной корпусом и указанным внутренним сводом, в зону вблизи боковой стенки корпуса. Предпочтительно управляющее средство включает экран, который по существу закрывает загрузочное отделение от указанной полости. Предпочтительно экран в целом имеет коническую форму, т.е. он наклонен от центра к периферии. Экран аналогичной формы показан в патентном документе WO 01/14087. Форма, предложенная в настоящем изобретении, обеспечивает эффективную естественную конвекцию при подаче холодной рабочей среды под давлением в полость над центром экрана, находящуюся на более высоком уровне по сравнению с уровнем, на котором расположена периферическая часть экрана вблизи стенки корпуса. Благодаря выполнению экрана с наклоном холодная рабочая среда под давлением перемещается вниз к стенке корпуса и эффективно смешивается с горячей рабочей средой под давлением. Следует отметить, что фактическое смешивание может начинаться уже в указанной полости над экраном, если в эту полость выходит выпускное приспособление для выпуска горячей рабочей среды под давлением из загрузочного отделения. Однако смешивание также может происходить после того, как холодная рабочая среда под давлением покинула указанную полость, достигла стенки корпуса и там начинает опускаться через горячую рабочую среду под давлением, выпускаемую со стороны стенки, ограничивающей загрузочное отделение. В последнем случае опускающаяся рабочая среда под давлением создает разрежение, благодаря которому рабочая среда под давлением, имеющаяся внутри загрузочного отделения, стремится выходить в поперечном направлении.

Холодную рабочую среду под давлением предпочтительно подают в полость между экраном и внутренним сводом по стояку, который проходит в печной камере вверх и имеет выходной патрубок или по меньшей мере одно сопло, выполненное, например, в виде короткой отводной трубки и расположенное над экраном для распределения относительно холодной рабочей среды под давлением по упомянутой полости. Предпочтительно стояк проходит вверх вдоль центральной продольной оси печной камеры через центральный проход в экране. Этот проход также может служить выпускным приспособлением для выпуска горячей рабочей среды под давлением из загрузочного отделения. Это означает, что диаметр стояка меньше диаметра центрального прохода, вследствие чего обеспечивается возможность прохода горячей рабочей среды под давлением через этот проход. Горячая рабочая среда под давлением также может выходить в месте, расположенном между экраном и боковой стенкой загрузочного отделения. Альтернативой расположенному по центру стояку является по меньшей мере один стояк, проходящий снаружи печной камеры и содержащий выходные патрубки или сопла, размещенные по окружности печной камеры. Такие выходные патрубки могут быть выполнены в виде сужающихся отверстий, выполненных в кольцевом канале, проходящем вокруг загрузочного отделения.

Как описано выше, хорошее перемешивание также может быть обеспечено в случае, когда холодная рабочая среда под давлением опускается, например, с уровня, составляющего половину высоты загрузочного отделения. Это можно осуществить с помощью трубопровода для холодной рабочей среды под давлением, установленного снаружи загрузочного отделения, или с помощью центрального стояка, расположенного внутри загрузочного отделения и имеющего ответвления, которые идут в направлении боковой стенки загрузочного отделения и проходят через нее.

Существенное преимущество данного изобретения заключается в том, что смешивание может быть легко и эффективно выполнено перед подачей смешанной в результате этого рабочей среды под давлением в загрузочное отделение. Поэтому нет необходимости в ограничении площади впуска до малой величины, как это сделано в конструкции, показанной в патенте США №5123832. Напротив, можно использовать впуск намного большей площади, распределенный по основанию печи. Согласно данному изобретению площадь впуска, т.е. площадь, через которую рабочая среда под давлением входит в загрузочное отделение, может составлять порядка 30% от площади поперечного сечения основания загрузочного отделения. Помимо того что это техническое решение обеспечивает требуемое управляемое охлаждение загрузочного отделения и печной камеры, оно также позволяет использовать только нагревательные элементы, расположенные ниже загрузочного отделения, для осуществления нагрева во время фактического прессования. Естественно, что изобретение не препятствует использованию нагревательных элементов, расположенных по бокам печной камеры.

В настоящем изобретении в качестве рабочей среды под давлением применяется газ, предпочтительно инертный газ, например аргон, который используется как для передачи тепла загруженным объектам до и во время прессования, так и для охлаждения загруженных объектов после прессования. Однако в качестве упомянутой рабочей среды под давлением можно также использовать жидкость, например масло.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 изображает известный пресс для горячего изостатического прессования.

Фиг.2 упрощенно изображает сосуд высокого давления предлагаемого пресса для горячего изостатического прессования, соответствующего одному из вариантов предложенного изобретения.

Фиг.3 упрощенно изображает сосуд высокого давления предлагаемого пресса для горячего изостатического прессования, соответствующего другому варианту предложенного изобретения.

Фиг.4 упрощенно изображает сосуд высокого давления предлагаемого пресса для горячего изостатического прессования, соответствующего еще одному варианту предложенного изобретения.

Подробное описание чертежей

Фиг.1 изображает известный пресс 10 для горячего изостатического прессования. Этот известный пресс 10 содержит сосуд высокого давления с обычными стенками 12, в которых выполнены каналы для водяного охлаждения. Изделия 16 загружают в загрузочную зону печной камеры 18. Печная камера окружена теплоизоляционным кожухом 20 и нижней изолирующей пластиной 22. В загрузочной зоне печной камеры 18 вокруг изделий 16 установлен короб 24, расположенный так, что между ним и кожухом 20 образован зазор 26. Над нижней изолирующей пластиной 22 и под ней расположены два эжектора, соответственно 28 и 30. В нижней части кожуха 20 выполнены проходы 32. Между кожухом 20 и стенкой 12 сосуда высокого давления образована полость 34. В указанную полость 34 вставлен стакан 36, нижняя часть 38 которого является открытой, а в верхней части выполнен проход. Открытая нижняя часть 38 расположена ниже прохода 32 в теплоизоляционном кожухе 20. Газ из охлаждающего контура, проходящий в полости 34 вдоль стенки 12 сосуда высокого давления, засасывается в нижний эжектор 28, который подает в верхний эжектор 30 движущий поток относительно холодного газа. Верхний эжектор 30 расположен над нижней изолирующей пластиной 22. В верхнем эжекторе 30 теплый газ из зазора 26 всасывается в эжектор 30 и смешивается с движущим потоком сравнительно холодного газа. Верхний эжектор 30 расположен ниже загрузочной зоны, поэтому газ вводится снизу. Как можно видеть на чертеже, верхний эжектор необходим для обеспечения хорошего смешивания газов. Для введения такого смешанного газа можно использовать впускное отверстие только ограниченной площади. Эта ограниченная площадь создает проблемы при нагревании загруженных объектов во время фактического прессования. Для обеспечения равномерного нагрева загрузочной зоны в печной камере 18 необходимо использовать нагревательные элементы (не показаны), установленные на боковых стенках печной камеры 18.

Фиг.2 упрощенно изображает сосуд 40 высокого давления для горячего изостатического пресса, соответствующего одному из вариантов выполнения изобретения. Фиг.2 показывает сосуд 40 главным образом в разрезе. Сосуд 40 имеет цилиндрическую стенку 42, которая может иметь каналы для охлаждающей воды (не показаны). Стенка 42 окружает печь 43, внутри которой находится печная камера 44, окруженная теплоизоляционным корпусом 46 или кожухом. В печной камере 44 расположен короб 48, ограничивающий загрузочное отделение 50, в которое помещаются изделия (для наглядности изделия не показаны). Внешняя часть короба 48 предпочтительно покрыта изолирующим материалом для поддержания необходимой разницы температур между внутренней и внешней частями короба 48. Внутри короба установлены сетки или перфорированные полки 52, которые предназначены для размещения изделий на разных уровнях в загрузочном отделении 50 и обеспечивают возможность протекания газа в этом отделении 50 вверх мимо изделий. Короб 48 расположен таким образом, что между ним и кожухом 46 образован зазор 54. В нижней части загрузочного отделения 50 установлены нагревающие элементы 56, которые предназначены для нагрева газа, а следовательно, для нагрева прессуемых изделий. Над коробом 48 и загрузочным отделением 50, но ниже внутреннего свода 58, являющегося частью кожуха 46, расположен экран 60, который регулирует протекание газа из полости 62, ограниченной кожухом 46 и указанным сводом 58, в зону 64 вблизи боковой стенки кожуха 46. Экран 60, по существу, закрывает загрузочное отделение 50 от полости 62. Он имеет наклонную форму или форму наподобие конуса или усеченного конуса. Начиная от своего центра, который расположен концентрично с центральной осью короба 48 или самого пресса, экран 60 полого опускается в направлении своей периферической части, проходящей вблизи боковой стенки кожуха 46.

Система 66 труб соединена с насосом 68 или эжектором, осуществляющим подачу холодного газа из внешней системы 69 газоснабжения. Система 66 труб содержит стояк 70, который проходит вдоль центральной оси короба 48 через загрузочное отделение 50 от нижней части короба 48 до уровня выше верхней части короба 48. Более точно, он идет через центральный проход 61 в наклонном экране 60 и проходит выше этого экрана 60. Стояк 70 сообщается с распределителем 72, который установлен над экраном и имеет несколько коротких отводных трубок 74, размещенных с равномерным отступом друг от друга по периферии распределителя. Короткие трубки 74 направлены радиально от распределителя и центральной оси. В нижней части пресса расположен патрубок 76, предназначенный для выпуска избыточного газа или для ввода газа.

Как и в известных устройствах, кожух 46 предложенного устройства также имеет проходы 78 в своей нижней боковой части. Между кожухом 46 и стенкой 42 сосуда высокого давления также образована полость 80, в которой так же, как и в известных устройствах, помещен стакан 82, в верхней части которого выполнен проход 84 и который имеет открытую нижнюю часть 86. Открытая нижняя часть 86 расположена ниже прохода 78 в кожухе 46.

Ниже описан процесс охлаждения, выполняемый по завершении процесса прессования. Для охлаждения загрузочного отделения 50 и содержащихся в нем изделий холодный газ смешивают с горячим газом следующим образом. Холодный газ из источника холодного газа нагнетают насосом 68 через расположенный по центру стояк 70 в распределитель 72, где холодный газ выпускают в полость 62 над экраном 60. Холодный газ показан черными стрелками. Холодный газ, плотность которого превышает плотность окружающего газа, движется вниз вдоль экрана 60 к зоне 64 вблизи кожуха 46 и проходит в зазор 54 между коробом 48 и кожухом 46. Горячий газ, находящийся в загрузочном отделении 50, выпускают или, точнее, отсасывают из этого отделения 50 через проход 88 или выпускное приспособление между экраном 60 и верхом короба 48. Горячий газ показан белыми стрелками. Холодный газ продолжает опускаться, проходя через находящийся в зазоре 54 горячий газ, непрерывно выпускаемый из загрузочного отделения 50. Таким образом происходит смешивание газов, причем получающийся смешанный газ имеет более низкую температуру по сравнению с выпускаемым горячим газом - обычно ниже на 10% в °С. Соотношение между количествами холодного и горячего газов для смешивания может составлять 1:4, причем разница может быть даже еще большей. По сравнению с известными устройствами в предложенной печи 43 для эффективного перемешивания холодного и горячего газов используется ее относительно большая часть. Вместо использования небольшого сужения, в котором перемешиваются газы, в предложенном устройстве для осуществления пассивного перемешивания путем естественной конвекции используют полость или зазор 54 в форме кольцевой колонны, окружающей короб 48.

Одну часть смешанного газа после пропускания ее через отключенный нагревательный элемент 56 у нижней части короба 48 возвращают в загрузочное отделение 50. Другую часть смешанного газа отводят таким образом, что она выходит через проход 78 в теплоизоляционном кожухе 46 и перемещается вверх вдоль одной из сторон стакана 82, проходит через проход 84 в стакане и затем возвращается вниз вдоль другой стороны стакана 82 и вдоль стенки 42, имеющей соответствующие средства охлаждения, например водяной канал. Эта отведенная часть смешанного газа охлаждается даже сильнее, поскольку она проходит возле стенки 42 и соответствующим образом возвращается в насос 68, который нагнетает ее в систему 66 труб в качестве холодного газа. Следует отметить, что внешний контур охлаждения используют только тогда, когда газ закачивают через систему 66 труб.

Для наглядности показано только, как горячий газ выходит через выпускное приспособление или проход 88 между экраном 60 и коробом 48. Однако также можно выпускать горячий газ через центральный проход 61 экрана 60, если, например, внешний диаметр стояка 70 меньше диаметра указанного центрального прохода.

Во время нагревания и прессования нет необходимости в отводе газа наружу из кожуха 46. Из чертежа можно видеть, что площадь впуска в загрузочное отделение 50 в его нижней части достаточно велика. Хотя изобретение в основном относится к охлаждению загруженных объектов, оно также обеспечивает преимущество в том, что касается нагревания загруженных объектов. Большая площадь впуска обеспечивает удовлетворительный нагрев печной камеры 44 и загруженных объектов посредством нагревательных элементов 56, расположенных ниже загрузочного отделения 50, поэтому нет необходимости в размещении нагревательных элементов 56 на боковых сторонах загрузочного отделения 50, т.е. вокруг его периферической поверхности. Таким образом, при необходимости в прессовании расположенных в загрузочном отделении 50 изделий включают элементы 56, расположенные ниже загрузочного отделения, и внешняя система 69 газоснабжения (содержащая накопитель и компрессоры) через патрубок 76 начинает подавать газ, например аргон, и сжимать его, вследствие чего в загрузочном отделении 50 печной камеры 44 устанавливается высокое давление - обычно 300-5000 бар (30-500 МПа). Газ, поступающий в загрузочное отделение 50, проходит через большую площадь, занимаемую нагревательными элементами 56, при этом в загрузочном отделении 50 обеспечивается равномерный нагрев загруженных объектов.

Фиг.3 упрощенно изображает сосуд 90 высокого давления для горячего изостатического пресса, соответствующего еще одному варианту выполнения изобретения. Фиг.3 представляет собой аксонометрическое изображение сосуда 90 с разрезом, передняя часть которого не показана. Конструктивные элементы, соответствующие элементам показанного на фиг.2 сосуда 40, обозначены такими же номерами позиций, что и упомянутые элементы, показанные на фиг.2. Можно видеть, что сосуд 90 имеет, по существу, цилиндрическую форму. Решетки или перфорированные полки 52 в загрузочном отделении 50 выполнены круглыми и имеют перфорацию или сквозные отверстия.

Сосуд 90, изображенный на фиг.3, отличается от сосуда, изображенного на фиг.2, тем, что он содержит два экрана: нижний экран 92 и верхний экран 94, установленные над коробом 48. Периферический край нижнего экрана 92 расположен в непосредственном контакте с верхним круговым ободом короба 48. Таким образом, между коробом 48 и нижним экраном 92 газ пройти не может. Однако в альтернативной конструкции этот край может быть открытым, чтобы обеспечить возможность прохождения газа между коробом 48 и нижним экраном 92. Верхний экран 94 установлен концентрично нижнему экрану 92 и находится на некотором расстоянии выше него. Верхний экран 94 имеет, по существу, такую же конструктивную форму, что и нижний экран 92. Эта конструкция с двойным экраном хорошо обеспечивает распространение холодного газа к боковым поверхностям стенки, образующей часть кожуха 46. Стояк 70 и короб 48 предпочтительно изготовлены из нержавеющей стали, тогда как внутренняя стенка кожуха 46 как правило выполнена из молибдена. Сталь имеет больший коэффициент температурного расширения, чем молибден. При изменении температуры во время нагревания печной камеры эта разница в коэффициентах может вызвать разницу в вертикальных перемещениях стального стояка 70 относительно кожуха 46, например в 60 мм. Верхний экран 94 подвешен в кожухе 46, внутренняя стенка которого как правило изготовлена из молибдена. Поэтому стальной стояк 70 перемещается относительно верхнего экрана 94, а не относительно нижнего экрана 92, лежащего на стальном коробе 48.

Фиг.4 упрощенно изображает сосуд 100 высокого давления для горячего изостатического пресса, соответствующего еще одному варианту выполнения изобретения. Конструктивные элементы, соответствующие элементам, показанным на фиг.2 и 3, обозначены такими же номерами позиций. Согласно этому варианту выполнения изобретения холодный газ на высоту его последующего спуска направляют по трубе 102, проходящей вдоль внешней стороны короба 48. Труба 102 сообщается с распределительным кольцом 104, которое имеет большое количество сужающих отверстий 106, равномерно размещенных по периферии его наружной поверхности. Холодный газ, подводимый к распределительному кольцу 104, вытесняется через отверстия 106 в цилиндрический зазор 54 между коробом 48 и кожухом 46. В зазоре 54 холодный газ смешивается с горячим газом, который прошел из загрузочного отделения 50 через открытую зону 88 между коробом 48 и наклонным экраном 60 в зазор 54. Хотя распределительное кольцо 104 расположено наверху короба 48, оно также может быть размещено на меньшей высоте. Важно, чтобы холодный газ опускался через горячий газ и проходил расстояние, достаточное для получения хорошо перемешанного газа. Также важно, что фактическое смешивание происходит вне загрузочного отделения 50.

Следует отметить, что возможны различные варианты и модификации выполнения настоящего изобретения, которые не выходят за пределы его объема, определенного в приложенной формуле изобретения.

Поэтому должно быть понятно, что приложенные чертежи представляют собой лишь упрощенные иллюстрации, разъясняющие принципы заявленного изобретения. Очевидно, что на чертежах не показаны все конструктивные элементы различных вариантов выполнения изобретения. Различные элементы и части, такие как проходы и отверстия, могут иметь другие размеры и располагаться в другом месте.

Предложенное изобретение относится к охлаждению изделий, расположенных в загрузочном отделении печной камеры устройства для горячего изостатического прессования. Для обеспечения равномерного охлаждения загрузочного отделения печной камеры из загрузочного отделения выпускают горячую рабочую среду под давлением, холодную рабочую среду подают под давлением с обеспечением ее прохождения вниз через выпускаемую горячую рабочую среду под давлением снаружи загрузочного отделения, и полученную таким образом смешанную рабочую среду под давлением вводят в загрузочное отделение. 2 н. и 20 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ охлаждения изделий, помещенных в загрузочное отделение печной камеры печи устройства для горячего изостатического прессования, включающий выпуск горячей рабочей среды под давлением из загрузочного отделения, подачу холодной рабочей среды под давлением с обеспечением ее прохождения вниз через выпускаемую горячую рабочую среду под давлением снаружи загрузочного отделения и введение полученной таким образом смешанной рабочей среды под давлением в загрузочное отделение.2. Способ по п.1, в котором указанную смешанную рабочую среду под давлением после ее введения в загрузочное отделение выпускают из этого отделения в качестве горячей рабочей среды под давлением, смешиваемой с холодной рабочей средой под давлением.3. Способ по п.1 или 2, в котором холодную рабочую среду под давлением вводят в печи в поток выпускаемой рабочей среды под давлением на более высоком уровне, чем уровень, на котором в загрузочное отделение подают смешанную рабочую среду под давлением.4. Способ по п.3, в котором холодную рабочую среду под давлением вводят в выпускаемую горячую рабочую среду под давлением на уровне, находящемся выше половины высоты загрузочного отделения, предпочтительно на уровне, находящемся вблизи верхней части этого отделения.5. Способ по п.1 или 2, в котором горячую рабочую среду под давлением выпускают из загрузочного отделения в его верхней части.6. Способ по п.1 или 2, в котором от смешанной рабочей среды под давлением отводят часть этой среды для того, чтобы охладить ее и возвратить в контур для использования в качестве холодной рабочей среды под давлением, смешиваемой с горячей рабочей средой под давлением, которую продолжают выпускать.7. Способ по п.1 или 2, в котором холодную рабочую среду под давлением подводят через загрузочное отделение от его нижней части к верхней части с использованием экрана с предотвращением смешивания этой среды с горячей рабочей средой под давлением внутри загрузочного отделения, но с обеспечением ее смешивания с горячей рабочей средой под давлением снаружи загрузочного отделения, у его верхней части.8. Способ по п.1 или 2, в котором холодную рабочую среду под давлением подводят сбоку загрузочного отделения к его верхней части с обеспечением смешивания этой среды с горячей рабочей средой под давлением снаружи загрузочного отделения, у его верхней части.9. Способ по п.1 или 2, в котором в качестве рабочей среды под давлением используют газ, предпочтительно инертный газ, например аргон.10. Устройство для горячего изостатического прессования изделий, содержащее загрузочное отделение, в которое помещаются изделия, предназначенные для прессования, выпускное приспособление загрузочного отделения, обеспечивающее выход горячей рабочей среды под давлением из указанного отделения, средство подачи, предназначенное для подачи холодной рабочей среды под давлением на уровень, обеспечивающий прохождение холодной рабочей среды под давлением вниз через выпускаемую горячую рабочую среду под давлением и смешивание с ней, и впускное приспособление загрузочного отделения, обеспечивающее прохождение полученной таким образом смешанной рабочей среды под давлением в указанное отделение.11. Устройство по п.10, в котором указанное выпускное приспособление расположено в верхней части загрузочного отделения, а впускное приспособление расположено в нижней части этого отделения.12. Устройство по п.10 или 11, в котором указанное средство подачи содержит выходной патрубок, из которого подается холодная рабочая среда под давлением и который установлен на уровне, более высоком, чем уровень, на котором расположено впускное приспособление.13. Устройство по п.12, в котором указанный выходной патрубок расположен на уровне, находящемся выше загрузочного отделения.14. Устройство по п.10 или 11, в котором загрузочное отделение находится в печной камере, огражденной теплоизоляционным кожухом, расположенным внутри сосуда высокого давления, при этом между загрузочным отделением и внутренним сводом кожуха расположено управляющее средство, ограничивающее полость между самим этим средством и указанным внутренним сводом и выполненное с обеспечением управления потоком рабочей среды под давлением из указанной полости в зону, расположенную вблизи боковой стенки кожуха.15. Устройство по п.14, в котором указанное управляющее средство содержит экран, который, по существу, экранирует загрузочное отделение от указанной полости, при этом средство подачи выполнено с обеспечением подачи холодной рабочей среды под давлением в указанную полость на уровне, более высоком, чем уровень, на котором расположена периферическая часть экрана вблизи стенки кожуха, с предотвращением тем самым смешивания холодной рабочей среды под давлением с горячей рабочей средой под давлением внутри печной камеры.16. Устройство по п.15, в котором средство подачи содержит стояк, проходящий вверх в загрузочном отделении и имеющий по меньшей мере один выходной патрубок, расположенный над экраном и предназначенный для подачи холодной рабочей среды под давлением в указанную полость.17. Устройство по п.15 или 16, в котором указанное выпускное приспособление расположено между экраном и боковой стенкой печной камеры.18. Устройство по п.15 или 16, в котором указанное выпускное приспособление представляет собой выполненный в экране проход.19. Устройство по п.14, дополнительно содержащее отводное средство, предназначенное для отвода части смешанной рабочей среды под давлением от остальной смешанной рабочей среды под давлением, средство охлаждения, предназначенное для охлаждения отведенной части смешанной рабочей среды под давлением, и средство рециркуляции, предназначенное для возвращения в контур отведенной части рабочей среды под давлением для использования в качестве холодной рабочей среды под давлением, которая должна смешиваться с выпускаемой горячей рабочей средой под давлением, выходящей через указанное выпускное приспособление.20. Устройство по п.19, в котором указанное отводное средство представляет собой выполненное в кожухе отверстие, через которое из кожуха может выходить часть смешанной рабочей среды под давлением, при этом указанные средство охлаждения и средство рециркуляции содержат канал, проходящий от указанного отверстия к средству подачи.21. Устройство по п.10 или 11, в котором снаружи периферической части печной камеры расположен по меньшей мере один выходной патрубок указанного средства подачи, из которого подается холодная рабочая среда под давлением.22. Устройство по п.10 или 11, в котором рабочей средой под давлением является газ, предпочтительно инертный газ, например аргон.