ГАЗОСТАТ Российский патент 2011 года по МПК B22F3/14 

Изобретение относится к области порошковой металлургии, непосредственно к оборудованию для обработки дискретных или сплошных материалов при одновременном воздействии на них высоких до 500 МПа давления и температуры до 2000°С, создаваемых газовой средой в рабочей камере газостата.

Основными компонентами газостата являются: собственно газостат, содержащий контейнер с пробками и силовую станину; газовая и вакуумная системы, создающие технологически необходимое давление в рабочей камере; система нагрева; системы охлаждения и управления, а также гидропривод. Эффективность работы газостата в значительной степени зависит от надежности и производительности работы его главной - газовой системы.

Аналогом изобретения является газостат, описанный в книге «Процессы и оборудование для газостатической обработки», Москва: «Металлургия», 1994 г., стр. 110. Газостат-аналог содержит газовую и вакуумные системы, собственно газостат с системой нагрева и систему охлаждения.

Газовая система аналога содержит баллонную станцию, компрессор, контрольно-измерительную аппаратуру, трубопроводы и запорно-регулирующую аппаратуру высокого давления (запорные вентили с ручным управлением или дистанционно-управляемые запорные клапаны с пневматическим приводом). Выполнение стандартных технологических операций газостатической обработки материала, таких как: вакуумирование рабочей камеры, заполнение ее рабочим газом из баллонов самотеком, подъем давления в камере с помощью компрессора, сброс газа из контейнера в баллоны самотеком по окончании рабочего цикла с последующим откачиванием газа компрессором и сообщение внутреннего пространства рабочей камеры с атмосферой, требует использования от 15 до 20 запорных органов, устанавливаемых на газовом трубопроводе высокого давления.

Недостатком аналога является то, что при использовании запорных вентилей с ручным управлением невозможно автоматизировать рабочий цикл газостата, а при использовании индивидуальных дистанционно-управляемых запорных клапанов с пневматическим приводом, устанавливаемых между компонентами газовой системы в ее различных точках, в несколько раз возрастает число соединений газового трубопровода высокого давления и его длина, а также длина трубопровода пневмосистемы управления запорными клапанами.

Прототипом заявляемого изобретения является газостат, описанный патентом РФ №2350429 от 09.06.2007 года. Газостат-прототип содержит контейнер с пробками, образующими его рабочую камеру; силовую станину; газовую систему, соединенную с рабочей камерой трубопроводом высокого давления и оснащенную запорно-регулирующей аппаратурой с гидроприводом; системы нагрева и охлаждения, а также систему управления. Компрессоры низкого и высокого давления газовой системы соединены с рабочей камерой газостата, запорно-регулирующая аппаратура газовой системы объединена в блоки клапанов, смонтированные на панели. Каждый блок клапанов включает корпус и установленные на нем газовые клапаны, соединенные между собой каналами, выполненными внутри корпуса блока клапанов, а блоки клапанов соединены между собой и подключены к трубопроводу высокого давления газовой системы. Запорное устройство газового клапана выполнено с гидроприводом, при этом клапан содержит запорную иглу, соединенную посредством быстроразъемной муфты со штоком гидравлического цилиндра, а стакан соединен с гидравлическим цилиндром байонетным замком.

Недостатком газостата-прототипа является необходимость непрерывной работы насоса гидропривода запорных клапанов и связанной с ним гидроаппаратуры в течение длительного времени при выполнении технологических операций рабочего цикла. В мировой практике газовые системы как лабораторных, так и промышленных газостатов оснащаются дистанционно-управляемыми нормально-закрытыми запорными клапанами: закрытие обеспечивается пружиной или комплектом пружин сжатия, а открытие - гидравлическим или пневматическим приводом. Клапаны газостата-прототипа оснащены гидроприводом, преимущества которого описаны в вышеупомянутом патенте РФ №2350429 от 09.06.2007 года.

При выполнении всех технологических операций рабочего цикла (за исключением выдержки заготовки при постоянных давлении и температуре, когда все клапаны закрыты), таких как: вакуумирование рабочей камеры газостата; напуск газа в камеру из баллонной станции самотеком до выравнивания давления в них; дальнейшее закачивание газа компрессором; сброс газа из контейнера в баллоны после окончания выдержки заготовки на стационарном режиме и откачивание газа из контейнера компрессором, цепочка запорных клапанов газовой системы, обеспечивающих выполнение конкретной операции, должна быть открытой. Выполнение перечисленных операций на промышленных газостатах с большим объемом рабочей камеры занимает от пяти до десяти часов. В течение этого периода гидравлический насос создает в гидросистеме запорных клапанов давление, необходимое для их открытия и удержания в этом состоянии. При этом масло от насоса подается через гидрораспределитель управления насоса под поршень гидроцилиндра клапана. Объем этой полости одного клапана невелик и составляет менее 50 см³. Для выполнения отдельных операций рабочего цикла одновременно используется от трех до пяти клапанов. Время открытия всей цепочки клапанов, обеспечиваемое производительностью применяемых насосов, не превышает одной-двух минут. После открытия клапанов и создания в гидросистеме необходимого для этого давления весь поток масла, подаваемый насосом, проходя через гидрораспределитель управления и настроенный на заданное давление предохранительный клапан, сбрасывается в бак гидростанции, откуда насосом вновь направляется по кругу, по описанному пути. При этом линии гидроприводов запорных клапанов являются тупиковыми, а поток масла дросселируется в щели приоткрытого предохранительного клапана и канале гидрораспределителя со значительным повышением температуры. В результате перегрева деталей гидрораспределителей насоса и газовых клапанов их золотники заклинивается в корпусе, лишая оператора возможности надежного управления клапанами газовой системы и выполнения заданной технологической операции цикла, что часто приводит к преждевременному выходу из строя насоса и гидроаппаратуры, а также - созданию аварийной ситуации. Кроме этого в процессе многочасовой работы насоса практически вхолостую происходит нерациональное потребление электроэнергии.

Задачей настоящего изобретения является устранение упомянутых недостатков и создание надежного производительного газостата с длительным сроком его эксплуатации.

Достигаемый при этом технический эффект:

- существенное уменьшение времени работы гидравлического насоса привода газовых запорных клапанов, увеличение ресурса его работы и связанной с ним гидроаппаратуры;

- уменьшение количества гидрораспределителей, управляющих работой запорных клапанов;

- снижение потребления электроэнергии при выполнении аналогичного рабочего цикла;

- повышение производительности, увеличение надежности и улучшение условий эксплуатации газостата.

Выполнение поставленной задачи и получаемый при этом технический эффект обеспечивается тем, что в предлагаемой конструкции газостата на корпусе блока клапанов установлена защелка, механически удерживающая необходимые запорные клапаны в открытом состоянии в течение длительного времени при выключенном гидравлическом насосе, а управление двумя запорными клапанами, не задействованными одновременно при выполнении конкретной технологической операции, осуществляется одним гидрораспределителем, при этом ось шпилек, соединяющих запорные блок клапаны с корпусом, развернута под углом к продольной оси последнего, цилиндры защелок установлены в открытом зеве кронштейнов блока запорных клапанов, а толкатель размещен в пазе ползушки с возможностью перемещения.

Конструкция и работа газостата поясняется следующими чертежами, где:

- на фиг.1 показан газостат с фрагментом газовой системы;

- на фиг.2 изображен запорный газовый клапан;

- на фиг.3 приведен блок клапанов с защелкой;

- на фиг.4 показано сечение А-А по фиг.3;

- на фиг.5 приведено сечение Б-Б по фиг.3;

- на фиг.6 представлено сечение В-В по фиг.5.

Газостат (фиг.1) содержит: силовую станину 1, скрепленную бандажом высокопрочной ленты 2; контейнер 3, закрытый по торцам верхней 4 и нижней 5 пробками; запорные газовые клапаны 6, 7, 8, 9, установленные на корпусах 10 и 11 (в разрезе защелки не показаны); компрессор 12 и баллонную станцию 13; гидравлический насос 14 с баком 15, обратным клапаном 16 и двухпозиционным гидрораспределителем 17; предохранительный клапан 18 и трехпозиционные гидрораспределители 19 и 20. Перечисленные элементы соединены между собой газовым трубопроводом 21, а также напорным 22 (сплошная линия) и - сливным 23 (пунктирная линия) гидравлическим трубопроводами.

Нормально-закрытый блок клапан (фиг.2) содержит запорную иглу 24, соединенную со штоком 25 гидроцилиндра 26 с помощью быстроразъемной муфты 27. Клапан закрывается усилием блока предварительно сжатых тарельчатых пружин 28, которое передается на поршень 29 гидроцилиндра 26, а затем через шток 25 на иглу 24, запирающую седло клапана. Клапан открывается при подаче давления от насоса 14 под поршень 29 в полость 30, при этом пружины 28 сжимаются. Соединение гидроцилиндра 26 и стакана 31 выполнено с помощью байонетного замка 32, обеспечивающего легкую сборку-разборку узла в сравнении с использованием резьбового соединения, пластически деформирующегося при затяжке пружин 28 и в процессе его эксплуатации, создавая, таким образом, серьезные проблемы при обслуживании клапана. Клапаны 6, 7, а также 8 и 9 (фиг.1, 2) устанавливаются на корпусах 10, 11 с помощью шпилек 33, гаек 34 и контргаек 35, образуя блоки клапанов 36 и 37 соответственно. На общем корпусе блока могут устанавливаться несколько клапанов (три, как в газостате-прототипе или большее число), соединенных каналами, выполненными внутри корпуса, при этом уменьшается количество соединений и длина газового трубопровода высокого давления, имеющих место при комплектации газовой системы машины индивидуальными запорными клапанами с раздельными корпусами.

Для удержания клапанов 6, 7, 8, 9 в открытом положении при выключенном гидравлическом насосе 14 на корпусах 10 и 11 блоков клапанов 36 и 37 установлены защелки 38 (фиг.3, 4). Поскольку конструкция защелок, установленных на обоих блоках клапанов, одинакова, рассмотрим защелку блока клапанов 37, включающую клапаны 8 и 9.

Защелка содержит два цилиндра 39, установленных в расточках кронштейнов 40 с открытым зевом 41 и прикрепленных к ним винтами 42. В свою очередь, кронштейны 40 закреплены на торцах корпуса 10 винтами 43. Концы штока 44 защелки 38, оснащенные уплотнениями 45, расположены в полостях 46 и 47 цилиндров 39, давление в которые подается через ниппели 48. Напротив каждого запорного клапана на штоке 44 свободно установлены цилиндрические толкатели 49 и 50, а с обеих сторон от них - цилиндрические пружины сжатия 51, 52, 53, 54 и стопорные кольца 55, 56, 57, 58, положение которых на штоке фиксируется винтами 59 и контргайками 60. Усилие, действующее на толкатель с любой из сторон, определяется усилием соответствующей сжатой пружины, которое может регулироваться за счет изменения положения стопорных колец на штоке 44.

Периферийная часть толкателей 49, 50 свободно размещается в пазах 61 и 62 г-образных ползушек 63 и 64. Ползушки установлены в верхней правой части корпуса 11 с помощью направляющих штифтов 65 и винтов 66, расположенных в пазах 67 и 68 соответственно. К ползушках винтами 69 прикреплены сухари 70 и 71, высотное положение верхних торцов которых регулируется прокладками 72, устанавливаемыми между ними.

В исходном положении (клапан закрыт) верхний торец 73 сухаря 70 расположен несколько выше нижнего торца 74 быстроразъемной муфты 27 (фиг.3), создавая, таким образом, высотное перекрытие этих деталей. В этом же положении между вертикальным скосом 75 сухарей 70, 71 и внешней цилиндрической поверхностью быстроразъемной муфты 27 устанавливается зазор 76, используемый для наладки клапанов без включения защелки, а именно: опробывания перемещения иглы клапана; определения его внутренней герметичности и других целей.

Применение толкателей 49 и 50, не связанных жестко с ползушками 63 и 64, а также возможность установки и удаления цилиндров 39 со штоком 44 через открытый зев 41 кронштейнов 40 существенно сокращает объем монтажных и демонтажных работ, необходимых для обслуживания и ремонта узла. Конструкция защелки - универсальна. При увеличении числа запорных клапанов, устанавливаемых на корпусе блока, увеличивается только длина штока и количество унифицированных деталей, связанных с перемещением ползушки. Для размещения ползушек 63 и 64 на верхней плоскости корпусов 10 и 11 диаметральная ось 77 шпилек 33 повернута на некоторый угол 78 (равный 20°-30°) относительно центральной продольной оси корпуса, на которой традиционно устанавливаются шпильки. Упомянутый угол поворота оси шпилек обеспечивает также свободный доступ к гайкам 34, расположенным между соседними клапанами, при сборке-разборке блока и регулировке отдельных клапанов. При установке шпилек 33 клапана на продольной оси корпуса увеличивается его длина и масса за счет увеличения шага (расстояния между осями соседних блок-клапанов) расположения клапанов на корпусе блока, необходимого в данном случае для их удобного монтажа и обслуживания.

Газостат работает следующим образом. В исходном положении силовая станина 4 сдвинута с оси контейнера 3. На нижнюю пробку 5, находящуюся вне контейнера, устанавливают заготовку и вводят ее в контейнер. Силовая станина устанавливается на оси контейнера. Работу защелки 38 блока клапанов 37 и связанной с ней гидроаппаратуры рассмотрим применительно к выполнению первой операции рабочего цикла - «напуск газа самотеком из баллонной станции 13 в контейнер 3». Без нагрузки запускается насос 14, подавая масло из бака 15 через обратный клапан 16 в его напорную магистраль, соединенную в данный момент со сливом, золотник гидрораспределителя 17 - вправо. В полость 46 левого цилиндра 39 защелки блока клапанов 37 подается давление, при этом шток 44 перемещается вправо, сжимаются пружины 51 и 53, прижимая сухари 70 и 71 ползушек 63 и 64 к быстроразъемным муфтам 27 клапанов 8 и 9. В исходном - закрытом положении полости 30 всех запорных клапанов 6, 7, 8, 9 соединены со сливом через гидрораспределители 19 и 20, золотники которых находятся в нейтральном положении. Для выполнения упомянутой операции золотник гирораспределителя 17 перемещается влево, а гидрораспределителя 20 - вправо, при этом масло поступает под поршень 29 клапана 8, игла 24 вместе с быстроразъемной муфтой 27 перемещаются вверх, а сухарь 71 ползушки 64 усилием пружины 53 вводится в образовавшийся зазор, располагаясь под нижним торцом 74 муфты. Затем золотник гидрораспределителя 20 возвращается в нейтральное положение, соединяя полость 30 со сливом. Быстроразъемная муфта садится на сухарь ползушки, клапан 8 при этом остается открытым. Насос 14 выключается, его напорная магистраль соединяется со сливом, а газ из баллонной станции 13 самотеком поступает через открытый клапан 8 в контейнер. После выравнивания давления в контейнере и баллонной станции давление подается в полость 47 правого цилиндра 39 защелки, при этом шток 44 перемещается влево, сжимая пружины 52 и 54. По описанной выше процедуре включается насос 14. Золотник гидрораспределителя 16 устанавливается влево, а гидрораспределителя 20 - вправо, и масло поступает под поршень клапана 8, приподнимая быстроразъемную муфту 27. Между муфтой и сухарем ползушки образуется зазор, а ползушка с сухарем усилием сжатой пружины 54 выталкиваются за пределы габаритов быстроразъемной муфты. Гидравлический цилиндр 26 клапана 8 сообщается со сливом при установке золотника гидрораспределителя 20 в нейтральное положение. Насос 14 выключается, а клапан 8 закрывается усилием блока тарельчатых пружин 28. Затем открываются клапаны 7 и 9 и с помощью компрессора 12 давление в контейнере поднимается до заданной величины, при этом золотник гидрораспределителя 19 установлен вправо, а распределителя 20 - влево. После этого компрессор 12 и насос 14 останавливаются, а клапаны 7 и 9 закрываются по методике, используемой в описанной выше операции. При выполнении данной операции задействованы все три гидрораспределителя 17, 19, 20 и защелки 38 обоих блоков клапанов 36 и 37, взаимодействие которых аналогично описанному выше и легко читается с помощью фиг.1 и 4. Включается система нагрева, разогревая заготовку до необходимой температуры. При заданных давлении и температуре заготовка выдерживается в течение технологически необходимого времени. Далее рабочее пространство с газовой средой и заготовкой охлаждается. Открывается клапан 8 и газ самотеком перетекает из контейнера 3 в баллоны 13. Затем газ через открытый клапан 6 выпускается в баллонную станцию низкого давления (не показана) или в атмосферу. После снижения давления в контейнере до величины атмосферного силовая станина 4 сдвигается с оси контейнера, освобождая нижнюю пробку 5, которая вместе с обработанным изделием извлекается из него, а цикл повторяется.

Таким образом, установка на блоках запорных клапанов защелок, выполненных с возможностью удержания взаимодействующих с ними запорных клапанов открытыми при выключенном насосе гидропривода, - цилиндров защелок в открытом зеве кронштейнов блока запорных клапанов, а толкателя - в пазе ползушки с возможностью перемещения, а также поворот оси шпилек, соединяющих запорные клапаны с корпусом, под некоторым углом к оси последнего и управление работой двух газовых запорных клапанов, не задействованных одновременно в выполнении любой технологической операции рабочего цикла газостата, одним гидравлическим распределителем позволяет:

- существенно уменьшить время работы гидравлического насоса привода газовых запорных клапанов, увеличить ресурс его работы и связанной с ним гидроаппаратуры;

- сократить количество гидрораспределителей, управляющих работой запорных клапанов;

- снизить потребление электроэнергии при выполнении аналогичного рабочего цикла;

- повысить производительность, увеличить надежность и улучшить условия эксплуатации газостата.

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к оборудованию для обработки дискретных или сплошных материалов при одновременном воздействии на них высоких давлений и температур. Газостат содержит силовую станину и контейнер, закрытый по торцам верхней и нижней пробками с образованием рабочей камеры. Кроме того, газостат имеет газовую систему, включающую компрессор, баллонную станцию и блоки запорных клапанов, которые содержат корпус и соединенные с ним посредством шпилек запорные газовые клапаны, а также снабжен гидроприводом управления работой запорных газовых клапанов. Запорный газовый клапан содержит запорную иглу, соединенную посредством быстроразъемной муфты со штоком гидравлического цилиндра гидропривода. При этом на блоках запорных клапанов установлены защелки, выполненные с возможностью удержания взаимодействующих с ними запорных клапанов открытыми при выключенном насосе гидропривода. Защелки содержат шток, установленный в открытом зеве кронштейнов блока запорных клапанов, и закрепленные на штоке толкатели, размещенные в пазах ползушек с возможностью их перемещения. Причем на каждой из ползушек закреплен сухарь с возможностью его взаимодействия с быстроразъемной муфтой запорного газового клапана. Технический результат - уменьшение времени работы гидравлического насоса и уменьшение количества гидрораспределителей. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Газостат, содержащий силовую станину и контейнер, закрытый по торцам верхней и нижней пробками с образованием рабочей камеры, газовую систему, включающую компрессор, баллонную станцию и блоки запорных клапанов, которые содержат корпус и соединенные с ним посредством шпилек запорные газовые клапаны, и гидропривод управления работой запорных газовых клапанов, при этом запорный газовый клапан содержит запорную иглу, соединенную посредством быстроразъемной муфты со штоком гидравлического цилиндра гидропривода, отличающийся тем, что на блоках запорных клапанов установлены защелки, выполненные с возможностью удержания взаимодействующих с ними запорных клапанов открытыми при выключенном насосе гидропривода, и содержащие шток, установленный в открытом зеве кронштейнов блока запорных клапанов, и закрепленные на штоке толкатели, размещенные в пазах ползушек с возможностью их перемещения, при этом на каждой из ползушек закреплен сухарь с возможностью его взаимодействия с быстроразъемной муфтой запорного газового клапана.

2. Газостат по п.1, отличающийся тем, что насос гидропривода снабжен гидравлическими распределителями, каждый из которых выполнен с возможностью управления работой двух газовых запорных клапанов, не задействованных одновременно при технологической операции рабочего цикла газостата.