ИНТЕГРИРОВАННАЯ СИСТЕМА ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО НАГРЕВА И ОХЛАЖДЕНИЯ ФОРМ Российский патент 2016 года по МПК B22D27/04 

Область техники

Настоящее изобретение относится к системе терморегуляции устройств, работающих на промышленных производственных предприятиях при высоких температурах, в частности форм для литья под давлением, форм для кокильного литья и других подобных устройств.

Уровень техники

Упомянутые выше формы могут применяться при высоких температурах, например при температурах около 350°C и выше. Для правильного использования форм в процессе формования посредством литья под давлением необходимо обеспечить их терморегуляцию, по меньшей мере путем их охлаждения, когда их температура стремиться к экстремальным и недопустимым значениям.

Как правило, охлаждение осуществляют посредством теплопередающей текучей среды, например воды или диатермичного масла, поступающей из резервуара и циркулирующей в каналах, образованных в форме, а затем для своего охлаждения направляемой в теплообменник перед возвращением обратно в указанный резервуар.

В известных технических решениях охлаждающая текучая среда, в частности, если она представляет собой воду, содержится в резервуаре, который находится под давлением. При этом данная текучая среда циркулирует в замкнутом контуре, находящемся под высоким давлением, например приблизительно 169 бар при температуре в 350°C, в результате чего возникают соответствующие конструкционные проблемы, связанные с обеспечением герметичности и безопасности самого контура.

В предыдущем патенте IT 1368475 заявителя данного изобретения раскрыта система для терморегуляции форм для литья под давлением, форм для кокильного литья и других подобных устройств. Указанная известная система содержит открытый резервуар, в котором находится жидкая охлаждающая текучая среда, в частности вода. Кроме того, данная система содержит первичный гидравлический контур для циркуляции указанной жидкой текучей среды от указанного резервуара к форме для ее терморегуляции и от указанной формы к резервуару через теплообменник. Первичный контур объединен с вторичным контуром, предназначенным для циркуляции в форме газообразной текучей среды, обычно воздуха, используемой как попеременно, так и в смешанном виде с указанной жидкой текучей средой. Кроме того, первичный контур объединен с модулем, управляющим первичным гидравлическим контуром и вторичным пневматическим контуром для обеспечения работы системы и терморегуляции формы с использованием только жидкой текучей среды, только газообразной текучей среды или газообразной текучей среды, смешанной с жидкой текучей средой.

Такая система применима для работы, надежна и обеспечивает циркуляцию жидкой теплопередающей текучей среды при относительно низких уровнях давления, но она пригодна только для охлаждения форм.

Однако на практике иногда требуется и является более удобным, в частности для более качественного управления началом процесса формования посредством литья под давлением и его ускорения, также предварительно нагревать формы при температуре, например 140-160°C, которая является в любом случае более низкой, чем фактическая рабочая температура самих форм.

Предварительный нагрев можно осуществлять посредством жидкой текучей среды, возвращающейся от формы и накапливающейся в резервуаре системы после ее прохождения через теплообменник. Однако температура указанной текучей среды в резервуаре, обычно лежащая в диапазоне 90-100°C, сама по себе является недостаточной для надлежащего нагрева формы. При этом предварительный нагрев формы посредством жидкой текучей среды, нагретой до заданной температуры в том же резервуаре терморегулирующей системы или в другом дополнительном резервуаре, если он не находится под давлением, может привести к нежелательному парообразованию, тепловым потерям и расходу энергии.

Раскрытие изобретения

Настоящее изобретение было разработано для решения указанной выше проблемы. При этом основная задача данного изобретения заключается в том, чтобы создать условия, дополнительно к охлаждению формы посредством жидкой и/или газообразной текучей среды при относительно низких давлениях, для предварительного нагрева самих форм в соответствующий момент времени до заданной температуры.

Еще одна задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы создать систему для терморегуляции форм, в которой охлаждающий контур и нагревающий контур объединены и интегрированы, в частности, в формах для литья под давлением, формах для кокильного литья и других подобных устройствах, работающих при относительно высоких температурах.

В настоящем изобретении упомянутые задачи решены благодаря системе терморегуляции согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, которая отличается тем, что она дополнительно содержит устройство для предварительного нагрева воды и гидравлический контур для предварительного нагрева формы или кокиля посредством горячей воды, поступающей от указанного устройства.

Преимущества предлагаемой интегрированной системы предварительного нагрева и охлаждения форм, помимо упомянутых выше при описании технического решения, раскрытого в патенте IT 1368475, и относящихся к возможности использования воды и воздуха, как по отдельности, так и совместно, безопасности, чистоте и экологическим и экономическим аспектам, очевидно заключаются в возможности использования открытого резервуара для хранения теплопередающей текучей среды, находящейся при атмосферном давлении, и в возможности переноса и использования данной текучей среды в двух режимах: режиме предварительного нагрева и режиме охлаждения, попеременно, в одной и той же системе. Однако при этом текучая среда, предназначенная для предварительного нагрева, может отводиться под давлением из указанного резервуара для хранения, что позволяет предупредить парообразование при требуемых температурах в процессе предварительного нагрева форм.

Краткое описание чертежей

Остальные признаки настоящего изобретения будут понятны из нижеследующего описания, приведенного со ссылками на единственный прилагаемый чертеж, на котором представлена общая схема системы.

Осуществление изобретения

Как показано на чертеже, предлагаемая система терморегуляции формы или кокиля 10 включает в себя по существу открытый резервуар 11 для хранения, первичный гидравлический контур 12, вторичный пневматический контур 13 и вспомогательный контур 112 предварительного нагрева, соединенный с указанным первичным гидравлическим контуром.

Указанный резервуар 11 для хранения содержит определенное количество загруженной в него теплопередающей текучей среды, предпочтительно воды. При этом, в случае необходимости, указанный резервуар можно впоследствии заполнить через подающий трубопровод 14, содержащий фильтр FA и загрузочный соленоидный клапан EV1. Уровень текучей среды в резервуаре 11 контролируют посредством датчика SL уровня и переливного устройства 15.

Указанный первичный гидравлический контур 12 содержит нагнетающий трубопровод 12′, проходящий от указанного резервуара к форме 10, и возвратный трубопровод 12″, проходящий от формы к указанному резервуару, причем пневматический контур 13 соединен с нагнетающим трубопроводом 12′ первичного контура посредством струйного насоса EJT.

Вдоль нагнетающего трубопровода 12′ установлены следующие элементы: по меньшей мере рециркуляционный насос Р1, соленоидный клапан EV4 с регулируемым отверстием, расположенный ниже по потоку от указанного рециркуляционного насоса, но выше по потоку от струйного насоса EJT, переключатель Pm1 нагнетаемого давления, расположенный ниже по потоку от указанного струйного насоса и предназначенный для обеспечения минимального давления в трубопроводе 12′, манометр М1 и предохранительный клапан VS. На участке между рециркуляционным насосом Р1 и соленоидным клапаном EV4 нагнетающий трубопровод 12′ снова соединяется с резервуаром 11 для хранения посредством перепускного трубопровода 16, оснащенного двухпозиционным клапаном EVBP.

Возвратный трубопровод 12″ проходит через по меньшей мере один теплообменник SC, причем он может быть оснащен переключателем давления для обеспечения минимального возвратного давления и регулирующим измерительным клапаном DRL. В теплообменник SC поступает охлаждающая текучая среда через входной и выходной трубопроводы 17 под управлением соленоидного клапана EV5 на входном трубопроводе.

Пневматический контур 13 предназначен для циркуляции газообразной текучей среды, обычно воздуха, и соединен с нагнетающим трубопроводом 12′ гидравлического контура 12 посредством струйного насоса EJT, причем он содержит по меньшей мере один манометр М2, входной соленоидный клапан EV2 и невозвратный клапан VR1.

Гидравлический контур 112 предварительного нагрева формы выполнен по существу кольцеобразным со своей внутренней стороны и интегрирован в описанную выше систему. Согласно настоящему изобретению, на возвратном трубопроводе 12″ первичного контура 12 установлен трехходовый соленоидный клапан EV5. При этом указанный контур 112 предварительного нагрева содержит нагнетающий трубопровод 112′, действующий в направлении формы, предпочтительно являющийся общим и совпадающий с нагнетающим трубопроводом 12′ первичного гидравлического контура 12. Кроме того, указанный контур 112 предварительного нагрева содержит возвратный трубопровод 112″, проходящий от выходного патрубка указанного трехходового клапана EV5 до участка его соединения с нагнетающим трубопроводом 12′, 112′, являющимся общим для первичного контура 12 и контура 112 предварительного нагрева, на участке выше по потоку от рециркуляционного насоса Р1.

Кроме того, на общем трубопроводе 12′, 112′ обоих контуров, в частности первичного контура 12 и контура 112 предварительного нагрева, предусмотрен второй резервуар 111, причем указанный второй резервуар также содержит воду и оснащен электрическим резистором R для нагревания и сохранения температуры содержащейся в нем жидкости.

В представленном примере указанный второй резервуар 111 расположен ниже по потоку от рециркуляционного насоса Р1, в частности между указанным рециркуляционным насосом и струйным насосом EJT. Он дополнительно оснащен температурным зондом S3 для определения температуры воды со своей внутренней стороны и выпускным трубопроводом 111′ с выпускным соленоидным клапаном EV6, соединяющим его с возвратным трубопроводом 12″ первичного гидравлического контура ниже по потоку от трехходового соленоидного клапана EV5, расположенного выше по потоку от теплообменника SC.

Для подачи и обеспечения циркуляции предварительно нагретой воды от второго резервуара 111 к форме 10 и от формы 10 обратно в указанный второй резервуар может быть предусмотрен второй насос Р2, или нагнетающий давление насос, установленный на нагнетающем трубопроводе 12′, проходящем в рассматриваемом примере от резервуара 11 для хранения к форме 10. В качестве альтернативного варианта, циркуляция предварительно нагретой текучей среды в контуре 112 предварительного нагрева может быть реализована посредством того же рециркуляционного насоса Р1, удобно расположенного, легко приводимого в действие и предназначенного для охлаждающей текучей среды.

Система может дополнительно содержать температурный зонд S1 для воды в резервуаре для хранения, температурный зонд S2 на форме 10, а также невозвратный клапан VR2, расширительный бак 114, переключатель Pm2 давления и манометр М3 на трубопроводе второго насоса Р2.

Предлагаемая система может работать в трех различных режимах:

1) попеременно охлаждать форму посредством находящегося под высоким давлением воздуха/воды (до примерно 14 бар);

2) охлаждать форму посредством воздуха, смешанного с водой при низком давлении (около 1-2 бар);

3) предварительно нагревать форму посредством горячей находящейся под давлением воды.

Все режимы контролируют посредством электронного устройства (PLC), запрограммированного для управления показаниями, поступающими от группы управляющих средств и средств для открытия и закрытия соленоидных клапанов.

Вместо этого открытие/закрытие клапанов VBP и DRL на первичном контуре можно осуществлять вручную.

В первом рабочем режиме вода, отводимая из резервуара для хранения и циркулирующая в первичном контуре 12 посредством рециркуляционного насоса 12, представляет собой основную охлаждающую текучую среду. Система имеет участки с различными давлениями и температурами, в результате чего охлаждающая вода, в любом случае, не испаряется. При этом затем можно использовать воздух, как для регулировки температуры воды в случае недостаточного охлаждения формы, так и в качестве дополнительной охлаждающей текучей среды для обеспечения защиты в ответ на различные аварийные сигналы и/или в случае неисправностей рециркуляционного насоса Р1 или других компонентов первичного гидравлического контура 12.

При запуске охлаждающей системы рециркуляционный насос Р1 останавливают, входной соленоидный клапан EV2 пневматического контура 13 открывают для подачи воздуха в гидравлический контур 12, при этом соленоидный клапан EV1 открывается для подвода воды в сосуд/резервуар 11 под управлением датчика SL уровня. По окончании предварительно заданного периода времени, и если параметры давления и температуры в системе находятся в заданных пределах, соленоидный клапан EV2 закрывают и запускают насос Р1, тем самым, приводя в действие процесс охлаждения формы или кокиля 10 водой.

Во время указанного процесса охлаждения вода в резервуаре 11 сохраняет температуру ниже 90°C, причем давление в нагнетающем трубопроводе 12′ первичного гидравлического контура 12 является относительно высоким. Вода поступает в форму или кокиль 10 и выходит оттуда нагретой до температуры около 180-200°C. Затем вода возвращается в указанный резервуар после прохождения через теплообменник, в котором она охлаждается и приобретает температуру в 90°C.

Вода остается под давлением до достижения измерительного клапана DRL, отрегулированного с тем, чтобы обеспечить минимальное прохождение воды для сохранения заданного давления в гидравлическом контуре выше по потоку от указанного клапана и для снижения давления воды со стороны выхода клапана в направлении сосуда или резервуара.

Вторичный пневматический контур 13 начинает работать автоматически при поступлении сигналов управления, аварийных сигналов и сигналов о неисправностях в гидравлическом контуре, что в любом случае происходит под управлением запрограммированного электронного устройства (PLC) и может быть запрограммировано согласно требованиям.

Во время охлаждения воздухом насос Р1 останавливают, а клапан EV2 открывают. При этом воздух поступает в нагнетающий трубопровод 12′ через струйный насос EJT и проходит через контур в том же направлении, что и охлаждающая вода, прочищая трубы от самой воды и определяя процесс охлаждения формы до тех пор, пока условия, обеспечивающие правильное охлаждение воды, не восстановятся.

Во втором рабочем режиме давление в контуре остается практически постоянным с течением времени, в зависимости от давления воздуха. Рабочее давление при этом относительно низкое, в частности 1-2 бар, как упомянуто выше.

Затем основной охлаждающей текучей средой становится воздух, который, проходя через струйный насос EJT, смешивается с водой в необходимом и заданном количестве посредством соленоидного клапана EV4, приводимого в действие посредством работающего электронного устройства.

В результате локального и/или удаленного сигнала запуска процесса охлаждения возможны два варианта развития событий.

а. Форма охлаждается только посредством воздуха: для этого соленоидный клапан EV2 открывается для пропускания воздуха, запускается насос Р1, клапан VBP на перепускном трубопроводе 16 открывается, причем соленоидный клапан EV4 на нагнетающем трубопроводе 12′ закрыт для возврата воды в резервуар; затем поток воздуха проходит через контур, входит со стороны струйного насоса EJT, а затем циркулирует в форме и выходит в резервуар.

b. Форма охлаждается посредством воздуха, смешанного с водой: для этого запускается насос Р1, если он еще не запущен, и открывается соленоидный клапан EV2 для пропуска воздуха, когда открывается клапан ВНР на перепускном трубопроводе 16. Одновременно с этим электронное устройство управления (PLC) вызывает открытие соленоидного клапана EV4 для измерения надлежащего количества воды, которое должно циркулировать вместе с воздухом, поступающим из струйного насоса EJT.

В режиме предварительного нагрева формы или кокиля 10 используют воду, находящуюся во втором резервуаре 111, при этом она превентивным образом дополняется водой, поступающей из резервуара 111 для хранения.

При этом рециркуляционный насос Р1 все еще выключен, соленоидный клапан EV4 на нагнетающем трубопроводе 12′ первичного гидравлического контура 12 открывается, а трехходовый соленоидный клапан EV5 на трубопроводе 12″, отходящем от формы или кокиля, переключается, так что этот клапан оказывается закрытым со стороны, соединенной с теплообменником, и оказывается открытым со стороны, соединенной с возвратным трубопроводом 112″ контура 112 предварительного нагрева.

При таких условиях вода может нагреваться во втором резервуаре 111 посредством электрического резистора. Затем ее подают посредством насоса Р2 к форме или кокилю 10 для ее предварительного нагрева, например, до температуры 140-160°C. Вода, выходящая из формы, проходит через трехходовый соленоидный клапан EV5 для возврата во второй резервуар 111 через возвратный трубопровод 112″ контура 112 предварительного нагрева.

При этом электронное устройство управления, как независимо, так и при взаимодействии с внешними интерфейсами, будет запрограммировано для реализации следующих этапов:

- включают систему, причем система остается незадействованной для охлаждения формы, так как в нее не подают ни воздух, ни воду;

- охлаждают форму только посредством воздуха;

- охлаждают форму посредством воздуха, смешанного с водой в различных требуемых пропорциях;

- предварительно нагревают форму посредством горячей воды, поступающей из второй резервуара, оснащенного нагревателем.

Изобретение относится к системе терморегуляции форм для литья под давлением, форм для кокильного литья и других подобных устройств. Система содержит резервуар (11), в котором находится жидкая охлаждающая среда, в частности вода, первичный гидравлический контур (12) для циркуляции жидкой охлаждающей среды от резервуара (11) к форме и от формы в резервуар через теплообменник (SC). Для циркуляции газообразной среды в форме предусмотрен вторичный пневматический контур (13), соединенный с первичным гидравлическим контуром (12). Контур (13) предназначен для охлаждения формы попеременно жидкой и газообразной средой, или газообразной средой, смешанной с жидкой средой. Система содержит гидравлический контур (112) предварительного нагрева, интегрированный с первичным гидравлическим контуром (12) и предназначенный для производства и циркуляции горячей жидкой текучей среды для предварительного нагрева формы. Обеспечивается устранение парообразования в процессе предварительного нагрева форм. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система терморегуляции форм для литья под давлением и кокильного литья, содержащая:
- открытый резервуар (11), в котором находится жидкая охлаждающая текучая среда, в частности вода,
- первичный гидравлический контур (12) для циркуляции указанной жидкой охлаждающей текучей среды от указанного резервуара к форме для ее охлаждения и от указанной формы в резервуар через теплообменник (SC),
- вторичный пневматический контур (13), соединенный с первичным гидравлическим контуром (12) и предназначенный для циркуляции газообразной текучей среды в форме для ее охлаждения как попеременно, так и при смешении с указанной жидкой охлаждающей текучей средой, и
- модуль управления первичным гидравлическим контуром (12) и вторичным пневматическим контуром (13) для обеспечения охлаждения формы с использованием только жидкой охлаждающей текучей среды, с использованием только газообразной текучей среды или с использованием газообразной текучей среды, смешанной с жидкой текучей средой,
отличающаяся тем, что она дополнительно содержит гидравлический контур (112) предварительного нагрева, интегрированный с первичным гидравлическим контуром (12) и предназначенный для производства и циркуляции горячей жидкой текучей среды для предварительного нагрева формы, подлежащей терморегуляции.

2. Система по п. 1, в которой
- первичный гидравлический контур (12) содержит, по меньшей мере, рециркуляционный насос (Р1) для циркуляции жидкой текучей среды, нагнетающий трубопровод (12′), проходящий от резервуара (11) для текучей среды к форме, и возвратный трубопровод (12″), проходящий от формы к указанному резервуару через теплообменник для охлаждения указанной текучей среды,
- вторичный пневматический контур (13) соединен с нагнетающим трубопроводом (12′) указанного первичного гидравлического контура (12) посредством струйного насоса (EJT), расположенного ниже по потоку от указанного циркуляционного насоса и от невозвратного клапана, и
- гидравлический контур (112) предварительного нагрева содержит:
трехходовый соленоидный клапан (EV5), расположенный на возвратном трубопроводе (12″) первичного гидравлического контура (12) выше по потоку от указанного теплообменника (SC),
второй резервуар (111), в котором находится предварительно нагреваемая жидкая текучая среда и который оснащен нагревателем (R), в частности электрическим резистором, для нагревания и сохранения температуры предварительно нагреваемой текучей среды, содержащейся в указанном резервуаре,
нагнетающий трубопровод (112′), предназначенный для направления предварительно нагреваемой текучей среды от указанного второго резервуара (111) к форме,
возвратный трубопровод (112″), предназначенный для направления предварительно нагреваемой текучей среды от формы к второму резервуару (111) через указанный трехходовый клапан (EV5).

3. Система по п. 1 или 2, в которой нагнетающий трубопровод (112′) гидравлического контура (112) предварительного нагрева, начинающийся от второго резервуара (111), в котором находится предварительно нагреваемая текучая среда, совпадает, по меньшей мере частично, с нагнетающим трубопроводом первичного гидравлического контура (12), причем возвратный трубопровод (112″) гидравлического контура (112) предварительного нагрева совпадает с возвратным трубопроводом (12″) первичного гидравлического контура (12) по меньшей мере на участке между формой и трехходовым соленоидным клапаном (EV5), причем предусмотрен насос для циркуляции предварительно нагреваемой текучей среды в указанном гидравлическом контуре (112) предварительного нагрева.

4. Система по п. 3, в которой насос для циркуляции текучей среды в контуре (112) предварительного нагрева представляет собой тот же рециркуляционный насос (Р1) для циркуляции охлаждающей текучей среды в первичном гидравлическом контуре (12).

5. Система по п. 3, в которой насос для циркуляции текучей среды в контуре (112) предварительного нагрева образован вторым насосом (Р2), приводимым в действие попеременно с рециркуляционным насосом (Р1).

6. Система по любому из пп. 1, 2, 4, 5, в которой второй резервуар (111) для предварительно нагреваемой текучей среды содержит выпускной трубопровод (111′), соединенный посредством выпускного соленоидного клапана (EV6) с возвратным трубопроводом (12″) первичного гидравлического контура (12) ниже по потоку от трехходового соленоидного клапана (EV5), и температурный зонд (S3) для контроля температуры предварительно нагреваемой текучей среды в этом же резервуаре.

7. Система по любому из пп. 1, 2, 4, 5, в которой резервуар (11) для охлаждающей текучей среды и форма оснащены температурными зондами (S1; S2), причем первичный гидравлический контур (12), вторичный пневматический контур (13) и контур (112) предварительного нагрева содержат соленоидные клапаны, переключатели давления и манометры для контроля текучих сред, циркулирующих в текущий момент времени.

8. Система по любому из пп. 1, 2, 4, 5, в которой на возвратном трубопроводе (12″) первичного гидравлического контура (12), ниже по потоку от теплообменника (SC), установлен измерительный клапан, обеспечивающий минимальное прохождение охлаждающей текучей среды и предназначенный для сохранения требуемого давления в гидравлическом контуре выше по потоку от самого клапана и для понижения давления указанной текучей среды со стороны выхода указанного клапана в направлении резервуара.