УСТРОЙСТВО ПРЕССОВАНИЯ И СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ИЗДЕЛИЯ В УКАЗАННОМ УСТРОЙСТВЕ Российский патент 2021 года по МПК B30B11/00 B22F3/15 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение в целом относится к области обработки прессованием. В частности, настоящее изобретение относится к устройству прессования для обработки по меньшей мере одного изделия посредством горячего прессования, такого как, например, горячее изостатическое прессование (HIP).

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Горячее изостатическое прессование (HIP) может, например, применяться для сокращения или даже устранения пористости отливок (например, лопаток турбины), чтобы существенно увеличить их срок службы и прочность (например, их усталостную прочность). Кроме того, HIP можно применять при изготовлении изделий посредством прессования порошка, при это порошок герметизируется в капсулах из металлического листа, давая продукту требуемую форму. HIP является особенно интересным для предоставления продуктов, которые желательно, или обязательно, являются полностью, или по существу полностью, плотными и не содержащие пор, или по существу не содержащие пор, внешние поверхности и т.д.

Изделие, подвергаемое обработке прессованием с помощью HIP, может быть помещено в нагрузочное отделение или камеру теплоизолированного резервуара высокого давления. Цикл обработки может включать в себя загрузку изделия, обработку изделия и выгрузку изделия. Несколько изделий могут обрабатываться одновременно. Цикл обработки может быть разделен на несколько частей или фаз, таких как фаза прессования, фаза нагревания и фаза охлаждения. После загрузки изделия в резервуар высокого давления его могут затем герметизировать, после чего вводят рабочую среду под давлением (например, содержащую инертный газ, такой как аргон-содержащий газ) в резервуар высокого давления и его нагрузочное отделение. Затем давление и температуру среды под давлением повышают, с тем чтобы изделие подвергалось воздействию повышенного давления и повышенной температуры в течение выбранного периода времени. Повышение температуры среды под давлением, которое, в свою очередь, может вызвать повышение температуры изделия, обеспечивается с помощью нагревательного элемента или печи, расположенных в печной камере резервуара высокого давления. Давление, температура и время обработки могут, например, зависеть от желаемых или требуемых свойств материала обрабатываемого изделия, конкретной области применения и требуемого качества обработанного изделия. Давление в HIP может, например, находиться в диапазоне от 200 бар до 5000 бар, например, от 800 бар до 2000 бар. Температуры в HIP могут, например, находиться в диапазоне от 300 до 3000°С, например, от 600 до 2000°С.

Когда обработка изделия прессованием закончена, изделие, возможно, потребуется охладить перед его удалением или выгрузкой из резервуара высокого давления. Характеристики охлаждения - например, его скорость - изделия могут влиять на металлургические свойства обработанного изделия. Обычно желательно иметь возможность охлаждать изделие однородным образом, а также, если это возможно, иметь возможность управления скоростью охлаждения. Были предприняты усилия для сокращения периода времени, необходимого для охлаждения изделия, подвергнутого HIP. Например, в течение фазы охлаждения может требоваться или быть желательным быстрое снижение температуры среды под давлением (и, следовательно, также и изделия) без вызывания каких-либо больших изменений температуры внутри нагрузочного отделения (например, таким образом, чтобы температура внутри нагрузочного отделения снижалась единообразно). Кроме того, может быть желательным поддержание температуры на определенном уровне температуры или в пределах определенного температурного диапазона в течение выбранного периода времени без колебаний или только с небольшими колебаниями температуры в течение выбранного периода времени. В результате избегания каких-либо значительных колебаний температуры внутри нагрузочного отделения в течение охлаждения изделия, следовательно, могут не наблюдаться или будут наблюдаться очень небольшие колебания температуры в разных частях изделия в течение охлаждения. Таким образом, внутренние напряжения в обработанном изделии могут быть уменьшены.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Предусматривается, что охлаждение изделия можно проводить, когда изделие подвергается воздействию относительно высокого давления, что может быть полезным для металлургических свойств обрабатываемого изделия.

Ввиду этого и описания в предшествующем разделе «уровень техники» задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить устройство прессования, способное выполнять обработку прессованием, по меньшей мере, одного изделия, например, посредством HIP, при этом такое устройство прессования способно обеспечить относительно быстрое охлаждение по меньшей мере одного изделия, подвергнутого обработке прессованием, до требуемой или желаемой температуры в течение фазы охлаждения цикла обработки.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание устройства прессования, способного выполнять обработку прессованием, по меньшей мере, одного изделия, например, посредством HIP, при этом такое устройство прессования способно обеспечить относительно высокую скорость охлаждения, по меньшей мере, одного изделия, подвергаемого обработке прессованием, в течение фазы охлаждения цикла обработки, возможно, при скорости охлаждения среды под давлением, превышающей 300°С в минуту.

Для решения по меньшей мере одной из этих проблем и других проблем предоставлено устройство прессования в соответствии с независимым пунктом формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления определены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Согласно первому аспекту изобретения предложено устройство прессования. Устройство прессования содержит резервуар высокого давления, содержащий цилиндр высокого давления, верхнюю торцевую крышку и нижнюю торцевую крышку. Устройство прессования дополнительно содержит печную камеру, содержащую печь, причем печная камера расположена внутри резервуара высокого давления для нагревания среды под давлением. Устройство прессования дополнительно содержит множество направляющих каналов для среды под давлением, причем направляющие каналы сообщаются по текучей среде с печной камерой и расположены внутри резервуара высокого давления для образования петли внутри резервуара высокого давления. Кроме того, устройство прессования содержит нагрузочное отделение, сконфигурированное для удержания, по меньшей мере, одного обрабатываемого изделия, при этом нагрузочное отделение расположено внутри печной камеры и позволяет потоку среды под давлением проходить через нагрузочное отделение. Устройство прессования дополнительно содержит, по меньшей мере, один генератор потока для циркуляции среды под давлением внутри резервуара высокого давления, по меньшей мере, через один из направляющих каналов, посредством чего обеспечивается прохождение среды под давлением через нагрузочное отделение. Устройство прессования дополнительно содержит теплообменный элемент, расположенный в верхней торцевой крышке или в нижней торцевой крышке. Теплообменный элемент содержит, по меньшей мере, один канал, содержащий впуск, по меньшей мере, из одного из множества направляющих каналов, и выпуск, по меньшей мере, в один из множества направляющих каналов для обеспечения потока среды под давлением через теплообменный элемент и внутри резервуара высокого давления. Теплообменный элемент дополнительно содержит, по меньшей мере, один контур для обеспечения циркуляции охлаждающей среды внутри, по меньшей мере, одного контура теплообменного элемента для охлаждения среды под давлением, предназначенной для протекания через теплообменный элемент.

Согласно второму аспекту изобретения предложен способ охлаждения, по меньшей мере, одного изделия в устройстве прессования, в котором устройство прессования содержит резервуар высокого давления, содержащий цилиндр высокого давления, верхнюю торцевую крышку и нижнюю торцевую крышку, печную камеру, расположенную внутри резервуара высокого давления для нагревания среды под давлением, и нагрузочное отделение для удержания по меньшей мере одного изделия для обработки, при этом нагрузочное отделение расположено внутри печной камеры. Способ включает в себя циркуляцию среды под давлением в резервуаре высокого давления, посредством чего обеспечивается протекание среды под давлением через нагрузочное отделение. Способ дополнительно включает в себя направление среды под давлением через канал теплообменного элемента, расположенного в верхней торцевой крышке или в нижней торцевой крышке, для обеспечения потока среды под давлением через теплообменный элемент. Способ дополнительно включает в себя циркуляцию охлаждающей среды внутри теплообменного элемента для охлаждения среды под давлением, предназначенной для протекания через теплообменный элемент.

Следовательно, настоящее изобретение основано на идее создания устройства прессования, способного выполнять обработку под давлением, по меньшей мере, одного изделия, например, посредством HIP, причем такое устройство прессования способно обеспечить относительно быстрое охлаждение, по меньшей мере, одного изделия, подвергнутого обработке под давлением, в течение фазы охлаждения цикла обработки. Посредством функционирования генератора(-ов) потока обеспечивается прохождение среды под давлением через нагрузочное отделение и прохождение через верхнюю торцевую крышку или через нижнюю торцевую крышку устройства прессования, при этом теплообменный элемент расположен в указанной верхней торцевой крышке или указанной нижней торцевой крышке. Теплообменный элемент содержит один или несколько контуров для обеспечения циркуляции охлаждающей среды и, следовательно, для охлаждения среды под давлением.

Среда под давлением, циркулирующая в устройстве прессования, может посредством указанного эффективно охлаждаться, что приводит к относительно резкому или быстрому охлаждению изделий, расположенных в нагрузочном отделении устройства прессования.

Преимущество настоящего изобретения заключается в том, что охлаждение среды под давлением является высокоэффективным благодаря активному охлаждению, достигаемому за счет циркуляции охлаждающей среды внутри теплообменного элемента. Следовательно, эффективный обмен теплом между средой под давлением и охлаждающей средой приводит к существенному и быстрому понижению температуры среды под давлением, что, в свою очередь, приводит к относительно быстрому охлаждению изделия(-й) в нагрузочном отделении. Более конкретно, среда под давлением, поступающая и проходящая через теплообменный элемент, может вступать в относительно тесный тепловой контакт с теплообменным элементом, например, относительно тесный тепловой контакт с охлаждающей средой и/или областями теплоотдачи теплообменного элемента, по сравнению с конфигурацией устройства прессования, в которой обеспечивается прохождение охлаждающей среды за пределы верхней торцевой крышки или нижней торцевой крышки. Настоящий вариант осуществления, таким образом, является выгодным в том, что охлаждение среды может быть выполнено даже более эффективно и/или быстро.

Следует понимать, что концепция охлаждения по настоящему изобретению может быстро снижать температуру в устройстве прессования после обработки под давлением или обработки в устройстве прессования. Вследствие снижения температуры давление также снижается с относительно высокой скоростью в устройстве прессования в соответствии с общим уравнением состояния идеального газа. Следовательно, концепция охлаждения по настоящему изобретению может привести к значительно более коротким циклам обработки под давлением в устройстве прессования. Это не только подразумевает улучшение работы устройства прессования с учетом экономии времени, но также приводит к повышению экономической эффективности работы устройства прессования.

Настоящее изобретение, кроме того, имеет преимущество, заключающееся в универсальной концепции предоставления теплообменного элемента в верхней торцевой крышке или в нижней торцевой крышке устройства прессования. Более конкретно, концепция настоящего изобретения не ограничивается устройствами горячего изостатического прессования, но также может быть реализована в устройствах прессования, приспособленных для более низких рабочих температур. Давление, прилагаемое в устройстве прессования, может зависеть от материала изделий и/или промышленных требований к качеству изделий. Например, к изделиям (например, содержащим алюминиевые сплавы), предназначенным для применения в автомобильной промышленности, в устройстве прессования может прилагаться давление 50 МПа, тогда как к изделиям (например, содержащим алюминиевые сплавы), предназначенным для применения в авиационной промышленности, может прилагаться давление 100 МПа или более.

Устройство прессования может являться подходящим для обработки, по меньшей мере, одного изделия посредством прессования, например, горячего прессования, такого как HIP. Устройство прессования содержит резервуар высокого давления, содержащий цилиндр высокого давления, верхнюю торцевую крышку и нижнюю торцевую крышку. Следовательно, резервуар высокого давления может включать в себя верхнюю торцевую крышку и нижнюю торцевую крышку или, в более общем случае, первую торцевую крышку и вторую торцевую крышку. Печная камера, например, может быть расположена таким образом, чтобы среда под давлением могла входить в печную камеру из пространства между печной камерой и нижней (или второй) торцевой крышкой. Резервуар высокого давления или цилиндр высокого давления резервуара высокого давления может, например, быть расположен таким образом, чтобы внутренняя поверхность верхней (или первой) торцевой крышки и внутренняя поверхность нижней (или второй) торцевой крышки были направлены друг к другу, или по существу друг другу. Каждая из указанных выше торцевых крышек может быть расположена таким образом, чтобы ее можно было открывать и закрывать, например, любым способом, известным в данной области техники.

Устройство прессования дополнительно содержит печную камеру, содержащую печь, причем печная камера расположена внутри резервуара высокого давления для нагревания среды под давлением. Печная камера может быть расположена таким образом, чтобы среда под давлением могла входить в печную камеру и выходить из нее.

Устройство прессования дополнительно содержит множество направляющих каналов или направляющих путей для среды. среда под давлением, используемая в устройстве прессования, может, например, содержать или состоять из текучей среды, которая может иметь относительно низкое химическое сродство по отношению к изделию (-ям), подлежащему(-им) обработке в устройстве прессования. среда под давлением может, например, содержать газ, например, инертный газ, такой как газ аргон.

Направляющие каналы сообщаются по текучей среде с печной камерой и расположены таким образом, что они образуют петлю внутри резервуара высокого давления. Кроме того, устройство прессования содержит нагрузочное отделение, сконфигурированное для удержания, по меньшей мере, одного обрабатываемого изделия, при этом нагрузочное отделение расположено внутри печной камеры и позволяет потоку среды под давлением проходить через нагрузочное отделение. Следовательно, среда под давлением может циркулировать в устройстве прессования, включая прохождение через нагрузочное отделение, в котором представлено(-ы) изделие(-я), через направляющие каналы.

Устройство прессования дополнительно содержит, по меньшей мере, один генератор потока для циркуляции среды под давлением в резервуаре высокого давления через, по меньшей мере, один из направляющих каналов. Под термином «по меньшей мере один генератор потока» здесь подразумевается один или более вентиляторов, эжекторов, средств циркуляции или тому подобного. Обеспечивается прохождение среды под давлением через нагрузочное отделение.

Устройство прессования дополнительно содержит теплообменный элемент, расположенный в верхней торцевой крышке или в нижней торцевой крышке. Под термином «теплообменный элемент» здесь подразумевается, по существу, любой элемент, устройство, конфигурация и т.п. для теплообмена и/или переноса тепла. Теплообменный элемент содержит, по меньшей мере, один канал для обеспечения потока среды под давлением из впуска канала через теплообменный элемент по каналу и обратно в цилиндр высокого давления резервуара высокого давления из выпуска канала. Следовательно, устройство прессования может быть сконфигурировано таким образом, чтобы пропускать поток среды под давлением из нагрузочного отделения в теплообменный элемент, расположенный внутри верхней торцевой крышки или в нижней торцевой крышке. После того, как среда под давлением прошла через теплообменный элемент, устройство прессования сконфигурировано для обеспечения возможности выпуска среды под давлением из теплообменного элемента и ее протекания в направляющий(-ие) канал(-ы) для циркуляции среды под давлением внутри резервуара высокого давления.

Теплообменный элемент дополнительно содержит, по меньшей мере, один контур для обеспечения циркуляции охлаждающей среды внутри, по меньшей мере, одного контура. Под «по меньшей мере, одним контуром» здесь подразумевается, по существу, любой элемент, устройство, конфигурация или тому подобное, например, содержащая одну или несколько трубок, трубопроводов, труб и т. д., для обеспечения циркуляции охлаждающей среды. Под «охлаждающей средой» здесь подразумевается, по существу, любая среда или охлаждающая жидкость, например, вода, органические химические вещества или тому подобное. Охлаждающая среда теплообменного элемента сконфигурирована для охлаждения среды под давлением, предназначенной для протекания через теплообменный элемент.

Теплообменный элемент может быть сконфигурирован или размещен различными способами в целях адаптации или настройки его теплообменной емкости или способности с учетом различных требований или желаний. Таким образом, можно достичь относительно высокой скорости охлаждения среды, проходящей через теплообменный элемент, например, в течение фазы охлаждения цикла обработки. По меньшей мере, участок или часть теплообменного элемента может быть изготовлена ​​из металла или другого материала, имеющего относительно высокую теплопроводность.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения впуск может быть расположен в центральной части теплообменного элемента, и выпуск может быть расположен в периферийной части теплообменного элемента. Следовательно, устройство прессования может, таким образом, быть сконфигурировано для обеспечения возможности потока среды под давлением из нагрузочного отделения в центральную часть теплообменного элемента внутри верхней торцевой крышки или нижней торцевой крышки через впуск, расположенный в центре, для охлаждения среды под давлением посредством теплообменного элемента и для обеспечения возможности подачи среды под давлением из теплообменного элемента обратно в резервуар высокого давления через его периферийный выпуск. Следует понимать, что направляющий(-е) канал(-ы) устройств прессования для циркуляции среды под давлением часто расположены по периферии нагрузочного отделения. Следовательно, настоящий вариант осуществления имеет преимущество в том, что траектория среды от нагрузочного отделения до одного из направляющих каналов, расположенных по периферии нагрузочного отделения, может быть оптимизирована. Настоящий вариант осуществления также имеет преимущество в том, что конфигурация устройства прессования обеспечивает удобное продолжение охлаждения среды под давлением даже после того, как среда под давлением прошла через теплообменный элемент, посредством обеспечения возможности потока среды под давлением в направляющем(-их) канале(-ах) вдоль стенки резервуара высокого давления.

Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения, канал может иметь извилистую форму. Другими словами, канал теплообменного элемента для обеспечения потока среды под давлением внутри теплообменного элемента может быть спиральным и/или змеевидным. Преимущество настоящего варианта осуществления заключается в том, что канал для среды под давлением может быть еще длиннее и/или подвергать рабочую среду под давлением воздействию большей площади теплоотдачи теплообменного элемента, тем самым приводя к еще более эффективному и/или быстрому охлаждению среды под давлением.

Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения теплообменный элемент может содержать множество контуров удлиненной петлеобразной формы. Например, в случае, когда канал теплообменного элемента имеет извилистую форму, множество контуров удлиненной петлеобразной формы могут быть расположены так, чтобы они подходящим образом соответствовали или были согласованы с формой канала. Например, множество контуров удлиненной петлеобразной формы может быть предусмотрено в долинах канала извилистой формы.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения печная камера может быть, по меньшей мере, частично закрыта теплоизолированным кожухом, содержащим теплоизоляционную часть, и корпусом, по меньшей мере, частично охватывающим теплоизоляционную часть. Теплоизолированный кожух расположен таким образом, что среда под давлением может входить и выходить из печной камеры. Часть петли содержит, по меньшей мере, один первый направляющий канал, сформированный между, по меньшей мере, частями корпуса и теплоизоляционного кожуха, соответственно, и приспособленный для направления среды под давлением после прохождения печной камеры. Другая часть петли содержит, по меньшей мере, один второй направляющий канал, сформированный, по меньшей мере, между частями теплоизоляционного кожуха и стенкой резервуара высокого давления, соответственно, и приспособленный для направления среды под давлением, прошедшей через теплообменный элемент, вблизи от внутренней поверхности стенки цилиндра высокого давления до того, как среда под давлением снова войдет в печную камеру. Устройство прессования дополнительно содержит первый генератор потока, расположенный внутри теплоизолированного кожуха, при этом по меньшей мере один первый направляющий канал сообщается по текучей среде с первым генератором потока. Устройство прессования дополнительно содержит второй генератор потока, расположенный под теплоизолированным кожухом, при этом по меньшей мере один второй направляющий канал сообщается по текучей среде со вторым генератором потока. Следовательно, в этом варианте осуществления изобретения устройство прессования сконфигурировано так, чтобы оно имело, по меньшей мере, две части петли, а именно, первую часть, содержащую первый(-е) направляющий(-е) канал(-ы), сформированный(-е) между (внешней) стенкой нагрузочного отделения и теплоизолирующим кожухом, и вторую часть, содержащую второй(-ые) направляющий(-е) канал(-ы), сформированный(-е) между кожухом и стенкой резервуара высокого давления. Следовательно, в этом варианте осуществления настоящего изобретения устройство прессования может обеспечивать эффективную фазу охлаждения посредством функционирования второго генератора потока в целях обеспечения потока относительно холодной среды под давлением из пространства между нижней изолирующей частью и нижней торцевой крышкой.

Кроме того, устройство прессования может обеспечить эффективную фазу нагревания посредством функционирования первого генератора в целях обеспечения потока относительно теплой среды под давлением в пределах теплоизолированного кожуха.

Стенки цилиндра высокого давления, которые имеют внутреннюю поверхность, в непосредственной близости от которой направляют рабочую среду под давлением, по меньшей мере, в одном втором направляющем проходе, до того, как среда под давлением возвратится в печную камеру, могут содержать наружные стенки цилиндра высокого давления. Наружные стенки цилиндра высокого давления могут, например, содержать боковые или кольцевые стенки цилиндра высокого давления. На наружной поверхности наружных стенок цилиндра высокого давления (или на поверхности оболочки цилиндра высокого давления) могут быть предусмотрены каналы, трубопроводы и/или трубки и т.д., в которых может быть предусмотрен поток охлаждающей жидкости для охлаждения наружных стенок цилиндра высокого давления. На наружной поверхности наружных стенок цилиндра высокого давления и, возможно, на любых каналах, трубопроводах и/или трубках и т.д. для охлаждающей жидкости может быть предусмотрено средство предварительного напряжения. Средство предварительного напряжения, например, может быть выполнено в форме проволоки (например, из стали), намотанной во множество витков, с тем чтобы сформировать одну или несколько полос и, предпочтительно, в несколько слоев вокруг внешней поверхности наружных стенок цилиндра высокого давления и, возможно, также вокруг любых каналов, трубопроводов и/или трубок и т. д. для охлаждающей жидкости, которые могут быть представлены ​​на них. Средство предварительного напряжения может быть выполнено с возможностью приложения радиальных сжимающих сил к цилиндру высокого давления.

Количество тепловой энергии, которое может передаваться от среды по давлением, направляемой в непосредственной близости от внутренней поверхности стенок цилиндра высокого давления, к стенкам цилиндра высокого давления, может зависеть по меньшей мере от одного из следующих факторов: скорость среды под давлением в течение ее прохождения в непосредственной близости от внутренней поверхности стенок цилиндра высокого давления, количество среды под давлением, имеющее (прямой) контакт с внутренней поверхностью стенок цилиндра высокого давления в течение прохождения среды под давлением в непосредственной близости от внутренней поверхности стенок цилиндра высокого давления, и относительная разность температур между средой под давлением и стенками цилиндра высокого давления. Стенки цилиндра высокого давления могут являться наружными стенками цилиндра высокого давления.

Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство прессования может дополнительно содержать устройство управления. Устройство управления может быть сконфигурировано для управления подачей среды под давлением из по меньшей мере одного первого направляющего канала в первый генератор потока и для управления подачей среды под давлением из по меньшей мере одного второго направляющего канала во второй генератор потока. Таким образом, устройство управления может быть сконфигурировано для управления подачей первой (более теплой) части среды под давлением и подачей второй (более холодной) части среды под давлением, соответственно, в первый и второй генераторы потока через первый и второй направляющие каналы, соответственно. Под термином «управление подачей среды под давлением» здесь подразумевается управлением объемом среды под давлением, подаваемым (например, за единицу времени), например, через один или более клапанов устройства управления. Преимущество настоящего варианта осуществления заключается в том, что управление температурой среды под давлением внутри устройства прессования может быть еще больше улучшено. Например, в случае относительно быстрого охлаждения в цикле обработки устройства прессования, устройство управления может быть сконфигурировано для подачи относительно большой доли второй (более холодной) части среды под давлением во второй генератор потока, например, посредством (полного) открытия одного или более клапанов.

Согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство управления может быть дополнительно сконфигурировано для управления функционированием по меньшей мере одного из первого генератора потока и второго генератора потока. Термин «функционирование» может в данном контексте означать скорость, обороты в минуту или тому подобное, если генератор потока представляет собой вентилятор. Альтернативно, в случае эжектора в качестве генератора потока термин «функционирование» может означать скорость потока. Преимущество настоящего варианта осуществления заключается в том, что температурой среды под давлением внутри устройства прессования можно управлять даже в еще большей степени. Например, в случае относительно быстрого охлаждения в цикле обработки устройства прессования, устройство управления может быть сконфигурировано для осуществления функционирования второго генератора потока на относительно высокой скорости.

В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения устройство прессования может содержать теплопоглощающий элемент, расположенный внутри резервуара высокого давления, при этом теплопоглощающий элемент сконфигурирован для поглощения тепла из среды под давлением. Теплопоглощающий элемент может содержать, по меньшей мере, один впуск, позволяющий среде под давлением, прошедшей через печную камеру, входить во внутреннее пространство теплопоглощающего элемента. Теплопоглощающий элемент дополнительно сконфигурирован для обеспечения возможности направления среды под давлением через теплопоглощающий элемент, по меньшей мере, к одному выпуску теплопоглощающего элемента. В свою очередь, по меньшей мере, один выпуск позволяет среде под давлением выходить из теплопоглощающего элемента.

По меньшей мере, один впуск расположен на первой стороне теплопоглощающего элемента, и, по меньшей мере, один выпуск расположен на второй стороне теплопоглощающего элемента. Вторая сторона теплопоглощающего элемента обращена в направлении к внутренней поверхности верхней торцевой крышки, и второй направляющий канал дополнительно приспособлен для направления среды под давлением, прошедшей теплопоглощающий элемент. Теплопоглощающий элемент, который в альтернативном варианте может называться блоком поглотителя тепла или блоком теплообменника, может быть расположен полностью в пределах резервуара высокого давления. Теплопоглощающий элемент может являться «пассивным» элементом в том смысле, что он может не иметь каких-либо трубопроводов, проходов, каналов и т.п. для подачи охлаждающей среды к теплопоглощающему элементу или от него. Теплопоглощающий элемент может не иметь связи с внешней частью резервуара высокого давления. В частности, теплопоглощающий элемент может не иметь сообщения по текучей среде с внешней частью резервуара высокого давления. Следует понимать, что теплообменный элемент в верхней торцевой крышке, напротив, является «активным» элементом в том, что охлаждающая среда транспортируется к теплообменному элементу, внутри него и/или от него. Преимущество настоящего варианта осуществления заключается в том, что может достигаться относительно быстрое охлаждение любого изделия, которое помещено в загрузочную камеру, до требуемой или желаемой температуры, например, в течение фазы охлаждения цикла обработки. Кроме того, посредством соответствующего конфигурирования, например, теплопоглощающего элемента в отношении его теплопоглощающей способности или емкости, можно достичь относительно высокой скорости охлаждения изделия, например, в течение фазы охлаждения цикла обработки. Следует понимать, что существует синергетический эффект между концепцией предоставления теплопоглощающего элемента и теплообменного элемента для целей охлаждения в устройстве прессования. Следовательно, с помощью устройства прессования, содержащего как теплопоглощающий элемент, так и теплообменный элемент в соответствии с одним или более вариантами осуществления, описанными в настоящем описании, может быть достигнуто еще более эффективное охлаждение среды под давлением. Следовательно, это может привести к еще более эффективному и/или более короткому охлаждению в цикле обработки под давлением в устройстве прессования. Кроме того, в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения охлаждение может выполняться в устройстве прессования под относительно постоянным давлением. Следовательно, после обработки под давлением в устройстве прессования температура в устройстве прессования может быть уменьшена посредством фазы охлаждения, в которой давление (все еще) может поддерживаться на относительно высоком уровне. Преимущество этого заключается в том, что выполнение охлаждения при относительно постоянном давлении в устройстве прессования может быть полезным для одного из более свойств материала изделия(-й), обрабатываемого(-ых) в устройстве прессования, например, для твердости.

В соответствии с одним из вариантов осуществления второго аспекта настоящего изобретения способ может включать в себя направление среды под давлением от впуска в центральной части теплообменного элемента к выпуску в периферийной части теплообменного элемента.

В соответствии с одним из вариантов осуществления второго аспекта настоящего изобретения способ может включать в себя выполнение обработки по меньшей мере одного изделия под высоким давлением посредством подвергания по меньшей мере одного изделия, расположенного в нагрузочном отделении, воздействию первого предварительно заданного давления и первой предварительно заданной температуры в течение выбранного периода времени. Способ может дополнительно включать в себя этап снижения температуры в нагрузочном отделении в соответствии с любым из ранее описанных вариантов осуществления второго аспекта настоящего изобретения.

Согласно одному из вариантов осуществления второго аспекта настоящего изобретения способ может включать в себя, одновременно с этапом подвергания по меньшей мере одного изделия воздействию первого предварительно заданного давления и первой предварительно заданной температуры в соответствии с вышеупомянутым вариантом осуществления, функционирование первого генератора потока для циркуляции среды под давлением в резервуаре высокого давления. Следовательно, согласно этому варианту осуществления, первый генератор потока может функционировать в течение фазы удержания цикла обработки, в которой в нагрузочном отделении может поддерживаться относительно высокая температура. Поскольку первый генератор потока может функционировать в течение фазы удержания, может быть достигнуто относительно сглаженное или равномерное распределение температуры в нагрузочном отделении. Это является очень выгодным в том, что изделие(-я), подвергаемое(-ые) первичной обработке или обработке в устройстве прессования, могут подвергаться воздействию одинаковой(-ых) или по существу одинаковой(-ых) температуры(-р) в течение цикла обработки, что приводит к согласованности обработки изделия(-й). Способность варианта осуществления обеспечить равномерный нагрев может быть особенно важной в случае использования относительно больших нагрузочных отделений, что позволяет избежать различий в обработке изделий, находящихся на расстоянии друг от друга в нагрузочном отделении.

Согласно одному из вариантов осуществления второго аспекта настоящего изобретения, способ может включать в себя, перед этапом подвергания по меньшей мере одного изделия воздействию первого предварительно заданного давления и первой предварительно заданной температуры, повышение температуры в нагрузочном отделении до первого заданного значения температуры и одновременное функционирование первого генератора потока для циркуляции среды под давлением в резервуаре высокого давления.

Дополнительные цели и преимущества настоящего изобретения описаны ниже посредством типовых вариантов осуществления. Следует отметить, что настоящее изобретение относится ко всем возможным комбинациям характеристик, приведенным в формуле изобретения. Дополнительные характеристики и преимущества настоящего изобретения станут очевидными при изучении прилагаемой формулы изобретения и настоящего описания. Специалистам в данной области техники будет понятно, что различные характеристики настоящего изобретения могут быть объединены для создания вариантов осуществления, отличных от описанных.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Типовые варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.

Фиг. 1 представляет собой схематичный, частично в разрезе, вид сбоку устройства прессования в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 представляет собой схематичный, частично в разрезе, вид сбоку теплообменного элемента устройства прессования в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 3 представляет собой схематичный, частично в разрезе, вид сбоку устройства прессования в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 4a-b представляют собой схематичные, частично в разрезе, виды сбоку части устройства прессования в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 5 представляет собой схематичную блок-схему последовательности операций способа для охлаждения, по меньшей мере, одного изделия в устройстве прессования в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 6 представляет собой схематичную иллюстрацию способа обработки под высоким давлением с помощью устройства прессования в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.

Все фигуры являются схематичными, не обязательно выполнены в масштабе, и, как правило, показывают только те части, которые являются необходимыми для пояснения вариантов осуществления настоящего изобретения, при этом другие части могут быть опущены или просто рекомендованы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Далее настоящее изобретение будет описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны типовые варианты осуществления настоящего изобретения. Однако настоящее изобретение может быть воплощено во многих различных формах и не должно рассматриваться как ограниченное вариантами осуществления настоящего изобретения, изложенными в настоящем описании; скорее, эти варианты осуществления представлены в качестве примера, с тем чтобы настоящее раскрытие передавало объем настоящего изобретения специалистам в данной области техники.

Фиг. 1 представляет собой схематичный, частично в разрезе, вид сбоку устройства прессования 100 в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Устройство прессования 100 предназначено для применения в прессовании, по меньшей мере, одного изделия, схематически обозначенного цифровым обозначением 5. Устройство прессования 100 содержит резервуар высокого давления 2. Хотя это не показано на фиг. 1, резервуар высокого давления 2 может содержать элементы, средства, модули и т. д., такие как одно или более гнезд, впусков, выпусков, клапанов и т. д., для подачи/выпуска среды под давлением в резервуар/из резервуара высокого давления 2.

Резервуар 2 высокого давления содержит цилиндр 1 высокого давления, верхнюю торцевую крышку 3, и нижнюю торцевую крышку 9. Резервуар высокого давления 2 содержит печную камеру 18. Печная камера 18 содержит печь, или нагреватель, или нагревательные элементы для нагревания среды под давлением в резервуаре высокого давления, например, в течение фазы прессования цикла обработки. Печь схематически обозначена на фиг. 1 цифровым обозначением 36. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированным на фиг. 1, печь 36 может быть размещена в нижней части печной камеры 18. В качестве альтернативы или в дополнение, печь 36 может быть размещена в непосредственной близости от внутренней стороны или боковых поверхностей печной камеры 18. Следует понимать, что являются возможными различные конфигурации и размещения печи 36 относительно печной камеры 18, например, внутри нее. Любая реализация печи 36 в отношении ее размещения относительно печной камеры 18, например, внутри нее, может использоваться в любом из вариантов осуществления настоящего изобретения, описанных в настоящем описании. В контексте настоящей заявки термин «печь» относится к элементам или средствам для обеспечения нагревания, тогда как термин «печная камера» относится к зоне или области, в которой размещена печь и, возможно, нагрузочное отделение и любое изделие. Как показано на фиг. 1, печная камера 18 может не занимать все внутреннее пространство резервуара высокого давления 2, но может оставлять промежуточное пространство 10 внутреннего пространства резервуара высокого давления 2 вокруг печной камеры 18. Промежуточное пространство 10 второй направляющий канал 10 для среды под давлением. В течение функционирования устройства 100 прессования температура в промежуточном пространстве 10 может быть ниже, чем температура в печной камере 18, но промежуточное пространство 10 и печная камера 18 могут иметь равное, или по существу равное, давление.

Наружная поверхность наружных стенок резервуара высокого давления 2 может быть снабжена каналами, трубопроводами или трубками и т.д. (не показаны), и эти каналы, трубопроводы или трубки, например, могут быть расположены таким образом, чтобы они были связаны с внешней поверхностью внешней стенки резервуара высокого давления 2, и могут быть расположены таким образом, чтобы проходить параллельно осевому направлению резервуара высокого давления. 2. Охлаждающая жидкость для охлаждения стенок резервуара высокого давления 2 может быть представлена в каналах, трубопроводах или трубках, посредством чего стенки резервуара высокого давления 2 могут охлаждаться, чтобы защитить стенки от вредного нагревания, возникающего в течение функционирования резервуара высокого давления 2. Охлаждающая жидкость в каналах, трубопроводах или трубках может, например, содержать воду, но возможен другой или другие типы охлаждающих жидкостей. Типовой поток теплоносителя в каналах, трубопроводах или трубках, предусмотренных на наружной поверхности наружных стенок резервуара высокого давления 2, показан на фиг. 1 стрелками на внешней стороне резервуара высокого давления 2.

Даже хотя это не указано явно ни на одной из фигур, резервуар 2 высокого давления может быть организован таким образом, чтобы его можно было открывать и закрывать, с тем чтобы любое изделие 5 внутри резервуара 2 высокого давления могло быть вставлено или удалено. Организация резервуара высокого давления 2, при которой его можно открывать и закрывать, может быть реализована различными способами, как известно в данной области техники. Хотя это не указано явно на фиг. 1, одна или обе из верхней торцевой крышки 3 и нижней торцевой крышки 9 могут быть организованы таким образом, чтобы их можно было открывать и закрывать.

Печная камера 18 окружена теплоизолированным кожухом 6, 7, 8 и расположена таким образом, чтобы среда под давлением могла входить в печную камеру 18 и выходить из нее. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированным на фиг. 1, теплоизолированный корпус 6, 7, 8 содержит теплоизолирующую часть 7 и кожух 6, который частично охватывает теплоизолирующую часть 7, и нижнюю изоляционную часть 8. Хотя теплоизолированный корпус в совокупности обозначен цифровыми обозначениями 6, 7, 8, не все элементы теплоизолированного корпуса 6, 7, 8 могут быть организованы таким образом, чтобы быть теплоизолированными или теплоизолирующими. Например, кожух 6 может быть не организован таким образом, чтобы он был теплоизолированным или теплоизолирующим.

Первый направляющий канал 13 сформирован внутри теплоизолирующей части 7, между теплоизолированной частью 7 и стенкой нагрузочного отделения 19, и предназначен для направления среды под давлением, которая прошла через нагрузочное отделение 19, вниз. Направляющий канал 11 сформирован между теплоизолирующей частью 7 и кожухом 6. Как проиллюстрировано на фиг. 1, направляющие каналы 10, 11 и 13 сформированы внутри резервуара высокого давления 2 в сообщении по текучей среде с печной камерой, и предназначены для формирования по меньшей мере части контура внутри резервуара высокого давления 2. Поток среды под давлением в течение фазы охлаждения цикла обработки проиллюстрирован стрелками внутри резервуара высокого давления 2, показанного на фиг. 1. Часть внешнего контура охлаждения включает в себя направляющий канал 11, сформированный между частью корпуса 6 и теплоизолирующей частью 7, соответственно. Направляющий канал 11 предназначен для направления среды под давлением после выпуска из печной камеры 18 в направлении верхней торцевой крышки 3. Следует понимать, что более подробное описание потоков среды под давлением в нижней части устройства прессования 100 во время операций охлаждения (и нагрева) более подробно показано на фиг. 4a-b.

Теплообменный элемент 170 расположен в верхней торцевой крышке 3 устройства 100 прессования. Следует отметить, что устройство прессования 100 может - в комбинации или альтернативно - содержать теплообменный элемент 170 в нижней торцевой крышке 9. В приведенном ниже описании устройство прессования 100 будет описано с теплообменным элементом 170 в верхней торцевой крышке 3, но следует отметить, что функционирование устройства прессования 100, в соответствии с описанным, может быть аналогичным случаю, когда теплообменный элемент 170 размещен в нижней торцевой крышке 9.

Теплообменный элемент 170 содержит контур 180 для обеспечения возможности циркуляции охлаждающей среды в контуре 180 теплообменного элемента 170 с целью охлаждения среды под давлением, предназначенной для прохождения через теплообменный элемент 170 в верхней торцевой крышке 3. Из отверстия корпуса 6 среда под давлением может проходить через канал 200 теплообменного элемента 170, расположенного в верхней торцевой крышке 3. Более конкретно, среда под давлением может входить в канал 200 через впускное отверстие 205 канала 200 в центральной части теплообменного элемента 170 и выходить из канала 200 через выпускное отверстие 210 в периферийной части теплообменного элемента 170. После этого среда под давлением может входить во второй направляющий канал 10. Следует понимать, что среда под давлением, поступающая в теплообменный элемент 170, может приходить в относительно близкий тепловой контакт с теплообменным элементом 170, при этом подвергаясь охлаждению посредством охлаждающей среды, проходящей через его контур 180. Следовательно, среда под давлением может эффективно и/или быстро охлаждаться посредством теплообменного элемента 170.

Контур 180 теплообменного элемента 170 содержит впускную трубу 185, которая соединена по текучей среде с контуром 180 через каналы 197 для подачи охлаждающей среды к контуру 180. Аналогично, схема 180 содержит выпускную трубу 195, соединенную по текучей среде с контуром 180 для отвода охлаждающей среды из контура 180. Во время функционирования теплообменного элемента 170 охлаждающая среда, таким образом, предназначена для циркуляции в контуре 180 теплообменного элемента 170 с целью теплопередачи или охлаждения среды под давлением, проходящей через верхнюю торцевую крышку 3. Поскольку температура охлаждающей среды значительно ниже, чем температура среды под давлением, происходит передача холода от охлаждающей среды к среде под давлением или, аналогично, передача тепла от среды под давлением к охлаждающей среде.

Понятно, что теплообменный элемент 170, как описано на фиг.1, является схематичным, и что возможны другие конфигурации. Например, теплообменный элемент 170 может, альтернативно, быть расположен в нижней торцевой крышке 9 с таким же или аналогичным контуром 180, как в верхней торцевой крышке 3. Более подробное описание теплообменного элемента 170 представлено на фиг. 2.

Устройство прессования на фиг. 1 дополнительно содержит первый генератор 30 потока, расположенный в теплоизолированном корпусе 6, 7, 8. Здесь, первый генератор 30 потока показан, в качестве примера, как вентилятор, или тому подобное, для циркуляции среды под давлением в печной камере 18. Первый направляющий канал 13 сообщается по текучей среде с первым генератором 30 потока, так что среда под давлением из первого направляющего канала 13 может повторно входить в нагрузочное отделение 19 через первый генератор 30 потока. Устройство прессования 100 дополнительно содержит второй генератор 32 потока, расположенный под теплоизолированным корпусом 8.

Аналогично первому генератору 30 потока, второй генератор 32 потока также показан, в качестве примера, как вентилятор, или тому подобное, для циркуляции среды под давлением. Второй генератор 32 потока сообщается по текучей среде с первым генератором 30 потока, так что среда под давлением, подвергаемая циркуляции посредством второго генератора 32 потока, может быть подана в первый генератор 30 потока для дальнейшей подачи в нагрузочное отделение 19 устройства 100 прессования. Более подробное описание функционирования первого и второго генераторов потока 30, 32 представлено на фиг. 4a-b.

Второй направляющий канал 10 устройства прессования 100 приспособлен для направления среды, прошедшей и/или вышедшей из теплообменного элемента 170, вблизи внутренней поверхности 29 стенок резервуара высокого давления 2 (например, стенок цилиндра 1 высокого давления, соответственно, как проиллюстрировано на фиг. 1), перед тем как среда под давлением снова войдет в печную камеру 18. Величина тепловой энергии, которая может передаваться от среды под давлением в течение ее прохождения вблизи внутренней поверхности 29 стенок цилиндра 1 высокого давления может зависеть, по меньшей мере, от одного из следующих факторов: скорость среды под давлением, объем среды под давлением, имеющей (непосредственный) контакт с внутренней поверхностью 29 стенок цилиндра 1 высокого давления, относительная разность температур между средой под давлением и внутренней поверхностью 29 стенок цилиндра 1 высокого давления, толщина цилиндра 1 высокого давления и температура любого потока охлаждающей жидкости в каналах, трубопроводах или трубках на наружной поверхности стенок цилиндра 1 высокого давления (обозначены на фиг. 1 стрелками снаружи цилиндра 1 высокого давления).

Фиг. 2 представляет собой схематичный, частично в разрезе, вид сбоку теплообменного элемента 170 устройства прессования 100 в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения и как схематично показано на фиг. 1. Контур 180 теплообменного элемента 170 содержит входную трубку 185 для подачи охлаждающей среды в контур 180 и выходную трубку 195 для отвода охлаждающей среды из контура 180.

Контур 180 теплообменного элемента 170 содержит множество подконтуров 180a-h, через которые проходит охлаждающая среда. Следует понимать, что подконтуры 180a-h, которые могут иметь удлиненные петлеобразные формы, могут быть расположены или распределены по концентрическим окружностям теплообменного элемента 170. Количество подконтуров 180a-h может быть произвольным, но, предпочтительно, может составлять 100-200. Кроме того, может иметься более одной входной трубки 185 и/или более одной выходной трубки 195, например, в зависимости от объема охлаждающей среды, необходимого в теплообменном элементе 170. Кроме того, вертикальная длина подконтуров 180a-h также может быть произвольной или может настраиваться по размеру устройства 100 прессования, но, предпочтительно, может составлять 0,2-0,4 м. Поток охлаждающей среды, протекающий в контуре 180 в теплообменном элементе 170, показан более подробно для подконтура l80e. Здесь поток охлаждающей среды из впуска 185 направляется вниз в центральную часть подконтура l80e и направляется вверх в периферийную часть подконтура l80e в выходную трубку 195. Поток охлаждающей среды в подконтуре l80e обозначен цифровым обозначением 202.

Согласно схематичному примеру теплообменного элемента 170 на фиг. 2 канал 200 теплообменного элемента для среды имеет извилистую форму. Более конкретно, из расположенного по центру впуска канала 200 канал 200 проходит как волна в радиальном направлении распространения и синусоидально в направлении, перпендикулярном радиальному направлению распространения. Канал 200, таким образом, следует множеству концентрически расположенных подконтуров 180a-h, посредством чего множество контуров l80a-h удлиненной петлеобразной формы простирается вниз в «долины» извилистого или волнообразного канала 200. Поток среды под давлением, протекающий в канале 200 через теплообменный элемент 170, обозначен цифровым обозначением 201.

В течение функционирования теплообменного элемента 170 охлаждающая среда, таким образом, приспособлена для циркуляции в контуре 180 теплообменного элемента 170 для передачи тепла или охлаждения среды под давлением, проходящей через канал 200 теплообменного элемента 170.

Фиг. 3 представляет собой схематичный, частично в разрезе, вид сбоку теплообменного устройства 100 прессования в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения. Следует понимать, что многие конструктивные особенности, элементы и т. д. устройства прессования на фиг. 3 соответствуют устройству прессования на фиг. 1, и здесь для большей ясности даны ссылки на фиг. 1. Как показано на фиг. 3, среда под давлением может выходить из нагрузочного отделения 19 и затем направляться в первый направляющий канал 13 между стенками нагрузочного отделения 19 и теплоизолирующей частью 7. После этого среда под давлением может входить в направляющий канал 11 через отверстия между теплоизолирующей частью 7 и корпусом 6. Отверстия между теплоизолирующей частью 7 и корпусом 6, возможно, могут быть снабжены клапанами или любым другим типом регулируемого вентиля или средством ограничения потока среды под давлением. Устройство прессования 100 на фиг. 3 отличается от устройства прессования 100 на фиг. 1 тем, что устройство прессования 100 на фиг. 3 дополнительно содержит теплопоглощающий элемент 20. Теплопоглощающий элемент 20 расположен внутри резервуара 2 высокого давления и сконфигурирован для поглощения тепла от среды под давлением. По меньшей мере, участок или часть теплопоглощающего элемента 20 могут, например, быть изготовлены из металла или другого материала, имеющего относительно высокую теплопроводность.

Теплопоглощающий элемент 20 содержит множество впусков 21, которые позволяют среде под давлением, выходящей из печной камеры 18, входить во внутреннее пространство 22 теплопоглощающего элемента 20. Теплопоглощающий элемент 20 сконфигурирован таким образом, чтобы среда под давлением могла направляться через теплопоглощающий элемент 20 в направлении множества выпусков 23 теплопоглощающего элемента 20. Множество выпусков 23 позволяет среде под давлением выходить из теплопоглощающего элемента 20. Впуски 21 расположены на первой стороне 24 теплопоглощающего элемента 20, и выпуски 23 расположены на второй стороне 25 теплопоглощающего элемента 20. Следует понимать, что наличие множества впусков 21 и множества выпусков 23 является необязательным. Является возможным наличие только одного впуска 21 на первой стороне 24 теплопоглощающего элемента 20, и является возможным наличие только одного выпуска 23 на второй стороне 25 теплопоглощающего элемента 20.

Вторая сторона 25 теплопоглощающего элемента 20 обращена в направлении к внутренней поверхности верхней торцевой крышки 3, например, так, как показано на фиг. 3. Как дополнительно проиллюстрировано на фиг. 3, теплопоглощающий элемент 20 может быть расположен таким образом, что первая сторона 24 теплопоглощающего элемента 20 является противоположной второй стороне 25 теплопоглощающего элемента 20.

После того, как среда под давлением была направлена через теплопоглощающий элемент 20, она проходит через направляющий канал 200 теплообменного элемента, расположенного в верхней торцевой крышке 3, как более конкретно описано на фиг. 1 и фиг. 2, а также в тексте, ассоциированном с ними. Следовательно, может происходить охлаждение среды под давлением как через «пассивный» теплопоглощающий элемент 20, так и через «активный» теплообменный элемент 170. Кроме того, в случае, когда устройство прессования 100 содержит любой поток охлаждающей жидкости в каналах, трубопроводах или трубах на наружной поверхности стенок цилиндра 1 высокого давления, как показано на фиг. 1, может быть достигнуто более эффективное охлаждение среды под давлением.

Фиг. 4a-b представляют собой схематичные, частично в разрезе, виды сбоку нижней части устройства прессования 100, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, например, в соответствии с описанным и раскрытым на фиг. 1 и фиг. 3.

На фиг. 4а описан поток среды под давлением во время стадии или фазы охлаждения цикла обработки устройства прессования, а на фиг. 4b описан поток среды под давлением во время стадии или фазы нагревания цикла обработки устройства прессования. На фиг. 4a-b устройство прессования содержит первый генератор 30 потока, расположенный внутри теплоизолированного корпуса. Здесь, первый генератор 30 потока показан, в качестве примера, как вентилятор, или тому подобное, для циркуляции среды под давлением в печной камере 18. В соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, показанным на фиг. 1, вентилятор 30 может, например, быть расположен в вышеупомянутом отверстии в нижней изолирующей части. Первый направляющий канал 13 сообщается по текучей среде с первым генератором 30 потока, так что среда под давлением из направляющего канала 13 может повторно входить в нагрузочное отделение 19 через первый генератор 30 потока. Устройство прессования 100 дополнительно содержит второй генератор 32 потока, расположенный под теплоизолированным кожухом. Аналогично первому генератору 30 потока, второй генератор 32 потока также представлен, в качестве примера, как вентилятор, или тому подобное, для циркуляции среды под давлением. Второй генератор 32 потока сообщается по текучей среде с первым генератором 30 потока через трубу 31, так что среда под давлением, подвергаемая циркуляции посредством второго генератора 30 потока, подается в первый генератор 30 потока для дальнейшей подачи в нагрузочное отделение устройства прессования.

На фиг. 4а, которая описывает поток во время стадии или фазы охлаждения цикла обработки устройства прессования, среда под давлением, которая направляется во втором направляющем канале 10 назад к печной камере 18, может входить в пространство между печной камерой 18 - или нижней изолирующей частью - и нижней торцевой крышкой. Следует понимать, что среда под давлением, которая прошла через теплообменный элемент 170 и прошла через второй направляющий канал 10, в котором среда под давлением могла быть дополнительно охлаждена посредством прохождения вблизи внутренней поверхности стенок цилиндра 1 под давлением, может иметь относительно низкую температуру. Следовательно, среда под давлением с относительно низкой температурой может транспортироваться через второй генератор 32 потока в направлении первого генератора 30 потока с целью дальнейшей транспортировки в нагрузочное отделение 19. Устройство прессования 100 может дополнительно содержать устройство управления (не показано), сконфигурированное для управления подачей среды под давлением из первого направляющего канала 13 в первый генератор 30 потока и управления подачей среды под давлением из второго направляющего канала 10 ко второму генератору 32 потока. Устройство управления может быть дополнительно сконфигурировано для управления функционированием (например, количеством оборотов в минуту, об/мин) первого генератора 30 потока и/или второго генератора 32 потока. Например, в случае, когда требуется относительно быстрое охлаждения в цикле обработки устройства прессования, устройство управления может быть сконфигурировано для подачи относительно большой части относительно холодной среды под давлением из направляющего канала 10 в нагрузочное отделение через второй генератор 32 потока, например, посредством (полного) открытия одного или более клапанов.

На фиг. 4b, которая описывает поток во время стадии или фазы нагревания цикла обработки устройства прессования, устройство управления может быть сконфигурировано для прекращения любой подачи среды под давлением во второй генератор 32 потока посредством закрытия одного или более клапанов, в результате чего (относительно холодная) среда под давлением не транспортируется через трубу в направлении второго генератора 32, или транспортируется ее минимальный объем. В сочетании с этим устройство управления может быть дополнительно сконфигурировано для открытия одного или более клапанов для подачи среды под давлением в первый генератор 30 потока для циркуляции (относительно теплой) среды под давлением. Следовательно, только среда под давлением из направляющего канала 13 может быть втянута в первый генератор 30 потока и далее транспортирована в нагрузочное отделение устройства прессования.

Фиг. 5 представляет собой схематичную блок-схему последовательности операций способа 500 для охлаждения, по меньшей мере, одного изделия в устройстве прессования согласно одному из вариантов осуществления настоящего изобретения. Устройство прессования содержит камеру высокого давления, содержащую цилиндр высокого давления, верхнюю торцевую крышку и нижнюю торцевую крышку, печную камеру, расположенную внутри резервуара высокого давления, для нагрева среды под давлением, и нагрузочное отделение для удержания по меньшей мере одного изделия для обработки, причем нагрузочное отделение расположено внутри печной камеры. Способ может включать в себя этап циркуляции 510 среды под давлением в резервуаре высокого давления, посредством чего обеспечивается прохождение среды под давлением через нагрузочное отделение. Способ 500 может дополнительно включать в себя этап 520 направления среды под давлением через канал теплообменного элемента, расположенного в верхней торцевой крышке или в нижней торцевой крышке, для обеспечения потока среды под давлением через теплообменный элемент. Способ 500 может дополнительно включать в себя этап циркуляции 530 охлаждающей среды внутри теплообменного элемента, расположенного в верхней торцевой крышке или в нижней торцевой крышке, для охлаждения среды под давлением, предназначенной для прохождения через теплообменный элемент.

Фиг. 6 представляет собой схематичную иллюстрацию способа 600 для обработки под высоким давлением с помощью устройства прессования в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Способ включает в себя этап выполнения обработки под высоким давлением, по меньшей мере, одного изделия, посредством подвергания 610, по меньшей мере, одного изделия, расположенного в нагрузочном отделении, воздействию первого предварительно заданного давления P₁ и первой предварительно заданной температуры T₁ в течение выбранного периода времени t₁. Первое предварительно заданное давление P₁ может составлять 20-500 МПа, предпочтительно, 50-300 МПа и, более предпочтительно, 80-250 МПа. Первая предварительно заданная температура T₁ может составлять 800-3000°С, предпочтительно, 1000-1400°С, и, более предпочтительно, приблизительно 1200°С. Выбранный период времени t₁ может составлять 0,1-6 часов, предпочтительно, 0,5-4 часа и, более предпочтительно, 1-2 часа. Способ 600 может дополнительно включать в себя этап 620 снижения температуры в течение времени t₂ в нагрузочном отделении согласно любому из ранее описанных вариантов осуществления. Скорость снижения температуры (то есть, скорость охлаждения) может составлять, по меньшей мере, 200°C/мин, предпочтительно, по меньшей мере, 250°C/мин и, более предпочтительно, по меньшей мере, 300°C/мин. В случае использования теплопоглощающего элемента в соответствии с одним или более ранее описанными вариантами осуществления скорость снижения температуры может даже достигать 500°C/мин. Способ 600 может дополнительно включать в себя этап 630 функционирования первого генератора потока для циркуляции среды под давлением внутри резервуара высокого давления одновременно с этапом 610 подвергания воздействию первого предварительно заданного давления P₁ и первой предварительно заданной температуры T₁ в течение выбранного периода времени t₁.

Следует понимать, что перед выполнением обработки по меньшей мере одного изделия под высоким давлением посредством подвергания 610, по меньшей мере, одного изделия, расположенного в нагрузочном отделении, воздействию первого предварительно заданного давления P₁ и первой предварительно заданной температуры T₁ в течение выбранного периода времени t₁, способ 600 может дополнительно включать в себя этап 640 повышения температуры в устройстве прессования в течение времени t₀. Способ 600 может дополнительно включать в себя этап 650 функционирования первого генератора потока для циркуляции среды под давлением внутри резервуара высокого давления одновременно с этапом 640 повышения температуры в устройстве прессования. Следует понимать, что упомянутый этап 650 функционирования первого генератора потока может выполняться, если в устройстве прессования имеется преобладающее давление.

В заключение, раскрыто устройство прессования. Устройство прессования содержит камеру высокого давления, содержащую цилиндр высокого давления и верхнюю торцевую крышку, печную камеру для нагрева среды под давлением, множество направляющих каналов для среды под давлением и приспособленных для образования петли в пределах резервуара высокого давления, нагрузочное отделение, сконфигурированное для удержания, по меньшей мере, одного обрабатываемого изделия и, по меньшей мере, один генератор потока для циркуляции среды под давлением внутри резервуара высокого давления. Устройство прессования дополнительно содержит теплообменный элемент, расположенный в верхней торцевой крышке или в нижней торцевой крышке, причем теплообменный элемент содержит, по меньшей мере, один контур для обеспечения циркуляции охлаждающей среды, по меньшей мере, в одном контуре теплообменного элемента для охлаждения среды под давлением, предназначенной для прохождения через верхнюю торцевую крышку или нижнюю торцевую крышку.

Хотя настоящее изобретение проиллюстрировано на прилагаемых чертежах и в приведенном выше описании, такие иллюстрации следует рассматривать как иллюстративные или типовые, а не ограничивающие; настоящее изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Другие вариации раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники при практическом применении заявленного изобретения на основании изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В прилагаемой формуле изобретения слово «содержит» не исключает других элементов или этапов, а единственное число не исключает множества. Сам по себе тот факт, что определенные меры изложены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих мер не может быть использована для получения выгоды. Любые цифровые обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем.

Изобретение относится к области обработки изделий горячим прессованием. Устройство прессования (100) содержит камеру высокого давления (2) с цилиндром высокого давления (1), верхнюю (3) и нижнюю (9) торцевые крышки, печную камеру (18) для нагрева среды под давлением, множество направляющих каналов (10, 11, 13), нагрузочное отделение (19) и по меньшей мере один генератор потока (30, 32). Генератор потока обеспечивает циркуляцию среды под давлением в резервуаре высокого давления. Дополнительно предусмотрен теплообменный элемент (170), расположенный в верхней или в нижней торцевой крышке. Теплообменный элемент имеет по меньшей мере один канал для обеспечения потока среды под давлением через теплообменный элемент и по меньшей мере один контур для циркуляции охлаждающей среды, обеспечивающей охлаждение среды под давлением, предназначенной для протекания через теплообменный элемент. В результате обеспечивается повышение скорости охлаждения изделий, подвергнутых обработке прессованием, до требуемой температуры в течение фазы охлаждения цикла обработки. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство прессования (100), содержащее

резервуар высокого давления (2), содержащий цилиндр высокого давления (1), верхнюю торцевую крышку (3) и нижнюю торцевую крышку (9),

печную камеру (18), содержащую печь, при этом печная камера расположена внутри резервуара высокого давления для нагрева среды под давлением,

множество направляющих каналов (10, 11, 13) для среды под давлением, при этом направляющие каналы сообщаются по текучей среде с печной камерой и расположены внутри резервуара высокого давления для образования петли внутри резервуара высокого давления;

нагрузочное отделение (19), выполненное с возможностью удержания по меньшей мере одного обрабатываемого изделия, причем нагрузочное отделение расположено внутри печной камеры и обеспечивает возможность прохождения потока среды под давлением через нагрузочное отделение,

по меньшей мере один генератор (30, 32) потока для циркуляции среды под давлением в резервуаре высокого давления через по меньшей мере один из направляющих каналов, посредством чего обеспечивается прохождение среды под давлением через нагрузочное отделение, и

теплообменный элемент (170), расположенный в верхней торцевой крышке или в нижней торцевой крышке, при этом теплообменный элемент содержит по меньшей мере один канал (200), расположенный в верхней торцевой крышке или в нижней торцевой крышке, при этом по меньшей мере один канал содержит впуск (205) из по меньшей мере одного из направляющих каналов и выпуск (210) по меньшей мере в один из направляющих каналов для обеспечения потока среды под давлением в верхнюю торцевую крышку или нижнюю торцевую крышку через теплообменный элемент и внутри резервуара высокого давления, и по меньшей мере один контур для обеспечения циркуляции охлаждающей среды по меньшей мере в одном контуре (180) для охлаждения среды под давлением, предназначенной для протекания через теплообменный элемент.

2. Устройство прессования по п. 1, в котором впуск (205) расположен в центральной части теплообменного элемента, и выпуск (210) расположен в периферийной части теплообменного элемента.

3. Устройство прессования по п. 2, в котором по меньшей мере один канал имеет извилистую форму.

4. Устройство прессования по любому из пп. 1-3, в котором теплообменный элемент содержит множество контуров удлиненной петлеобразной формы.

5. Устройство прессования по любому из пп. 1-4, в котором печная камера по меньшей мере частично закрыта теплоизолированным кожухом (6, 7, 8), содержащим теплоизолирующую часть (7) и корпус (6), по меньшей мере частично охватывающий теплоизолирующую часть, при этом теплоизолированный кожух расположен так, что среда под давлением может входить и выходить из печной камеры,

причем часть петли содержит по меньшей мере один первый направляющий канал (13), сформированный между стенкой нагрузочного отделения и теплоизолирующей частью и выполненный с возможностью направления среды под давлением после прохождения печной камеры,

при этом другая часть петли содержит по меньшей мере один второй направляющий канал (10), сформированный между по меньшей мере частями теплоизолирующего кожуха и стенкой резервуара высокого давления соответственно и выполненный с возможностью направления среды под давлением, прошедшей через теплообменный элемент, вблизи внутренней поверхности (29) стенки цилиндра высокого давления до того, как среда под давлением снова войдет в печную камеру,

при этом устройство прессования содержит

первый генератор (30) потока, расположенный внутри теплоизолированного кожуха, при этом по меньшей мере один первый направляющий канал (13) сообщается по текучей среде с первым генератором потока, и

второй генератор потока (32), расположенный ниже теплоизоляционного кожуха, при этом по меньшей мере один второй направляющий канал (10) сообщается по текучей среде со вторым генератором потока.

6. Устройство прессования по п. 5, дополнительно содержащее устройство управления, выполненное с возможностью управления подачей среды под давлением из по меньшей мере одного первого направляющего канала к первому генератору потока и управления подачей среды под давлением из по меньшей мере одного второго направляющего канала ко второму генератору потока.

7. Устройство прессования по п. 5 или 6, в котором устройство управления дополнительно выполнено с возможностью управления работой по меньшей мере одного из первого генератора потока и второго генератора потока.

8. Устройство прессования по любому из пп. 5-7, дополнительно содержащее

теплопоглощающий элемент (20), расположенный в резервуаре высокого давления и выполненный с возможностью поглощения тепла из среды под давлением, при этом теплопоглощающий элемент содержит по меньшей мере один впуск (21), позволяющий среде под давлением, прошедшей печную камеру, входить во внутреннюю часть (22) теплопоглощающего элемента, при этом теплопоглощающий элемент выполнен таким образом, чтобы обеспечить возможность направления среды под давлением через теплопоглощающий элемент в направлении по меньшей мере к одному выпуску (23) теплопоглощающего элемента, при этом по меньшей мере один выпуск обеспечивает возможность выпуска среды под давлением из теплопоглощающего элемента, при этом по меньшей мере один впуск расположен на первой стороне (24) теплопоглощающего элемента и по меньшей мере один выпуск расположен на второй стороне (25) теплопоглощающего элемента, и вторая сторона теплопоглощающего элемента обращена в направлении к внутренней поверхности торцевой крышки;

при этом второй направляющий канал дополнительно выполнен с возможностью направления среды под давлением, прошедшей теплопоглощающий элемент.

9. Способ (500) охлаждения по меньшей мере одного изделия в устройстве прессования, содержащем резервуар высокого давления, содержащий цилиндр высокого давления, верхнюю торцевую крышку и нижнюю торцевую крышку, печную камеру, расположенную в резервуаре высокого давления для нагрева среды под давлением, и нагрузочное отделение для удержания по меньшей мере одного изделия, при этом нагрузочное отделение расположено внутри печной камеры, при этом способ включает в себя

циркуляцию (510) среды под давлением внутри резервуара высокого давления, посредством чего среда под давлением проходит через нагрузочное отделение,

направление (520) среды под давлением через канал теплообменного элемента, расположенный в верхней торцевой крышке или в нижней торцевой крышке, при этом канал расположен в верхней торцевой крышке или в нижней торцевой крышке для обеспечения возможности прохождения потока среды под давлением в верхнюю торцевую крышку или нижнюю торцевую крышку через теплообменный элемент, и

циркуляцию (530) охлаждающей среды внутри теплообменного элемента для охлаждения среды под давлением, предназначенной для протекания через теплообменный элемент.

10. Способ по п. 9, дополнительно включающий в себя

направление среды под давлением от впуска в центральной части теплообменного элемента к выпуску в периферийной части теплообменного элемента.

11. Способ (600) обработки под высоким давлением с помощью устройства прессования по любому из пп. 1-8, включающий в себя

выполнение обработки под высоким давлением по меньшей мере одного изделия путем подвергания (610) по меньшей мере одного изделия, расположенного в нагрузочном отделении, воздействию первого заданного давления P₁ и первой заданной температуры T₁ в течение выбранного периода времени t₁, и

снижение (620) температуры в нагрузочном отделении способом по п. 9 или 10.

12. Способ по п. 11 с помощью устройства прессования по любому из пп. 5-8, дополнительно включающий в себя

одновременно с этапом подвергания по меньшей мере одного изделия воздействию первого заданного давления и первой заданной температуры функционирование (630) первого генератора потока для циркуляции среды под давлением внутри резервуара высокого давления.

13. Способ по п. 11 или 12 с помощью устройства прессования по любому из пп. 5-8, дополнительно включающий в себя:

перед этапом подвергания по меньшей мере одного изделия воздействию первого заданного давления и первой предварительно заданной температуры повышение (640) температуры в нагрузочном отделении до первой заданной температуры и одновременно функционирование (650) первого генератора потока для циркуляции среды под давлением в резервуаре высокого давления.