(54) СПОСОБ ШЛЮЗОВАНИЯ ОПЕРАТОРОВ Изобретение относится к использованию в различных отраслях промышленности обитаемых камер (uexiOB) с инертной контролируемой атмосферой для высокотемпературной обработки (сварка, выплавка, прокатка) химически активных и тугоплавких металлов и сплавов. В таких камерах операторы входят а рабочий объем и выходят из него через специально оборудованные шлюзы, без контакта с окружающей атмосферой. При входе операторов в камеру ставится задача обеспечения минимального загрязнения защитной атмосферы камеры. При этом операторы одеты в специальные защитные костюмы с мягкой прорезиненной оболочкой. Такая конструкция защитного костюма исключает вакуумирование шлюза с последующим заполнением его аргоном ттри наличии в нем операторов. Основным источником загрязнения инертной атмосферы камеры являются шлюзы для входа операторов в рабочий объем камеры. Прежде всего это определяется наличием на внутренней поверхности щлюза и наружной поверхности защитного костюма нескольких слоев адсорбированного влажного атмосферного воздуха, который практически не удаляется при продувке щлюза аргоном и после входа операторов в камеру азот, кислород и влага десорбируют в рабочий объем, (постоянно загрязняя аргок. Особенно большое количество примесей поступает в камеру сразу же после открывания внутренней двери щлюза. Это определяется отсутствием практической возможности абсолютного удаления воздуха .при продувке шлюза аргоном из-за не идеальных аэродинамических качеств шлюза и защит-ного костюма. По существующим межотраслевым «Правилам техники безопасности при проведении работ в камерах, заполненных инертным газом во время нахождения операторов в рабочем объеме камеры внутренние двери шлюзов, через которые операторы вошли в камеру, должны быть открытыми. При этом, за счет большой разницы концентраций азота, кислорода и паров воды, .адсорбированных на внутренней поверхности шлюза и наружной поверхности защитного костюма, и концентрации этих примесей в аргоне камеры имеет место интенсивная десорбция адсорбированных слоев и загрязнение инертной атмосферы камеры. Для удаления из аргона камеры большого количества примесей азота, кислорода, водорода и ларов воды ислользуют
установки очистки большой мощности и производительности, работающие в замкнутом ио газу контуре камера-установка очистки-камера. Эти процессы связаны с большими энергозатратами.
Известно, что наиболее трудноудалимой нримесью, как нри продувке шлюза аргоном с внутренней поверхности шлюза и защитного костк ма,так и из инертной атмосферы камеры, являются пары воды 11.
Промывка стен камеры ацетоном или спиртом перед заполнением камеры аргоном практически не снижает влажности аргона в камере. Пары воды диссоциируют в сварочной дуге па кислород и водород, которые поглощаются металлом, резко снижая его эксплуатационные свойства.
Известны различные способы шлюзования операторов для камер с инертной контролируемой средой: сосредоточенная подача аргона через отверстие в полу или в стене шлюза; рассредоточенная подача аргона через части чно или полностью перфориров-анный пол; коридорный, являющийся, в сущности, гипотетическим.
Наиболее эфф-ективным способом является способ шлюзования подачей аргона через полностью перфорированный пол 2.
Г1о этому способу, после входа в щлюз операторов, аргон с определенной скоростью подают в шлюз, в нижнюю его часть, через полностью .перфорированный пол, юонтролируют состав газовой смеси на выходе ее из шлюза по содержанию в смеси кислорода, по достижении концентрации кислорода в .аргоне, на выходе газа из шлюза, равной 0,2-0,3% об, прекращают подачу аргона, герметизируют шлюз затвора.ми и дают операторам на вход в рабочий объем камеры.
Этот способ не обеспечивает высокого качества шлюзования, создавая значительное натекание примесей воздуха в инертную атмосферу камеры, которое приводит к необходимости увеличения мощности и производительности устройств очистки, т. е. к увеличению энергозатрат.
Цель изобретения - повышение качества шлюзования путем удаления адсорбированных газов и паров воды.
Цель достигается тем, что-после входа оператора производят подогрев виутренней поверхности шлюза, а продувку осуществляют подогретым аргоном, при этом подогрев внутренней поверхности осуществляют в интервале температур 60- 80° .С, а аргон- нагревают до 50-60° С.
Способ осуществляют следующим образом.
После того, как оператор входит в шлюз, нагревают стенки шлюза до .60-
80° С в течение 5-7 мин и подают аргон, нагретый до 50-60° С.
При течении газа вдоль плоской поверхности (стенки) на ней образуется динамический пограничный слой. В последнем, вследствие трения, скорость газового потока меняется от скорости, равной скорости невозмущенного потока, до нуля. Течение газа в пограничном слое может
быть как ламинарным, так и турбулентным. При продувке шлюза аргоном скорости последнего незначительны и Х10. Следовательно, течение газа в пограничном слое носит ламинарный хар-актер и разрушение ламинарного слоя при продувке иезначительно. Слой плотный и обладает большим сопротивлением.
Известно , что при продувке шлюза аргоном в зоне раздела аргон-воздух образуется диффузионный слой, состоящий из смеси аргона и воздуха. Эт( слой продвигается вверх по высоте шлюза и продувка заканчивается, когда слой выходит из шлюза в средней части поперечного сечения шлюза.
Иаличие динамического ла1минарного оограничного слоя на стенке шлтоза препятствует продвижению диффузионного слоя вдоль стенки, что приводит к значи1ельному увеличению толщины этого слоя у стенки в сравнении с его толщиной в средней части шлюза. В результате, по окончании продувки, у поверхности стенки остается какое-то количество воздуха, не удаленного из шлюза при продувке, которое aaTesM загрязняет рабочую атмосферу камеры. Увеличение продолжительности продувки приводит к неоправдаииому расходу дорогостоящего аргона.
Повышение температуры продувочного аргона при большой теплопроводности стенок шлюза (К 0,053 кал/см сек. ° С для стали OxlSHlOT при температуре 20° С) и незначительной продолжительности продувки (5-7 мин) не оказывает существенного влияния на уменьшение длины диффузионного слоя аргон-воздух у поверхности стенки шлюза, иа что указывает некачественная продувка шлюза при
этом. Выравнивание температурного поля в шлюзе повышением температуры стенки, приводит к турбулизации течения газа в пограничном слое, разрушению ламинарного слоя, уменьшению его сопротивлеиия и отсутствию растягивания диффузионного слоя аргон-воздух у поверхности стенки. При этом интенсифицируется десорбция газов и паров со стенюк шлюза и облегчается унос десорбированных молекул потоком продувочного газа.
Изо:бретение повышает качество шлюзования, сокращая в 2 раза количество вносимой в рабочую камеру влаги при входе в камеру операторов и уменьшая натекание влаги из шлюза в рабочую каме;py в процессе их работы; снижает на 30- 40% количество вносимых в рабочую камеру примесей азота и кислорода и умень:шает их натекание в камеру в процессе работы операторов; снижает энергозатраты на очистку .аргома; позволяет предъявлять .менее жесткие требования к аэродинамическим качествам конструкции шлюза и аащитного костюма.
Затраты на нагрев . шлюза и аргона полностью компенсируются снижением энергозатрат на очистку laproHa камеры. Причем мош.ность и продолжительность работы нагревательных устройств зн)ачительно меньше мош;ности и продолжитель:ности работы устройств очистки. Так, налример, продолжительность шлюзования, а следовательно и продолжительность работы нагревательных устройств составляет 5-7 ,ми;н, а продолжительность работы устройства очистки - до 24 ч в сутки. Температура нагрева шлюза 60-80° С и аргона 50-60° С при достижении поставленной цели определена еш,е из условия -сохранения температурного комфорта оператора, находящегося в защитном костюме.
Годовой экономический эффект от внедрения изобретения составляет около 30 тыс. руб.
Формула изобретения
Способ шлюзования операторов для обитаемых камер с инертной контролируемой атмосферой, при котором после входа оператора воздух из шлюаа вытесняют путем продувки его аргоном, а состав газовой среды контролируют при выходе ее из шлюза по содержанию в ней кислорода, отличающийся тем, что, с целью повышения качества очистки путем удаления адсорбированных газов и шаров воды, после входа оператора производят подогрев внутренней поверхности шлюза, а
продувку осуществляют подогретьш аргоном, при эткхм подогрев внутренней поверхности осуществляют в интервале температур 60-80° С, а аргон нагревают до 50-60° С.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1.Купреев В. П. и др. Влияние технологии подготовки сварочной камеры на влажность защитной атмосферы. «Сварочное
производство, № 5, 1973, с. 20-22.
2.Чувпило А. В. и др. Основы расчета, конструирования и исследования рабочего невакуумируемого помещения с нейтральной пазовой контролируемой средой. М.
«Энергия, 1967, с. 3-40 (прототип).
