RU2034091C1

RU2034091C1 - Unit for application of coatings

Info

Publication number: RU2034091C1
Application number: RU92014149A
Authority: RU
Inventors: Л.П. Батов; М.В. Бегма; Т.М. Воробьева; Б.П. Костин; Ю.В. Мовчан; О.В. Николаев; В.Н. Семенов
Original assignee: Научно-производственное объединение "Энергомаш" им.акад.В.П.Глушко; Опытный завод энергетического машиностроения
Priority date: 1992-12-24
Filing date: 1992-12-24
Publication date: 1995-04-30

Abstract

FIELD: chemical and heat treatment. SUBSTANCE: unit for application of coatings is made in form of furnace accommodating muffle and supports. Unit has holder located in furnace and muffle and made in form of vertical rod with upper and lower distributing flanges with fitting sockets intended for installation of plugs and lugs meant for interaction with supports. Blower is installed in furnace lower part. Muffle is assembly structure. Heat protective plug is attached to vertical rod. Furnace of induction type. Fitting sockets of upper distributing flange and upper plug surfaces are spherical and may interact with one another. EFFECT: higher efficiency of process equipment and simultaneous high quality application of coatings to pipe inner surfaces operating under conditions of intensive wear. 5 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к химикотермической обработке и может быть использовано для нанесения покрытий на внутренние поверхности полых деталей, преимущественно труб, работающих в условиях интенсивного износа, например труб бурильных установок. The invention relates to chemothermal processing and can be used for coating the inner surfaces of hollow parts, mainly pipes operating under conditions of intense wear, for example, pipes of drilling rigs.

Известна установка для диффузионного насыщения из жидких сред, содержащая индуктор с верхним электроизоляционным термостойким кольцом, ванну, расположенную под индуктором, верхнюю крышку, дозатор, емкость, конденсатор и программный регулятор [1] Индуктор, ванна и верхняя крышка образуют единую полость, в которой на центрирующем упоре устанавливается деталь. Подача активной жидкости из емкости в полость производится дозатором по каналу, проходящему через ванну. Конденсатор соединен с полостью и обеспечивает сбор отработанных газов и частичную их конденсацию. Управление температурными режимами осуществляется путем изменения подводимой к индуктору мощности, а управление исполнительными механизмами установки осуществляется программным регулятором. A known installation for diffusion saturation from liquid media, comprising an inductor with a top insulating heat-resistant ring, a bath located under the inductor, a top cover, a dispenser, a capacitor, a condenser and a program controller [1] The inductor, bath and top cover form a single cavity in which the center stop sets the part. The supply of active fluid from the tank to the cavity is made by the dispenser through the channel passing through the bath. The condenser is connected to the cavity and provides the collection of exhaust gases and their partial condensation. Temperature conditions are controlled by changing the power supplied to the inductor, and the control mechanisms of the installation are controlled by a program controller.

Конструкция известной установки предназначена для нанесения покрытия только на одну деталь, причем только на ее наружную поверхность. Механизм порциальной подачи активной жидкости сложен, а рабочая полость, образованная несколькими элементами, требует дополнительных средств герметизации в местах разъема и сочленений. The design of the known installation is intended for coating only one part, and only on its outer surface. The mechanism of a partial supply of active liquid is complicated, and the working cavity formed by several elements requires additional sealing means at the places of the connector and joints.

Кроме того, испарение активной жидкости при контакте с разогретой деталью отрицательно влияет на равномерность температурного поля самой детали как в осевом, так и в поперечном сечениях, следствием чего является снижение качества нанесенного покрытия. In addition, the evaporation of the active liquid in contact with the heated part adversely affects the uniformity of the temperature field of the part itself in both axial and cross sections, resulting in a decrease in the quality of the applied coating.

Известна установка для напыления покрытий на внутреннюю поверхность труб, содержащая станину, на которой установлены нагреватель, охладитель, привод вращения и перемещения трубы, а также напылитель с приводом его вращения, причем напылитель выполнен в виде головки с ограничителями и каналами подачи напыляемого материала [2] Трубу подают через нагреватель и охладитель на позицию нанесения покрытия, устанавливают на ее концах крышки и вводят напылитель в трубу таким образом, чтобы головка напылителя была расположена между нагревателем и охладителем. После этого включают нагреватель, охладитель, привод вращения напылителя, привод вращения и перемещения трубы, а также системы подачи напыляемого материала и газовой среды. Через каналы в головке напылителя материал (порошок) поступает на нагретый участок трубы, которая после нанесения на нее слоя заданной толщины перемещается на позицию охладителя. Подготовленный к нанесению материал (порошок) подается в полость трубы через одну крышку, а остатки неиспользованного материала (порошка) удаляются избыточным давлением газовой среды через другую крышку. A known installation for spraying coatings on the inner surface of the pipes containing the frame on which the heater, cooler, drive rotation and movement of the pipe, as well as a spray with a drive of rotation are installed, and the spray is made in the form of a head with limiters and feed channels for the sprayed material [2] The pipe is fed through the heater and cooler to the coating position, installed at its ends of the cap and the sprayer is introduced into the pipe so that the head of the sprayer is located between the heater and hladitelem. After that, a heater, a cooler, a rotational drive of the sprayer, a drive of rotation and movement of the pipe, and also a supply system for the sprayed material and the gas medium are included. Through channels in the head of the sprayer, material (powder) enters the heated section of the pipe, which, after applying a layer of a given thickness to it, moves to the position of the cooler. The material (powder) prepared for application is supplied to the pipe cavity through one lid, and the remains of unused material (powder) are removed by excess pressure of the gaseous medium through the other lid.

Эта установка предназначена для нанесения покрытий на внутреннюю поверхность трубы, при этом в процессе нанесения покрытия осуществляется ее нагрев. This installation is designed for coating the inner surface of the pipe, while in the process of coating it is heated.

Однако в данной установке нанесение покрытия осуществляется только на одну трубу и ее конструкция не предусматривает возможности одновременной обработки нескольких труб. Велико вспомогательное время, затрачиваемое на установку и съем готовой детали. При горизонтальном расположении труб, особенно длинномерных, они подвергаются изгибным деформациям от собственного веса, что влечет за собой появление трещин в покрытии или его разрушение. However, in this installation, coating is carried out on only one pipe and its design does not provide for the possibility of simultaneous processing of several pipes. Great is the auxiliary time spent on installing and removing the finished part. With a horizontal arrangement of pipes, especially long ones, they undergo bending deformations from their own weight, which entails the appearance of cracks in the coating or its destruction.

Предлагаемое изобретение направлено на повышение производительности технологического оборудования при одновременном обеспечении качественного нанесения покрытия на внутренние поверхности труб. The present invention is aimed at increasing the productivity of technological equipment while ensuring high-quality coating on the inner surface of the pipe.

Для этого в установке для нанесения покрытий, содержащей устройства нагрева деталей и нанесения покрытия, а также пробки, предназначенные для фиксирования напыляемой детали и подвода-отвода рабочей смеси, устройство нагрева выполнено в виде печи с размещенными в ней муфелем и опорами, причем установка снабжена кассетой, размещенной в печи и муфеле и выполненной в виде вертикального стержня с верхним и нижним распределительными фланцами с посадочными гнездами, предназначенными для установки пробок, и лапами, предназначенными для взаимодействия с опорами, при этом в нижней части печи установлен нагнетатель. Установка также снабжена закрепленной на вертикальном стержне теплозащитной заглушкой, муфель выполнен сборным, а печь индукционной, посадочные гнезда верхнего распределительного фланца и поверхности верхних пробок выполнены сферическими и имеют возможность контактировать друг с другом. To this end, in the installation for coating, containing devices for heating parts and coating, as well as plugs, designed to fix the sprayed part and the supply / removal of the working mixture, the heating device is made in the form of a furnace with a muffle and supports placed in it, and the installation is equipped with a cassette placed in the furnace and the muffle and made in the form of a vertical rod with upper and lower distribution flanges with landing slots designed for installing plugs, and legs designed for mutual Procedure with supports, wherein the bottom of the furnace blower installed. The installation is also equipped with a heat-shielding plug fixed to a vertical rod, the muffle is prefabricated, and the induction furnace, the seating nests of the upper distribution flange and the surfaces of the upper plugs are made spherical and have the ability to contact each other.

На фиг. 1 представлена установка в разрезе; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 узел I на фиг. 1; на фиг. 5 вид В на фиг. 4; на фиг. 6 узел Il на фиг. 1; на фиг. 7 вид Г на фиг. 6. In FIG. 1 shows a sectional view of the installation; in FIG. 2, section AA in FIG. 1; in FIG. 3 section BB in FIG. 1; in FIG. 4 node I in FIG. 1; in FIG. 5, view B in FIG. 4; in FIG. 6, the node Il in FIG. 1; in FIG. 7 is a view D in FIG. 6.

Установка для нанесения покрытий содержит шахтную печь 1, установленную на опорах 2 и выполненную из корпуса 3 и днища 4. Внутри корпуса установлен многосекционный водоохлаждаемый индуктор 5, причем каждая секция 6 подвешена на кронштейнах 7, которые закреплены на корпусе 3. С внешней поверхности индуктора 5 расположены магнитопроводы 8, которые подвешены на крюках 9, закрепленных на корпусе 3. Внутренняя поверхность индуктора 5 выложена теплоизоляционной кладкой 10, например кирпичем. Внутри кладки установлен муфель 11, выполненный сборным из элементов 12 и 13, причем элемент 13 имеет днище с отверстием и установлен на направляющее устройство 14, представляющее собой плоский лист 15 с центральным отверстием и вертикальными ребрами 16, расположенными по радиусу и образующими каналы 17 для циркуляции атмосферы. Число ребер не менее трех. The coating installation comprises a shaft furnace 1 mounted on supports 2 and made of a housing 3 and a bottom 4. A multi-section water-cooled inductor 5 is installed inside the housing, with each section 6 hanging on brackets 7 that are mounted on the housing 3. From the outer surface of the inductor 5 magnetic circuits 8 are located, which are suspended on hooks 9 fixed to the housing 3. The inner surface of the inductor 5 is lined with heat-insulating masonry 10, for example, brick. Inside the masonry, a muffle 11 is installed, made of an assembly of elements 12 and 13, and the element 13 has a bottom with a hole and is mounted on a guiding device 14, which is a flat sheet 15 with a central hole and vertical ribs 16 located along the radius and forming channels for circulation 17 atmosphere. The number of ribs is at least three.

В нижней части печи 1 на днище 4 закреплен нагнетатель, например вентилятор 18, на верхнем конце вала которого установлена крыльчатка (лопасти) 19. Крыльчатка 19 расположена в зазоре между элементом 13 муфеля 11 и листом 15 направляющего устройства 14. Нижний конец вала со шкивом 20 через ременную передачу соединен с электродвигателем (не обозначены). In the lower part of the furnace 1, a supercharger is mounted on the bottom 4, for example a fan 18, on the upper end of the shaft of which there is an impeller (blades) 19. The impeller 19 is located in the gap between the element 13 of the muffle 11 and the sheet 15 of the guide device 14. The lower end of the shaft with a pulley 20 through a belt drive connected to an electric motor (not indicated).

В рабочей полости печи (внутри муфеля 11) устанавливается кассета 21, выполненная в виде центрального стержня 22, на котором закреплены лапы 23 (количество лап не менее трех), которые взаимодействуют с опорами 24, расположенными в верхней части корпуса 3 печи 1. На этом же стержне расположены теплоизоляционная заглушка 25, а также верхний и нижний распределительные фланцы 26 и 27, предназначенные для установки труб 28, на внутреннюю поверхность которых необходимо нанести покрытие, например, из азота или углерода. In the working cavity of the furnace (inside the muffle 11), a cassette 21 is installed, made in the form of a central rod 22, on which paws 23 are fixed (the number of paws is at least three), which interact with supports 24 located in the upper part of the housing 3 of furnace 1. At this the same core has a heat-insulating plug 25, as well as the upper and lower distribution flanges 26 and 27, designed to install pipes 28, on the inner surface of which it is necessary to apply a coating, for example, of nitrogen or carbon.

На концах обрабатываемых труб 28 нарезаны резьбы одинаковой размерности, причем на одном конце выполнена наружная резьба, а на другом внутренняя, что позволяет стыковать трубы друг с другом, образуя трубопровод. Такого типа трубы применяются, например, при бурении скважин. Threads of the same dimension are cut at the ends of the processed pipes 28, with an external thread being made at one end and an internal thread at the other, which allows the pipes to join with each other, forming a pipeline. This type of pipe is used, for example, when drilling wells.

Во внутреннюю резьбу трубы 28 ввинчивается пробка 29, выполненная с двумя сквозными отверстиями 30 и сферической поверхностью 31, имеющей возможность взаимодействия с идентичной сферической поверхностью 32, выполненной на верхнем распределительном фланце 26. В отверстиях 30 пробки 29 с наружной стороны установлены трубки 33 и 34 со штуцерами 35 и 36. К пробке 29 с внутренней стороны присоединена трубка 37, которая соединена отверстием 30 со штуцером 35. Штуцера 35 связаны с емкостью (не обозначена), содержащей наносимое на внутреннюю поверхность трубы 28 вещество, приведенное в необходимое для нанесения состояние. A plug 29 is screwed into the internal thread of the pipe 28, made with two through holes 30 and a spherical surface 31, which can interact with an identical spherical surface 32, made on the upper distribution flange 26. In the holes 30 of the plug 29, tubes 33 and 34 with nipples 35 and 36. A tube 37 is connected to the plug 29 on the inner side, which is connected by a hole 30 to the fitting 35. The nipples 35 are connected to a container (not indicated) containing the pipe 28 substance brought to the state necessary for application.

Система трубок, штуцеров, связанных с емкостью, составляет устройство для нанесения покрытий на внутренние поверхности труб. The system of tubes, fittings associated with the tank, is a device for coating on the inner surface of the pipe.

На наружную резьбовую часть трубы 28 навинчивается пробка 38, выполненная в виде стакана и имеющая возможность установки в посадочное гнездо (не обозначено) в распределительном фланце 27. Пробка, устанавливаемая в посадочное гнездо распределительного фланца 26, является верхней, а пробка, устанавливаемая в посадочное гнездо распределительного фланца 27, является нижней. On the outer threaded part of the pipe 28, a plug 38 is screwed in the form of a cup and can be installed in the seat (not indicated) in the distribution flange 27. The plug installed in the seat of the distribution flange 26 is the top, and the plug in the seat distribution flange 27, is the bottom.

Установка для нанесения покрытий работает следующим образом. Installation for coating works as follows.

Перед началом нанесения покрытий на внутреннюю поверхность труб 28 на посту сборки (не показан) осуществляется сборка кассеты 21. Первоначально осуществляют сборку каждой трубы 28 путем навинчивания на ее резьбовые концы верхней пробки 29 со штуцерами 35 и 36, а также трубками 33, 34 и 37 и нижней пробки 38, выполненной в виде стакана. После сборки необходимого числа труб их устанавливают в посадочные гнезда распределительных фланцев 26 и 27, закрепленных на центральном стержне 22. Before starting coating on the inner surface of the pipes 28 at the assembly post (not shown), the cartridge 21 is assembled. Initially, each pipe 28 is assembled by screwing on its threaded ends of the upper tube 29 with fittings 35 and 36, as well as tubes 33, 34 and 37 and the lower cork 38, made in the form of a glass. After assembling the required number of pipes, they are installed in the mounting nests of the distribution flanges 26 and 27, mounted on the central shaft 22.

Количество одновременно обрабатываемых труб зависит от количества посадочных мест в распределительных фланцах 26 и 27. The number of simultaneously processed pipes depends on the number of seats in the distribution flanges 26 and 27.

Со сборочного поста собранная кассета 21 известным способом (тельфером, краном и т.д.) подается в рабочее пространство печи 1 до тех пор, пока лапы 23 кассеты 21 не установятся на опоры 24. Местоположение тепловой заглушки 25 выбирается на центральном стержне 22 таким образом, чтобы при контакте опор 24 и лап 23 теплоизоляционная заглушка 25 расположилась в нише теплоизоляционной кладки 10, не касаясь ее торцовой поверхностью. Штуцера 35 подсоединяются к источнику питания (емкости) с наносимым на внутреннюю поверхность труб веществом, необходимым, например, при азотировании. Штуцера 36 подсоединяются к утилизатору. From the assembly post, the assembled cartridge 21 in a known manner (hoist, crane, etc.) is fed into the working space of the furnace 1 until the legs 23 of the cartridge 21 are mounted on the supports 24. The location of the heat plug 25 is selected on the central shaft 22 in this way so that when the supports 24 and legs 23 are in contact, the heat-insulating plug 25 is located in the niche of the heat-insulating masonry 10, without touching its end surface. The fitting 35 is connected to a power source (capacity) with a substance applied to the inner surface of the pipes, necessary, for example, during nitriding. The fitting 36 is connected to the utilizer.

После установки кассеты 21 в печь 1 включается привод вентилятора 18 и подается напряжение на индуктор 5. При вращении крыльчатки 19 вентилятора 18 происходит всасывание атмосферы из муфеля 11 через отверстие в днище элемента 13 и нагнетание атмосферы в кольцевое пространство, образованное внутренней поверхностью теплоизоляционной кладки 10 и наружной поверхностью муфеля 11. В процессе циркуляции в печи 1 атмосфера разогревается от муфеля 11, который разогрет электромагнитным полем индуктора 5. After installing the cartridge 21 in the furnace 1, the fan drive 18 is turned on and voltage is applied to the inductor 5. When the impeller 19 of the fan 18 rotates, the atmosphere is sucked from the muffle 11 through the hole in the bottom of the element 13 and the atmosphere is forced into the annular space formed by the inner surface of the heat-insulating masonry 10 and the outer surface of the muffle 11. During the circulation in the furnace 1, the atmosphere is heated from the muffle 11, which is heated by the electromagnetic field of the inductor 5.

Температура нагрева атмосферы печи 1, необходимая для осуществления технологического процесса, регулируется изменением мощности индуктора. The heating temperature of the atmosphere of the furnace 1, necessary for the implementation of the process, is regulated by changing the power of the inductor.

При достижении заданной температуры в нижние пробки 38, навинченные на нижние концы труб 28, через штуцера 35 и трубки 33 и 37 подается под давлением газ, содержащий наносимое вещество. При выходе из трубок 37 газ поднимается по внутренним полостям труб 28 и удаляется через трубки 34 и штуцера 36. When the set temperature is reached, the gas containing the applied substance is supplied under pressure to the lower plugs 38 screwed onto the lower ends of the pipes 28 through the nozzle 35 and the tubes 33 and 37. When leaving the tubes 37, gas rises through the internal cavities of the pipes 28 and is removed through the tubes 34 and the fitting 36.

При контакте газового потока с нагретыми внутренними поверхностями труб 28 происходит диффундирование наносимого вещества, содержащегося в газе, на стенки труб 28. Upon contact of the gas stream with the heated internal surfaces of the pipes 28, the applied substance contained in the gas diffuses onto the walls of the pipes 28.

Толщина наносимого покрытия определяется временем прогонки газовой среды по трубам и концентрацией в ней газовой, например азотной, составляющей. The thickness of the applied coating is determined by the time the gas medium is run through the pipes and the concentration in it of the gas, for example, nitrogen, component.

Вертикальное расположение труб 28, свободно подвешенных на сферических поверхностях верхнего распределительного фланца 26 и пробки 29, позволяет исключить их деформацию от собственного веса, а следовательно, повысить качество наносимого покрытия. The vertical arrangement of the pipes 28, freely suspended on the spherical surfaces of the upper distribution flange 26 and the plug 29, eliminates their deformation from their own weight, and therefore, to improve the quality of the applied coating.

Применение в печи 1 муфеля 11, с которого осуществляется двусторонний съем тепла и который вместе с теплоизоляционной кладкой 10 образует канал для циркуляции печной атмосферы, позволяет снизить до минимума градиент температуры по высоте труб 28, создать предпосылки для обеспечения качественного покрытия, а также повысить тепловой КПД печи 1, так как температура внутренней поверхности кладки 10, муфеля 11 и обрабатываемых труб практически одинаковая. The use in the furnace 1 of the muffle 11, from which the heat is removed bilaterally and which together with the heat-insulating masonry 10 forms a channel for circulating the furnace atmosphere, makes it possible to minimize the temperature gradient along the height of the pipes 28, create prerequisites for ensuring high-quality coating, and also increase thermal efficiency furnace 1, since the temperature of the inner surface of the masonry 10, the muffle 11 and the processed pipes are almost the same.

Характерной особенностью установки является кассета 21, в которой собран и установлен пакет труб. Во время осуществления технологического цикла на сборочном посту собирается вторая кассета, которая устанавливается в печи 1 на место первой кассеты после окончания технологического цикла и извлечения последней из печи 1. Начинается новый технологический цикл нанесения покрытия на внутренние поверхности труб 28. A characteristic feature of the installation is the cassette 21, in which a pipe package is assembled and installed. During the implementation of the technological cycle, a second cartridge is assembled at the assembly station, which is installed in the furnace 1 in place of the first cartridge after the completion of the technological cycle and removal of the latter from the furnace 1. A new technological cycle of coating the inner surfaces of the pipes 28 begins.

Необходимо также отметить значительное повышение производительности установки, так как, во-первых, осуществляется одновременное нанесение покрытия на все установленные в кассете 21 трубы 28, а во-вторых, сокращается вспомогательное время на загрузку-выгрузку кассеты 21. It is also necessary to note a significant increase in the productivity of the installation, since, firstly, simultaneous coating is applied to all pipes 28 installed in the cassette 21, and secondly, the auxiliary time for loading and unloading the cassette 21 is reduced.

Предлагаемая установка может быть широко использована при нанесении покрытий на внутренние полости полых деталей (азотирование, цианирование и т. д.) различных размеров по длине и поперечному сечению. The proposed installation can be widely used when coating the internal cavities of hollow parts (nitriding, cyanidation, etc.) of various sizes along the length and cross section.

Claims

1. INSTALLATION FOR COATING, containing devices for heating parts and coating, as well as plugs, designed to fix the sprayed part and the supply of the working mixture, characterized in that the heating device is made in the form of a furnace with a muffle and supports placed in it, and installation equipped with a cassette placed in the furnace and muffle and made in the form of a vertical rod with upper and lower distribution flanges with landing slots designed for installing plugs and paws designed to interact with supports, thus, in the lower part of the furnace is installed a heater.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the muffle is prefabricated.

3. Installation according to claim 1, characterized in that it is equipped with a heat-shielding plug fixed to a vertical rod.

4. Installation according to claim 1, characterized in that the furnace is made induction.

5. Installation according to claim 1, characterized in that the mounting nests of the upper distribution flange and the surface of the upper plugs are made spherical and have the ability to interact with each other.