RU2393058C2

RU2393058C2 - Two-chamber gasostatic extruder

Info

Publication number: RU2393058C2
Application number: RU2008134203/02A
Authority: RU
Inventors: Николай Васильевич Пасечник (RU); Николай Васильевич Пасечник; Борис Александрович Сивак (RU); Борис Александрович Сивак; Виктор Григорьевич Тришкин (RU); Виктор Григорьевич Тришкин; Сергей Николаевич Шушурин (RU); Сергей Николаевич Шушурин; Михаил Хаймович Горфинкель (RU); Михаил Хаймович Горфинкель; Александр Павлович Шляхин (RU); Александр Павлович Шляхин; Олег Эдуардович Белов (RU); Олег Эдуардович Белов; Иван Владимирович Алифанов (RU); Иван Владимирович Алифанов
Priority date: 2008-08-22
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2010-06-27
Also published as: RU2008134203A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to industrial equipment intended for processing parts in gas atmosphere at simultaneous effects of high pressure and temperature. Two-chamber gasostatic extruder comprises container with top and bottom plugs that form working chamber, load bearing base, partition dividing said working chamber into outer chamber with neural medium and inner chamber with reactive working medium, system of inert and reactive working media sources with shut-off valves communicated with aforesaid sources, heating and control systems. Said container represents a unit consisting of three thin-wall sleeves pre-assembled with interference fit to produce uniform distribution of compression strains therein in winding high-strength tape on sleeves unit outer surface to make a belt. Inner sleeve surface and top surfaces of top and bottom plugs are furnished with copper coating. Said partition is made thin-walled and tight. Control system can maintain outer chamber neutral medium pressure above working pressure in inner chamber and incorporates device to synchronise pressure in said inner and outer chambers. Said system represents three transducers, interconnected and connected with control system processor.

EFFECT: reliable design, higher safety, antirust protection, reduced weight of container and base.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к оборудованию для обработки материалов в реакционной газовой среде при одновременном воздействии на них высоких до 500 МПа давлении и температуры до 500°С, создаваемых в рабочей камере газостата.The invention relates to equipment for processing materials in a reaction gas environment while simultaneously exposing them to high pressures and temperatures up to 500 MPa and temperatures up to 500 ° C created in the working chamber of a gas thermostat.

Традиционная газостатическая обработка дискретных и монолитных материалов проводится при давлениях, не превышающих 200 МПа и температурах 2000°С.The traditional gas-static treatment of discrete and monolithic materials is carried out at pressures not exceeding 200 MPa and temperatures of 2000 ° C.

Развитие нанотехнологий потребовало увеличения рабочих давлений газостатов до 500 МПа, а в некоторых случаях до значительно более высоких. Сегодня газостатическое спрессовывание металлических, керамических и композиционных нанопорошков является наиболее эффективным и перспективным технологическим процессом получения из них изделий промышленного потребления благодаря возможности создания газостатов с большим объемом рабочей камеры. Использование повышенных давлений позволяет снизить температуру процесса консолидации нанокомпозитных порошков, предотвращая рост их зерна, а следовательно, получить изделия с плотностью, близкой к теоретической плотности обрабатываемого материала, и уникальными техническими характеристиками. Вначале в качестве рабочей среды при газостатической обработке традиционно использовались только инертные газы, такие как аргон, азот и гелий. Однако при бескапсульной обработке некоторых материалов возникла необходимость применения газовых рабочих сред, оказывающих на заготовку химическое (реакционное) влияние.The development of nanotechnology required an increase in the operating pressures of gas thermostats to 500 MPa, and in some cases to significantly higher. Today, gas-static pressing of metal, ceramic and composite nanopowders is the most effective and promising technological process for the production of industrial products from them due to the possibility of creating gas baths with a large working chamber. The use of elevated pressures makes it possible to lower the temperature of the process of consolidation of nanocomposite powders, preventing the growth of their grain, and therefore, to obtain products with a density close to the theoretical density of the processed material and unique technical characteristics. Initially, only inert gases such as argon, nitrogen, and helium were traditionally used as the working medium in gas-static treatment. However, during capsule-free processing of some materials, it became necessary to use gas working media that exert a chemical (reaction) effect on the workpiece.

В качестве реакционной среды используются газы, например кислород, водород и другие, добавляющие химически активное воздействие на изделие к традиционным факторам процесса: давлению, температуре и времени компактирования заготовки в среде нейтральных газов.Gases, for example oxygen, hydrogen and others, are used as the reaction medium, adding a chemically active effect on the product to the traditional process factors: pressure, temperature and time of compaction of the workpiece in a neutral gas environment.

Применение кислородной атмосферы в качестве рабочей среды при температуре 1000°С и давлении 70 МПа позволяет получить высококачественные кремневые изделия, успешно применяемые в интегральных схемах электронной техники. Увеличение давления до 500 МПа обеспечивает повышение скорости образования окислов кремния при более низких температурах по сравнению с технологией получения таких изделий при указанных выше параметрах, улучшает их качество и делает технологический процесс более производительным. Снижение температуры технологического процесса также облегчает создание надежной конструкции рабочей камеры газостата.The use of an oxygen atmosphere as a working medium at a temperature of 1000 ° C and a pressure of 70 MPa allows one to obtain high-quality silicon products that are successfully used in integrated circuits of electronic equipment. An increase in pressure to 500 MPa provides an increase in the rate of formation of silicon oxides at lower temperatures compared to the technology for producing such products at the above parameters, improves their quality and makes the process more productive. Lowering the temperature of the process also facilitates the creation of a reliable design of the working chamber of the gas thermostat.

Водород в газостате применяется в качестве восстановительной среды при обработке изделий из металлических и композиционных порошков. Развитие высоких технологий сегодня требует создания газостатов с рабочим давлением водорода до 500 МПа, применяемых для насыщения различных материалов водородом и использования его в качестве источника энергии при освобождении в дальнейшем, глубокого азотирования материалов азотоводородной смесью, приготовления образцов конденсированного водорода необходимой чистоты с заданными термодинамическими параметрами (давлением и температурой) и т.д.Hydrogen in a gas bath is used as a reducing medium in the processing of products from metal and composite powders. The development of high technologies today requires the creation of gas thermostats with a working pressure of hydrogen up to 500 MPa, used to saturate various materials with hydrogen and use it as an energy source in the future release, deep nitriding of materials with a nitrogen-hydrogen mixture, and preparation of condensed hydrogen samples of the required purity with specified thermodynamic parameters ( pressure and temperature), etc.

Аналогом изобретения является газостат, описанный в проспекте фирмы ASEA (Швеция) AQ 20-100R «Изостатические прессы и порошковая металлургия», 1983 г., стр.3-4 (прилагаются). Рабочая камера газостата-аналога содержит контейнер, закрытый по торцам верхней и нижней крышками. Цилиндрическая втулка контейнера обмотана высокопрочной проволокой, уложенной с предварительным натяжением на ее наружную поверхность. Внутри контейнера на термоизоляционной подставке нижней пробки установлена обрабатываемая заготовка, нагреватель и термоизоляция, уменьшающая тепловой поток изнутри камеры к внутренним поверхностям охлаждаемых водой втулки контейнера, верхней и нижней пробок. Все полости рабочей камеры сообщены друг с другом, т.е. их рабочая среда однородна, а давление в них в процессе выполнения рабочего цикла одинаково.An analogue of the invention is a gas thermostat described in the prospectus of the company ASEA (Sweden) AQ 20-100R "Isostatic presses and powder metallurgy", 1983, pp. 3-4 (attached). The working chamber of the analog gas thermostat contains a container closed at the ends of the upper and lower covers. The cylindrical sleeve of the container is wrapped with a high-strength wire laid with pre-tensioning on its outer surface. A workpiece, a heater and thermal insulation are installed inside the container on the heat-insulating stand of the lower tube, which reduces the heat flux from the inside of the chamber to the inner surfaces of the water-cooled container bushings, upper and lower tubes. All cavities of the working chamber are in communication with each other, i.e. their working environment is homogeneous, and the pressure in them during the execution of the working cycle is the same.

В качестве рабочей среды таких газостатов используются нейтральные газы (аргон, азот или гелий), не оказывающие негативного разрушающего воздействия на компоненты рабочей камеры. Недостатком газостата-аналога является невозможность его использования для обработки материалов в реакционной рабочей среде, поскольку во время рабочего цикла она будет воздействовать не только на заготовку, но и на компоненты рабочей камеры: контейнер, пробки, нагреватель и термоизоляцию, разрушая их в результате возникновения водородной хрупкости или интенсивного окисления материалов в кислородной среде.Neutral gases (argon, nitrogen or helium) are used as the working medium of such gas baths, which do not have a negative destructive effect on the components of the working chamber. The disadvantage of the analog gas thermostat is the impossibility of using it to process materials in a reaction working medium, since during the working cycle it will affect not only the workpiece, but also the components of the working chamber: container, plugs, heater and thermal insulation, destroying them as a result of hydrogen fragility or intense oxidation of materials in an oxygen environment.

Прототипом заявляемого изобретения является двухкамерный газостат, описанный в книге «Процессы и оборудование для газостатической обработки», изд. Москва, «МЕТАЛЛУРГИЯ» 1994, стр.288. Газостат содержит однослойный контейнер, втулка которого скреплена бандажом проволоки. По торцам контейнер закрыт верхней и нижними пробками, образующими внутреннее пространство рабочей камеры и передающими осевое усилие рабочей среды на силовую станину машины. Охлаждающая жидкость в данном случае подается непосредственно в намотку (бандаж) контейнера, что приводит к коррозии проволоки бандажа и втулки, а следовательно, к выходу контейнера из строя. Фирма ASEA изготавливает контейнеры такой конструкции, как правило, для газостатов с рабочим давлением, не превышающим 200 МПа.The prototype of the claimed invention is a two-chamber gas thermostat described in the book "Processes and equipment for gas-static treatment", ed. Moscow, METALLURGY 1994, p. 288. The thermostat contains a single-layer container, the sleeve of which is fastened with a wire bandage. At the ends, the container is closed by the upper and lower plugs, forming the inner space of the working chamber and transmitting the axial force of the working medium to the power bed of the machine. In this case, the coolant is supplied directly to the winding (bandage) of the container, which leads to corrosion of the wire of the bandage and the sleeve, and therefore to the failure of the container. ASEA manufactures containers of this design, as a rule, for gas baths with a working pressure not exceeding 200 MPa.

Оболочка, отделяющая внутреннюю камеру от наружной, установлена на промежуточной нижней пробке. Внутри разделяющей оболочки располагается обрабатываемая заготовка. Вне оболочки, в объеме наружной камеры, установлены нагреватель и термоизоляционный колпак. Наружная камера соединена с источником инертной, а внутренняя - с источником реакционной газовых сред. В системе сравнения давлений наружной и внутренней камер применены металлические мембраны (диафрагмы) и микровыключатели, в результате чего система обладает низкими чувствительностью и точностью.The shell separating the inner chamber from the outer one is mounted on an intermediate lower plug. The workpiece is located inside the separating shell. Outside the casing, in the volume of the outer chamber, a heater and a heat-insulating hood are installed. The outer chamber is connected to an inert source, and the inner chamber to a source of reaction gas media. In the pressure comparison system of the external and internal chambers, metal membranes (diaphragms) and microswitches are used, as a result of which the system has low sensitivity and accuracy.

Недостатком газостата-прототипа является использование однослойного контейнера с подачей охлаждающей жидкости непосредственно в его намотку, что может привести к коррозии и осколочному разрушению элементов контейнера, содержащего значительный запас энергии сжатого газа. Такая конструкция контейнера становится еще менее надежной при использовании рабочих давлений, близких к 500 МПа.The disadvantage of the prototype gas bath is the use of a single-layer container with a coolant supply directly to its winding, which can lead to corrosion and shrapnel destruction of the container elements containing a significant energy reserve of compressed gas. This design of the container becomes even less reliable when using operating pressures close to 500 MPa.

Описанная система поддержания разности давлений построена на элементах, не обладающих характеристиками, необходимыми для обеспечения непрерывного гибкого регулирования технологических параметров рабочего цикла с заданной точностью, не позволяет контролировать заданный перепад давлений на стадии подъема температуры во внутренней камере, выдержке обрабатываемого изделия на стационарном режиме (при постоянных давлении и температуре) и сбросе давления в контейнере.The described system for maintaining the pressure difference is built on elements that do not have the characteristics necessary to ensure continuous flexible control of the technological parameters of the working cycle with a given accuracy, it does not allow controlling the specified pressure drop at the stage of temperature rise in the inner chamber, holding the workpiece in stationary mode (at constant pressure and temperature) and depressurization in the container.

Задачей настоящего изобретения является устранение упомянутых недостатков аналога и прототипа и создание надежного двухкамерного газостата с повышенным (до 500 МПа) рабочим давлением и температурой до 500°С при использовании газообразного водорода в качестве реакционной рабочей среды внутренней камеры, а среды наружной камеры - газообразного азота.The objective of the present invention is to eliminate the aforementioned disadvantages of the analogue and prototype and to create a reliable two-chamber gas thermostat with an increased (up to 500 MPa) working pressure and a temperature of up to 500 ° C using hydrogen gas as the reaction medium of the inner chamber, and nitrogen gas as the outer chamber medium.

Технический результат достигается возможностью обработки материалов при повышенных давления в атмосфере водорода, исключением воздействия водорода на силовые детали контейнера (втулки, обмотку, пробки и др.), вызывающего их охрупчивание и разрушение с мгновенным высвобождением энергии сжатого водорода, и образованием взрывоопасной гремучей смеси, снижением металлоемкости контейнера и силовой станины.The technical result is achieved by the possibility of processing materials at elevated pressures in a hydrogen atmosphere, with the exception of the effect of hydrogen on the container’s power components (bushings, windings, plugs, etc.), causing their embrittlement and destruction with instant release of compressed hydrogen energy, and the formation of explosive explosive mixtures, reducing metal consumption of the container and power bed.

Выполнение поставленной задачи и достигаемый при этом технический результат обеспечивается тем, что в полостях рабочей камеры установлена тонкостенная герметичная перегородка, при этом давление нейтральной среды наружной камеры больше давления реакционной рабочей среды внутренней камеры, а также система управления оснащена устройством синхронизации давления в полостях рабочей камеры, выполненным в виде трех датчиков, соединенных между собой и с процессором системы управления, взаимодействующих со средами полостей рабочей камеры газостата, тонкостенная разделительная перегородка выполнена из нержавеющей стали, а на поверхность внутренней втулки и торцевые поверхности верхней и нижней пробок нанесены медные покрытия.The fulfillment of the task and the technical result achieved is ensured by the fact that a thin-walled sealed partition is installed in the cavities of the working chamber, while the pressure of the neutral medium of the external chamber is greater than the pressure of the reaction working medium of the inner chamber, and the control system is equipped with a synchronization device for pressure in the cavities of the working chamber, made in the form of three sensors connected to each other and to the processor of the control system, interacting with the environments of the cavities of the working chamber zostata, thin-walled partition wall is made of stainless steel, and the inner surface of the sleeve and the end surfaces of the upper and lower stoppers coated copper coating.

В предлагаемой конструкции газостата его внутренняя камера надежно отделена от наружной разделяющей оболочкой, а необходимый перепад давления между ними поддерживается системой автоматического управления, оснащенной современными измерительными средствами и программным обеспечением, позволяющими осуществлять непрерывный контроль и регулирование давления газов в обеих камерах.In the proposed design of the gas thermostat, its inner chamber is reliably separated from the outer separating shell, and the necessary pressure difference between them is supported by an automatic control system equipped with modern measuring tools and software that allow continuous monitoring and regulation of gas pressure in both chambers.

Предложенная конструкция рабочей камеры газостата позволяет использовать в качестве материала его втулок, не подверженных воздействию водорода, поковки из традиционный высокопрочных легированных сталей, а не из нержавеющих марок сталей аустенитного класса, которые не боятся водородного охрупчивания, но обладают значительно более низкой прочностью.The proposed design of the working chamber of a gas thermostat makes it possible to use forgings made of traditional high-strength alloy steels rather than stainless grades of austenitic class steels, which are not afraid of hydrogen embrittlement but have significantly lower strength, as the materials of its bushings, which are not exposed to hydrogen.

Конструкция двухкамерного газостата приведена на чертеже, где предлагаемый газостат показан в разрезе.The design of the two-chamber gas thermostat is shown in the drawing, where the proposed gas thermostat is shown in section.

Двухкамерный газостат содержит собственно газостат 1, газовую систему инертной среды 2, газовую систему реакционной среды 3 и систему управления 4, обеспечивающую поддержание заданного перепада давлений между наружной и внутренней камерами газостата.The two-chamber gas thermostat itself contains the gas thermostat 1, the gas system of the inert medium 2, the gas system of the reaction medium 3, and the control system 4, which maintains a predetermined pressure differential between the external and internal chambers of the gas thermostat.

Собственно газостат состоит из силовой станины 5, воспринимающей осевое усилие рабочей среды, передаваемое пробками. Станина выполнена в виде верхнего 6 и нижнего 7 полуцилиндрических ригелей, а также расположенных между ними двух стоек 8. Контейнер 9 газостата 1 состоит из трех посаженных друг на друга с расчетным натягом втулок 10, 11, 12 перед намоткой бандажа высокопрочной ленты 13, дополнительно сжимающего блок предварительно собранных втулок 10, 11, 12 в процессе намотки, верхнего 14 и нижнего 15 фланцев, ограничивающих смещение бандажа в осевом направлении, и кожуха 16, прикрепленного к фланцам 14 и 15 и закрывающего снаружи элементы контейнера 9. На наружной поверхности средней втулки 11 выполнены многозаходные каналы 17 для охлаждающей жидкости.Actually the gas thermostat consists of a power bed 5, perceiving the axial force of the working medium transmitted by the plugs. The bed is made in the form of the upper 6 and lower 7 half-cylindrical crossbars, as well as two racks located between them 8. The container 9 of the gas thermostat 1 consists of three bushings 10, 11, 12 mounted on each other with a calculated tightness before winding the bandage of the high-strength tape 13, additionally compressing a block of pre-assembled bushings 10, 11, 12 during winding, the upper 14 and lower 15 flanges, limiting the axial movement of the bandage, and a casing 16 attached to the flanges 14 and 15 and covering the elements of the container 9 from the outside. In the middle of the sleeve 11 there are multi-pass channels 17 for coolant.

По торцам контейнер 9 закрыт верхней 18 и нижней 19 водоохлаждаемыми пробками, оснащенными уплотнениями 20, с помощью которых герметизируется рабочая камера газостата, образованная поверхностью внутренней втулки 10 и внутренними торцевыми поверхностями обеих пробок 18, 19. На упомянутые поверхности нанесено медное покрытие, защищающее втулку 10 и пробки 18, 19 контейнера от охрупчивания, в случае аварийного выхода водорода в объем наружной камеры. Известно, что медное покрытие эффективно препятствует возникновению водородного охрупчивания материалов, работающих при температурах, не превышающих 400°С. Температура на поверхностях внутренней втулки и пробок контейнера по расчету и условиям эксплуатации машины не превышает 80-100°С.At the ends, the container 9 is closed by the upper 18 and lower 19 water-cooled plugs equipped with seals 20, with which the working chamber of the gas bath is sealed, formed by the surface of the inner sleeve 10 and the inner end surfaces of both plugs 18, 19. A copper coating protecting the sleeve 10 is applied to these surfaces and tube plugs 18, 19 from embrittlement, in the event of an emergency release of hydrogen into the volume of the outer chamber. It is known that a copper coating effectively prevents the occurrence of hydrogen embrittlement of materials operating at temperatures not exceeding 400 ° C. The temperature on the surfaces of the inner sleeve and container plugs according to the calculation and operating conditions of the machine does not exceed 80-100 ° C.

Границей между внутренней и наружной камерами служит разделительная герметичная перегородка 21, изготовленная, в случае использования в качестве реакционной среды водорода, из нержавеющей стали и герметизирующая внутреннюю камеру с помощью уплотнения 22, установленного на нижней пробке 19. Во внутренней камере на термоизоляционной подставке 23 устанавливается обрабатываемая заготовка 24. В наружной камере расположены термоизоляция 25 с токоподводами 26 и нагревателем 27, закрепленными на верхней пробке 18.The boundary between the inner and outer chambers is a sealed partition wall 21, made, in the case of using hydrogen as a reaction medium, of stainless steel and sealing the inner chamber by means of a seal 22 mounted on the lower plug 19. In the inner chamber, a machined workpiece 24. In the outer chamber there is a thermal insulation 25 with current leads 26 and a heater 27, mounted on the upper tube 18.

Нейтральная среда, в данном случае азот, подается в наружную камеру по каналу 28, а реакционная среда - во внутреннюю камеру по каналу 29, выполненных в нижней пробке 19.The neutral medium, in this case nitrogen, is supplied to the outer chamber via channel 28, and the reaction medium is fed into the inner chamber through channel 29, made in the lower tube 19.

Газовая система инертной среды содержит компрессорную установку 30, как правило, состоящую из двух последовательно включенных компрессоров. Первый поднимает давление до 100 МПа, второй от 100 МПа до максимальной величины рабочего давления газостата 500 МПа. Необходимые для осуществления рабочего цикла потоки инертной газовой среды, заключенной в баллонной станции 31, осуществляются с помощью задорно-регулирующих управляемых клапанов 32, 33, 34, 35, 36 и дросселя 37.The inert gas system comprises a compressor unit 30, typically consisting of two compressors in series. The first raises the pressure to 100 MPa, the second from 100 MPa to the maximum working pressure of the gas thermostat 500 MPa. Necessary for the implementation of the working cycle, the flows of an inert gas medium enclosed in the balloon station 31 are carried out with the help of provocatively controlled valves 32, 33, 34, 35, 36 and the throttle 37.

Газовая система реакционной среды, выполняющая аналогичные функции, состоит из компрессорной установки 38, водородной баллонной станции 39, запорно-регулирующих управляемых клапанов 40, 41, 42, 43, 44 и дросселя 45.The gas system of the reaction medium, which performs similar functions, consists of a compressor unit 38, a hydrogen balloon station 39, shut-off and controlled valves 40, 41, 42, 43, 44 and an inductor 45.

В систему управления, создающую и контролирующую величину заданного перепада давлений между наружной и внутренней камерами, входят микропроцессорные датчики избыточного давления 46 и 47, дифференциальный датчик 48 и система автоматизированного управления 49, включающая процессор и программное обеспечение. Используемая комбинация датчиков избыточного давления ДИ1(46) и ДИ2(47) с дифференциальным датчиком ДД(48) позволяет существенно повысить безопасность и надежность работы газостата, расширив и обеспечив возможность управления технологическими параметрами рабочего цикла даже при выходе из строя любого из них. Так, при отказе датчика ДИ1 управление давлением в наружной камере осуществляется по вычисленному значению ДИ1=ДИ2+ДД. Аналогично при выходе из строя датчика ДИ2 контроль давления во внутренней камере выполняется по вычисленному значению ДИ2=ДИ1-ДД. В случае поломки дифференциального датчика ДД синхронное управление давлением в обеих камерах газостата выполняется по вычисленному значению ДД=ДИ1-ДИ2. Поскольку разница ДИ1-ДИ2 всегда вычисляется и сравнивается со значением ДД дифференциального датчика, то статическая ошибка известна, а точность измерения при его поломке не теряется. Применение современных датчиков давления повышенной точности позволяется контролировать перепад давлений в камерах в пределах 1 МПа, при этом появляется возможность создания разделительной перегородки меньшей металлоемкости и упрощенной конструкции, надежно работающей при таком (минимальном) перепаде давлений.The control system that creates and controls the value of the specified pressure difference between the outer and inner chambers includes microprocessor gauges for overpressure 46 and 47, a differential sensor 48, and an automated control system 49, including a processor and software. The combination of overpressure sensors DI1 (46) and DI2 (47) used with the differential sensor DD (48) can significantly increase the safety and reliability of the gas bath, expanding and providing the ability to control the technological parameters of the duty cycle even if any of them fails. So, in case of a failure of the DI1 sensor, the pressure in the outer chamber is controlled by the calculated value of DI1 = DI2 + DD. Similarly, when the DI2 sensor fails, the pressure in the inner chamber is controlled by the calculated value of DI2 = DI1-DD. In the event of a failure of the differential sensor DD, synchronous pressure control in both chambers of the gas thermostat is performed according to the calculated value DD = DI1-DI2. Since the difference DI1-DI2 is always calculated and compared with the DD value of the differential sensor, the static error is known, and the measurement accuracy is not lost when it breaks. The use of modern pressure sensors of increased accuracy makes it possible to control the pressure drop in the chambers within 1 MPa, while it becomes possible to create a dividing wall of lower metal consumption and a simplified design that works reliably with this (minimum) pressure drop.

Работа газостата осуществляется следующим образом.The operation of the gas bath is as follows.

Силовая станина 5 с помощью вспомогательного гидроцилиндра сдвинута с оси контейнера 9, освободив таким образом доступ к верхней пробке 18. Пробка 18 вместе с термоизоляцией 25 и нагревателем 27 извлекаются из контейнера 9 вверх. Затем с нижней пробки 19 снимается разделительная перегородка 21. На термоизоляционную подставку 23 устанавливается заготовка 24, затем в рабочее положение возвращается перегородка 21, верхняя пробка 18 со смонтированными на ней термоизоляцией 25 и нагревателем 27. Силовая станина 5 надвигается и фиксируется на оси контейнера 9 для выполнения основных операций рабочего цикла.The power frame 5 with the help of an auxiliary hydraulic cylinder is shifted from the axis of the container 9, thereby freeing access to the upper plug 18. The plug 18 together with the thermal insulation 25 and the heater 27 are removed from the container 9 upward. Then, the dividing wall 21 is removed from the lower plug 19. A blank 24 is installed on the heat-insulating support 23, then the partition 21 is returned to its working position, the upper plug 18 with the thermal insulation 25 mounted on it and the heater 27. The power frame 5 is pushed and fixed on the axis of the container 9 for performing basic operations of the work cycle.

Далее открывается клапан 33, и через регулируемый дроссель 37 инертный газ (азот) из баллонной станции 31 самотеком поступает в наружную камеру. Предлагаемая схема работы газовой системы газостата предусмаривает превышение давления инертного газа в наружной камере над давлением реакционной среды во внутренней в течение всего времени проведения рабочего цикла. При превышении заданной величины разности давлений в камерах газостата ΔРз (1 МПа) на величину порога Δ (0,5 МПа), т.е. ΔР>ΔРз+Δ по сигналу дифференциального датчика давления ДД откроется клапан 41 и реакционная среда (водород) будет самотеком поступать из баллонной станции 39 через дроссель 45 во внутреннюю камеру. Если разность давлений снизится до величины ΔР<ΔРз-Δ, клапан 41 закроется, а подача инертного газа в наружную камеру будет продолжаться. Описанная последовательность работы газовой системы и системы управления будет продолжаться до выравнивания давлений в баллонной станции 31 и наружной камере газостата, после чего клапаны 33 и 41 закрываются.Next, the valve 33 opens, and through an adjustable throttle 37 inert gas (nitrogen) from the balloon station 31 by gravity enters the outer chamber. The proposed scheme of the gas system of the gas thermostat provides for the excess pressure of the inert gas in the outer chamber over the pressure of the reaction medium in the inner chamber for the entire duration of the working cycle. When exceeding the specified value of the pressure difference in the chambers of the gas bath ΔРз (1 MPa) by the threshold Δ (0.5 MPa), i.e. ΔP> ΔPz + Δ, at the signal of the differential pressure sensor DD, the valve 41 opens and the reaction medium (hydrogen) flows by gravity from the balloon station 39 through the throttle 45 into the inner chamber. If the pressure difference decreases to a value ΔP <ΔPz-Δ, the valve 41 closes and the inert gas supply to the external chamber continues. The described sequence of operation of the gas system and the control system will continue until the pressure is equalized in the balloon station 31 and the outer chamber of the gas thermostat, after which the valves 33 and 41 are closed.

В дальнейшем подъем давления в контейнере выполняется компрессорами 30 и 38. Открываются клапаны 32 и 36, включается компрессор 30, и инертный газ из баллонной станции 31 закачивается в наружную камеру. При достижении соотношения давлений в камерах, описываемого выражением ΔР>ΔРз+Δ, открываются клапаны 43 и 44, включается компрессор 38 и реакционная среда подается компрессором во внутреннюю камеру. При совместной работе компрессоров достигается состояние, описываемое выражением ΔР<ΔРз-Δ, при котором компрессор 38 останавливается, а клапаны 43 и 44 закрываются. Изложенная последовательность работы системы продолжается до подъема давления во внутренней камере до величины исходного, при этом компрессоры 30 и 38 останавливаются, а клапаны 32, 36 и 43, 44 закрываются.Subsequently, the pressure in the container is increased by compressors 30 and 38. Valves 32 and 36 are opened, compressor 30 is turned on, and inert gas from the balloon station 31 is pumped into the outer chamber. Upon reaching the pressure ratio in the chambers described by the expression ΔP> ΔPz + Δ, the valves 43 and 44 open, the compressor 38 is turned on, and the reaction medium is supplied by the compressor to the inner chamber. When the compressors work together, the state described by the expression ΔP <ΔPz-Δ is reached, in which the compressor 38 stops and the valves 43 and 44 are closed. The described sequence of operation of the system continues until the pressure in the inner chamber rises to the initial value, while the compressors 30 and 38 stop and the valves 32, 36 and 43, 44 close.

Затем во внутренней камере создается заданная температура с помощью системы нагрева. Поскольку нагреватель 27 расположен в наружной камере, то рост давления инертной среды будет опережать рост давления реакционной среды во внутренней камере. В связи с этим заданный перепад давления ΔРз будет обеспечиваться за счет периодического включения компрессора 38 и открытия клапанов 43 и 44 при ΔР>ΔРз+Δ или отключения компрессора 38 и закрытия клапанов 43 и 44 при ΔР<ΔРз-Δ. Если с помощью компрессора 38 не удается обеспечить заданный перепад давлений, система управления автоматически уменьшает скорость нагрева при продолжающем работать компрессоре или открывается клапан 33 и нейтральный газ небольшими порциями сбрасывается через дроссель 37 в баллонную станцию 31.Then, a predetermined temperature is created in the inner chamber using a heating system. Since the heater 27 is located in the outer chamber, the increase in pressure of the inert medium will outstrip the increase in pressure of the reaction medium in the inner chamber. In this regard, the predetermined pressure drop ΔPz will be ensured by periodically turning on the compressor 38 and opening the valves 43 and 44 at ΔP> ΔPz + Δ or by turning off the compressor 38 and closing the valves 43 and 44 at ΔP <ΔPz-Δ. If using the compressor 38 it is not possible to provide the specified pressure difference, the control system automatically reduces the heating rate with the compressor running or the valve 33 opens and the neutral gas is discharged in small portions through the throttle 37 to the balloon station 31.

После достижения технологически необходимых давления и температуры во внутренней камере газостата заготовка 24 выдерживается при этих параметрах в течение заданного времени. Далее рабочая камера охлаждается путем снижения мощности системы нагрева. Нейтральный газ наружной камеры охлаждается быстрее, чем реакционная среда внутренней камера, поскольку он соприкасается с водоохлаждаемыми стенками втулок 10, 11, 12 контейнера 9 и торцами пробок 18, 19. Для поддержания заданного перепада давлений реакционная среда сбрасывается из контейнера в баллонную станцию 39 через дроссель 45 и периодически открывающийся клапан 41. После полного отключения системы нагрева синхронный сброс давления из обеих камер с заданным перепадом давления в них осуществляется периодическим дросселированным сбросом обеих сред в соответствующую баллонную станцию через дроссели 37 и 45 при открывании клапанов 33 и 41 соответственно.After reaching the technologically necessary pressure and temperature in the inner chamber of the gas bath, the workpiece 24 is maintained at these parameters for a predetermined time. Next, the working chamber is cooled by reducing the power of the heating system. The neutral gas of the outer chamber cools faster than the reaction medium of the inner chamber, because it is in contact with the water-cooled walls of the bushings 10, 11, 12 of the container 9 and the ends of the plugs 18, 19. To maintain a given pressure drop, the reaction medium is discharged from the container into the balloon station 39 through the throttle 45 and periodically opening valve 41. After a complete shutdown of the heating system, synchronous pressure relief from both chambers with a given pressure drop in them is carried out by a periodic throttled discharge beih media in proper balloon station via throttles 37 and 45 when opening the valves 33 and 41, respectively.

После выравнивания давлений во внутренней камере и баллонной станции 39 синхронное откачивание обеих сред из контейнера 9 в соответствующие баллонные станции с заданным перепадом давлений осуществляется компрессорами 30 и 38 при открывании клапанов 34, 35 и 40, 42 соответственно по алгоритму, используемому в операции подъема давления в контейнере компрессорами, описанному выше. Остатки газа из обеих камер сбрасываются в атмосферу. Силовая станина 5 смещается с оси контейнера 9 гидроцилиндром, верхняя пробка 18 вместе с термоизоляцией 25 и нагревателем 27 извлекаются из контейнера 9, а затем с уплотнения 22 нижней пробки 19 снимается разделительная перегородка 21 и из контейнера удаляется обработанное изделие (24). После чего рабочий цикл повторяется.After equalizing the pressures in the inner chamber and the balloon station 39, the simultaneous pumping of both media from the container 9 to the corresponding balloon stations with a given pressure difference is performed by compressors 30 and 38 when the valves 34, 35 and 40, 42 are opened, respectively, according to the algorithm used in the operation of container compressors described above. Residual gas from both chambers is discharged into the atmosphere. The power bed 5 is displaced from the axis of the container 9 by the hydraulic cylinder, the upper plug 18 together with the thermal insulation 25 and the heater 27 are removed from the container 9, and then the separation wall 21 is removed from the seal 22 of the lower plug 19 and the processed product is removed from the container (24). Then the working cycle is repeated.

Установка в полостях рабочей камеры тонкостенной герметичной перегородки при давлении нейтральной среды наружной камеры больше давления реакционной рабочей среды внутренней камеры, а также оснащение системы управления устройством синхронизации давления в полостях рабочей камеры, выполненным в виде трех датчиков, соединенных между собой и с процессором системы управления, взаимодействующих со средами полостей рабочей камеры газостата, и выполнение тонкостенной разделительной перегородки из нержавеющей стали при нанесении на поверхность внутренней втулки и торцевые поверхности верхней и нижней пробок медных покрытий позволяют повысить надежность работы двухкамерного газостата:The installation of a thin-walled sealed partition in the cavities of the working chamber at a pressure of the neutral medium of the outer chamber is greater than the pressure of the reaction medium of the inner chamber, as well as equipping the control system with a pressure synchronization device in the cavities of the working chamber, made in the form of three sensors interconnected with the processor of the control system, interacting with the environments of the cavities of the working chamber of the gas thermostat, and the implementation of a thin-walled dividing wall made of stainless steel when applied on a turn NOSTA inner sleeve and the end surfaces of the upper and lower copper plating plugs can improve reliability of the two-compartment gazostat:

- путем создания необходимого перепада давления между полостями рабочей камеры;- by creating the necessary pressure difference between the cavities of the working chamber;

- в результате отсутствия водородного охрупчивания поверхностей элементов газостата, контактирующих с реакционной средой;- as a result of the absence of hydrogen embrittlement of the surfaces of the elements of the gas bath in contact with the reaction medium;

- за счет обеспечения заданной программы рабочего цикла системой автоматического управления с современными измерительными приборами и процессором;- by providing a given work cycle program with an automatic control system with modern measuring instruments and a processor;

- в результате разделения полостей рабочей камеры тонкостенной герметичной перегородкой;- as a result of the separation of the cavities of the working chamber with a thin-walled sealed partition;

- в результате отсутствия коррозии на элементах рабочей камеры газостата,- as a result of the absence of corrosion on the elements of the working chamber of the gas thermostat,

а также расширить технологические возможности путем создания рабочих циклов с давлением до 500 МПа.and also expand technological capabilities by creating work cycles with a pressure of up to 500 MPa.

Claims

1. A two-chamber gas thermostat containing a power bed, a container with upper and lower plugs forming a working chamber, a partition dividing the working chamber into an external chamber with a neutral medium and an internal chamber with a reaction medium, systems of inert and working reaction medium sources with shut-off valves, connected to sources of pressure, a heating and control system, characterized in that the container is made in the form of a block of three bushes, with channels for coolant, made on the outer surface a single sleeve installed with an interference fit, fastened with a bandage of high-strength tape placed on the outer surface of the sleeve block, while the surface of the inner sleeve and the end surfaces of the upper and lower plugs are coated with copper, the partition is thin-walled and sealed, the control system is configured to provide pressure the neutral medium in the outer chamber is greater than the pressure of the reaction medium in the inner chamber, and is also equipped with a synchronization device for pressure in the outer and inner s chambers, made in the form of three sensors connected with each other and with the processor control system.

2. The two-chamber gas thermostat according to claim 1, characterized in that the thin-walled dividing wall is made of stainless steel.