RU2396146C1

RU2396146C1 - Gas-static extruder

Info

Publication number: RU2396146C1
Application number: RU2009101963/02A
Authority: RU
Inventors: Борис Александрович Сивак (RU); Борис Александрович Сивак; Виктор Григорьевич Тришкин (RU); Виктор Григорьевич Тришкин; Сергей Николаевич Шушурин (RU); Сергей Николаевич Шушурин; Александр Павлович Шляхин (RU); Александр Павлович Шляхин; Ирина Владимировна Бахина (RU); Ирина Владимировна Бахина
Priority date: 2009-01-22
Filing date: 2009-01-22
Publication date: 2010-08-10

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention refers to powder metallurgy and to equipment for treatment of items out of discrete and solid materials at simultaneous or combined effecting them with high pressure and temperature created in gas medium of working chamber of gas-static extruder. Here is disclosed the gas-static extruder consisting of a power bed and a container closed on ends with an upper and lower plugs and coupled with a gas system which includes a compressor and a gas-vessel station. As a compressor the gas system has a low pressure compressor. Also the gas system is equipped with an inlet gate valve of high pressure with expanded port area installed on the upper plug of the container. An under-the valve cavity of the valve is connected with the expanded port area made in the upper plug, while an above-the valve cavity is connected with the low pressure compressor and the gas-vessel station by means of low pressure pipelines made with expanded port areas.

EFFECT: reduced time of working cycle, avoiding usage of high pressure pipeline and its connections, implementation of one low pressure compressor, increased efficiency and reliability of gas-static extruder.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области порошковой металлургии, а именно к оборудованию для обработки изделий промышленного назначения из дискретных и сплошных материалов при одновременном или комбинированном воздействии на них высоких давлений и температур, создаваемых в газовой среде рабочей камеры газостата.The invention relates to the field of powder metallurgy, and in particular to equipment for processing industrial products from discrete and solid materials with simultaneous or combined exposure to high pressures and temperatures created in the gas environment of the working chamber of a gas thermostat.

К основным компонентам газостата относят собственно газостат, содержащий силовую станину, контейнер с верхней и нижней пробками; газовую и вакуумную системы, обеспечивающие необходимые технологические параметры газовой среды в рабочей камере; системы нагрева, охлаждения и управления. Эффективность работы газостата зависит, главным образом, от надежности и производительности его главной газовой системы. В свою очередь, качественный уровень ее работы определяется проходными сечениями трубопровода, по которым газ из баллонной станции поступает самотеком в контейнер и сбрасывается из него в баллоны, а также сечением запорной аппаратуры, установленной на трубопроводе, и производительностью используемых газовых компрессоров, создающих в контейнере газостата необходимое давление и откачивающих газ из контейнера в баллоны по окончании рабочего цикла с целью его многократного использования.The main components of the gas bath include the gas bath itself, containing a power bed, a container with upper and lower plugs; gas and vacuum systems providing the necessary technological parameters of the gaseous medium in the working chamber; heating, cooling and control systems. The efficiency of a gas thermostat depends mainly on the reliability and performance of its main gas system. In turn, the quality level of its operation is determined by the cross-sections of the pipeline, through which gas from the balloon station flows by gravity into the container and is discharged from it into cylinders, as well as the cross-section of the shut-off equipment installed on the pipeline and the capacity of the gas compressors used to create the gas thermostat in the container the necessary pressure and pumping gas from the container into the cylinders at the end of the working cycle for the purpose of its repeated use.

Аналогом изобретения является газостат, описанный в книге «Процессы и оборудование для газостатической обработки», Москва, «Металлургия», 1994 г., стр.110. Газостат (аналог) содержит газовую и вакуумные системы, собственно газостат с системами нагрева, охлаждения и управления, а также гидропривод.An analogue of the invention is a gas thermostat described in the book "Processes and equipment for gas-static treatment", Moscow, "Metallurgy", 1994, p. 110. The thermostat (analogue) contains gas and vacuum systems, the actual gas thermostat with heating, cooling and control systems, as well as a hydraulic actuator.

Газовая система аналога включает газобаллонную станцию, компрессор, контрольно-измерительную аппаратуру, трубопроводы и запорно-регулирующую аппаратуру высокого давления (запорные вентили с ручным управлением). Выполнение стандартных технологических операций газостатического спрессовывания, таких как:The analogue gas system includes a gas station, a compressor, instrumentation, pipelines and high-pressure shut-off and control equipment (manual shut-off valves). Performing standard technological operations of gas-static compression, such as:

- вакуумирование рабочей камеры,- evacuation of the working chamber,

- заполнение ее рабочим газом из баллонов самотеком,- filling it with working gas from cylinders by gravity,

- подъем давления в камере с помощью компрессора,- pressure increase in the chamber using a compressor,

- сброс газа из контейнера в баллоны самотеком по окончании рабочего цикла с последующим откачиванием газа компрессором,- discharge of gas from the container into the cylinders by gravity at the end of the working cycle with subsequent pumping of gas by the compressor,

- сообщение внутреннего пространства рабочей камеры с атмосферой, требует использования от 15 до 20 запорных клапанов, устанавливаемых на газовом трубопроводе высокого давления.- communication of the internal space of the working chamber with the atmosphere, requires the use of 15 to 20 shut-off valves installed on the high pressure gas pipeline.

Недостатком аналога является наличие в газовой системе машины трубопровода и соединений высокого давления, а также нескольких (от 4 до 6) ручных вентилей или запорных клапанов с пневматическим управлением, отсекающих рабочую камеру от остальной разветвленной газовой системы, подверженных в процессе длительной выдержки изделия при заданных технологических параметрах максимальному давлению газа. Другой недостаток газостата-аналога заключается в том, что упомянутый трубопровод, выполненный из выпускаемых промышленностью толстостенных стальных труб малого диаметра, и установленная на нем запорная аппаратура высокого давления имеют небольшое условное сечение с диаметром от 2 до 5 мм, создающее значительное сопротивление транспортированию по нему рабочей среды при выполнении технологических операций рабочего цикла. Указанные факторы снижают надежность и производительность газостата, увеличивают время технологического цикла и приводят к удорожанию выпускаемой продукции.The disadvantage of the analogue is the presence in the gas system of the machine of the pipeline and high-pressure connections, as well as several (from 4 to 6) manual valves or pneumatically controlled shut-off valves that cut off the working chamber from the rest of the branched gas system, which are exposed during prolonged exposure of the product for given technological parameters of the maximum gas pressure. Another disadvantage of the analog gasostat is that the said pipeline, made of industry-produced thick-walled steel pipes of small diameter, and the high-pressure shut-off apparatus installed on it, have a small nominal cross section with a diameter of 2 to 5 mm, which creates significant resistance to transportation by it environment when performing technological operations of the working cycle. These factors reduce the reliability and performance of the gas bath, increase the time of the technological cycle and lead to higher prices for manufactured products.

Прототипом заявляемого изобретения является газостат, описанный в проспекте фирмы CERAMIC, RUSSIA, «Isostatic Presses and System of XXI Century», выпуск 2004 г. Газостат содержит контейнер, закрытый по торцам верхней и нижней пробками, силовую станину, газобалонную систему, системы нагрева и охлаждения, систему управления и гидропривод.The prototype of the claimed invention is a gas thermostat described in the prospectus of the company CERAMIC, RUSSIA, "Isostatic Presses and System of XXI Century", 2004. The gas thermostat contains a container closed at the ends of the upper and lower plugs, a power bed, a gas cylinder, heating and cooling systems , control system and hydraulic drive.

Газовая система прототипа содержит баллонную станцию, последовательно соединенные мембранный компрессор низкого давления (СМ) и газовый мультипликатор высокого давлений (IN), вакуумную установку (VP 1), контрольно-измерительную аппаратуру и индивидуальные газовые запорные клапаны (HV1…HV10), установленные на трубопроводе газовой системы. Газостат-прототип обладает тем же недостатком, что и аналог, связанным с использованием запорных клапанов с небольшим условным проходом (Ду5 мм), установленных на трубопроводе высокого давления с аналогичным условным проходом и оказывающих негативное влияние на производительность газостата. Использование в качестве источника высокого давления двух последовательно работающих компрессоров различной производительности усложняет конструкцию машины и снижает ее надежность. Максимальное давление нагнетания компрессора низкого давления с эластичными мембранами составляет 30 МПа. Двухступенчатый компрессор высокого давления выполнен в виде поршневого газового мультипликатора с давлением нагнетания первой ступени 100 МПа и второй - 200 МПа. Отсутствие устройства синхронизации производительности компрессоров при их последовательном включении приводит к перегрузке и досрочному выходу из строя эластичных (резиновых) мембран, а также всасывающего и нагнетательного клапанов мембранного блока.The prototype gas system includes a balloon station, a low-pressure diaphragm compressor (CM) and a high-pressure gas multiplier (IN), a vacuum unit (VP 1), instrumentation and individual gas shut-off valves (HV1 ... HV10) installed in the pipeline gas system. The prototype gas thermostat has the same drawback as the counterpart associated with the use of shut-off valves with a small nominal bore (DN5 mm) installed on a high pressure pipeline with a similar nominal bore and adversely affecting the performance of the gas bath. The use of two successive compressors of different capacities as a source of high pressure complicates the design of the machine and reduces its reliability. The maximum discharge pressure of a low-pressure compressor with elastic membranes is 30 MPa. The two-stage high-pressure compressor is made in the form of a piston gas multiplier with a discharge pressure of the first stage of 100 MPa and the second - 200 MPa. The absence of a compressor performance synchronization device when they are switched on sequentially leads to overload and premature failure of elastic (rubber) membranes, as well as the suction and discharge valves of the membrane unit.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание высокопроизводительных, надежных промышленных газостатов с большим объемом рабочей камеры для обработки изделий промышленного назначения из дискретных и сплошных материалов.The technical result of the invention is the creation of high-performance, reliable industrial gas thermostats with a large volume of the working chamber for processing industrial products from discrete and solid materials.

Технический результат достигается:The technical result is achieved:

- увеличением условных сечений трубопровода газовой системы и установленной на нем запорной аппаратуры;- an increase in the conditional sections of the pipeline of the gas system and the shut-off equipment installed on it;

- исключением газового трубопровода высокого давления и его соединений из газовой системы машины;- the exception of the high pressure gas pipeline and its connections from the gas system of the machine;

- использованием в составе газовой системы одного газового компрессора низкого давления и одного запорного клапана, нагружаемого максимальным давлением газа;- using as part of the gas system one gas compressor of low pressure and one shut-off valve loaded with maximum gas pressure;

- уменьшением времени выполнения стандартных операций газовой системы;- reducing the time required to perform standard operations of the gas system;

- созданием эффективной газовой системы промышленного газостата;- the creation of an efficient gas system for an industrial gas thermostat;

- повышением производительности промышленного газостата;- increasing the productivity of industrial gas thermostat;

- снижением стоимости выпускаемой продукции.- reducing the cost of products.

Получение технического результата обеспечивается тем, что трубопровод газовой системы имеет увеличенный условный проход; входной запорный клапан газовой системы с увеличенным условным проходом (до Ду 15) и газовым цилиндром разгрузки установлен на верхней пробке, при этом высокое давление локализуется в пределах газового ввода массивной верхней пробки контейнера и подклапанной полости входного клапана; разветвленный газовый трубопровод, не нагруженный высоким давлением и соединяющий все компоненты газовой системы между собой и с надклапанной полостью входного клапана, выполнен с увеличенным условным сечением; для создания необходимого начального давления в контейнере газостата используется только один компрессор низкого давления.Obtaining a technical result is ensured by the fact that the pipeline of the gas system has an increased conditional passage; the inlet shutoff valve of the gas system with an increased nominal bore (up to DN 15) and a gas unloading cylinder is mounted on the upper plug, while high pressure is localized within the gas inlet of the massive upper container plug and the under-valve cavity of the inlet valve; a branched gas pipeline, not loaded with high pressure and connecting all components of the gas system with each other and with the supravalve cavity of the inlet valve, is made with an increased nominal section; only one low-pressure compressor is used to create the required initial pressure in the gasstat container.

Конструкция предлагаемого газостата приведена на фиг.1, где показан фрагмент газовой системы с разрезом рабочей камеры.The design of the proposed gas thermostat is shown in figure 1, which shows a fragment of the gas system with a section of the working chamber.

На фиг.2, в качестве информационного материала, приведены газовая система, системы вакуумирования и охлаждения газостата, выбранного в качестве прототипа.Figure 2, as an information material, shows a gas system, a vacuum and cooling systems of a gas thermostat, selected as a prototype.

Газостат (фиг.1) содержит силовую станину 1, скрепленную бандажом высокопрочной ленты 2, контейнер 3, закрытый по торцам верхней 4 и нижней 5 пробками, и газовую систему 6. На фиг.1 представлен фрагмент газовой системы промышленного газостата, достаточный для разъяснения сущности изобретения. Внутри контейнера 3 располагается термоизоляционный колпак 7 и нагреватель 8, закрепленные на верхней пробке 4, а также обрабатываемая заготовка 9, установленная на нижней пробке 5. Газовая система 6 состоит из газобаллонной станции 10, компрессора 11, унифицированных нормально-закрытых клапанов с увеличенным условным сечением 12, 13, 14, 15, 16 и 17, соединенных между собой и с другими компонентами системы газовым трубопроводом низкого давления 18. Газовые клапаны - прямого действия, т.е. их закрытие осуществляется с помощью пружин сжатия. Создание клапанов такой конструкции, также как и трубопроводов с увеличенным условным проходом (до Ду 15), не является сложной проблемой. Максимальное давление нагнетания компрессора низкого давления 11 в данном случае значительно меньше рабочего давления цикла и равно «начальному давлению», определяемому расчетным путем. За величину «начального» принимают давление, которое необходимо создать в контейнере перед началом разогрева рабочего пространства с заготовкой. В процессе разогрева заготовки до технологически необходимой температуры давление в контейнере растет, достигая заданного давления рабочего цикла. Практика эксплуатации промышленных газостатов, подтверждая корректность методики расчета, показывает, что для достижения рабочих давлений цикла 180-200 МПа при разогреве рабочего пространства камеры до 1300 - 1500°С величина «начального давления» составляет 45-55 МПа. Следовательно, максимальное рабочее давление компрессора 11, трубопровода 18 и клапанов 12, 13, 14, 15, 16 и 17 не превышает величины указанного давления.The gas thermostat (figure 1) contains a power frame 1, fastened with a bandage of high-strength tape 2, a container 3, closed at the ends of the upper 4 and lower 5 plugs, and a gas system 6. Figure 1 presents a fragment of the gas system of an industrial gas thermostat, sufficient to clarify the essence inventions. Inside the container 3, there is a heat-insulating cap 7 and a heater 8, mounted on the upper tube 4, as well as the workpiece 9 installed on the lower tube 5. The gas system 6 consists of a gas station 10, a compressor 11, standardized normally closed valves with a larger nominal section 12, 13, 14, 15, 16 and 17, connected to each other and to other components of the system by a low pressure gas pipeline 18. Gas valves are direct-acting, i.e. their closure is carried out using compression springs. Creating valves of this design, as well as pipelines with increased nominal bore (up to DN 15), is not a difficult problem. The maximum discharge pressure of the low-pressure compressor 11 in this case is much less than the operating pressure of the cycle and is equal to the "initial pressure" determined by calculation. The value of the "initial" is taken to be the pressure that must be created in the container before heating the workspace with the workpiece. In the process of heating the workpiece to the technologically necessary temperature, the pressure in the container rises, reaching a predetermined working cycle pressure. The practice of operating industrial gas thermostats, confirming the correctness of the calculation procedure, shows that to achieve the working pressure of the cycle of 180-200 MPa when the working space of the chamber is heated to 1300 - 1500 ° C, the value of the "initial pressure" is 45-55 MPa. Therefore, the maximum working pressure of the compressor 11, pipe 18 and valves 12, 13, 14, 15, 16 and 17 does not exceed the value of the specified pressure.

Входной запорный клапан газовой системы с увеличенным условным сечением 19 установлен на верхней пробке 4. Его подклапанная полость 20 соединена посредством газового ввода 21 верхней пробки с рабочим пространством камеры, а с помощью капилляра 22 с газовым цилиндром разгрузки 23. На этой же линии установлен манометр 24, фиксирующий величину фактического давления в контейнере. Надклапанная полость 25 клапана 19 соединена с другими компонентами газовой системы с увеличенным условным сечением, работающими при низком давлении рабочей среды.The inlet shutoff valve of the gas system with an enlarged nominal section 19 is mounted on the upper plug 4. Its subvalve cavity 20 is connected via the gas inlet 21 of the upper plug to the working space of the chamber, and by means of a capillary 22 to a gas unloading cylinder 23. A pressure gauge 24 is installed on the same line , fixing the value of the actual pressure in the container. The supravalvular cavity 25 of the valve 19 is connected to other components of the gas system with an enlarged nominal cross section operating at low pressure of the working medium.

Газостат работает следующим образом. В исходном положении силовая станина 1 сдвинута (влево) с оси контейнера 3. На нижнюю пробку 5, находящуюся в положении загрузки, устанавливают заготовку 9 и вводят ее в контейнер. Силовая станина устанавливается на оси контейнера. Через открытые клапаны 12, 16 и 19 газ из газобаллонной станции 10 поступает самотеком в контейнер 3 до выравнивания в них давления. Клапан 12 закрывается, а через открытые клапаны 13, 16, 17 и 19 компрессор 11 закачивает газ из газобаллонной станции 10 в контейнер до величины «начального давления». Включается система нагрева, разогревая заготовку до заданной температуры рабочего цикла, при этом давление достигает технологически необходимой величины. При заданных температуре и давлении заготовка выдерживается в течение определенного времени. Далее рабочее пространство с газовой средой и заготовкой охлаждаются. Открываются клапаны 12, 16 и 19, и газ самотеком перетекает из контейнера в баллоны. Открываются клапаны 12, 13, 14 и 19, включается компрессор 11, откачивая газ из контейнера в газобаллонную станцию. Затем оставшийся в контейнере газ выпускается в газобаллонную станцию низкого давления (не показана) или в атмосферу через открытые клапаны 15, 17 и 19. Силовая станина сдвигается с оси контейнера, нижняя пробка извлекается из контейнера, спрессованная заготовка снимается с нее, и цикл повторяется.The thermostat operates as follows. In the initial position, the power bed 1 is shifted (to the left) from the axis of the container 3. On the lower tube 5, which is in the loading position, the workpiece 9 is installed and introduced into the container. The power bed is mounted on the axis of the container. Through open valves 12, 16 and 19, gas from the gas station 10 flows by gravity into the container 3 until the pressure in them is equalized. The valve 12 closes, and through the open valves 13, 16, 17 and 19, the compressor 11 pumps gas from the gas station 10 into the container to the value of the "initial pressure". The heating system is turned on, warming up the workpiece to a predetermined working cycle temperature, while the pressure reaches the technologically necessary value. At a given temperature and pressure, the workpiece is aged for a certain time. Further, the working space with the gas medium and the workpiece is cooled. Valves 12, 16 and 19 open, and gas flows by gravity from the container into the cylinders. The valves 12, 13, 14 and 19 open, the compressor 11 is turned on, pumping gas from the container to the gas station. Then, the gas remaining in the container is discharged to the low-pressure gas station (not shown) or to the atmosphere through open valves 15, 17 and 19. The power frame is moved from the axis of the container, the lower plug is removed from the container, the pressed billet is removed from it, and the cycle is repeated.

Таким образом, установка запорного клапана высокого давления с увеличенным условным сечением на верхней пробке, подклапанная полость которого соединена с газовым вводом верхней пробки и связана с остальными элементами газовой системы, а также выполнение газового входа верхней пробки и трубопровода газовой системы с увеличенным условным сечением и соединение компрессора низкого давления трубопроводами низкого давления с надклапанной полостью входного запорного клапана газовой системы и газобалонной станцией позволяет:Thus, the installation of a high-pressure shut-off valve with an enlarged nominal section on the upper plug, the sub-valve cavity of which is connected to the gas inlet of the upper plug and connected to the other elements of the gas system, as well as the gas inlet of the upper plug and the pipeline of the gas system with a larger nominal cross-section and connection low-pressure compressor with low-pressure pipelines with a valvular cavity of the inlet check valve of the gas system and gas cylinder station allows:

- уменьшить время выполнения стандартных операций газовой системы и общее время рабочего цикла за счет увеличения условного сечения запорной аппаратуры и газового трубопровода системы;- reduce the execution time of standard operations of the gas system and the total time of the work cycle by increasing the conditional section of the shut-off equipment and the gas pipeline of the system;

- исключить газовый трубопровод высокого давления и его соединений за счет установки входного запорного клапана газовой системы с увеличенным условным сечением непосредственно на верхней пробке;- to exclude the gas pipeline of high pressure and its connections due to the installation of the inlet shut-off valve of the gas system with an increased nominal section directly on the upper tube;

- использовать для создания начального давления в контейнере один компрессор низкого давления;- use one low pressure compressor to create the initial pressure in the container;

- повысить производительность газостата за счет сокращения времени цикла;- increase the productivity of the gas bath by reducing cycle time;

- повысить надежность работы газостата за счет использования компрессора низкого давления.- increase the reliability of the gas thermostat through the use of a low-pressure compressor.

Claims

A gas thermostat containing a power bed and a container closed at the ends of the upper and lower plugs and connected to the gas system, including a compressor and a gas station, characterized in that the gas system as a compressor contains a low pressure compressor and is equipped with an inlet high pressure shut-off valve with an increased conditional a passage installed on the top tube of the container, the subvalvular cavity of which is connected to the gas inlet with an increased conditional passage made in the upper tube, and the supravalve the second cavity is connected to the low pressure compressor and the gas station by low pressure pipelines made with increased nominal bores.