RU2415735C1

RU2415735C1 - Gasostatic extruder

Info

Publication number: RU2415735C1
Application number: RU2009144794/02A
Authority: RU
Inventors: Виктор Григорьевич Тришкин (RU); Виктор Григорьевич Тришкин; Николай Васильевич Пасечник (RU); Николай Васильевич Пасечник; Борис Александрович Сивак (RU); Борис Александрович Сивак; Александр Владимирович Наливайко (RU); Александр Владимирович Наливайко; Александр Павлович Шляхин (RU); Александр Павлович Шляхин; Владимир Иванович Головкин (RU); Владимир Иванович Головкин; Наталья Викторовна Чехова (RU); Наталья Викторовна Чехова; Михаил Андреевич Цыбин (RU); Михаил Андреевич Цыбин; Андрей Алексеевич Галяев (RU); Андрей Алексеевич Галяев
Priority date: 2009-12-03
Filing date: 2009-12-03
Publication date: 2011-04-10

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to production of industrial equipment for machining large-sized parts in simultaneous or combined action of high pressures, up to 500 MPa, and temperature of up to 2000°C. Proposed gasostatic extruder comprises bearing foundation and container with top and bottom plugs that form extruder operating chamber communicated via gas line with gas system shut-off valves provided with needles interacting with seats, and unloading gas cylinders. Note here that said valves incorporate differential closing system made up of stepped needle with stem diametre smaller than and gas cylinder rod diametre larger than valve operating diametre.

EFFECT: shorter period of developing preset pressure in container and gas evacuation therefrom at operating cycle end.

3 dwg

Description

Изобретение относится к области создания промышленного оборудования для обработки крупногабаритных изделий из сплошных и дискретных материалов при одновременном или комбинированном воздействии на них высоких до 500 МПа давлений и температур до 2000°С, создаваемых в газовой среде рабочей камеры газостата.The invention relates to the field of creating industrial equipment for the processing of large-sized products from solid and discrete materials with simultaneous or combined exposure to high pressures and temperatures up to 500 MPa and temperatures up to 2000 ° C created in the gas environment of the working chamber of a gas thermostat.

Основными компонентами газостата являются:The main components of the gas thermostat are:

- собственно газостат, включающий контейнер с верхней и нижней пробками, а также силовую станину;- the actual gas thermostat, including a container with upper and lower plugs, as well as a power bed;

- газовая и вакуумная системы, обеспечивающие необходимые технологические параметры газовой среды в рабочей камере машины;- gas and vacuum systems providing the necessary technological parameters of the gaseous medium in the working chamber of the machine;

- системы нагрева и охлаждения,- heating and cooling systems,

- а также система управления.- as well as a control system.

Эффективность работы газостата зависит, главным образом, от производительности и надежности его главной - газовой системы. В свою очередь качественный уровень работы последней определяется производительностью газового привода, а именно пропускной способностью газовой аппаратуры и трубопровода, по которым в процессе выполнения технологических операций перемещается рабочая среда. Технологические операции, выполняемые газовым приводом машины, такие как многократное вакуумирование рабочей камеры, создание в ней необходимого давления и снижение давления в камере до атмосферного составляют от 50 до 70% общего времени рабочего цикла газостата. В связи с этим разработка и применение надежно работающей газовой аппаратуры высокого давления с увеличенным до 10-15 мм условным проходом является важнейшей задачей при создании современных промышленных газостатов с объемом рабочей камеры, достигающим нескольких кубических метров.The efficiency of a gas thermostat depends mainly on the performance and reliability of its main gas system. In turn, the quality level of the latter’s work is determined by the performance of the gas drive, namely the throughput of gas equipment and pipelines, through which the working medium moves during the process. Technological operations performed by the gas drive of the machine, such as multiple evacuation of the working chamber, creating the necessary pressure in it and reducing the pressure in the chamber to atmospheric pressure, make up from 50 to 70% of the total gas cycle operating time. In this regard, the development and use of reliable gas pressure equipment with a nominal bore increased to 10-15 mm is the most important task when creating modern industrial gas thermostats with a working chamber volume reaching several cubic meters.

Запорные клапаны газовой системы газостатов с небольшим объемом рабочей камеры и условным проходом 3-5 мм выполняются по схеме прямого действия. В этом случае используемые для закрытия клапана пружины должны создавать усилие, достаточное для:The shutoff valves of the gas system of gas thermostats with a small volume of the working chamber and a nominal bore of 3-5 mm are performed according to the direct action scheme. In this case, the springs used to close the valve should create a force sufficient to:

- преодоления осевой нагрузки рабочей среды высокого давления на иглу с гладким стержнем, диаметр которого больше диаметра условного прохода клапана;- overcoming the axial load of the high-pressure medium on a needle with a smooth rod, the diameter of which is greater than the diameter of the nominal passage of the valve;

- создания необходимых контактных давлений на рабочей кромке пары «седло-игла»;- creating the necessary contact pressures on the working edge of the saddle-needle pair;

- преодоления усилия трения, возникающего между иглой и блоком ее уплотнений, а также между поршнем и цилиндром сервопривода управления клапаном.- overcoming the frictional force arising between the needle and the block of its seals, as well as between the piston and the cylinder of the servo control valve.

В случае применения запорных клапанов с увеличенными условными проходами перечисленные выше усилия, действующие при работе клапана, возрастают. Критически увеличивается осевая нагрузка рабочей среды на иглу. Так, при рабочем давлении газостата 200 МПа в клапане с условным проходом Ду=5 мм она составляет 390 кг, а в клапане с Ду=15 мм - 3530 кг, т.е. возрастает почти в 10 раз, что вызывает необходимость использования пружин большой жесткости, а значит и увеличенных габаритов. При этом пропорционально растет диаметр поршня цилиндра сервопривода, необходимого для сжатия такой пружины при открытии клапана, а также его габариты и металлоемкость. В настоящее время предпринимаются попытки создания запорных клапанов с увеличенным условным проходом, в которых перечисленные недостатки могут быть исключены за счет использования новых конструктивных решений и давления рабочей машины.In the case of the use of shut-off valves with increased nominal bores, the above-mentioned forces acting during the operation of the valve increase. The axial load of the working medium on the needle is critically increased. So, at a working pressure of a gas thermostat of 200 MPa in a valve with a nominal bore DN = 5 mm, it is 390 kg, and in a valve with a DN = 15 mm - 3530 kg, i.e. increases almost 10 times, which necessitates the use of springs of high stiffness, and hence increased dimensions. At the same time, the piston diameter of the servo cylinder, which is necessary to compress such a spring when the valve is opened, increases proportionally, as well as its dimensions and metal consumption. Currently, attempts are being made to create shut-off valves with increased nominal bore, in which the listed disadvantages can be eliminated through the use of new design solutions and the pressure of the working machine.

Аналогом заявляемого изобретения является газостат, описанный Авторским свидетельством №1748940, бюллетень №27 от 23.07 1992 г. Газостат-аналог содержит контейнер, закрытый по торцам пробками с герметизирующими уплотнениями. В верхней и нижней пробках выполнены газовые вводы, соединенные через систему газовых запорных клапанов с источником давления (компрессором), баллонной станцией, контрольно-измерительной аппаратурой и атмосферой. Для выполнения технологических операций рабочего цикла газовая система оснащена унифицированными нормально-закрытыми клапанами с увеличенным (Ду=15 мм) условным проходом.An analogue of the claimed invention is a gas thermostat, described by Copyright certificate No. 1748940, bulletin No. 27 dated July 23, 1992. The analog gas thermostat contains a container closed at the ends by stoppers with sealing seals. In the upper and lower plugs, gas inlets are made, connected through a system of gas shut-off valves to a pressure source (compressor), balloon station, instrumentation and the atmosphere. To perform the technological operations of the working cycle, the gas system is equipped with standardized normally closed valves with an enlarged (DN = 15 mm) nominal passage.

Несмотря на то, что применение газового цилиндра разгрузки в конструкции клапана газостата-аналога позволило значительно уменьшить его габариты и металлоемкость по сравнению с аналогичными параметрами клапана прямого действия, в котором игла не уравновешена, недостатком является то, что диаметральный размер определяется расположением прижимных пружин на периферии поршня сервопривода за пределом наружного диаметра цилиндра разгрузки. Другим недостатком является то, что, цилиндр разгрузки установлен на верхнем фланце клапана, вследствие чего, увеличиваются общая высота, металлоемкость и стоимость клапана. К недостаткам клапана аналога следует также отнести использование в качестве седла отдельной линзы, образующей с корпусом два дополнительных трудно уплотняемых стыка и снижающей возможность обеспечения внутренней герметичности клапана.Despite the fact that the use of a gas unloading cylinder in the design of a gas thermostat-analog valve has significantly reduced its dimensions and metal consumption compared to similar parameters of a direct-acting valve, in which the needle is not balanced, the disadvantage is that the diametric size is determined by the location of the pressure springs on the periphery servo piston beyond the outer diameter of the discharge cylinder. Another disadvantage is that the unloading cylinder is mounted on the upper flange of the valve, as a result of which the overall height, metal consumption and valve cost increase. The disadvantages of the analog valve should also include the use of a separate lens as a seat, forming two additional hard-to-seal joints with the body and reducing the possibility of ensuring the valve's internal tightness.

Прототипом изобретения является газостат, описанный в патенте РФ №2354500 от 22.06.2007 года. Газостат-прототип содержит силовую станину, контейнер, закрытый по торцам пробками, запорные газовые клапаны, компрессор и баллонную станцию. Для управления потоками газа при выполнении технологических операций используются унифицированные нормально-закрытые клапаны с увеличенным условным проходом. Седло клапана, на острую кромку которого опирается конус иглы, образовано расточками подклапанной и надклапанной полостей. Газовый цилиндр разгрузки, соединенный капилляром высокого давления с подклапанной полостью, установлен внутри прижимной пружины, в пределах ее габаритов, и направлен в сторону поршня сервопривода. Шток цилиндра разгрузки опирается на поршень сервопривода. Использование газового цилиндра позволило сбалансировать систему «игла клапана - шток цилиндра разгрузки» давлением рабочей среды. Диаметр штока цилиндра разгрузки больше условного прохода клапана, при этом игла прижимается к седлу дополнительным усилием, обеспечивая его надежную внутреннюю герметичность.The prototype of the invention is a gas thermostat described in the patent of the Russian Federation No. 2354500 from 06.22.2007. The prototype gas thermostat contains a power bed, a container closed at the ends by plugs, gas shutoff valves, a compressor and a balloon station. To control gas flows during technological operations, unified normally-closed valves with increased nominal bore are used. The valve seat, on the sharp edge of which the needle cone rests, is formed by the bores of the subvalvular and supravalvular cavities. A gas unloading cylinder connected by a high pressure capillary with a subvalvular cavity is installed inside the clamping spring, within its dimensions, and is directed towards the servo piston. The unloading cylinder rod is supported by a servo piston. The use of a gas cylinder made it possible to balance the system "valve needle - unloading cylinder rod" with the pressure of the working medium. The diameter of the discharge cylinder rod is greater than the nominal passage of the valve, while the needle is pressed against the seat with additional force, ensuring its reliable internal tightness.

В зависимости от положения конкретного клапана в газовой системе машины при выполнении технологических операций рабочего цикла давление рабочей среды может создаваться отдельно как в надклапанной, так и подклапанной полостях или обеих одновременно. Диаметр гладкого стержня иглы всегда больше условного прохода клапана. В этом случае при наличии давления в надклапанной полости на кольцевую площадку иглы, расположенную вне кромки контакта ее с седлом, действует осевое усилие рабочей среды, направленное вверх и приводящее к разгерметизации клапана, что является существенным недостатком его конструкции. Так, при условном проходе клапана 15 мм, диаметре стержня иглы 18 мм и рабочем давлении 200 МПа это усилие составляет 1570 кг. Следовательно, для обеспечения работоспособности клапана его пружина кроме создания необходимых контактных давлений на кромке седла должна воспринимать упомянутое осевое усилие. При этом увеличивается ее жесткость, габариты и масса, а следовательно размеры и масса сервопривода и клапана в целом. Другим недостатком прототипа является то, что в описании конструкции клапана не определены количественные соотношения и зависимости между взаимодействующими компонентами: иглой, штоком цилиндра разгрузки и условным проходом.Depending on the position of a particular valve in the gas system of the machine during technological operations of the working cycle, the pressure of the working medium can be created separately both in the supravalve and subvalve cavities, or both simultaneously. The diameter of the smooth needle shaft is always larger than the nominal bore of the valve. In this case, when there is pressure in the supravalvular cavity, an axial force of the working medium directed upward and leading to depressurization of the valve acts on the annular area of the needle located outside the edge of its contact with the seat, which is a significant drawback of its design. So, with a nominal valve passage of 15 mm, a needle shaft diameter of 18 mm and a working pressure of 200 MPa, this force is 1570 kg. Therefore, in order to ensure the operability of the valve, its spring, in addition to creating the necessary contact pressures on the edge of the seat, must absorb the mentioned axial force. At the same time, its rigidity, dimensions and weight increase, and therefore the dimensions and mass of the servo drive and valve as a whole. Another disadvantage of the prototype is that in the description of the valve design the quantitative relationships and relationships between the interacting components: the needle, the rod of the unloading cylinder and the conditional passage are not defined.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание высокопроизводительных, надежных газостатов для обработки изделий промышленного назначения из сплошных, дискретных и нанопорошковых материалов высоким (до 500 МПа) давлением газовой среды при температуре до 2000°С на базе предлагаемой конструкции запорной аппаратуры газовой системы.The technical result of the invention is the creation of high-performance, reliable gas baths for processing industrial products from solid, discrete and nanopowder materials with high (up to 500 MPa) gas pressure at temperatures up to 2000 ° C based on the proposed design of gas system shut-off equipment.

Технический результат предлагаемого изобретения, заключающийся в:The technical result of the invention, which consists in:

- создании эффективной газовой системы с повышенным до 500 МПа рабочим давлением;- creating an effective gas system with increased working pressure up to 500 MPa;

- уменьшении времени создания заданного давления в контейнере и откачивания газа из него в конце рабочего цикла;- reducing the time of creating a given pressure in the container and pumping gas out of it at the end of the working cycle;

- существенном снижении ее металлоемкости и стоимости;- a significant reduction in its metal consumption and cost;

- повышении производительности газостата и снижении стоимости выпускаемой продукции;- increasing the productivity of the gas bath and reducing the cost of products;

достигается тем, что газовая система газостата оснащена газовым трубопроводом и компактной запорной аппаратурой с увеличенным условным проходом, выполненной в виде клапана с цилиндром разгрузки, установленном внутри пружины, рассчитанной только на преодоление усилия трения иглы в блоке ее уплотнений и поршня сервопривода в его цилиндре, при этом клапан оснащен дифференциальной системой его закрытия, головка иглы и шток цилиндра разгрузки выполнены с диаметром, большим диаметра условного прохода, а стержень иглы - с диаметром, меньшим диаметра условного прохода.is achieved by the fact that the gas system of the gas thermostat is equipped with a gas pipeline and compact locking equipment with increased nominal bore, made in the form of a valve with an unloading cylinder installed inside the spring, designed only to overcome the friction force of the needle in the block of its seals and the servo piston in its cylinder, this valve is equipped with a differential system for closing it, the needle head and the cylinder of the discharge cylinder are made with a diameter larger than the nominal diameter, and the needle shaft with a diameter less than diameter of conditional pass.

Конструкция предлагаемого газостата представлена на фигурах 1…3, где:The design of the proposed gas thermostat is presented in figures 1 ... 3, where:

- на фиг.1 показан газостат с фрагментом газовой системы;- figure 1 shows a gas thermostat with a fragment of the gas system;

- на фиг.2 изображен нормально-закрытый клапан с газовым цилиндром разгрузки, увеличенным условным проходом и дифференциальной системой его закрытия;- figure 2 shows a normally closed valve with a gas unloading cylinder, an enlarged conditional passage and a differential closing system;

- на фиг.3 приведена запорная часть клапана в закрытом положении, сечение А-А по фиг.2.- figure 3 shows the locking part of the valve in the closed position, section AA in figure 2.

Ниже приведен расчет параметров клапана с диаметром условного прохода 15 мм.Below is a calculation of valve parameters with a nominal diameter of 15 mm.

Газостат содержит силовую станину 1, скрепленную бандажом высокопрочной ленты 2, контейнер 3, закрытый по торцам верхней 4 и нижней 5 пробками, нормально-закрытые клапаны 6, 7, 8 и 9, газовый компрессор 10 и баллонную станцию 11.The gas thermostat 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, normally-closed valves 6, 7, 8 and 9, a gas compressor 10 and a balloon station 11.

Для управления потоками рабочей среды при выполнении технологических операций рабочего цикла клапаны 6, 7, 8 и 9 соединены между собой и с другими компонентами газовой системы трубопроводом 12, при этом газовый ввод 13 в контейнер 3 выполнен в верхней пробке 4. Клапан (фиг.2) содержит корпус 14, в котором расточки надклапанной 15 и подклапанной 16 полостей образуют острую кромку 17 седла, на которую в закрытом состоянии клапана опирается игла 18. Гидравлический или пневматический сервопривод 19 соединен с корпусом 14 шпильками 20. Сервопривод состоит из гильзы 21, поршня 22, верхней 23 и нижней 24 крышек, закрепленных внутри гильзы с помощью пружинных колец 25. Клапан открывается при подаче пневмо- или гидросреды управления под поршень 22. На верхней крышке установлен стакан 26, внутри которого располагается прижимная пружина 27. Усилие воздействия пружины на иглу 18, передаваемое поршнем 22 через шток 28, регулируется винтами 29. Газовый цилиндр разгрузки 30 установлен внутри пружины с помощью быстроразъемного байонетного соединения 31 со стаканом 26. Шток цилиндра разгрузки 32 нижним концом опирается на шток 28 поршня 22. Запорная часть иглы выполнена в виде головки 33, диаметр которой Ф1 больше диаметра условного прохода Ф2, а диаметра ФЗ стержня иглы 34 меньше условного прохода Ф2. В свою очередь диаметр Ф4 штока цилиндра разгрузки больше диаметра условного прохода клапана Ф2. Идея предлагаемого изобретения сводится к использованию рабочего давления газовой системы для закрытия клапана и создания необходимых контактных напряжений в паре «игла - седло», величина которых для обеспечения его внутренней герметичности должна быть не менее максимального рабочего давления р данной машины. Пружина сервопривода небольшой жесткости и габаритов и используется в данном случае только для преодоления усилия трения иглы и поршня сервопривода в системе своих уплотнений и удержания иглы, прижатой к кромке седла в случае отсутствия давления в обеих полостях клапана. Величина усилия трения составляет менее 10% от осевой нагрузки рабочего давления на иглу клапана. Следует отметить, что при подаче давления в любую из полостей клапана игла автоматически прижимается к седлу усилием, возрастающим с ростом давления в газовой системе машины.To control the flow of the working medium during the execution of technological operations of the working cycle, the valves 6, 7, 8 and 9 are interconnected and with other components of the gas system by a pipe 12, while the gas inlet 13 into the container 3 is made in the upper tube 4. Valve (figure 2 ) contains a housing 14, in which the bores of the valve 15 and the valve 16 cavities form a sharp edge 17 of the seat, on which the needle 18 rests in the closed state of the valve. A hydraulic or pneumatic servo drive 19 is connected to the body 14 by pins 20. The servo drive consists of sleeve 21, piston 22, upper 23 and lower 24 covers fixed inside the sleeve using spring rings 25. The valve opens when the pneumatic or hydraulic control environment is supplied under the piston 22. A cup 26 is installed on the top cover, inside of which there is a compression spring 27. Force the impact of the spring on the needle 18, transmitted by the piston 22 through the rod 28, is regulated by screws 29. The gas unloading cylinder 30 is installed inside the spring using a quick-release bayonet connection 31 with the nozzle 26. The lower end of the unloading cylinder 32 is supported by the rod 28 of the piston 22. The locking part of the needle is made in the form of a head 33, the diameter of which F1 is greater than the diameter of the conditional passage Ф2, and the diameter of the ФЗ of the rod of the needle 34 is less than the conditional passage of Ф2. In turn, the diameter Ф4 of the rod of the discharge cylinder is larger than the diameter of the nominal passage of the valve Ф2. The idea of the invention is to use the working pressure of the gas system to close the valve and create the necessary contact stresses in the “needle-seat” pair, the value of which must be at least the maximum working pressure p of this machine to ensure its internal tightness. The servo spring of small stiffness and dimensions is used in this case only to overcome the friction forces of the needle and piston of the servo in the system of its seals and hold the needle pressed to the edge of the seat in the absence of pressure in both valve cavities. The magnitude of the friction force is less than 10% of the axial load of the working pressure on the valve needle. It should be noted that when pressure is applied to any of the valve cavities, the needle is automatically pressed to the seat by a force that increases with increasing pressure in the gas system of the machine.

В зависимости от расположения конкретного клапана в газовой системе машины возможны три случая его нагружения в закрытом состоянии: первый - когда давление только в надклапанной полости; во втором - давление в подклапанной полости и третий - когда давлением нагружены обе полости.Depending on the location of a particular valve in the gas system of the machine, three cases of its loading in the closed state are possible: the first is when the pressure is only in the supravalve cavity; in the second - pressure in the subvalvular cavity and the third - when both cavities are loaded with pressure.

В первом случае рабочее давление р действует сверху на кольцевую площадку головки иглы 33, образованную ее диаметром Ф1 и диаметром стержня иглы Ф3, создавая усилие прижима F1. Снизу на головку действует усилие F2 на площадке между диаметрами Ф1 и Ф2. Разность указанных усилий должна обеспечить создание на кромке 17 контактных напряжений, величина которых равна или более величины рабочего давления σ_к≥р. Силовая схема взаимодействия запорных элементов клапана в первом случае описывается формулойIn the first case, the working pressure p acts on top of the annular area of the needle head 33, formed by its diameter F1 and the diameter of the needle shaft F3, creating a clamping force F1. From below the force F2 acts on the head between the diameters F1 and F2. The difference of these efforts should ensure the creation on the edge of 17 contact stresses, the value of which is equal to or more than the value of the working pressure σ _to ≥р. The power circuit of the interaction of the locking elements of the valve in the first case is described by the formula

где S_k - кольцевая площадь контакта иглы и седла.where S _k is the annular contact area of the needle and saddle.

Подставив в формулу значения диаметров Ф1, Ф2 и площади кромки Sk, являющиеся конструктивными величинами, определяется необходимый диаметр стержня иглы Ф3.Substituting into the formula the values of the diameters Ф1, Ф2 and the edge area Sk, which are structural values, the necessary diameter of the needle shaft Ф3 is determined.

Во втором случае (давление в подклапанной полости, соединенной с цилиндром разгрузки) силовая схема взаимодействия элементов определяется выражениемIn the second case (pressure in the subvalvular cavity connected to the unloading cylinder), the force circuit of the interaction of elements is determined by the expression

где F3 - усилие прижима иглы, создаваемое воздействием рабочей среды на шток цилиндра разгрузки диаметром Ф4;where F3 is the pressure force of the needle created by the action of the working medium on the rod of the unloading cylinder with a diameter of Ф4;

F4 - усилие, действующее на иглу в подклапанной полости по площади диаметра Ф2.F4 is the force acting on the needle in the subvalvular cavity over the area of diameter F2.

Из представленной зависимости определяется диаметр штока цилиндра разгрузки, обеспечивающий заданные контактные напряжения на рабочей кромке седла клапана.From the presented dependence, the diameter of the cylinder of the unloading cylinder is determined, which provides specified contact stresses on the working edge of the valve seat.

В качестве примера числового расчета параметров обоих случаев нагружения клапана можно взять расчет параметров нормально-закрытого газового клапана с диаметром условного прохода Ф2=15 мм, рабочим давлением 200 МПа (20 кг/мм²). Из конструктивных соображений принимаем диаметр головки иглы Ф1=18 мм, а ширину кромки контакта седла с иглой, равной 0,5 мм, при этом площадь контакта между ними составляет S_k=24 мм².As an example of a numerical calculation of the parameters of both cases of valve loading, we can take the calculation of the parameters of a normally-closed gas valve with a nominal diameter of Ф2 = 15 mm and a working pressure of 200 MPa (20 kg / mm ² ). For design reasons, we take the diameter of the needle head F1 = 18 mm, and the width of the edge of the contact between the saddle and the needle is 0.5 mm, and the contact area between them is S _k = 24 mm ² .

Расчет сводится к определению диаметров стержня иглы и штока газового цилиндра разгрузки, обеспечивающих на кромке седла клапана контактные напряжения, равные величине максимального рабочего давления σ_к=р=20 кг/мм² за счет использования дифференциальной системы закрытия клапана.The calculation reduces to determining the diameters of the needle rod and the rod of the gas discharge cylinder, providing contact stresses on the edge of the valve seat equal to the maximum working pressure σ _k = p = 20 kg / mm ² by using a differential valve closing system.

В первом случае уравнение (1) примет видIn the first case, equation (1) takes the form

После преобразования уравнения и подстановки числовых данных получим Ф3=13,8 мм. Принимаем диаметр стержня иглы Ф3=14 мм.After transforming the equation and substituting numerical data, we obtain Ф3 = 13.8 mm. We accept the diameter of the needle shaft F3 = 14 mm.

Во втором случае уравнение (2) примет видIn the second case, equation (2) takes the form

После преобразования выражения и подстановки числовых данных получим Ф4=15,9 мм. Принимаем диаметр штока газового цилиндра разгрузки Ф4=16 мм.After transforming the expression and substituting numerical data, we obtain Ф4 = 15.9 mm. We accept the diameter of the rod of the gas cylinder of the discharge Ф4 = 16 mm.

Если при проектировании клапана выполняются условия двух рассмотренных случаев нагружения, то в третьем - контактные напряжения на кромке седла суммируются, обеспечивая надежную внутреннюю герметичность клапана.If during the design of the valve the conditions of the two considered cases of loading are fulfilled, then in the third - the contact stresses on the edge of the seat are summed up, providing reliable internal tightness of the valve.

Газостат работает следующим образом. В исходном положении силовая станина 1 сдвинута с оси контейнера 3. На нижнюю пробку 5, находящуюся вне контейнера, устанавливают заготовку и вводят ее в рабочее пространство камеры газостата. Силовая станина устанавливается на оси контейнера. В сервопривод клапана 8 подается давление управления, клапан открывается, и газ самотеком поступает из баллонов 11 в контейнер. После выравнивания в них давления клапан 8 закрывается. Затем открываются клапаны 7 и 9 и с помощью компрессора 10 давление в контейнере поднимается до заданной величины. Далее компрессор останавливается, а клапаны 7 и 9 закрываются. Включается система нагрева, разогревая заготовку до необходимой температуры. При заданных давлении и температуре заготовка выдерживается в течение необходимого времени. Затем рабочее пространство камеры с заготовкой охлаждается. Открывается клапан 8 и газ самотеком перетекает из контейнера 3 в баллоны 11. Оставшийся газ через открытый клапан 6 выпускают из контейнера в баллонную станцию низкого давления или в атмосферу. После снижения давления в контейнере до величины атмосферного силовая станина 1 сдвигается с оси контейнера, освобождая нижнюю пробку 5, которая вместе с обработанным изделием извлекается из него, а цикл повторяется. Во время выдержки заготовки клапаны работают в различных режимах нагружения: так в клапанах 6 и 7 давлением нагружены подклапанные полости, а в клапане 8 - надклапанная.The thermostat operates as follows. In the initial position, the power frame 1 is shifted from the axis of the container 3. On the lower tube 5, located outside the container, the workpiece is installed and introduced into the working space of the gas thermostat chamber. The power bed is mounted on the axis of the container. The control pressure is supplied to the valve actuator 8, the valve opens, and gas flows by gravity from the cylinders 11 into the container. After equalizing the pressure in them, the valve 8 closes. Then, valves 7 and 9 open and, with the help of compressor 10, the pressure in the container rises to a predetermined value. Next, the compressor stops, and valves 7 and 9 are closed. The heating system is turned on, warming up the workpiece to the required temperature. At a given pressure and temperature, the workpiece is aged for the required time. Then the working space of the chamber with the workpiece is cooled. Valve 8 opens and gas flows by gravity from container 3 into cylinders 11. The remaining gas is discharged through open valve 6 from the container into a low-pressure balloon station or into the atmosphere. After reducing the pressure in the container to atmospheric, the power bed 1 moves from the axis of the container, releasing the lower plug 5, which, together with the processed product, is removed from it, and the cycle repeats. During billet aging, the valves operate in different loading modes: in valves 6 and 7, subvalve cavities are loaded with pressure, and in valve 8, supravalve cavities.

Таким образом, оснащение газостата нормально-закрытыми клапанами с увеличенным условным проходом, в конструкции дифференциальной системы закрытия которых давление газовой системы использовано для управления их работой, позволяет:Thus, equipping the gas bath with normally-closed valves with increased nominal bore, in the design of the differential closing system of which the pressure of the gas system is used to control their operation, allows:

- создать надежный и высокопроизводительный газостат;- create a reliable and high-performance gas thermostat;

- уменьшить время выполнения операций рабочего цикла, связанных с перемещением рабочей среды по газовому трубопроводу и через запорную аппаратуру с повышенной пропускной способностью;- reduce the execution time of the operations of the work cycle associated with the movement of the working medium through the gas pipeline and through the locking equipment with increased throughput;

- сократить общее время рабочего цикла, повысить производительность газостата и снизить стоимость выпускаемой продукции.- reduce the total time of the working cycle, increase the productivity of the gas bath and reduce the cost of products.

Claims

A gas thermostat containing a power bed and a container with an upper stopper and a lower stopper forming its working chamber, connected by a gas pipeline to shut-off valves of the gas system, equipped with needles interacting with the sockets, and gas discharge cylinders, characterized in that the valves have a differential closing system by performing a stepped needle with a rod diameter less, and the diameter of the head and the diameter of the rod of the gas discharge cylinder larger than the working diameter of the valve.