Вакуумная установка для процесса вакуумной инфузии

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к устройствам для изготовления деталей из композиционных материалов методом вакуумной инфузии. Полезная модель может быть использована при создании оборудования для вакуумной инфузии, в частности генераторов вакуума и дегазаторов, вакуумных ловушек.
В настоящее время известны устройства для изготовления деталей из композиционных материалов методом переноса смолы посредством перепадов давления.
Например, в известном техническом решении (см. патент RU2579380 от 28.05.2014, МПК B29C 45/02, B29C 43/56, B29C 70/44, B29C 70/36, B29L 9/00) описывается вакуумная установка, включающая вакуумную ловушку, генератор вакуума в виде вакуумного насоса и трубку, соединяющую вакуумную ловушку и генератор вакуума. Известное техническое решение позволяет производить композитные изделия методом вакуумной инфузии. Недостатками известного технического решения является повышенная себестоимость установки из-за наличия в ней вакуумного насоса, а так же вероятность попадания воздуха в вакуумную установку после отключения вакуумного насоса.
Известна вакуумная установка (см. патент WO2007054268 (A1) от 18.05.2007, МПК B29C70/48; B29C33/00), включающая вакуумную ловушку, генератор вакуума в виде вакуумного насоса, причем вакуумная ловушка объединена в одном корпусе с литьевой формой. Техническое решение по патенту WO2007054268 (A1) позволяет добиться некоторого снижения себестоимости за счёт исключения элементов одноразового использования, например шлангов и снижения расхода смолы. Недостатками являются невозможность полноценного контроля над процессом инфузии, что приводит к ухудшению качества изготавливаемого изделия, повышенная материалоёмкость при изготовлении литьевой формы, отсутствие запорного устройства между вакуумной ловушкой и генератором вакуума, а так же повышенная себестоимость установки за счёт наличия в ней вакуумного насоса.
В современном оборудовании для переноса смолы за счет перепада давлением методом вакуумной инфузии (в установках вакуумной инфузии), самым дорогим элементом является вакуумный насос. Стоимость используемых в настоящее время механических (пластинчатых, спиральных, мембранных) вакуумных насосов с электроприводом составляет 70 - 90% стоимости установки вакуумной инфузии.
Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению, который принят в настоящей заявке за прототип, является известная установка вакуумной инфузии, содержащая вакуумную ловушку и соединенный с ней генератор вакуума в виде вакуумного эжектора на основе эффекта Вентури (см. заявку №2018141458 от 26.11.2018, МПК B29C70/28, B29C70/36, B29C70/44, B29C39/24). В известном устройстве себестоимость установки вакуумной инфузии существенно снижена за счет применения совместно с вакуумной ловушкой генератора вакуума в виде вакуумного эжектора на основе эффекта Вентури, вместо механических вакуумных насосов. Однако, значительная часть смол, используемых при изготовлении деталей из композиционных материалов методом вакуумной инфузии, требует дегазации перед началом процесса инфузии и так же может требовать отсутствия контакта с атмосферным воздухом во время процесса. Как правило, эти требования выполняются за счет применения дегазатора, оснащенного генератором вакуума, которым дополнительно комплектуется установка вакуумной инфузии. Известное устройство не содержит такого дегазатора, что существенно ограничивает диапазон доступных для применения смол, или приводит к существенному удорожанию установки из-за необходимости использовать отдельный дегазатор со своим генератором вакуума. Возможен вариант использования известной установки, при котором вакуумная ловушка используется вначале в качестве дегазатора, а после в качестве вакуумной ловушки, однако такой вариант крайне неудобен, в связи с тем, что смолы имеют ограниченное время жизни, а подключение вакуумной ловушки к оснастке занимает значительное время, так же такой вариант отличается повышенной вероятностью ошибок при подключении вакуумной ловушки, из-за ограниченного времени, и, как следствие, повышенной вероятностью нарушения технологического процесса и получения бракованной детали.
Задачами, решаемыми предлагаемой полезной моделью, являются: упрощение конструкции, снижение себестоимости, повышение удобства эксплуатации и обслуживания установки с сохранением высокого качества процесса инфузии.
Технический результат в предлагаемой полезной модели достигается путем создания вакуумной установки для процесса вакуумной инфузии, содержащей вакуумную ловушку, вакуумный дегазатор, и соединенный с ними посредствам газовых каналов генератор вакуума в виде вакуумного эжектора на основе эффекта Вентури.
3
Объединение в одной установке вакуумного дегазатора и вакуумной ловушки и использование одного вакуумного эжектора в качестве генератора вакуума, как для вакуумного дегазатора, так и для вакуумной ловушки, позволяет удешевить установку, за счет исключения дополнительного генератора вакуума, упростить ее конструкцию и повысить удобство эксплуатации. В то же время вакуумный эжектор не имеет подвижных деталей, не требует обслуживания и смазки, что упрощает конструкцию установки и повышает удобство ее эксплуатации и обслуживания, при этом компактные вакуумные эжекторы способны обеспечить глубину вакуума до 95% и производительность по вакууму до 20 м/час, что позволяет использовать их в качестве генераторов вакуума для целого ряда установок без снижения качества процесса инфузии.
Исполнение установки, вакуумная ловушка, вакуумный дегазатор и вакуумный эжектор которой выполнены в едином корпусе, позволить максимально сократить количество трубопроводов и запорной арматуры (газовых каналов), а так же выполнить установку максимально компактной и легкой, что удешевит конструкцию установки и упростит ее эксплуатацию и обслуживание.
Исполнение установки, в которой в соединении между вакуумной ловушкой и вакуумным эжектором и вакуумным эжектором и вакуумным дегазатором установлены обратные клапаны, позволит автоматизировать процесс отключения генератора вакуума, что повысит удобство эксплуатации и обслуживания установки.
Исполнение установки, в которой, в соединении, между вакуумной ловушкой и вакуумным эжектором и вакуумным эжектором и вакуумным дегазатором установлены запорные вентили, позволит независимо регулировать давление в вакуумном дегазаторе и вакуумной ловушке, что повысит удобство эксплуатации установки.
Исполнение установки, в которой, оси вакуумной ловушки, вакуумного дегазатора и генератора вакуума параллельны, позволит выполнить конструкцию установки максимально технологичной, для любых методов производства, что позволить снизить себестоимость установки.
Сущность предлагаемой полезной модели поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где:
Фиг.1 - Вакуумная установка, для процесса вакуумной инфузии.
Вакуумная установка, для процесса вакуумной инфузии (Фиг.1), состоит из вакуумной ловушки (1), вакуумного дегазатора (2), и соединенного с ними посредствам газовых каналов (3) генератора вакуума (4) в виде вакуумного эжектора на основе эффекта Вентури.
Вакуумная установка, для процесса вакуумной инфузии может быть выполнена так, что в газовом канале, соединяющем вакуумную ловушку и вакуумный эжектор и вакуумный эжектор и вакуумный дегазатор установлены обратные клапаны (5), и в газовом канале, соединяющем вакуумную ловушку и вакуумный эжектор и вакуумный эжектор и вакуумный дегазатор установлены запорные вентили (6).
Вакуумная установка, для процесса вакуумной инфузии (Фиг.1) может быть выполненная так, что оси вакуумной ловушки (7), вакуумного дегазатора (8) и генератора вакуума (9) параллельны.
На фиг.1 показан вариант исполнения вакуумной установки, в котором вакуумная ловушка, вакуумный дегазатор и вакуумный эжектор выполнены в едином корпусе.
Вакуумная установка, для процесса вакуумной инфузии (фиг.1) работает следующим образом:
Емкость с предварительно смешанной смолой помещают в вакуумный дегазатор (2), с помощью генератора вакуума (4) с подключенным источником рабочего тела, например компрессором, подающим сжатый воздух, создают в дегазаторе необходимое давление. В случае если вакуумная установка оснащена запорным вентилем (6), вакуумная ловушка (1) может быть отключена от генератора вакуума (4) во время процесса дегазации. В случае если вакуумная установка оснащена обратным клапаном (5), генератор вакуума (4) может быть выключен после достижения необходимого давления в дегазаторе (2). После завершения процесса дегазации выключают генератор вакуума (5), и выравнивают давление в вакуумном дегазаторе (2) с атмосферным, после с помощью трубок для подачи смолы подключают вакуумный дегазатор (2) и емкость со смолой к оснастке с размещенной в ней заготовкой. Так же к оснастке подключают вакуумную ловушку (1). Далее выполняется непосредственно изготовление детали методом вакуумной инфузии, с помощью генератора вакуума (4) создается необходимое давление в вакуумной ловушке (1), за счет разницы давлений в дегазаторе (2) и вакуумной ловушке (1) выполняется пропитка детали смолой, после деталь выдерживается до отверждения смолы и установка отключается от оснастки с деталью и прочего оборудования. Работа генератора вакуума (4), его подключение и регулировка, а так же девакууммизация вакуумной ловушки (1) аналогична процессу дегазации.
Разница давлений в вакуумной ловушке (1) и вакуумном дегазаторе (2) при использовании одного генератора вакуума может быть обеспечена с помощью частичного открытия  устройства для девакууммизации на вакуумном дегазаторе или, в случае, если вакуумная установка оснащена запорным вентилем (6), за счет частичного или полного перекрытия запорного вентиля (6) в газовом канале (3) соединяющем вакуумный дегазатор (2) с генератором вакуума (4).
Таким образом, в заявленном устройстве, за счет объединения в одной установке вакуумного дегазатора и вакуумной ловушки и использования одного вакуумного эжектора в качестве генератора вакуума, как для вакуумного дегазатора, так и для вакуумной ловушки, достигается существенное удешевление установки, за счет исключения дополнительного генератора вакуума, упрощение конструкции и повышение удобства эксплуатации, отсутствует необходимость в дорогостоящем и ненадежном механическом вакуумном насосе, при этом полностью сохранен общепринятый технологический процесс вакуумной инфузии, позволяющий получать детали с высоким качеством и повторяемостью, что обеспечивает упрощение конструкции, снижение себестоимости, повышение удобства эксплуатации и обслуживания установки, с сохранением высокого качества процесса инфузии.
Работоспособность предлагаемой вакуумной установки, для процесса вакуумной инфузии подтверждена испытанием опытного образца. При испытаниях в качестве компонентов создаваемой детали, использовались стеклоткань и полиэфирные смолы, а также компрессор, который подавал в установку сжатый воздух давлением 7 атм. для создания вакуума.