КОМПЛЕКС УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ОЧИСТКИ

Область техники
Полезная модель относится к области ультразвуковой очистки изделий сложного профиля с мелкими отверстиями в растворах технических моющих средств (ТМС) от жировых и механических загрязнений и может найти применение в различных отраслях промышленности, где требуется высокое качество очистки, например, для финишной очистки деталей точной механики.
Уровень техники
Известно устройство для ультразвуковой очистки авиационных фильтроэлементов и фильтропакетов, содержащее ультразвуковой генератор, ванну с моющим раствором и блоком возвратно-поступательного перемещения промываемых изделий и блок подготовки моющего раствора. Последний содержит бак, блок фильтров и насос подачи моющего раствора в ванну, в стенки которой встроен кольцевой магнитострикционный преобразователь (А.В.Донской, O.K.Келлер, Г.С.Кратыш. Ультразвуковые электротехнологические установки. Ленинград, Энергоиздат, 1982 г., стр.148-149). За счет установки в ванне избыточного давления при перемещении промываемых изделий происходит прямая прокачка через них моющего раствора. Недостатком данного устройства является недостаточное качество очистки, так как кавитационные течения в моющем растворе, возникающие под воздействием акустического излучения, имеют недостаточный уровень из-за преобразования электрической энергии в акустическую на одной частоте (один ультразвуковой генератор и один магнитострикционный преобразователь). Магнитострикционный преобразователь отличается низким коэффициентом полезного действия. Создание прямой прокачки моющего раствора при избыточном давлении в ванне достигается за счет сложных конструктивных решений, при этом такая прокачка не отличается высокой эффективностью. Применение только одной ванны с моющим раствором приводит к наличию на промываемых изделиях остатков моющего раствора, что требует дополнительной отмывки в других устройствах.
Наиболее близким по конструкции и технической сущности к предлагаемому комплексу является устройство (комплекс) пьезоэлектрическое для ультразвуковой очистки по заявке 2007112661/22, МПК ВO8В 3/12. Известный комплекс предназначен для ультразвуковой очистки деталей и изделий, в том числе сложного профиля, от технологических и эксплуатационных загрязнений в водных растворах технических моющих средств. Комплекс содержит ультразвуковую ванну очистки с моющим раствором и датчиками уровня и температуры моющего раствора, в качестве которого используют раствор технического моющего средства. Ванна оборудована блоком подготовки моющего раствора, содержащим бак с нагревателями, датчиками контроля уровня и температуры и входным фильтром, и узел рециркуляции моющего раствора, соединенный с баком через фильтр и включающий насос и обратный клапан. В ванне с моющим раствором имеются узел перелива в виде открытого кармана и узел слива на основе вентиля и системы трубопроводов. Узел перелива и узел слива ванны соединены через входной фильтр с баком. При высоких требованиях к качеству очистки комплекс может содержать еще одну ультразвуковую ванну очистки с блоком подготовки моющего раствора, но с другим количеством ультразвуковых генераторов. Для отмывки очищаемых изделий от моющего раствора комплекс содержит ультразвуковую ванну промывки, аналогичную ультразвуковой ванне очистки, но с моющим раствором другого типа, чаще всего горячей проточной водопроводной водой. Ультразвуковые преобразователи во всех ультразвуковых ваннах размещены на дне ванн. Для удаления остатков солей моющего раствора с поверхности очищенных изделий в комплексе имеется ванна ополаскивания с блоком подготовки раствора ополаскивания. Построение ванны ополаскивания и блока подготовки раствора ополаскивания идентично ванне очистки с моющим раствором и блоку подготовки моющего раствора, за исключением отсутствия ультразвуковых генераторов в ванне и входного фильтра в блоке подготовки раствора ополаскивания. Комплекс содержит также блок сушки, состоящий из камеры сушки с датчиком контроля температуры, вход которой имеет отверстия, создающие направленные струи воздуха сушки подобно струйному коллектору, нагревателя, вентилятора, воздушного фильтра, выполняющего функцию узла подготовки воздуха сушки, воздуховода и регулируемого воздухозабора, оснащенного
шибером. Для размещения очищаемых изделий в комплексе используются корзины или специальные держатели изделий.
Данный комплекс не обеспечит качественную финишную очистку изделий сложной конфигурации с мелкими отверстиями по следующим причинам:
- из-за недостаточных кавитации моющего раствора и акустических макро- и микротечений в нем для очистки тонких сквозных отверстий вследствие расположения ультразвуковых преобразователей только на дне ванн;
- из-за неориентируемого расположения обрабатываемых изделий, точнее отверстий изделий относительно направления воздействия технологической среды (ультразвуковых волн, воздуха сушки);
- недостаточной очистки (подготовки) моющих растворов и воздуха сушки.
Сущность полезной модели
Задачей, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, является обеспечение качественной финишной очистки изделий сложной конфигурации с мелкими отверстиями.
Техническим результатом, получаемым при осуществлении полезной модели, является повышение эффективности удаления загрязнений за счет увеличения кавитации моющего раствора и акустических макро- и микротечений в нем созданием оптимальных режимов работы ультразвуковых преобразователей, применения ориентируемых подачи технологических сред и расположения обрабатываемых изделий, качественной подготовки технологических сред.
Поставленная цель достигается тем, что в известном комплексе ультразвуковой очистки, содержащем две ультразвуковые ванны очистки в растворе технических моющих средств, ультразвуковую ванну промывки от раствора технических моющих средств, ванну ополаскивания и блок сушки, где каждая из ванн снабжена держателем изделий, ванны очистки и ополаскивания имеют блок подготовки соответствующего моющего раствора, содержащий бак с нагревателем и датчиками контроля уровня и температуры моющего раствора и узел рециркуляции моющего раствора, соединенный с баком через фильтр и включающий насос и обратный клапан, ультразвуковые пьезокерамические преобразователи ванн очистки и промывки расположены на дне ванн, а блок сушки содержит камеру сушки, нагреватель
с датчиком температуры нагретого воздуха, струйный коллектор и узел подготовки воздуха сушки в виде воздушного фильтра, новым является оснащение ванны промывки блоком подготовки моющего раствора, аналогичным блоку подготовки моющего раствора ванн очистки, введение в блок подготовки моющего раствора каждой ванны фильтра тонкой очистки, расположенного перед входом в ванну, выполнение держателя изделий в виде кассеты с ячейками для ориентируемого размещения изделий, размещение ультразвуковых преобразователей дополнительно на стенках ванн очистки и промывки, введение в ванну ополаскивания устройства перемещения кассеты в виде механизма «качания», использование в качестве воздуха сушки сжатого воздуха и оснащение блока сушки двумя кассетами с ячейками для ориентируемого размещения изделий, фильтром тонкой очистки сжатого воздуха, размещенным перед струйным коллектором, и введение в узел подготовки сжатого воздуха регулятора давления сжатого воздуха и влагоотделителя.
Комплекс обеспечивает следующие операции очистки изделий:
двукратную ультразвуковую очистку раствором ТМС (с использованием дистиллированной воды);
ультразвуковую промывку дистиллированной водой;
ополаскивание дистиллированной водой с «качанием» изделий;
сушку нагретым сжатым воздухом;
нагрев и автоматическое поддержание заданной температуры моющих растворов в баках;
нагрев и автоматическое поддержание заданной температуры воздуха сушки.
Перечень чертежей
На фиг.1 приведен пример построения ультразвуковых ванн очистки, ультразвуковой ванны промывки и ванны ополаскивания, объединенных в устройство очистки.
На фиг.2 приведен пример построения блока сушки.
Возможность осуществления полезной модели
Комплекс, как показано на чертежах, состоит из четырех ванн: 2-х ультразвуковых ванн очистки 1 и 2, ультразвуковой ванны промывки 3, ванны ополаскивания 4 и блока сушки 5. Все ванны 1-4 и блок сушки 5 могут быть выполнены в
едином каркасе или объединены в различные устройства. В приводимом примере ванны 1-4 объединены в устройство очистки 6, а блок сушки выполнен отдельным устройством. Комплекс содержит также устройство управления (на чертеже не показано).
Каждая из ванн 1-4 устройства очистки 6 имеет направляющие (на чертеже не показаны), для установки кассет 7, выполненных с ячейками для ориентируемого размещения очищаемых изделий 8 (см. фиг.1). Все ванны 1-4 имеют съемные крышки 9 и заполнены соответствующим моющим раствором. Каждая ультразвуковая ванна 1, 2 и 3 содержит по 16 ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей 10, расположенных на дне и боковых стенках ванн. Ванна ополаскивания 4 снабжена устройством качания кассет 7, выполненным в виде кривошипношатунного механизма 11 и мотор-редуктора «качания» 12.
Все ванны 1-4 содержат блок подготовки соответствующего моющего раствора, состоящий из бака 13 с нагревателем 14, датчиками контроля уровня 15, контролирующими верхний (залива) и нижний (аварийный) уровни моющего раствора, и датчиком температуры 16 для регулирования и контроля рабочей температуры моющего раствора. Блок подготовки моющего раствора содержит также фильтр 17 грубой очистки моющего раствора, соединенный с узлом рециркуляции, содержащим насос 18 и обратный клапан 19 и подключенным к соответствующей ванне через фильтр тонкой очистки 20, выполненный со степенью фильтрации от 1 до 5 мкм.
Все ванны 1-4 имеют систему перелива 21, обеспечивающую безаварийную работу режима рециркуляции моющего раствора, и систему слива 22 последнего в бак 13. Бак 13 имеет системы подачи соответствующего моющего раствора из соответствующих магистралей и слива отработанного моющего раствора в канализацию или систему нейтрализации (на чертеже не показаны).
Устройство очистки 6 построено на каркасе 23, который закрыт спереди и с боков дверцами и съемными обшивками и является основной несущей нагрузку конструкцией. Каркас установлен на опоры, регулируемые по высоте (на чертеже не показаны). Все узлы устройства очистки 6, кроме каркаса 23, выполнены из нержавеющей стали.
Блок сушки 5 содержит камеру сушки 24 с двумя кассетами 7 для ориентируемого размещения изделий 8, датчик температуры 25, нагреватель 26, соединенный с магистралью сжатого воздуха 27 через узел подготовки сжатого воздуха 28, содержащий регулятор давления сжатого воздуха 29, влагоотделитель 30 и воздушный фильтр 31, обеспечивающий грубую очистку сжатого воздуха. Устройство сушки 5 содержит также фильтр тонкой очистки 32, установленный после нагревателя 26 и соединенный со струйным коллектором 33, расположенным в камере сушки 24. Камера сушки 24 закрыта крышкой 34.
Все узлы блока сушки 5 установлены в каркасе 35, который закрыт съемными обшивками и установлен на опоры, регулируемые по высоте. Справа на каркасе 35 установлен пульт управления устройства сушки (на чертеже не показаны).
В качестве моющих растворов используются: в ваннах очистки 1 и 2 - водные растворы технических моющих средств, таких, например, как «Вертолин-74», «Синвал» или «Импульс», подготовленные с использованием дистиллированной воды; в ваннах промывки 3 и ополаскивания 4 - дистиллированная вода.
Порядок работы на комплексе следующий.
В качестве примера рассмотрим очистку корпусных цилиндрических деталей (⌀56 мм, Н=22,3 мм) со сложным внутренним профилем с одной стороны и сквозными отверстиями ⌀0,5 мм.
Обрабатываемые детали 8 размещают в ячейки кассет 7 срезом диаметра вниз, плоской поверхностью внутрь кассеты и устанавливают кассеты 7 в направляющие ванны очистки 1. Раствор ТМС, подготовленный на основе дистиллированной воды, нагревают в баке 13 и насосом 18 через фильтры грубой очистки 17 и тонкой очистки 20 подают в ванну 1 в режиме рециркуляции. Ванну 1 с очищаемыми изделиями закрывают крышкой 9 и включают ультразвук. При этом излучающие накладки ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей 10 создают за счет распространения акустических колебаний эффект кавитации в моющем растворе. Размещением ультразвуковых пьезоэлектрических преобразователей 10 на дне и стенках ванны 1 создается направленная кавитация моющего раствора, которая действует как в направлении сложного внутреннего профиля изделия, так и в направлении его мелких сквозных отверстий и обеспечивает очистку изделий со всех сторон, повышая тем самым эффективность очистки.
По окончании установленного времени очистки ультразвук отключается, открывают крышку 9, вынимают кассету 7 с изделиями 8 и выдерживают ее над ванной 1 для отекания раствора ТМС. При необходимости удаления масляной пленки с поверхности раствора в ванне 1 перед извлечением кассеты 7 дают отстояться раствору ТМС и включают насос рециркуляции 18, который удаляет загрязнения. Далее кассету 7 с изделиями 8 устанавливают в ультразвуковую ванну очистки 2 и повторяют процесс очистки. Таким образом происходит двукратная очистка изделий 8 в растворе ТМС.
Аналогично процессу очистки проводят процесс промывки изделий 8 в ванне промывки 3. Отличие заключается в том, что в качестве моющего раствора используется дистиллированная вода. Таким образом происходит промывка изделий 8 от раствора ТМС.
Ополаскивание изделий 8 в ванне 4 производят в дистиллированной воде без использования ультразвука. Кассетам 7 с изделиями 8 в ванне ополаскивания 4 посредством кривошипно-шатунного механизма 11 придается качательное движение мотор-редуктором 12, установленным рядом на каркасе 23. Такое перемещение изделий 8 интенсифицирует потоки моющего раствора вокруг них и «прокачивает» моющий раствор через их отверстия, что обеспечивает качественное ополаскивание изделий сложной конфигурации с мелкими отверстиями.
Устройство управления обеспечивает подачу моющего раствора в баки 13, включение нагрева и автоматическое поддержание заданной температуры моющих растворов в баках 13, циркуляцию моющих растворов и необходимую длительность процесса очистки изделий.
Сушку изделий 8 производят в блоке сушки 5, для этого в камеру сушки 24 загружают две кассеты 7 с изделиями 8. Сжатый воздух из магистрали сжатого воздуха 27 поступает в блок подготовки 28, где регулируется его давление, удаляется влага и происходит предварительная очистка. Подготовленный сжатый воздух поступает в нагреватель 26, и далее через фильтр тонкой очистки 32 в коллектор 33 камеры сушки 24. Взаимное расположение отверстий в коллекторе 33 и положение изделий 8 в кассетах 7 такое, что поток нагретого сжатого воздуха направлен в отверстия изделий 8, что способствует их качественной сушке.
Пульт управления блока сушки 5 обеспечивает нагрев и автоматическое поддержание заданной температуры сжатого воздуха сушки и необходимую длительность процесса сушки.
Таким образом, предлагаемая конструкция комплекса ультразвуковой очистки позволяет производить качественную финишную очистку изделий сложной конфигурации с мелкими отверстиями за счет следующих факторов:
- более высокой эффективности кавитации и акустических макро- и микротечений в моющем растворе, обеспеченных расположением пьезоэлектрических преобразователей на дне и боковых стенках ванн;
- повышения эффективности процесса очистки и сушки за счет ориентируемого размещения обрабатываемых изделий относительно направления воздействия технологической среды и прокачивания моющего раствора через отверстия при ополаскивании;
- более качественной подготовки моющих растворов;
- сушки изделий подготовленным нагретым сжатым воздухом.