УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОЧИСТКИ ИЗДЕЛИЙ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности к очистке и обезжириванию поверхностей и полостей изделий с помощью жидкостей или сжиженных газов и может найти применение в технологии изготовления деталей и сборочных единиц (ДСЕ) с высокими требованиями к чистоте от масел, жиров, других загрязнений органической природы, а также от механических загрязнений в ракетно-космической технике, авиастроении, электронной технике, приборостроении, оптической технике и других наукоемких отраслях производства.
Для очистки и обезжиривания ДСЕ с использованием растворителей применяют различные способы: окунанием, заполнением, струйным, циркуляционным пароконденсат-ным и их комбинациями. В зависимости от конструкции и размеров изделий применяют различные устройства очистки: моечные камеры, ванны, конвейеры с душированием, циркуляционные аппараты и др. (см. Б.И.Иванов. Очистка металлических поверхностей пожаробезопасными составами. М. Машиностроение. 1978 г.).
К недостатку подобных устройств очистки относится затруднительность и недостаточное качество очистки трудно промываемых элементов изделий: узких зазоров, тонких отверстий, «глухих» полостей и т.п.
Наиболее близкими к предполагаемому устройству можно отнести решения, описанные в патентах РФ №№2089302,2173221.
В известном устройстве (патент №2089302) изделие, размещенное в герметичной моечной камере, обрабатывают растворителем. По способу, описанному в патенте №2173221, очистка изделия также выполняется в герметичной моечной камере, из объема которой перед подачей растворителя удаляется воздух, а после слива растворителя его пары реку-перируются.
Описанные способы основаны на использовании растворителей, т.е. жидкостей, обладающих каждая каким-либо из ниже приводимых недостатков: пожаро-взрыво-опасностью (органические растворители), высокой токсичностью (хлорорганические растворители), высокой стоимостью и дефицитностью, разрушающим воздействием на озоновый слой Земли (растворители - хлорфторуглероды, например хладон 113). Поэтому для практического применения растворителей в промышленных объемах необходимы специальные технологические устройства, обеспеченные средствами защиты от возникающих опасностей, предохраняющие персонал от вредного воздействия паров. Для замены озоноопасных ХФУ-растворителей (хладон 113) пока не найдено полноценных альтернатив.
Кроме того, для эффективной очистки изделий от механических загрязнений требуются специальные меры и средства гидродинамического воздействия, например, достаточную скорость движения растворителя относительно очищаемых поверхностей, необходимую степень его турбулентности.
Все это в значительной степени усложняет и удорожает технологическое оборудование очистки изделий растворителями.
Известно, что любая жидкость в т.н. сверхкритическом состоянии приобретает свойства, близкие к свойствам газа, в результате уменьшается ее вязкость, поверхностное натяжение, значительно возрастает скорость растворяющего воздействия на различные загрязняющие вещества. Эти изменения способствуют радикальному увеличению ее моюще-очищающих качеств.
Аномальные качества жидкости в сверхкритическом состоянии используются в настоящее время в процессах очистки, обезжиривания изделий (МЛевицкий. сверхкритические жидкости в химии. Энциклопедия «КРУГОСВЕТ», 2006, www/krugosvet.ru. Г.Шаров» Мягкая химия С02. Наука и жизнь» по материалам немецкого еженедельника «Die Zeit», ДА-Леменовский, В.Н.Багратишвили. Сверхкритические среды. Растворители для экологичесики чистой химии. Журнал Рос.Хим. общества им. Д.И.Менделеева. 1999. т.43. №2; «Альтернативы для CFC и метилхлороформа в очистке металлов». Технический комитет Международного кооператива по охране озонового слоя. Агентство по охране окружающей среды США. 1991 г.).
Задачей полезной модели является повышение качества очистки с использованием моющих жидкостей от жиров, масел, различных загрязнений органической природы, а также от механических загрязнений без использования традиционных растворителей и моющих сред.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве очистки изделий жидкостями, приведенными в сверхкритическое состояние, которое включает герметичную прогреваемую моечную камеру, сосуд, содержащий моющую жидкость, насос-компрессор, обеспечивающий подачу моющей жидкости из этого сосуда в моечную камеру и повышение ее давления, устройство откачки атмосферного воздуха из полостей установки, соединительные магистрали и коммутационную арматуру, согласно полезной модели дополнительно включается принудительно охлаждаемая балластная емкость с объемом не менее объема моечной камеры.
Отличительным признаком предлагаемого устройства будет снабжение его специальной охлаждаемой балластной емкостью, объем которой не меньше объема моечной камеры, которая расположена на линии сброса моющей жидкости из моечной камеры. Балластная емкость соединена с моечной камерой магистралью, на которой установлен клапан, предназначенный в открытом состоянии для регулирования расхода жидкости, перетекающей из рабочей камеры в балластную емкость, благодаря чему регулируется интенсивность кипения жидкости в рабочей камере.
кр
кр
В способе очистки, реализуемом предлагаемым устройством, предусматривается размещение изделия в герметичной моечной камере, заполнение объема камеры моющей жидкостью, приведение жидкости в сверхкритическое состояние, для чего повышают ее температуру и давление до значений Т=(0,9…1,2)Т, P=(1…3)Р, где
Т, Р - необходимые температура и давление жидкости;
кр
кр
Т, Р - критические значения температуры и давления для жидкости, используемой для очистки.
Затем производится выдержка для растворяющего действия жидкости в сверхкритическом состоянии на загрязнения, и последующее приведение жидкости в состояние кипения путем регулируемого увеличения объема паровой фазы в объеме прогреваемой рабочей камеры: после открытия клапана, сообщающего объемы моечной и балластной камеры, при вытекании жидкой фазы из объема моечной камеры в охлаждаемую балластную емкость объем паровой фазы в моечной камере начинает увеличиваться, при этом давление пара над поверхностью жидкости уменьшается, что приводит к эффекту ее кипения. Потеря энергии жидкости при кипении компенсируется теплоподводом от системы подогрева камеры. Поскольку температура жидкости, а, следовательно, и давление ее паров в балластной емкости ниже, чем в моечной камере (балластная емкость охлаждается) жидкость постепенно перетекает в нее полностью, унося с собой отмытые с поверхностей изделия и захваченные частицы механических загрязнений. Регулируя скорость вытекания жидкой фазы из прогреваемой моечной камеры, обеспечивают необходимую интенсивность парообразования, т.е. кипения жидкости в камере, вплоть до полного перевода жидкости в балластный объем. При необходимости процедуру очистки повторяют, используя чистую моющую жидкость.
Полезная модель иллюстрируется чертежом, где приведена схема устройства для очистки поверхностей изделий давлением жидкости, приведенной в сверхкритическое состояние.
Устройство включает герметичную моечную камеру, состоящую из корпуса 1 и крышки 2 с наружной теплоизоляцией 3, разделяемых и герметично соединяемых по фланцевому разъему, емкость хранения и предварительного подогрева жидкости 4, балластную емкость 5. В корпусе моечной камеры 1 и емкости хранения 4 смонтированы нагревательные элементы 6 а в корпусе емкости 5 установлены устройства охлаждения 7. Емкости и камера соединены трубопроводными магистралями с коммутирующими клапанами К1…К9. Для подачи жидкости из емкости 4 в моечную камеру, повышения ее давления и перекачки использованной жидкости из балластной емкости 5 в системе установлен насос-компрессор 8. Очистка-регенерация загрязненной жидкости выполняется с помощью блока фильтров 9 и перегонного аппарата (дистилляции или ректификации) 10. Для удаления воздуха из объемов и магистралей системы служит вакуумный насос 11.
При подготовке установки к работе вакуумным насосом 11 из всех объемов и магистралей ее системы при открытых клапанах К1, К2, К3, К4, К5, К6, К7 удаляется атмосферный воздух, после чего в емкость 4 при открытом клапане К8 подается моечная жидкость до верхнего уровня, регистрируемого уровнемером (на схеме не показан). Жидкость в емкости 4 предварительно подогревается до температуры, близкой к критической.
кр
кр
Для очистки изделие помещаются в моечную камеру. После установки и герметизации крышки из объема моечной камеры при открытом клапане К1 удаляется атмосферный воздух, после чего объем камеры из емкости 4 насосом-компрессором 8 через открытые клапаны К4 и К2 заполняется подогретой моющей жидкостью. После заполнения объема моечной камеры жидкость (сжиженный газ) приводится в сверхкритическое состояние путем нагрева в камере нагревательным устройством 6 до температуры Т=(0,9…1,2)Т (контроль датчиком температуры 12) и повышения давления при работе насоса-компрессора 8 до значения Р=(1…3)Р (контроль датчиком давления 13).
Производится выдержка во времени для растворяющего действия жидкости в сверхкритическом состоянии. Затем жидкость приводится в состояние кипения открытием клапана К4, при этом жидкость вытекает в балластную емкость 8, объем паровой фазы в моечной камере увеличивается, образующийся свободный объем заполняется паром, образующимся при кипении, а интенсивность кипения регулируется скоростью вытекания жидкости в объем балластной емкости 5 через клапан К4.
Турбулентное перемешивание жидкости при кипении способствует удалению с поверхностей изделия механических загрязнений. По мере удаления жидкости из моечной камеры ее турбулентному воздействию подвергаются все поверхности очищаемого изделия. При повторении процесса с использованием чистой жидкости добиваются особо высокой степени чистоты. Накопившаяся в балластной емкости загрязненная жидкость через клапан К5 блок фильтров 9, клапаны К3 и К9 насосом-компрессором 8 перекачивается в испаритель перегонного устройства 10, а после регенерации очищенная жидкость, готовая к вторичному применению, сливается в емкость 7.
2
кр
кр
2
2
2
2
Опытная проверка и отработка указанного способа на установке, собранной по схеме фиг.1, с использованием в качестве моющей среды сжиженного углекислого газа (СО) показала возможность очистки деталей сложной, трудно промываемой конфигурации от жировых и механических загрязнений до уровня остаточных содержаний ~1 мг/м (контроль люминисцентным методом), класс чистоты по ГОСТ 17216 - 4…5. Испытания выполнялись на макетах изделий, на поверхности которых предварительно наносились загрязнения минеральных масел в количестве 500…1500 мг/м. Сжиженный углекислый газ при температуре до 30°С и давлении Р≈70 кгс/см подавался с помощью насоса-компрессора 8 в объем моечной камеры. После заполнения объема камеры сжиженным газом в количестве m≥ρ·V, ν≥0,624V, где m, ν - масса и объем заполняемого сжиженного газа, V-объем моечной камеры, ρ=0,468 кг/л - плотность сжиженного газа (LCO) в критическом состоянии, клапан К2 закрывался. Включался подогрев корпуса камеры, и жидкость прогревалась до температуры t=35…40°С, контроль датчиком температуры 12, после чего давление жидкости в объеме камеры повышалось до значения Р=73,8…100 кгс/см, контроль датчиком давления 13.
Контроль сверхкритического состояния жидкости выполнялся визуально, наблюдением через глазок-иллюминатор в корпусе камеры. Производилась выдержка в течение 5…10 минут после которой открывался дроссельный клапан К4, и производился сброс моющей среды из объема моечной камеры плавным открытием дроссельного клапана К4. Интенсивность кипения жидкости в моечной камере наблюдалось через глазок-иллюминатор и управлялось и поддерживалось скоростью сброса жидкости через дроссельный клапан К4. После окончания сброса сжиженного газа клапан К4 закрывался, и открытием клапана К10 давление газообразного углекислого газа в камере понижалось до атмосферного значения, крышка камеры открывалась, и контрольные образцы извлекались из ее объема для анализа достигнутой чистоты их поверхностей.
В таблице приведена информация по потенциально перспективным для применения в процессах очистки сжиженных газов и жидкостей и критическим показателям этих жидкостей.
Жидкость, сжиженный газ
Температура t<sub>кр</sub>, °С
Давление Р<sub>кр</sub>, кгс/см<sup>2</sup>
Двуокись углерода (СO<sub>2</sub>)
31.1
72,8
Этан (C<sub>2</sub>H<sub>8</sub>)
32,3
48,2
Пропан (С<sub>3</sub>Н<sub>8</sub>)
96,7
41,9
Хладон 141b(С<sub>2</sub>FСl<sub>2</sub>Н<sub>3</sub>)
201,5
42,5
Хладон 122 (С<sub>2</sub>F<sub>2</sub>Сl<sub>3</sub>Н)
250,85
37,4
Практическое применение предлагаемого способа обеспечит наибольший эффект при очистке систем, эксплуатирующихся в режиме высоких температур и давлений заполняющих жидкостей.