Установка 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, известна система для осуществления способа формовки с переносом смолы, которая включает пресс-форму с крышкой, ловушку для смолы, переходную область, и средство создания давления. При этом, ловушка для смолы является частью приспособления для осуществления формовки.
Переходная область выполнена так, что за счет нее создается соединение между полостью и ловушкой для смолы, и содержит разделительный элемент.
Средство создания давления позволяет создавать избыточное давление в ловушке для смолы, которая встроена в приспособление и сообщается с полостью.
Система содержит также насос и контейнер для хранения смолы, причем насос соединен с выходным соединителем ловушки для смолы, а контейнер для хранения смолы соединен с входным соединителем полости (см. RU 2425751, В29С 70/48, 07.11.2006).
В известном изобретении решают задачу удешевления и упрощения процесса за счет того, что ловушка для смолы встроена в отдельное приспособление, такое решение позволяет отказаться от трубопроводов, соединяющих приспособление и ловушку, и следовательно, удешевить и простить процесс. Однако известное изобретение имеет ряд недостатков, например, изготовление отдельного приспособления со встроенной ловушкой и наличие насоса значительно удорожает устройство в целом, отсутствие трубопроводов усложняет контроль и регулирование процесса переноса смолы.
В современном оборудовании для переноса смолы за счет перепада давлением за счет 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 для вакуумной инфузии.
В то же время в других областях техники, например, теплоэнергетике, для создания вакуума широко используются эжекторы, работающие на основе эффекта Вентури.
Эффект Вентури заключается в падении давления при прохождении потока газа через суженную часть эжектора (суженную часть газового канала в эжекторе, суженную часть трубки Вентури).
Например, известна вакуумная деаэрационная установка, содержащая вакуумный деаэратор с подключенными к нему трубопроводами обрабатываемой и деаэрированной воды, эжектор, регулятор давления эжектирующей среды (см. RU 2154611, C02F 1/20,05.10.1999).
В известном устройстве для создания вакуума в деаэрационной установке используют эжектор вместо механического насоса, что значительно упрощает и удешевляет установку.
Использование эжекторов в деаэрационных установках является общепринятым и широко распространено.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство включающее расходную емкость со смолой, каналы подачи смолы, вакуумные каналы и предназначено для изготовления деталей из композиционных материалов методом вакуумной инфузии. См. патент RU 2425751 по кл. В29С 70/44, 206 г).
Устройство содержит также источник вакуумирования (генератор вакуума) и вакуумную ловушку. При этом, канал подачи смолы выполнен с возможностью подключения к генератору вакуума через вакуумную ловушку.
Таким образом, генератор вакуума непосредственно соединен с вакуумной ловушкой. Известное устройство обеспечивает высокое качество процесса вакуумной инфузии.
Однако, в прототипе не раскрыто принципиальное устройство генератора (источника) вакуума, что является существенным недостатком известного решения.
Как было указано выше, в установках для вакуумной инфузии самым дорогим элементом является генератор (источник) вакуума - вакуумный насос, сложное устройство, стоимость которого в несколько раз превышает стоимость всех остальных элементов установки.
Кроме того, генератор (источник) вакуума, как следует из материалов патента RU 2425751 выполнен в виде отдельного устройства, не совмещенного с основным устройством вакуумной инфузии, что также удорожает стоимость установки в целом.
Техническим результатом, решаемым предлагаемой полезной моделью, являются: упрощение конструкции с сохранением высокого качества процесса инфузии.
Технический результат в предлагаемой полезной модели достигают путем создания установки для вакуумной инфузии, содержащей вакуумную ловушку и соединенный с ней генератор вакуума в виде вакуумного эжектора на основе эффекта Вентури.
3
Использование вакуумного эжектора позволяет существенно удешевить установку. В то же время вакуумный эжектор не имеет подвижных деталей, не требует обслуживания и смазки, что значительно 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.
Конкретный вариант исполнения установки с вакуумным эжектором на основании эффекта Вентури заключается в том, что используют вакуумный эжектор, содержащий последовательно расположенные полые участки в виде соосных тел вращения, в том числе: входной участок, конфузор, вакуумную камеру, диффузор и глушитель, при этом вакуумная камера выполнена с каналом вакуума, соединяющим ее с вакуумной ловушкой.
Исполнение установки, в которой вакуумный эжектор соединен с источником сжатого воздуха позволяет использовать в установке вместо дорогих вакуумных насосов обычные стандартные компрессоры, цена которых в несколько раз ниже чем у вакуумных насосов.
Исполнение установки, в которой вакуумная ловушка и вакуумный эжектор выполнены в одном корпусе позволить исключить трубопроводы и запорную арматуру соединяющие вакуумную ловушку и генератор вакуума, что позволит удешевить конструкцию установки и упростить ее эксплуатацию и обслуживание.
Исполнение установки, в которой между вакуумной ловушкой и вакуумным эжектором установлен обратный клапан позволит автоматизировать процесс отключения генератора вакуума, что упростит и удешевит эксплуатацию и обслуживание установки.
Исполнение установки, в которой корпус вакуумной ловушки и (или) вакуумного эжектора выполнен из термопластичного полимера методом литья под давлением позволит удешевить процесс изготовления установки и снизить ее себестоимость, и так же упростить ее конструкцию.
Исполнение установки, в которой по меньшей мере одна корпусная деталь изготовлена методом 3-D печати, позволит удешевить процесс изготовления установки в случаях индивидуального или мелкосерийного производства.
Исполнение установки, в которой корпус вакуумной ловушки и (или) вакуумного эжектора выполнен из полимера методом литья под давлением без дополнительной механической обработки позволит удешевить процесс изготовления установки и снизить ее себестоимость, и так же упростить ее конструкцию.
Исполнение установки с системой числового программного управления позволит автоматизировать процесс инфузии, вести постоянный контроль параметров процесса, интегрировать установку в состав цифровых производственных комплексов, повысит удобство эксплуатации и обслуживания установки, качество процесса инфузии.
Предлагаемая полезная модель позволяет снижение себестоимости, повышение удобства эксплуатации и обслуживания установки,
Сущность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующим описанием и чертежами, где:
Фиг. 1 - установка для вакуумной инфузии;
Фиг. 2 - установка для вакуумной инфузии, в которой вакуумная ловушка и вакуумный эжектор выполнены в одном корпусе;
Фиг. 3 - установка для вакуумной инфузии, в которой между вакуумной ловушкой и вакуумным эжектором установлен обратный клапан;
Фиг. 4 - вакуумный эжектор.
Установка для вакуумной инфузии (фиг. 1) состоит из генератора вакуума 1 с вакуумным эжектором 2, работающим на основе эффекта Вентури, вакуумной ловушки 3, соединенной с генератором вакуума 1 трубкой 4 на которой смонтирован вентиль 5.
Возможно исполнение установки для вакуумной инфузии (фиг. 2), в которой вакуумная ловушка 3 выполнена в одном корпусе с генератором вакуума 1 и непосредственно соединена с вакуумным эжектором 2 через вентиль 6.
Возможно исполнение установки для вакуумной инфузии (фиг. 3) в которой между вакуумной ловушкой 3 и генератором вакуума 1 установлен обратный клапан 7.
Установка для вакуумной инфузии (фиг. 1) работает следующим образом:
На матрицу 8, выкладывают необходимое для изготовления изделия количество армирующей ткани и закрывают получившуюся заготовку пуансоном 9, получившееся приспособление 10 с заготовкой и каналами для подачи и откачки смолы подключает с помощью одной или нескольких подающих трубок 11 с установленным в них вентилями подачи смолы 12 к емкости со смолой 13.
Также к приспособлению 10 подключают с помощью одной или нескольких отводящих трубок 14 с вентилем 15 вакуумную ловушку 3. К вакуумной ловушке 3 с помощью трубки 4 с вентилем 5 подключают генератор вакуума 1 с эжектором 2, работающим на основе эффекта Вентури. К генератору ваккума 1 с помощью трубки 16 с регулировочным вентилем 17 подключают источник рабочего тела 18.
Это может быть обычный компрессор, или другой источник сжатого воздуха.
После сборки установку проверяют, подготавливают необходимое количество смолы и заливают ее в емкость 13, после начинают подачу по трубке 16 рабочего тела (воздуха) от источника 18 к генератору вакуума 1, регулируя производительность и глубину вакуума с помощью регулировочного вентиля 17.
Открывая вентиль 5 (фиг. 1) через трубку 4 вакууммируют ловушку 3. В варианте, показанном на фиг. 2 для вакууммирования ловушки 3 открывают вентиль 6.
Далее открыв вентиль 15 через отводящую трубку 14 вакууммируют приспособление с заготовкой 10 и часть подающей трубки 11 до вентиля 12. Затем открывают вентиль 12 и начинают подачу смолы из емкости 13 за счет разницы давлений в приспособление 10.
Смола заполняет полости в приспособлении 10 и пропитывает заготовку, излишки смолы скапливаются в вакуумной ловушке 3.
После завершения пропитки перекрывают вентиль 5 и отключают генератор вакуума 1 от установки, прекращают подачу рабочего тела (воздуха) на генератор вакуума 1 и начинают выдержку детали до отверждения смолы.
После завершения выдержки установку разбирают в обратном порядке и извлекают готовую деталь. При необходимости, в случае если установка содержит несколько подающих трубок 11 с вентилями 12 и/или несколько отводящих трубок 14 с вентилями 15 в процессе пропитки с помощью вентилей 12 и 15 регулируется подача и удаление смолы из отдельных частей приспособления 10, таким образом достигается увеличение скорости инфузии и экономия смолы.
Вакуумный эжектор 2 (фиг. 4), входящий в состав генератора вакуума 1 в процессе инфузии работает следующим образом: поток рабочего тела 19 (поток воздуха), подаваемый от источника рабочего тела 18 (например, компрессора), имеющий необходимое давление и расход, отрегулированные с помощью вентиля 17, проходя через сопло эжектора 20 ускоряется и создает за счет эффекта Вентури разрежение в кольцевой полости 21 эжектора 2, соединенной с вакуумной ловушкой 3.
Откачанный из установки воздух удаляется потоком использованного рабочего тела 22 (потоком воздуха) через глушитель 23 в атмосферу. Для предотвращения загрязнения атмосферы парами смолы перед полостью 21 может быть установлен фильтр 24.
Вакуумный эжектор 2 содержит последовательно расположенные полые участки в виде соосных тел вращения, в том числе: входной участок 25, конфузор 20 в виде сопла эжектора, вакуумную камеру 21 (кольцевую полость эжектора), диффузор 26 в виде конической расширяющейся полости и глушитель 23, при этом вакуумная камера 21 выполнена с каналом вакуума 27, соединяющим ее через трубку 4, как показано на фиг. 1,3 (или непосредственно, как показано на фиг.2) с вакуумной ловушкой 3.
За счет строго последовательного расположения друг за другом входного участка 25, конфузора 20, кольцевой вакуумной камеры 21 и диффузора 26 при прохождении потока воздуха через вакуумный эжектор 2 достигается эффект Вентури (эффект падения давления), как следствие закона Бернулли для движущегося потока газа. Эффект Вентури возникает в кольцевой вакуумной камере 21 в промежутке между выходом ускоренного потока газа из конфузора 20 и входом потока газа в расширяющуюся часть диффузора 26.
Исполнение внутренних частей полого эжектора 2 в виде соосных тел вращения, делает точным и технологичным изготовление генератора вакуума 1.
Работа варианта установки для вакуумной инфузии (фиг. 2) в котором вакуумная ловушка 3 и вакуумный эжектор 2 выполнены в одном корпусе, отличаются тем, что отсутствует необходимость в трубке 4, так как вакуумная ловушка 3 соединена с генератором вакуума 1 непосредственно через вентиль 6, за счет чего упрощается процесс подготовки установки к работе и обслуживания установки после окончания процесса инфузии.
Работа варианта установки для вакуумной инфузии (фиг. 3) в которой между вакуумной ловушкой 3 и вакуумным эжектором 2 установлен обратный клапан 7 отличается тем, что отсутствует вентиль 5 и необходимость открывать и закрывать его вручную, обратный клапан 7 автоматически начинает откачку воздуха из установки при включении генератора вакуума 1 и так же автоматически закрывается, не допуская попадания воздуха в установку при выключении генератора вакуума и начале процесса выдержки.
Таким образом, в заявленном устройстве, за счет использования генератора вакуума 1 с эжектором 2 на основе эффекта Вентури, 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 установки для 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.