Способ поддержания уровня нагреваемого электролита ванны, работающей "под током"
METHOD OF MAINTAINING LEVEL OF ELECTROLYTE-HEATED BATH OPERATED UNDER CURRENT

Изобретение относится к области гальванохимической обработки деталей, размещаемых на подвесках или в перфорированных барабанах, при использовании нагреваемых электролитов работающих "под током" процессных ванн, в частности хромирования, в составе выполненного в двухуровневой компоновке соответствующего операционного модуля, в условиях многономенклатурного и мелкосерийного гальванического производства, когда детали различных габаритов (веса) могут поступать на обработку через различные (в том числе и относительно большие) промежутки времени, и также может быть использовано при проведении операций электролитического никелирования, цинкования, кадмирования, меднения и др., и применимо как в существующем, так и в проектируемом гальваническом производстве для повышения эффективности, надежности и стабильности процессов поддержания уровня электролитов процессных ванн, в условиях повышенных требований, как к стабильности параметров используемых электролитов, так и к минимизации расхода энергоресурсов и промывной воды, при осуществлении бессточного режима гальванохимической обработки.
Широко известны способы поддержания уровня электролитов, в частности ванн с нагревом их обрабатывающей среды, включающие использование датчиков, приборов и оборудования для регулирования уровня электролита, а также восполнение потерь электролита в процессной ванне водой из первой ванны многокаскадной системы промывки, выполняемой погружным методом в отдельных ваннах [1, 2].
Недостатками известных способов являются:
- нерациональный расход химикатов и/или промывной воды в условиях многономенклатурного и мелкосерийного производства, в условиях когда детали различных габаритов могут поступать на обработку через различные (в том числе и относительно большие) промежутки времени, а также сравнительно большие затраты производственных площадей, необходимых для размещения в соответствующем ванн многокаскадной промывки;
- относительно низкая стабильность параметров (в частности концентрации основных компонентов) электролита в процессной ванне.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату известным решением, выбранным в качестве прототипа, является способ поддержания уровня электролитов ванн для нанесения покрытий под воздействием тока с нагревом их обрабатывающей среды, в частности ванн хромирования, выполненных в двухуровневой компоновке гальванических линий, включающий использование датчика, прибора и оборудования для двухпозиционного регулирования уровня электролита, а также восполнение потерь электролита в процессной ванне, непосредственно или после очистки, разбавленным водой электролитом, образовавшемся в его сборнике после проведения операции струйной промывки в первой, после процессной, ванне [3].
Недостатками известного способа, выбранного в качестве прототипа, являются сравнительно низкие эффективность и стабильность процессов поддержания уровня электролитов процессных ванн, из-за сравнительно низкой взаимосвязи работы подсистем регулирования уровня и температуры, а также из-за отсутствия возможности регулирования уровня электролита в процессной ванне до проведения операции струйной промывки в первой, после процессной, ванне.
Кроме того, другим недостатком данного способа, в частности при использовании наиболее распространенных - контактных датчиков и прибора с оборудованием для двухпозиционного регулирования уровня электролита, является неоптимальная, с точки зрения частоты срабатывания, работа оборудования для восполнения уровня электролита (насос, электро - или пневмоклапан и т.п.) из-за образования волн при подаче в ванну восполняющего ее уровень жидкости, в частности, при нахождении уровня электролита вблизи стержня контактного датчика уровня.
Новый технический результат заключается в повышении эффективности, надежности и стабильности процессов поддержания уровня электролитов ванн гальванических линий для нанесения покрытий под воздействием тока с нагревом их обрабатывающей среды, реализуемых, в том числе, и в бессточном режиме.
Новый технический результат достигается тем, что в известном способе поддержания уровня нагреваемого электролита ванны, работающей "под током", выполненной в двухуровневой компоновке гальванических линии, включающем использование датчика уровня электролита, контрольно-регулирующего уровень электролита прибора, и восполнение потерь электролита в процессной ванне разбавленным водой электролитом, образовавщемся в его сборнике-концентраторе после проведения операции струйной промывки в первой ванне, после процессной ванны, согласно изобретению, электролит процессной ванны заливают в стоящий под ней или под ваннами промывки данной операции один из двух буферных баков, выполненных с возможностью охлаждения электролита, соединенных трубопроводом с переливным карманом процессной ванны и оснащенных насосами для подачи электролита в процессную ванну, причем выходы буферных баков соединены с насосами для подачи электролита в процессную ванну через запорные вентили или трехходовой шаровой кран, а управление подачей электролита, путем включения соответствующего
насоса, производят по сигналу датчика уровня процессной ванны до проведения операции струйной промывки в первой ванне после процессной ванны.
При этом, для регулирования уровня электролита используют, соответственно, двух- или трехэлектродные контактные датчики уровня электролита.
Причем, при обработке в процессной ванне крупногабаритных деталей, например, пресс-форм, буферный бак дополнительно оснащают двухэлектродным и соединенным с контрольно-регулирующим прибором контактным датчиком уровня электролита.
А переливная или сливная труба первой ванны после процессной ванны, оборудованной контуром струйно-динамической промывки, соединена со сборником-концентратором разбавленного электролита процессной ванны через установленный в нем сборник-дозатор разбавленного водой электролита, оснащенный насосом, выход которого подключен к коллектору с элементами формирования струйных потоков, установленному в процессной ванне, причем включение насоса осуществляют автоматически или путем нажатия соединенной с источником питания кнопки-педали, расположенной непосредственно у процессной ванны.
При этом, подачу воды в контур струйно-динамической промывки первой ванны после процессной ванны производят от оснащенного насосом сборника-дозатора чистой воды.
Кроме того, сборник-концентратор разбавленного водой электролита процессной ванны выполнен с переливной трубой, соединенной с баком для аварийного слива разбавленного электролита процессной ванны, оснащенным, соединенным через фильтр и обратный клапан, насосом, выход которого соединен через трехходовой клапан со сборником-концентратором разбавленного водой электролита процессной ванны и/или очистными сооружениями.
Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что заявляемый способ позволяет обеспечить:
- эффективность, надежность и стабильность процессов поддержания уровня электролитов процессных ванн, за счет обеспечения взаимосвязи работы соответствующих подсистем, использования заливаемого в буферный бак электролита для регулирования уровня электролита в процессной ванне, а также за счет оптимизации работы оборудования для восполнения уровня электролита в случае образования волн при подаче в ванну восполняющего ее уровень жидкости, в частности, при нахождении уровня электролита вблизи стержня контактного датчика уровня и др.
Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения «новизна».
Сравнение заявляемого технического решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в данной и родственных областях техники показало, что известен способ бессточной гальванохимической обработки и очистки поверхностей деталей, в частности, на подвесках, включающий последовательное, согласно ходу технологического процесса, выполнение операций основной гальванохимической обработки погружным методом, по крайней мере в одной, оснащенной, по крайней мере при необходимости нагрева ее обрабатывающей среды нагревательными элементами, соединенным трубопроводом со сборником улавливателем разбавленного электролита (раствора) переливным карманом, в оснащенной соединенным трубопроводом со сборником улавливателем разбавленного электролита переливным карманом процессной ванне, струйной промывки, выполняемой в виде каскада взаимосвязанных операций с n - ступенчатой, где n - целое число, n≥2, распределенной, по крайней мере, по ваннам струйной промывки и/или интенсивности обработки, структурой с соответствующими локальными напорными системами, и промывки поверхностей деталей погружным методом, осуществляемой в соответствующей, оснащенной переливным карманом, ванне, восполнение потерь объема электролита (раствора) процессной ванны доуконцентрированной частью сточных вод, образовавшихся после струйной промывки и подаваемых в процессную ванну с помощью локальной напорной системы, восполнение чистой промывной воды в соответствующем баке-накопителе, оснащенном локальной напорной системой, служащей для подачи чистой промывной воды, сконденсированными испарениями, образовавшимися в процессе доуконцентрирования сточных вод, и/или дистиллированной водой от соответствующего генератора, при этом выход каждой последующей ступени струйной промывки непосредственно или через соответствующий сборник-дозатор соединен посредством соответствующей локальной напорной системы с распределительными коллекторами с элементами формирования струйных потоков предыдущей ступени струйной промывки, а вход последней ступени струйной промывки соединен через сборник - дозатор с ванной промывки погружным методом, при этом, в случае достижения предельно-допустимой концентрации основного отмываемого компонента электролита (раствора) процессной ванны в воде ванны промывки погружным методом, производят полный или частичный слив последней в бак для слива загрязненной промывной воды, выход которого также соединен, через соответствующий исполнительный орган, со входом локальной напорной системы последней ступени струйной промывки, и используют уже эту воду при реализации последней ступени струйной промывки в последней ванне струйной промывки, а в ванну промывки погружным методом подают чистую воду и/или сконденсированные испарения, по крайней мере, процессной ванны, в том числе и накопленные в баке-накопителе чистой воды [4].
Недостатками известного способа являются сравнительно низкие эффективность, надежность и стабильность процессов поддержания уровня электролитов процессных ванн из-за отсутствия:
- взаимосвязи работы соответствующих подсистем регулирования уровня и температуры электролита в процессной ванне;
- возможности использования заливаемого в буферный бак электролита и для регулирования уровня электролита в процессной ванне;
- оптимизации работы оборудования для восполнения уровня электролита в случае образования волн при подаче в ванну восполняющего ее уровень жидкости, в частности, при нахождении уровня электролита вблизи стержня контактного, наиболее часто применяемого, датчика уровня.
Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «существенные отличия».
На фиг. 1 представлена структурная схема операционного модуля бессточного (в данном случае) хромирования деталей на механизированной линии, в частности хромирования, при обработке мелких деталей на подвеске.
На фиг. 2 представлены структурные схемы блоков формирования гистерезиса и их взаимосвязи в составе системы контроля и управления операционного модуля бессточного (в данном случае) хромирования деталей на механизированной линии, в частности хромирования, при обработке мелких деталей на подвеске.
На фиг. 3 представлена структурная схема операционного модуля бессточного (в данном случае) хромирования деталей на автоматической или автоматизированной линии, в частности хромирования, при обработке крупногабаритных деталей на подвеске или деталей в барабане.
На фиг. 4 представлены структурные схемы блоков формирования гистерезиса и их взаимосвязи в составе системы контроля и управления операционного модуля бессточного (в данном случае) хромирования деталей на автоматической или автоматизированной линии, в частности хромирования, при обработке крупногабаритных деталей на подвеске или деталей в барабане.
На фиг. 5 представлена структурная схема операционного модуля бессточного (в данном случае) хромирования деталей на механизированной линии, в частности хромирования, при перемещении крупногабаритных деталей на подвеске или деталей в барабане с помощью тельфера.
На фиг. 6 представлены структурные схемы блоков формирования гистерезиса и их взаимосвязи в составе системы контроля и управления операционного модуля бессточного (в данном случае) хромирования деталей на механизированной линии, в частности хромирования, при перемещении крупногабаритных деталей на подвеске или деталей в барабане с помощью тельфера.
Вне зависимости от вида линии (ручная, механизированная или автоматическая), а также массогабаритных параметров обрабатываемых деталей и/или вида используемых технологических приспособлений (подвеска, барабан), операционный модуль (ОМ) бессточной (в данном случае) гальванохимической обработки содержит процессную ванну 1 хромирования (в данном случае) с переливным карманом (на фиг. 1, 3, 5 не обозначен), оснащенную погружными электронагревателями 2 электролита, датчиком 3 температуры, соединенным с двухканальным контрольно-регулирующим прибором 4, трехэлектродным датчиком 5 уровня, соединенным с контрольно-регулирующим прибором 6, буферный бак 7 (один, в данном случае) для залива и охлаждения электролита процессной ванны 1, выполненный двухсекционным (в данном случае), одна из секций которого соединена трубопроводом (на фиг. 1, 3, 5 не обозначен) с переливным карманом процессной ванны 1 и оснащена дополнительной поперечной перегородкой для слива электролита с ее дна в первую секцию, оснащенную датчиком 8 температуры, соединенным с контрольно-регулирующим прибором 9, барботером (на фиг. 1, 3, 5 не обозначен) для подачи сжатого воздуха для охлаждения электролита, соединенным с первым выходом трехходового шарового крана 10 (в данном случае), вход которого соединен с выходом безмаслянной воздуходувки 11 для охлаждения электролита, вход которой соединен с оснащенным фильтром патрубком для забора воздуха из цеха и соединенным с ним патрубком, оснащенным управляемой шиберной заслонкой (на фиг. 1, 3, 5 не обозначены) и соединенным с уличным воздухозаборником, оснащенным устройством для его защиты от попадания атмосферных осадков (на фиг. 1, 3, 5 не показаны), змеевиком (на фиг. 1, 3, 5 не обозначен) для подачи хладоагента от холодильной установки (на фиг. 1, 3, 5 не показана) через электромагнитный клапан и насосом 12, соединенным, через запорный и регулирующий вентили и трубопровод (на фиг. 1, 3, 5 не обозначены), с ванной 1, по крайней мере, одну ванну 13 струйно-динамической (в данном случае) промывки, сливная труба (на фиг. 1, 3, 5 не обозначена) которой соединена, непосредственно или через установленный в нем или рядом с ним сборник-дозатор промывной воды (на фиг. 1, 3, 5 показан пунктиром), со сборником-концентратором 14 разбавленного водой электролита ванны 1, оснащенным донными электронагревателями 15, датчиком 16 температуры, соединенным с контрольно-регулирующим прибором 17, трехэлектродным датчиком 18 уровня, соединенным с контрольно-регулирующим прибором 19, барботером (на фиг. 1, 3, 5 не обозначен) для подачи сжатого воздуха для перемешивания разбавленного водой электролита, подключенным, через регулирующий вентиль (на фиг. 1, 3, 5 не обозначен), к выходу безмаслянной воздуходувки 20 для перемешивания разбавленного водой электролита ванны 1, насосом 21, соединенным, через запорный и регулирующий вентили и трубопровод (на фиг. 1, 3, 5 не обозначены), с ванной 1, и переливной трубой (на фиг. 1, 3, 5 не обозначена), соединенной с баком 22 для аварийного слива разбавленного электролита ванны 1, оснащенным, соединенным через фильтр и обратный клапан, насосом (на фиг. 1, 3, 5 не обозначены), выход которого соединен, через трехходовой клапан 23, со сборником-концентратором 14 разбавленного водой электролита ванны 1 и/или очистными сооружениями (на фиг. 1, 3, 5 не показаны), ванну 24 промывки деталей погружным методом, оснащенную барботером (на фиг. 1, 3, 5 не обозначен) для подачи сжатого воздуха для перемешивания воды, подключенным, через регулирующий вентиль (на фиг. 1, 3, 5 не обозначен), к выходу безмаслянной воздуходувки 20, запорным вентилем (в данном случае) для слива загрязненной основным отмываемым компонентом электролита хромирования сверх ПДК в бак для слива загрязненной промывной воды (БСЗПВ) и переливным карманом, соединенным посредством трехходового шарового крана и трубопроводом (на фиг. 1, 3, 5 не обозначены) с баком для слива загрязненной промывной воды и/или сборником-дозатором 25 чистой промывной воды (СДЧПВ), оснащенным поплавковым регулятором уровня (на фиг. 1, 3, 5 не обозначен), соединенным с генератором дистиллированной воды (на фиг. 1, 3, 5 не показан), осуществляющим подачу чистой воды, через запорный вентиль или поплавковый регулятор уровня (на фиг. 1, 3, 5 не показаны) и в ванну 24, и насосом, соединенным, через запорные и регулирующий вентили и трубопровод (на фиг. 1, 3, 5 не обозначены), с элементами формирования струйных потоков (ЭФСП), установленными в ванне 13.
При этом, для трехпозиционного регулирования температуры в процессной ванне 1, один из выходов двухканального прибора 4 соединен, через логический элемент или схему «ИЛИ» (на фиг. 1, 3, 5 не обозначены), с исполнительным устройством 27, управляющим включением насоса 12 для подачи холодного электролита из буферного бака 7 в процессную ванну 1, а второй выход прибора 4 соединен (в данном случае), через нормально - замкнутый контакт 28, управление размыканием которого производят через первый блок 29 формирования гистерезиса ванны 1, в свою очередь соединенным с первым и вторым выходами прибора 6 для контроля уровня электролита в процессной ванне 1, соответствующими значениям высоты активной части электронагревателей 2 и уровня электролита в процессной ванне 1, по достижению которого начинают восполнение уровня электролита в последней, с исполнительным устройством 30 для подачи напряжения питания на электронагреватели, а второй и третий, соответствующий значению уровня электролита в ванне 1 по достижению которого прекращают восполнение уровня электролита в последней, выходы прибора 6 для регулирования уровня электролита в ванне 1 соединены со входами второго блока 31 формирования гистерезиса ванны 1, управляющего замыканием подключенного к источнику питания (на фиг. 1, 3, 5 не обозначен) нормально - разомкнутого контакта 32, выход которого соединен с нормально-разомкнутым контактом 33, выход которого соединен, через логический элемент или схему «ИЛИ» (на фиг. 1, 3, 5 не обозначены), с исполнительным устройством 27, управляющим включением насоса 12 для подачи холодного электролита из буферного бака 7 в процессную ванну 1, и, в случае применения способа на ручной линии, в частности хромирования, при обработке на ней мелких деталей на подвеске, с нормально-замкнутым контактом 34, управление, соответственно, замыканием и размыканием которых производят с соответствующих выходов (показаны условно) первого блока 35 формирования гистерезиса сборника - концентратора 14, соединенного, в свою очередь, со вторым и третьим выходами прибора 19 для контроля уровня электролита в также в стоящем под процессной ванной 1 или под оборудованной контуром струйно-динамической промывки, соединенным с переливной или сливной трубой последней, ванной 13, сборнике-концентраторе 14 разбавленного водой электролита процессной ванны 1, оснащенном насосом 21 для восполнения потерь электролита в процессной ванне 1, подачу напряжения питания на который производят от исполнительного устройства 36, соединенного с выходом нормально- замкнутого контакта 34, барботером (на фиг. 1, 3, 5 не обозначен), донными электронагревателями 15, трехэлектродным контактным датчиком уровня 18 и датчиком температуры 16, выход которого соединен с соответствующим контрольно-регулирующим прибором 17, выход которого, в свою очередь, соединен, через нормально-замкнутый контакт 37, управление размыканием которого также производят с выхода второго блока 38 формирования гистерезиса сборника-концентратора 14, подключенного к первому и второму выходам, соответствующими значениям высоты активной части донных электронагревателей и уровня разбавленного электролита в сборнике-концентраторе 14, при снижении от которого прекращают восполнение уровня электролита в процессной ванне 1, с исполнительным устройством 39, управляющим подачей напряжения питания на донные электронагреватели 15, а второй и третий, соответствующий уровню электролита в сборнике-концентраторе 14 по достижению которого разрешают восполнение уровня электролита в процессной ванне 1, выходы прибора 19 для регулирования уровня соединены со входами первого блока 35 формирования гистерезиса сборника-концентратора 14, с соответствующих выходов которого производят управление замыканием нормально-замкнутого контакта 34 и замыканием нормально-разомкнутого контакта 33.
При этом, также вне зависимости от вида линии (ручная, механизированная или автоматическая), а также массогабаритных параметров обрабатываемых деталей и/или вида используемых технологических приспособлений (подвеска, барабан), выход контрольно-регулирующего прибора 9, подключенного к расположенному в баке 7 датчику 8 температуры, соединен с исполнительным устройством 40, обеспечивающим, с помощью переключателя 41 (в данном случае) вида используемого охладителя, включение, либо электромагнитного клапана 42 (для подачи хладоагента от холодильной установки в змеевик), либо безмаслянной воздуходувки 11 для подачи холодного воздуха для охлаждения электролита в баке 7.
Уст.
В случае применения предлагаемого способа на автоматической или автоматизированной линии, в частности хромирования, при обработке крупногабаритных деталей на подвеске или деталей в барабане, выход подключенного к источнику питания нормально-разомкнутого контакта 32, соединяют со входом нормально-замкнутого контакта 34 через нормально-замкнутый контакт 43, управление размыканием которого осуществляют с помощью реле 44, управление которым осуществляют сигналом, поступающим также на вход, соединенного с исполнительным устройством 27, управляющим включением насоса 12 для подачи холодного электролита из буферного бака 7 в процессную ванну 1, логического элемента или схемы «ИЛИ», с выхода реле 45 времени, управляемого сигналом с выхода RS-триггера 46, на вход установки в единицу (S) которого поступает сигнал с выхода логического элемента «ИЛИ» 47, на входы которого подают сигналы с уровнем логической единицы, либо с выхода подключенной к выходу датчика загрузки (Д3) ванны хромирования первой схемы выделения заднего фронта (СВЗФ1), либо от соединенной с источником питания кнопки (на фиг. 3 не обозначена), расположенной непосредственно у ванны 1, причем значение уставки длительности сигнала на выходе реле времени (t) определяют из выражения:
3
где  - максимальный объем электролита, вытесняемый приспособлением с деталями при их загрузке в процессную ванну, м, (определяется экспериментальным, например в ванне промывки погружением, либо расчетным путями);
Нас
3
d - производительность насоса, м/час,
2
а приведение RS-триггера 46 в исходное состояние производят сигналом с выхода второй схемы выделения заднего фронта (СВЗФ), подключенной к выходу реле 45 времени.
Кроме того, в случае применения способа на оснащенной тельфером ручной линии, в частности хромирования, при обработке на ней крупногабаритных деталей (например, пресс-форм) на подвеске, буферный бак 7 дополнительно оснащают, по крайней мере, двухэлектродным и соединенным с контрольно-регулирующим прибором 49 контактным датчиком уровня 48 электролита, первый выход которого соответствует номинальному значению уровня электролита в баке 7, а второй его выход соответствует значению уровня электролита, поступившего в бак 7 по соединенному с переливным карманом процессной ванны 1 трубопроводу после его вытеснения приспособлением деталями с максимальным объемом (на фиг. 1, 3, 5 не показаны) при их загрузке в процессную ванну 1, причем выход прибора 49, соответствующий второму выходу датчика 48 уровня, соединен с первым входом блока 50 формирования гистерезиса, ко второму входу которого подключен третий выход прибора 6 для контроля уровня электролита в процессной ванне 1, а с выхода блока 50 формирования гистерезиса производят управление размыканием нормально-замкнутого контакта 51, подключенного между нормально-разомкнутым контактом 32 и нормально-замкнутым контактом 34, и замыканием нормально-разомкнутого контакта 52, вход которого соединен с выходом соединенного с источником питания нормально-разомкнутого контакта 32, а выход, через логический элемент или схему «ИЛИ», соединен с исполнительным устройством 27, управляющим включением насоса 12 для подачи холодного электролита из буферного бака 7 в процессную ванну 1.
При этом, переливная или сливная труба оборудованной контуром струйно-динамической промывки первой, после процессной, ванны 13 соединена со сборником 14 для концентрирования разбавленного электролита процессной ванны 1 через установленный в нем или соединенной с ним переливной трубой или перегородкой сборник-дозатор разбавленного водой электролита, оснащенный насосом (показаны пунктиром), выход которого подключен к коллектору с элементами формирования струйных потоков (ЭФСП), установленному в процессной ванне 1, причем включение этого насоса осуществляют, либо автоматически, по заднему фронту сигнала от датчика загрузки (Д3) процессной ванны 1 (на фиг. 1, 5 не показан), либо путем нажатия соединенной с источником питания кнопки-педали (на фиг. 1, 3, 5 не обозначена), расположенной непосредственно у процессной ванны 1, выход которой соединен с реле 53 времени, выход которого соединен с исполнительным устройством 54, коммутирующим, на время уставки реле 53 времени, напряжение питания насоса выход которого соединен трубопроводом с регулирующим вентилем с коллектором с элементами формирования струйных потоков (ЭФСП), установленным в процессной ванне 1 (на фиг. 1, 3, 5 не показаны).
А промывную воду в последней, после процессной, ванне 24 промывки деталей от остатков электролита методом погружения, после превышения в ней предельно-допустимой концентрации (ПДК) основного отмываемого компонента электролита процессной ванны 1, с помощью насоса (на фиг. 1, 3, 5 не показан) или сливного вентиля (на фиг. 1, 3, 5 не обозначен), направляют в бак для слива загрязненной промывной воды (БСЗПВ), выход которого соединяют, путем открывания запорного вентиля (на фиг. 1, 3, 5 не обозначен), со входом насоса 26 для подачи воды в контур для струйно-динамической промывки деталей ванны предшествующей последней, после процессной, ванне 13 (в данном случае) промывки, а вентиль, соединявший ранее сборник - дозатор чистой воды с насосом 26, закрывают.
Кроме того, второй выход трехходового шарового крана 10 соединяют с коллектором (на фиг. 1, 3, 5 не обозначен), размещенным в установленном на выходе вентиляционного канала (ВК), с которым соединены оснащенные шиберными заслонками (на фиг. 1, 3, 5 не показаны) бортовые отсосы (БО) процессной ванны 1, буферного бака 7 (в данном случае) и соединенного со сливной (в данном случае) трубой первой ванны 13 промывки сборника-концентратора 14 разбавленного электролита процессной ванны 1, фильтре для очистки испарений (ФОИ), соединенным с вытяжным вентилятором (на фиг. 1, 3, 5 не обозначен) и оснащенным также, например пластинчатым, теплообменником для подачи хладоагента от холодильной установки (на фиг. 1, 3, 5 не обозначены).
При этом, сконденсированные испарения направляют из ФОИ по трубопроводу (на фиг. 1, 3, 5 не обозначен) в сборник-концентратор 14 разбавленного электролита процессной ванны 1.
Реализацию предлагаемого способа рассмотрим на примере использования нагреваемого раствора процессной ванны 1 для хромирования.
Перед началом работы, производят включение приборов 4, 6, 9, 17, 19 и залив электролита хромирования как в процессную ванну 1, так и в используемый один (в данном случае) буферный бак 7, оснащенный, например, поплавковым указателем уровня (на фиг. 1, 3, 5 не показан) и использующий (например, в летнее время) змеевик для подачи в него хладоагента от холодильной установки, через электромагнитный клапан 42 (в данном случае), подключенный, с помощью переключателя 41, к исполнительному устройству 40, подачу напряжения питания от которого производят по сигналу от контрольно-регулирующего прибора 9, соединенного с расположенным в баке 7 датчиком 8 температуры.
При этом, в исходном состоянии, на начальном этапе работы ОМ хромирования (в данном случае), в ванне 1 отсутствует подвеска с обрабатываемыми деталями (на фиг. 1 не показаны), уровень электролита в ванне 1 превышает уровень электролита (электрод 2 датчика 5, но, например, ниже электрода 3 датчика 5) по достижению которого (электрод 2 датчика 5 находится в воздухе) начинают восполнение уровня электролита в ней, а в сборнике - концентраторе 14 отсутствуют разбавленный водой электролит ванны 1, а в СДЧПВ 25 находится промывная вода в объеме, достаточном для проведения, по крайней мере, одной из соответствующих операций струйно-динамической (в данном случае) промывки деталей в ванне 13.
2
В ванне 24 находится чистая вода, в данном случае дистиллированная, поданная, через открытый на время заполнения ванны, например, через запорный вентиль, от генератора (накопителя) дистиллированной воды и перемешиваемая, с помощью сжатого воздуха, подаваемого в ее барботер от БВ.
После этого, вручную или программным образом производят подключение выхода прибора 4 ко входу нормально-замкнутого (в данном случае) контакта 28, с выхода которого управляющий сигнал поступает на вход исполнительного устройства 30, производя коммутацию питающего напряжения на электронагреватели 2 в ванне 1, обеспечивая, тем самым, нагрев электролита ванны 1 до технологически заданного значения, например: 55±2°С.
Пр.В
Вентиляционная система ОМ хромирования (в данном случае) находится во включенном состоянии, что позволяет удалять образующиеся испарения ванны 1, через ее, оборудованный шиберной заслонкой (на фиг. 1, 3, 5 не показана), бортовой отсос (БО).
При этом, в процессе нагрева и поддержания температуры электролита ванны 1, учитывая априори неизвестный момент поступления деталей на обработку, его уровень может понизиться и ниже электрода 2 датчика 5.
В этом случае, прибор 6, с выхода 2, производит замыкание нормально-разомкнутого контакта в блоке 31, обеспечивая, тем самым запитывание, учитывая, что контакт в блоке 31, подключенный к выходу 3 прибора 6, уже находился в замкнутом состоянии (поскольку уровень электролита в ванне 1 ниже электрода 3 датчика 5, в описываемом случае), срабатывание реле в блоке 31, которое, в свою очередь производит замыкание (см. Фиг. 2, 4, 6):
- своего нормально-разомкнутого контакта в блоке 31 и установку реле последнего на самоблокировку;
- замыкание нормально-разомкнутого контакта 32.
При этом, поскольку на начальном этапе работы ОМ хромирования в сборнике - концентраторе 14 отсутствуют разбавленный водой электролит ванны 1, его прибор 19, со своего выхода 2, производит замыкание нормально-разомкнутого контакта в блоке 35, обеспечивая, тем самым, учитывая, что контакт в блоке 35, подключенный к выходу 3 прибора 19, также находился в замкнутом состоянии (поскольку уровень электролита в сборнике-концентраторе 14 ниже электрода 3 датчика 18, в описываемом случае), срабатывание реле в блоке 35, которое, в свою очередь производит замыкание (см. Фиг. 2, 4, 6):
- своего нормально-разомкнутого контакта в блоке 35 и установку реле в последнем на самоблокировку;
- замыкание нормально-разомкнутого контакта 33;
- размыкание нормально-замкнутого контакта 34,
запрещая, тем самым, подачу управляющего сигнала, поступающего на вход исполнительного устройства, обеспечивающего включение насоса 21, и подачу управляющего сигнала от его источника, через замкнутый контакт 32 и логический элемент или схему «ИЛИ» (на фиг. 1, 3, 5 не обозначены), на исполнительное устройство 27, управляющее включением насоса 12 для подачи холодного электролита из буферного бака 7 в процессную ванну 1. После этого, электролит из бака 7 поступает в ванну 1, восполняя тем самым потери уровня электролита в последней на данном этапе работы ОМ хромирования.
При этом, повышение уровня электролита в ванне 1, приводит к достижению второго, а затем и третьего электрода датчика 5 и отключению реле в блоке 31, размыканию его контакта 32, соединенного с источником питания, и как следствие, к отключению насоса 12 для подачи холодного электролита из буферного бака 7 в процессную ванну 1.
Причем, если, например, при выгрузке из ванны 1 крупногабаритных деталей, происходит резкое снижение в ней уровня электролита (ниже торца первого из электродов датчика 5), то в блоке 29 происходит замыкание соответствующего нормально-разомкнутого контакта, обеспечивая, тем самым запитывание, учитывая, что контакт в блоке 29, подключенный к выходу 2 прибора 6, уже находился в замкнутом состоянии (поскольку уровень электролита в ванне 1 был ниже торца электрода 2 датчика 5, в описываемом случае), срабатывание реле в блоке 29, которое, становясь на самоблокировку, производит:
- размыкание своего нормально-замкнутого контакта 28 и снятие, поступавшего ранее на вход исполнительного устройства 30, управляющего сигнала;
- отключение подачи напряжения питания на электронагреватели 2 в ванне 1, и прекращение нагрева электролита ванны 1, в этом случае.
Кроме того, в этом случае, может загораться лампа " Авария уровня" на пульте индикации, по сигналу которой обслуживающим персоналом, в случае, например, внезапного выхода из строя насоса 12, с помощью ручного вентиля, подключенного к магистрали подачи дистиллированной воды от генератора/накопителя последней (на фиг. 1, 3, 5 не показаны), может производиться долив воды в ванну 1 до технологически требуемого уровня, обеспечивающего повторное включение нагрева электролита ванны 1.
После выхода температуры электролита ванны 1 на технологически заданное значение, например: 55±2°С, в нее загружают подвеску с обрабатываемыми, например, небольшими, деталями, производят, например, через пульт дистанционного управления, включение источника питания и подачу необходимой величины тока на соединенные с токоподводами электроды (на фиг. 1, 3, 5 не показаны) ванны 1.
После окончания обработки подвески с деталями в ванне 1, они перемещаются (без струйно-динамической промывки, в данном случае, из-за, например, отсутствия разбавленного водой электролита в его сборнике-дозаторе, расположенном в сборнике-концентраторе 14) в ванну 13, при выгрузке из которой они подвергаются струйно-динамической промывке, путем включения, от кнопки-педали или автоматически, по заднему фронту сигнала отдатчика загрузки ванны 13 (на фиг. 1, 3, 5 не показаны), насоса 26 (поскольку в СДЧПВ 25 находится промывная вода в объеме, достаточном для проведения, по крайней мере, одной из соответствующих операций струйно-динамической, в данном случае, промывки деталей в ванне 13).
При этом, разбавленный водой электролит, по сливной трубе (на фиг. 1, 3, 5 не обозначена) ванны 13 поступает, непосредственно или через установленный в нем или рядом с ним оснащенный насосом (для подачи разбавленного водой электролита ванны 1 в установленные в верхней части последней ЭФСП, при их использовании для целей последующей промывки деталей непосредственно в процессе их выгрузки из ванны 1), сборник-дозатор промывной воды (на фиг. 1, 3, 5 показаны пунктиром), в сборник-концентратор 14 разбавленного водой электролита ванны 1.
2
После окончания струйно-динамической промывки подвески с деталями в ванне 13, они перемещаются в ванну 24 промывки деталей погружным (в данном случае) методом, вода в которой перемешивается сжатым воздухом, поступающим в ее барботер от второй безмаслянной воздуходувки (БО), осуществляющей перемешивание сжатым воздухом и поступающего в сборник-концентратор 14 разбавленного водой электролита.
Далее детали на подвеске поступают на сушку (в данном случае) или обработку в ОМ другой гальванохимической обработки (в общем случае).
При этом, в процессе работы ОМ, после обработки и, естественно струйно-динамической промывки деталей в ванне 13, повышается уровень разбавленного водой электролита в сборнике-концентраторе 14, что, в свою очередь, приводит к последовательному достижению им электродов датчика 18:
- сначала первого и второго, что приводит (см. Фиг. 2, 4, 6) к размыканию контактов на первом и втором выходах прибора 19, отключению реле в блоке 38, замыканию нормально-замкнутого контакта 37 и разрешению подачи управляющего сигнала с выхода прибора 17 (с установленным на нем значением температуры доуконцентрирования, например: 50±2°С) на вход исполнительного устройства 39, которое подает напряжение питания на донные электронагреватели 15 с целью доуконцентрирования разбавленного водой электролита в сборнике-концентраторе 14;
- затем и третьего, что приводит к размыканию контакта и на третьем выходе прибора 19, отключению реле в блоке 35, замыканию нормально-замкнутого контакта 34, размыканию нормально-разомкнутого контакта 33 и, как следствие, разрешению подачи, с помощью насоса 21, сконцентрированного электролита из сборника-концентратора 14 в ванну 1, при понижении в ней уровня ниже второго электрода датчика 5.
А в случае достижения в воде ванны 24 величины концентрации основного отмываемого компонента (ООК) значения ПДК, производят, в процессе технологического перерыва работы оборудования, следующее:
- открывают сливной вентиль (на фиг. 1, 3, 5 не обозначен) ванны 24 для полного или частичного слива загрязненной ООК в БСЗГТВ и ее последующего использования в процессе струйно-динамической промывки в ванне 13, реализуемых с помощью насоса 26, выход которого соединен трубопроводом или шлангом, непосредственно или через фильтр с распределительным коллектором (РК) (на фиг. 1, 3, 5 не показаны) с ЭФСП ванны 13;
- закрывают вентиль на выходе СДЧПВ 25, связывающий последний со входом насоса 26, вход которого соединяют, путем открывания соответствующего вентиля, с выходом БСЗПВ (на фиг. 1, 3, 5 не показан);
- изменяют в положение рукоятки трехходового шарового крана, соединенного с выходом переливного кармана, в направлении к БСЗПВ.
После слива загрязненной промывной воды из ванны 24 производят закрывание ее сливного вентиля и залив через, открытый запорный вентиль, дистиллированной (в данном случае) воды от ее генератора/источника в ванну 24.
При этом, в случае применения предлагаемого способа на автоматической или автоматизированной линии, в частности хромирования, на описанном ранее начальном этапе работы ОМ, или при выгрузке крупногабаритных деталей на подвеске или деталей в барабане из ванны 1, на выходе ее Д3 исчезает сигнал, по заднему фронту которого (см. Фиг. 3, 4) на выходе СВЗФ появляется сигнал, поступающий через логический элемент «ИЛИ» 47, на вход установки в единицу (S) RS-триггера 46, выход которого соединен со входом реле 45 времени, на выходе которого появляется сигнал, длительность которого соответствует величине уставки, поступающий:
- на запитывание реле 44, которое размыкает свой нормально-замкнутый контакт 43, обеспечивая, тем самым, запрет на включение насоса 21 сборника-концентратора 14;
- через логический элемент или схему «ИЛИ» (на фиг. 1, 3, 5 не обозначены), на исполнительное устройство 27, обеспечивая, тем самым, включение насоса 12 и подачу холодного электролита из буферного бака 7 в процессную ванну 1, для восполнения уровня электролита в ней.
А в случае применения предлагаемого способа на оснащенной тельфером ручной линии, в частности хромирования, загрузка в ванну 1 крупногабаритных деталей (например, пресс-форм) на подвеске (см. Фиг. 5, 6), вызывает слив из ванны 1, через ее переливной карман избытка электролита, который поступает по сливной трубе сначала во вторую, а потом и в первую секцию буферного бака 7, что, при довольно большом объеме загружаемых деталей, может приводить к достижению уровня электролита в нем до торца второго электрода датчика 48, подключенного к прибору 49, что, как следствие, приводит к замыканию нормально-разомкнутого контакта в блоке 50, подключенного ко второму выходу прибора 49.
При этом, после окончания обработки объемных деталей в ванне 1 и их выгрузке из последней, естественно понижается уровень ее электролита ниже торца третьего электрода датчика 5, что приводит к замыканию нормально-разомкнутого контакта в блоке 50, подключенного ко третьему выходу прибора 6 ванны 1, что, в свою очередь, к срабатыванию реле в блоке 50, которое:
- замыкает свой нормально-разомкнутый контакт в блоке 50 и устанавливается на самоблокировку;
- размыкает нормально-разомкнутый контакт 51, включенный между нормально-разомкнутым контактом 32 и нормально-замкнутым контактом 34;
- замыкает свой нормально-разомкнутый контакт 52, вход которого соединен с выходом соединенного с источником питания нормально-разомкнутого контакта 32, а выход, через логический элемент или схему «ИЛИ», соединен с исполнительным устройством 27, управляющим включением насоса 12 для подачи электролита из буферного бака 7 в процессную ванну 1 до восполнения уровня в ней до первоначального значения.
Достижение электролитом в ванне 1 торца третьего электрода датчика 5 приводит:
- к размыканию нормально-разомкнутого контакта прибора 6 в блоке 50, отключению реле в блоке 50;
- замыкает нормально-разомкнутый контакт 51, включенный между нормально-разомкнутым контактом 32 и нормально-замкнутым контактом 34;
- размыкает свой нормально-разомкнутый контакт 52, тем самым отключая насос 12 для подачи электролита из бака 7 в процессную ванну 1.
После этого, процессная ванна и в целом ОМ хромирования, в данном случае, готовы для проведения обработки новой партии деталей, в том числе и в бессточном режиме.
При этом, количество ванн или операций струйно-динамической промывки может, в зависимости от значения критерия промывки и требуемого времени работы ОМ до слива воды из ванны промывки погружным методом в БСЗПВ, быть различным, но, как правило, составляет от 2 до 4.
А выгружаемые из ванны 1 поверхности подвески с деталями подвергаются струйно-динамической промывке, обеспечивая тем самым смыв основной (до 80-90%) массы электролита, выносимого подвеской с деталями и восполнение потерь объема ее обрабатывающей среды, обусловленных испарением, работой ее бортовых отсосов и выносом поверхностями подвески с деталями.
Таким образом предлагаемый способ по сравнению с известным, выбранным в качестве прототипа, вне зависимости от вида гальванической линии (ручная, механизированная или автоматическая), а также массогабаритных параметров обрабатываемых деталей и/или вида используемых технологических приспособлений (подвеска, барабан), позволяет обеспечить эффективность, надежность и стабильность процессов поддержания уровня электролитов процессных ванн, за счет:
- обеспечения взаимосвязи работы подсистем регулирования уровня и температуры;
- использования заливаемого в буферный бак электролита для регулирования уровня электролита в процессной ванне;
- оптимизации работы оборудования для восполнения уровня электролита в случае образования волн при подаче в ванну восполняющего ее уровень жидкости, в частности, при нахождении уровня электролита вблизи стержня контактного датчика уровня и др.
Реализация предлагаемого способа, в зависимости от вида используемых электролитов, гальванической линии или габаритных характеристик обрабатываемых деталей, полностью осуществима представленной на фиг. 1 или 3 или 5 схемой ОМ из стандартных комплектующих и материалов, а эффективность предлагаемого способа значительно превышает затраты на его реализацию.
Так, например, в качестве материалов при изготовлении электродов датчиков уровня в заявленном способе могут быть применен титан марки ВТ1-0.
А в качестве комплектующих могут быть использованы, например, приборы контроля уровня типа «САУ-6» с релейными выходами, либо их аналоги.
Проверка предлагаемого способа на выполненном в двухуровневой компоновке операционном модуле (ОМ) хромирования в гальваническом цехе ФГУП ФНПЦ «ПО «Старт» им. М.В. Проценко» показала его осуществимость, эффективность в части заявленных улучшений и достижение целей в сравнении как со способом, выбранным в качестве прототипа, так и с другими решениями в этой области, известными по данным открытых публикаций.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. УДК [621.357.7:658.52.011.56.012.3] (035) Гибкие автоматизированные гальванические линии: Справочник. Под общ. Ред. В.Л. Зубченко. - М.: Машиностроение, 1989 г., стр. 148-156, рис. 17, 21; стр. 515-519, табл. 6.
2. УДК 620.197:543.3:006.354 ГОСТ 9.314-90. Вода для гальванического производства и схемы промывок. М.: Изд-во стандартов, 1991 г., с. 9, черт. 2 (продолжение).
3. УДК [621.357.7:658.52.011.56.012.3](035) Гибкие автоматизированные гальванические линии: Справочник. Под общ. Ред. В.Л. Зубченко. - М.: Машиностроение, 1989 г., стр. 525, рис. 2; стр. 526, 527, рис. 4; стр. 359, рис 10 - прототип.
4. Патент №2218455 РФ. Способ бессточной гальванохимической обработки и очистки поверхностей деталей, в частности, на подвесках. А.Н. Алексеев, СО. Наркевич, М. кл. C25D 21/08, 2002 г.