Автоклав для полимеризации композитных материалов

Полезная модель относится к области химического машиностроения и может использоваться в технологических процессах полимеризации изделий из композитных материалов, применяемых в различных областях промышленности. В частности полезная модель относится к автоклавам, предназначенным для полимеризации композитных материалов в таких областях, как обувная, авиационная, автомобильная, приборостроительная и в иных областях промышленности.
Из уровня техники известен автоклав по патенту на полезную модель RU 122590. Известный автоклав применяется для вулканизации резиновых изделий. Автоклав содержит герметичный корпус, устройство для подачи сжатого воздуха, устройство для сброса давления. Автоклав содержит теплоизолирующую оболочку, установленную на внутренней поверхности герметичного корпуса, а также содержит теплонагреватели воздуха в автоклаве и вентилятор, размещенный в торцевой части автоклава.
Недостатками известного автоклава являются:
- повышенная длительность цикла нагрева заготовок резиновых изделий за счет хаотичного распределения потоков горячего сжатого воздуха в объеме автоклава, что значительно снижает его производительность;
- отсутствие в конструкции автоклава устройства, позволяющего быстро охладить отвердевшие резиновые детали, что значительно увеличивает полный цикл времени изготовления резиновых изделий.
Известен автоклав по патенту на изобретение RU 2022635, принятый за прототип.
Прототип содержит корпус с герметизирующей крышкой, электродвигатель, лопастное колесо, нагреватель сжатого воздуха, экран, расположенный с зазором относительно корпуса и подвешенный к монорельсу, прикрепленному к верхней части корпуса, посредством механизма перемещения.
Недостатками прототипа являются:
- низкая надежность, объясняющаяся:
а) наличием в прототипе только одного нагревателя воздуха, что приведет при спонтанном выходе его из строя к прекращению процесса полимеризации композитного материала изделий;
б) отсутствием в автоклаве устройства, защищающего электродвигатель от высокой температуры корпуса автоклава во время цикла полимеризации изделий из композитного материала;
- невозможность участия автоклава в процессе уменьшения длительности цикла изготовления деталей из полимерного композитного материала на стадии охлаждения деталей, так как в его устройстве не предусмотрено элементов для этого, что снижает производительность изготовления изделий из композитного материала.
Задачей и техническим результатом полезной моделей является устранение недостатков прототипа, а именно повышение надежности устройства и повышение производительности изготовления деталей из полимерных композитных материалов.
Технический результат достигается тем, что в автоклаве для полимеризации композитных материалов, содержащем корпус, крышку загрузочного люка, электродвигатель, лопастное колесо, установленное на валу электродвигателя, нагреватель воздуха, экран, рельсовый путь, согласно полезной модели, электродвигатель установлен в кожухе, прикрепленном к крышке заглушенного люка, расположенного противоположно загрузочному люку, на наружной поверхности кожуха выполнен теплообменник, на внутренней поверхности корпуса в районе расположения лопастного колеса установлены равномерно расположенные по окружности по крайней мере два электронагревателя воздуха, экран состоит из двух отдельных частей:
цилиндрической и конической, между которыми установлен холодильник, выполненный в виде трубчатого радиатора, на наружной поверхности трубок которого выполнены охлаждающие ребра.
Корпус содержит теплоизолирующую оболочку, установленную на внутренней его стороне.
Цилиндрическая часть экрана установлена на опорах, прикрепленных к нижней половине корпуса.
К нижней половине внутренней поверхности цилиндрической части экрана прикреплены два рельса для технологической тележки.
На внутренней поверхности корпуса в районе расположения лопастного колеса установлены равномерно расположенные по окружности два электронагревателя воздуха.
Установка электродвигателя в кожухе, на наружных поверхностях которого выполнен теплообменник, позволяет путем пропускания через теплообменник охлаждающей воды защитить электродвигатель от высокой температуры корпуса автоклава. Это обеспечивается тем, что внутренняя стенка теплообменника, являясь также стенкой кожуха, при охлаждении ее водой забирает тепло из внутреннего пространства кожуха, в котором расположен двигатель, и отдает его циркулирующей через теплообменник воде. Во внутреннем пространстве электродвигателя создается благоприятный тепловой режим для электропроводных обмоток индуктора и якоря, что повышает надежность автоклава.
Установка на внутренней поверхности корпуса в районе расположения лопастного колеса по крайней мере двух электронагревателей воздуха, равномерно расположенных по окружности, исключает образование застойных мест воздуха, а при спонтанном выходе из строя одного из нагревателей позволяет продолжить, хотя и с меньшей скоростью, процесс полимеризации композитных материалов, предотвращая отход заготовок в брак. Тем самым обеспечивается повышение надежности автоклава.
Выполнение экрана из двух отдельных частей - цилиндрической и конической - позволяет установить между ними холодильник, выполненный в виде трубчатого радиатора, на наружной поверхности трубок которого выполнены охлаждающие ребра. Установка холодильника внутри корпуса автоклава позволяет после окончания процесса полимеризации композитных материалов, произведя отключение электронагревателей, сброс давления воздуха и произведя подачу в холодильник циркулирующей холодной воды, перевести автоклав в режим охлаждения готовых изделий со скоростью, превышающей скорость их охлаждения на открытом воздухе производственного помещения, уменьшая время охлаждения готовых изделий. Таким образом повышается производительность изготовления изделий из композитных материалов.
Сущность полезной модели поясняется схемой автоклава.
Автоклав для полимеризации изделий из композитных материалов содержит корпус 1, крышку 2 загрузочного люка, электродвигатель 3, установленный в кожухе 4, прикрепленном к крышке 5 заглушенного люка, расположенного противоположно загрузочному люку. На наружной поверхности кожуха 4 выполнен теплообменник 6, во внутреннем пространстве которого циркулирует холодная вода. На валу электродвигателя 3 установлено лопастное колесо 7, крыльчатка которого размещена в торце внутреннего пространства корпуса 1. На внутренней поверхности корпуса 1 в районе расположения лопастного колеса 7 установлены равномерно расположенные по окружности два или более электронагревателя 8, предназначенные для нагрева сжатого воздуха, поданного в автоклав. В корпусе 1 на опорах 9 установлен цилиндрический экран 10, вплотную к которому установлен холодильник 11, выполненный в виде трубчатого радиатора, на наружной поверхности трубок которого выполнены охлаждающие ребра. С противоположной стороны к холодильнику 11 вплотную установлен конический экран 12, закрепленный на холодильнике 11. Между экранами и корпусом образованы зазоры для продувки горячего сжатого воздуха под действием вращающегося лопастного колеса. Корпус содержит теплоизолирующую оболочку 13, установленную на его внутренней стороне. К нижней половине внутренней поверхности цилиндрического экрана 10 прикреплены два рельса для технологической тележки (на схеме не показаны). На корпусе смонтированы: штуцер 14 подачи в автоклав сжатого воздуха и штуцер 15 сброса давления воздуха. Автоклав работает следующим образом.
Технологическую тележку с заготовками изделий из полимерного композитного материала закатывают по рельсам внутрь цилиндрического экрана 10, закрывают крышку 2 загрузочного люка. Через штуцер 14 в корпус автоклава подают сжатый воздух. Включают электронагреватели 8 и электродвигатель 3, на валу которого установлено лопатное колесо 7. Давление сжатого воздуха в автоклаве и его температуру поддерживают в соответствии с параметрами карты технологического процесса изготовления конкретного изделия из полимерного композитного материала. Лопастное колесо 7, продувая нагретый сжатый воздух через зазоры между экранами и корпусом и далее через внутреннее пространство экранов, обеспечивает равномерный прогрев металлоконструкций и заготовок из полимерного композитного материала. По окончании процесса полимеризации изделий автоклав переводят в режим охлаждения. Для этого выключают электронагреватели 8, сбрасывают давление сжатого воздуха и через холодильник 11 пропускают охлаждающую воду. Воздух, циркулирующий в корпусе, охлаждается в холодильнике и снижает температуру деталей из полимерного композитного материала. По истечении времени охлаждения готовых изделий прекращают подачу воды в холодильник 11, выключают электродвигатель 3, открывают крышку 2 загрузочного люка, выкатывают тележку с готовыми изделиями.