ПРЕССОВОЕ УСТРОЙСТВО
PRESS DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение в целом относится к области обработки прессованием. В частности, настоящее изобретение относится к прессовому устройству для обработки по меньшей мере одного изделия средствами горячего прессования, такими как, например, горячее изостатическое прессование (HIP).
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Горячее изостатическое прессование (HIP) может, например, применяться для сокращения или даже устранения пористости отливок (например, лопаток турбины), чтобы существенно увеличить их срок службы и прочность (например, их усталостную прочность). Кроме того, HIP можно применять при изготовлении изделий посредством прессования порошка, причем желательно, или обязательно, чтобы эти изделия были полностью, или по существу полностью, плотными и имели не содержащие пор, или по существу не содержащие пор, внешние поверхности и т.д.
Изделие, подвергаемое обработке прессованием с помощью HIP, может быть помещено в нагрузочное отделение или камеру теплоизолированного резервуара высокого давления. Цикл обработки может включать в себя загрузку изделия, обработку изделия и выгрузку изделия. Несколько изделий могут обрабатываться одновременно. Цикл обработки может быть разделен на несколько частей или фаз, таких как фаза прессования, фаза нагрева и фаза охлаждения. После загрузки изделия в резервуар высокого давления его могут затем герметизировать, после чего вводят рабочую среду под давлением (например, содержащую инертный газ, такой как аргон–содержащий газ) в резервуар высокого давления и его нагрузочное отделение. Затем давление и температуру рабочей среды под давлением повышают, с тем чтобы изделие подвергалось воздействию повышенного давления и повышенной температуры в течение выбранного периода времени. Повышение температуры рабочей среды под давлением, которое, в свою очередь, может вызвать повышение температуры изделия, обеспечивается с помощью нагревательного элемента или печи, расположенных в печной камере резервуара высокого давления. Давление, температура и время обработки могут, например, зависеть от желаемых или требуемых свойств материала обрабатываемого изделия, конкретной области применения и требуемого качества обработанного изделия. Давление в HIP может, например, находиться в диапазоне от 200 бар до 5000 бар, например, от 800 бар до 2000 бар. Температуры в HIP могут, например, находиться в диапазоне от 300 до 3000°С, например, от 800 до 2000°С.
Когда обработка изделия прессованием закончена, изделие, возможно, потребуется охладить перед его удалением или выгрузкой из резервуара высокого давления. Характеристики охлаждения – например, его скорость – изделия могут влиять на металлургические свойства обработанного изделия. Обычно желательно иметь возможность охлаждать изделие однородным образом, а также, если это возможно, иметь возможность управления скоростью охлаждения. Были предприняты усилия для сокращения периода времени, необходимого для охлаждения изделия, подвергнутого HIP. Например, в течение фазы охлаждения может требоваться или быть желательным быстрое снижение температуры рабочей среды под давлением (и, следовательно, изделия) без вызывания каких–либо больших изменений температуры внутри нагрузочного отделения (например, таким образом, чтобы температура внутри нагрузочного отделения снижалась единообразно) управляемым образом и поддержание температуры на определенном уровне температуры или в пределах определенного температурного диапазона в течение выбранного периода времени без колебаний или только с небольшими колебаниями температуры в течение выбранного периода времени. При отсутствии каких–либо значительных колебаний температуры внутри нагрузочного отделения в течение охлаждения изделия могут не наблюдаться или будут наблюдаться очень небольшие колебания температуры в разных частях изделия в течение охлаждения. Таким образом, внутренние напряжения в обработанном изделии могут быть уменьшены.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Предусматривается, что охлаждение изделия можно проводить, когда изделие подвергается воздействию относительно высокого давления, что может быть полезным для металлургических свойств обрабатываемого изделия.
Ввиду этого и описания в предшествующем разделе «уровень техники» задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предоставить прессовое устройство, способное выполнять обработку прессованием, по меньшей мере, одного изделия, например, посредством HIP, при этом такое прессовое устройство способно обеспечить относительно быстрое охлаждение по меньшей мере одного изделия, подвергнутого обработке прессованием, до требуемой или желаемой температуры в течение фазы охлаждения цикла обработки.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание прессового устройства, способного выполнять обработку прессованием, по меньшей мере, одного изделия, например, посредством HIP, при этом такое прессовое устройство способно обеспечить относительно высокую скорость охлаждения, по меньшей мере, одного изделия, подвергаемого обработке прессованием, в течение фазы охлаждения цикла обработки, возможно, при скорости охлаждения рабочей среды под давлением, превышающей 300°С в минуту.
Для решения по меньшей мере одной из этих проблем и других проблем предоставлено прессовое устройство в соответствии с независимым пунктом формулы изобретения. Предпочтительные варианты осуществления определены в зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно первому аспекту предоставлено прессовое устройство. Прессовое устройство может быть пригодным для обработки, по меньшей мере, одного изделия посредством прессования, например, горячего прессования, такого как HIP. Прессовое устройство содержит резервуар высокого давления. Резервуар высокого давления содержит цилиндр высокого давления и торцевую крышку. Прессовое устройство содержит печную камеру, которая расположена внутри резервуара высокого давления. Печная камера может быть приспособлена или сконфигурирована для размещения по меньшей мере одного изделия. Печная камера, по меньшей мере, частично закрыта теплоизолированным корпусом. Печная камера (например, с прикрепленным теплоизолированным корпусом) может быть расположена таким образом, чтобы рабочая среда под давлением могла входить в печную камеру и выходить из нее. Прессовое устройство содержит множество направляющих проходов для рабочей среды под давлением, находящихся в сообщении по текучей среде с печной камерой и расположенных для формирования внешнего контура охлаждения внутри резервуара высокого давления. Прессовое устройство содержит теплопоглощающий элемент. Теплопоглощающий элемент размещен внутри резервуара высокого давления и сконфигурирован для поглощения тепла или тепловой энергии из рабочей среды под давлением.
Теплоизолированный корпус прессового устройства содержит теплоизолирующую секцию и кожух, по меньшей мере, частично охватывающий теплоизолирующую секцию.
Часть внешнего контура охлаждения содержит, по меньшей мере, один первый направляющей проход для рабочей среды под давлением, сформированный между, по меньшей мере, частью кожуха и теплоизолирующей секции, соответственно, и выполненный с возможностью направления рабочей среды под давлением после выхода из печной камеры в направлении торцевой крышки в пространство, которое находится между торцевой крышкой и печной камерой, и в котором расположен теплопоглощающий элемент.
Теплопоглощающий элемент содержит, по меньшей мере, один вход, позволяющий рабочей среде под давлением, выходящей из печной камеры, входить во внутреннее пространство теплопоглощающего элемента. Теплопоглощающий элемент сконфигурирован для обеспечения возможности направления рабочей среды под давлением через теплопоглощающий элемент, по меньшей мере, к одному выходу теплопоглощающего элемента, и этот, по меньшей мере, один выход позволяет рабочей среде под давлением выходить из теплопоглощающего элемента. По меньшей мере, один выход расположен на первой стороне теплопоглощающего элемента, и, по меньшей мере, один выход расположен на второй стороне теплопоглощающего элемента. Вторая сторона теплопоглощающего элемента обращена в направлении к внутренней поверхности торцевой крышки.
Другая часть внешнего контура охлаждения, содержащая, по меньшей мере, один второй направляющий проход для рабочей среды под давлением, выполненный с возможностью направления рабочей среды под давлением, покинувшей теплопоглощающий элемент (через, по меньшей мере, одно второе отверстие), в непосредственной близости от внутренней поверхности стенок цилиндра высокого давления перед тем, как рабочая среда под давлением возвратится в печную камеру.
Таким образом, в соответствии с первым аспектом прессовое устройство включает в себя внешний контур охлаждения, в котором рабочая среда под давлением после выхода из печной камеры может направляться до того, как в конечном итоге возвратится в печную камеру. В течение прохождения через внешний контур охлаждения рабочая среда под давлением охлаждается путем рассеивания тепла или тепловой энергии на компоненты устройства прессования, такие как стенки направляющих проходов рабочей среды под давлением и стенки резервуара высокого давления. В соответствии с первым аспектом рабочая среда под давлением, выходящая из печной камеры, сначала направляется в часть внешнего контура охлаждения, образованного, по меньшей мере, между частями кожуха и теплоизолирующей частью, соответственно, к торцевой крышке цилиндра высокого давления в камере высокого давления. Следовательно, рабочая среда под давлением может проходить между внешней поверхностью теплоизолирующей секции и внутренней поверхностью кожуха, которая, по меньшей мере, частично охватывает теплоизолирующую секцию, в результате чего рабочая среда под давлением может охлаждаться, проходя в непосредственной близости от внутренней поверхности кожуха, которая может быть холоднее, чем теплоизолирующая секция. Впоследствии, по меньшей мере, часть рабочей среды под давлением или даже вся (или практически вся) рабочая среда под давлением проходит через теплопоглощающий элемент, в результате чего рабочая среда под давлением может быть дополнительно охлаждена. После того как рабочая среда под давлением вышла из теплопоглощающего элемента, рабочая среда под давлением направляется в непосредственной близости от внутренней поверхности стенок резервуара высокого давления, в результате чего рабочая среда под давлением может быть дополнительно охлаждена до того, как рабочая среда под давлением возвратится в печную камеру.
В свете вышеизложенного, посредством по меньшей мере одного первого направляющего прохода для рабочей среды под давлением, по меньшей мере одного второго направляющего прохода для рабочей среды под давлением во внешнем контуре охлаждения и теплопоглощающего элемента, может быть достигнуто относительно быстрое охлаждение любого изделия, которое, например, может быть помещено в печную камеру, до требуемой или желаемой температуры, например, в течение фазы охлаждения цикла обработки. Кроме того, посредством соответствующего конфигурирования, например, теплопоглощающего элемента в отношении его теплопоглощающей способности или емкости, можно достичь относительно высокой скорости охлаждения изделия, например, в течение фазы охлаждения цикла обработки.
Теплопоглощающий элемент, который в альтернативном варианте может называться блоком поглотителя тепла или блоком теплообменника, может быть расположен полностью в пределах резервуара высокого давления. Теплопоглощающий элемент может являться «пассивным» элементом в том смысле, что он может не иметь каких–либо трубопроводов, проходов, каналов и т.п. для подачи охлаждающей среды к теплопоглощающему элементу или от него. Теплопоглощающий элемент может не иметь связи с внешней частью резервуара высокого давления. В частности, теплопоглощающий элемент может не иметь сообщении по текучей среде с внешней частью резервуара высокого давления.
Рабочая среда под давлением, используемая в резервуаре высокого давления или прессовом устройстве, может, например, содержать или состоять из жидкой или газообразной среды, которая может обладать относительно низким химическим сродством по отношению к изделию(–ям), обрабатываемому(–ым) в прессовом устройстве. Рабочая среда под давлением может, например, содержать газ, например, инертный газ, такой как газообразный аргон, или жидкость, например, масло.
По меньшей мере, один второй направляющий проход для рабочей среды под давлением может быть расположен вдоль стенок резервуара высокого давления, например, вдоль стенок цилиндра высокого давления.
Стенки цилиндра высокого давления, которые имеют внутреннюю поверхность, в непосредственной близости от которой направляют рабочую среду под давлением, выходящую из теплопоглощающего элемента (по меньшей мере, в одном втором направляющем проходе для рабочей среды под давлением) до того, как рабочая среда под давлением возвратится в печную камеру, могут содержать наружные стенки цилиндра высокого давления. Наружные стенки цилиндра высокого давления могут, например, содержать боковые или кольцевые стенки цилиндра высокого давления. На наружной поверхности наружных стенок цилиндра высокого давления (или на поверхности оболочки цилиндра высокого давления) могут быть предусмотрены каналы, трубопроводы и/или трубки и т.д., в которых может быть предусмотрен поток охлаждающей жидкости для охлаждения наружных стенок цилиндра высокого давления.
На наружной поверхности наружных стенок цилиндра высокого давления и, возможно, на любых каналах, трубопроводах и/или трубках и т.д. для охлаждающей жидкости может быть предусмотрено средство предварительного напряжения. Средство предварительного напряжения, например, может быть выполнено в форме проволоки (например, из стали), намотанной во множество витков, с тем чтобы сформировать одну или несколько полос и, предпочтительно, в несколько слоев вокруг внешней поверхности наружных стенок цилиндра высокого давления и, возможно, также вокруг любых каналов, трубопроводов и/или трубок и т. д. для охлаждающей жидкости, которые могут быть представлены на них. Средство предварительного напряжения может быть выполнено с возможностью приложения радиальных сжимающих сил к цилиндру высокого давления.
Количество тепловой энергии, которое может передаваться от рабочей среды по давлением, направляемой в непосредственной близости от внутренней поверхности стенок цилиндра высокого давления, к стенкам цилиндра высокого давления, может зависеть по меньшей мере от одного из следующих факторов: скорость рабочей среды под давлением в течение ее прохождения в непосредственной близости от внутренней поверхности стенок цилиндра высокого давления, количество рабочей среды под давлением, имеющее (прямой) контакт с внутренней поверхностью стенок цилиндра высокого давления в течение прохождения рабочей среды под давлением в непосредственной близости от внутренней поверхности стенок цилиндра высокого давления, и относительная разность температур между рабочей средой под давлением и стенками цилиндра высокого давления. Стенки цилиндра высокого давления могут являться наружными стенками цилиндра высокого давления.
В контексте настоящей заявки под внешним контуром охлаждения подразумевается контур охлаждения, который отделен от контура охлаждения внутри печной камеры, например, от конвекционного контура внутри печной камеры.
Теплопоглощающий элемент может, например, быть расположен таким образом, чтобы первая сторона теплопоглощающего элемента была противоположна второй стороне теплопоглощающего элемента. Таким образом, первая и вторая стороны теплопоглощающего элемента могут являться двумя противоположными сторонами теплопоглощающего элемента.
По меньшей мере, один вход теплопоглощающего элемента может, например, содержать, по меньшей мере, одно отверстие. По меньшей мере, один выход теплопоглощающего элемента может содержать, по меньшей мере, одно отверстие.
В соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения теплопоглощающий элемент может содержать множество входов. По меньшей мере, часть первой стороны теплопоглощающего элемента может содержать множество перфораций или отверстий, которые распределены, по меньшей мере, по части первой стороны теплопоглощающего элемента. Множество перфораций или отверстий, которые распределены, по меньшей мере, по части первой стороны теплопоглощающего элемента, могут составлять множество входов теплопоглощающего элемента. Рабочая среда под давлением, которая выходит из печной камеры и которая направляется в часть внешнего контура охлаждения, сформированного, по меньшей мере, между секцией кожуха и теплоизолирующей секцией, соответственно, к торцевой крышке цилиндра высокого давления резервуара высокого давления, может, благодаря гидравлическому сопротивлению рабочей среды под давлением, становиться равномерно или по существу равномерно распределенной по меньшей мере по части первой стороны теплопоглощающего элемента, которая содержит множество перфораций или отверстий. Таким образом, может быть облегчено или обеспечено, чтобы относительно большое количество рабочей среды, выходящей из печной камеры, попадало во внутреннее пространство теплопоглощающего элемента.
Теплопоглощающий элемент может быть сконфигурирован или подготовлен различными способами, чтобы настроить или адаптировать его теплопоглощающую способность или емкость в соответствии с различными требованиями или желаниями. Таким образом, можно достичь относительно высокой скорости охлаждения изделия, например, в течение фазы охлаждения цикла обработки.
В соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения (внутренняя часть) теплопоглощающего элемента может, например, иметь многоканальную структуру или сотовую структуру (то есть структуру, имеющую геометрию, подобную сотам). Теплопоглощающий элемент может, например, содержать множество направляющих каналов для рабочей среды под давлением, каждый из которых может быть выполнен с возможностью направления рабочей среды под давлением, поступившей в теплопоглощающий элемент, в пределах теплопоглощающего элемента в направлении или, по меньшей мере, к одному выходу теплопоглощающего элемента. Направляющие каналы для рабочей среды под давлением теплопоглощающего элемента могут, например, содержаться в сотовой структуре или быть составлены из нее.
Каждый канал для направления рабочей среды под давлением может в целом проходить вдоль оси между первой стороной теплопоглощающего элемента и второй стороной теплопоглощающего элемента.
По меньшей мере, один из направляющих каналов для рабочей среды под давлением теплопоглощающего элемента может иметь, например, квадратное, круглое или овальное поперечное сечение, если смотреть в направлении вдоль соответствующего направляющего канала для рабочей среды под давлением. Направляющие каналы для рабочей среды под давлением, имеющие квадратное или, по существу, квадратное поперечное сечение, если смотреть в направлении вдоль соответствующих направляющих каналов для рабочей среды под давлением, могут быть особенно полезными в отношении обеспечения относительно низкого сопротивления потоку рабочей среды под давлением, когда рабочая среда под давлением транспортируется через направляющие каналы для рабочей среды под давлением. Посредством указанного может быть облегчено относительно быстрое охлаждение любого изделия, которое, например, может быть помещено в печную камеру, до требуемой или желаемой температуры, например, в течение фазы охлаждения цикла обработки, при одновременном поддержании требуемой продолжительности фазы охлаждения относительно короткой. Следует понимать, что, по меньшей мере, один из направляющих каналов для рабочей среды под давлением теплопоглощающего элемента может иметь поперечное сечение, если смотреть в направлении вдоль соответствующего направляющего канала для рабочей среды под давлением, отличное от квадратного, круглого или овального, и, следовательно, указанные формы являются только примерами. Например, треугольная или четырехугольная форма, или любая другая многоугольная форма может рассматриваться в соответствии с одним или более вариантами осуществления настоящего изобретения.
По меньшей мере, секция или часть теплопоглощающего элемента может быть изготовлена из металла или другого материала, имеющего относительно высокую теплопроводность.
Например, (внутренняя часть) теплопоглощающего элемента может включать в себя один или более теплоаккумулирующих элементов, таких как, например, множество сфер, выполненных из металла или другого материала, имеющего относительно высокую теплопроводность.
В альтернативном варианте или в дополнение (внутренняя часть) теплопоглощающего элемента может содержать пористую структуру из материала, имеющего относительно высокую теплопроводность. Например, (внутренняя часть) теплопоглощающего элемента может содержать металлическую пену, например, так называемую открытую пену, имеющую взаимосвязанные поры.
Возможно, теплопоглощающий элемент может содержать множество выходов. По меньшей мере, часть второй стороны теплопоглощающего элемента может содержать множество перфораций или отверстий, распределенных, по меньшей мере, по части второй стороны теплопоглощающего элемента. Множество перфораций или отверстий второй стороны теплопоглощающего элемента может формировать множество выходов теплопоглощающего элемента.
По меньшей мере, один второй направляющий проход для рабочей среды под давлением может быть дополнительно размещен вдоль торцевой крышки цилиндра высокого давления в резервуаре высокого давления.
По меньшей мере, один второй направляющий проход для рабочей среды под давлением может быть выполнен с возможностью направления рабочей среды под давлением, покинувшей теплопоглощающий элемент (через, по меньшей мере, одно второе отверстие), далее в непосредственной близости от торцевой крышки перед тем, как рабочая среда под давлением возвратится в печную камеру. В течение направления в непосредственной близости от торцевой крышки тепло или тепловая энергия могут передаваться от рабочей среды к торцевой крышке, через которую тепло или тепловая энергия может рассеиваться из резервуара высокого давления. Таким образом, благодаря размещению, по меньшей мере, одного второго направляющего прохода для рабочей среды под давлением, с тем чтобы направлять рабочую среду под давлением, покинувшую теплопоглощающий элемент, далее в непосредственной близости от торцевой крышки перед тем, как рабочая среда под давлением снова войдет в печную камеру, давление рабочей среды под давлением может быть повышено. Посредством этого может быть облегчено относительно быстрое охлаждение любого изделия, которое, например, может быть помещено в печную камеру, до требуемой или желаемой температуры, например, в течение фазы охлаждения цикла обработки, при одновременном поддержании требуемой продолжительности фазы охлаждения относительно короткой.
Количество тепловой энергии, которая может передаваться от рабочей среды под давлением, направляемой в непосредственной близости от торцевой крышки, к торцевой крышке, может зависеть по меньшей мере от одного из следующих факторов: скорость рабочей среды под давлением в течение ее прохождения в непосредственной близости от торцевой крышки, количество рабочей среды под давлением, имеющей (прямой) контакт с торцевой крышкой в течение прохождения рабочей среды под давлением в непосредственной близости от торцевой крышки, и относительная разница температур между средой под давлением и торцевой крышкой.
Теплопоглощающий элемент может быть, по меньшей мере, частично закрыт кожухом, например, таким образом, чтобы между второй стороной теплопоглощающего элемента и частью корпуса находилось пространство, в которое может входить (или входит) рабочая среда под давлением, вышедшая из теплопоглощающего элемента. Рабочая среда под давлением может быть направлена, по меньшей мере, в один второй направляющий проход для рабочей среды под давлением, по меньшей мере, через одно отверстие в вышеупомянутой секции кожуха. Как упомянуто выше, по меньшей мере, один второй направляющий проход для рабочей среды под давлением может быть дополнительно размещен вдоль торцевой крышки, и, по меньшей мере, один второй направляющий проход для рабочей среды под давлением может быть приспособлен для направления рабочей среды под давлением, покинувшей теплопоглощающий элемент, далее в непосредственной близости от торцевой крышки до того, как рабочая среда под давлением снова войдет в печную камеру. Рабочая среда под давлением может быть направлена, по меньшей мере, в один второй направляющий проход для рабочей среды под давлением – в непосредственной близости от торцевой крышки – через, по меньшей мере, одно отверстие в вышеупомянутой секции кожуха.
По меньшей мере, одно отверстие в вышеупомянутой секции кожуха может, например, представлять собой одно отверстие, возможно, центрированное относительно продольной оси резервуара высокого давления, направленной к торцевой крышке. Посредством указанного можно достичь относительной высокой скорости потока рабочей среды, выходящей из теплопоглощающего элемента в направлении внутренней поверхности торцевой крышки. В свою очередь, это может способствовать или обеспечить возможность относительно высокой передачи тепла или тепловой энергии от рабочей среды под давлением к торцевой крышке, через которую тепло или тепловая энергия также может рассеиваться из резервуара высокого давления, усиливая тем самым охлаждение рабочей среды под давлением. Посредством указанного может быть облегчено относительно быстрое охлаждение любого изделия, которое, например, может быть помещено в печную камеру, до требуемой или желаемой температуры, например, в течение фазы охлаждения цикла обработки, при одновременном поддержании требуемой продолжительности фазы охлаждения относительно короткой.
Теплопоглощающий элемент может быть механически соединен с торцевой крышкой. Теплопоглощающий элемент может быть механически соединен с торцевой крышкой, чтобы (дополнительно) способствовать относительно высокой передаче тепла или тепловой энергии от рабочей среды под давлением к торцевой крышке. Поскольку теплопоглощающий элемент механически соединен с торцевой крышкой, теплопоглощающий элемент может быть не только термически связан или присоединен к торцевой крышке через поток рабочей среды под давлением между теплопоглощающим элементом и торцевой крышкой. По меньшей мере, часть любой тепловой или термической энергии, которая поглощается теплопоглощающим элементом из рабочей среды под давлением, транспортируемой через теплопоглощающий элемент, может посредством механического соединения между теплопоглощающим элементом и торцевой крышкой передаваться от теплопоглощающего элемента к торцевой крышке. Тепло или тепловая энергия, которая передается от теплопоглощающего элемента к торцевой крышке, может рассеиваться из резервуара высокого давления через торцевую крышку. Таким образом, благодаря тому, что теплопоглощающий элемент механически соединен с торцевой крышкой, охлаждение рабочей среды под давлением может быть усилено. Посредством указанного может быть облегчено относительно быстрое охлаждение любого изделия, которое, например, может быть помещено в печную камеру, до требуемой или желаемой температуры, например, в течение фазы охлаждения цикла обработки, при одновременном поддержании требуемой продолжительности фазы охлаждения относительно короткой.
Теплопоглощающий элемент может быть механически соединен с торцевой крышкой, например, посредством секции или части теплопоглощающего элемента, находящейся в механическом контакте с торцевой крышкой. В альтернативном варианте или в дополнение к этому теплопоглощающий элемент может быть механически соединен с торцевой крышкой, например, посредством одного или более отдельных теплопроводящих элементов, соединенных с теплопоглощающим элементом и торцевой крышкой.
Теплопоглощающий элемент может быть размещен внутри резервуара высокого давления различными способами. Теплопоглощающий элемент может быть, например, закреплен или жестко соединен, например, с секцией кожуха. В альтернативном варианте или в дополнение к этому теплопоглощающий элемент может опираться, по меньшей мере, на одну несущую конструкцию, которая может быть соединена, по меньшей мере, с одной теплоизолирующей секцией или кожухом.
Торцевая крышка может, например, содержать верхнюю торцевую крышку или состоять из нее.
Резервуар высокого давления может дополнительно содержать нижнюю торцевую крышку. Следовательно, резервуар высокого давления может содержать верхнюю торцевую крышку и нижнюю торцевую крышку или, в более общем случае, первую торцевую крышку и вторую торцевую крышку. Печная камера, например, может быть размещена таким образом, чтобы рабочая среда под давлением могла входить в печную камеру и выходить из печной камеры в пространство между печной камерой и нижней (или второй) торцевой крышкой. Резервуар высокого давления или цилиндр высокого давления резервуара высокого давления может, например, быть размещен таким образом, чтобы внутренняя поверхность верхней (или первой) торцевой крышки и внутренняя поверхность нижней (или второй) торцевой крышки были направлены в сторону, или по существу в сторону, друг друга.
Каждая из вышеупомянутых торцевых крышек может быть размещена таким образом, чтобы ее можно было открывать и закрывать, например, любым способом, известным в данной области техники.
Дополнительные цели и преимущества настоящего изобретения описаны ниже посредством типовых вариантов осуществления. Следует отметить, что настоящее изобретение относится ко всем возможным комбинациям характеристик, приведенным в формуле изобретения. Дополнительные характеристики и преимущества настоящего изобретения станут очевидными при изучении прилагаемой формулы изобретения и настоящего описания. Специалистам в данной области техники будет понятно, что различные характеристики настоящего изобретения могут быть объединены для создания вариантов осуществления, отличных от описанных.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Типовые варианты осуществления настоящего изобретения будут описаны ниже со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Фиг. 1 представляет собой схематический, частично в разрезе, вид сбоку прессового устройства в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фиг. 2 представляет собой вид теплопоглощающего элемента в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, если смотреть сверху первой стороны теплопоглощающего элемента, на которой расположено множество входов в форме отверстий.
Фиг. 3 представляет собой вид теплопоглощающего элемента, показанного на Фиг. 2, если смотреть сверху второй стороны теплопоглощающего элемента, на которой расположено множество выходов в форме отверстий.
Фиг. 4 представляет собой схематический, частично в разрезе, вид сбоку прессового устройства в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Все чертежи являются схематичными, не обязательно выполнены в масштабе, и, как правило, показывают только те части, которые являются необходимыми для пояснения вариантов осуществления настоящего изобретения, при этом другие части могут быть опущены или просто рекомендованы.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее настоящее изобретение будет описано со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны типовые варианты осуществления настоящего изобретения. Однако настоящее изобретение может быть воплощено во многих различных формах и не должно рассматриваться как ограниченное вариантами осуществления настоящего изобретения, изложенными в настоящем описании; скорее, эти варианты осуществления представлены в качестве примера, с тем чтобы настоящее раскрытие передавало объем настоящего изобретения специалистам в данной области техники.
Фиг. 1 представляет собой схематический, частично в разрезе, вид сбоку прессового устройства 100 в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Прессовое устройство 100 предназначено для применения в прессовании, по меньшей мере, одного изделия, схематически обозначенного цифровым обозначением 5. Прессовое устройство 100 содержит резервуар 2 высокого давления. Хотя это не показано на Фиг. 1, резервуар 2 высокого давления может содержать элементы, средства, модули и т. д., такие как одно или более гнезд, входов, выходов, клапанов и т. д., для подачи/выпуска среды под давлением в резервуар/из резервуара 2 высокого давления.
Резервуар 2 высокого давления содержит цилиндр 1 высокого давления и верхнюю торцевую крышку 3, и нижнюю торцевую крышку 9. Резервуар 2 высокого давления содержит печную камеру 18. Печная камера 18 содержит печь, или нагреватель, или нагревательные элементы для нагрева рабочей среды под давлением в резервуаре высокого давления, например, в течение фазы прессования цикла обработки. Печь схематически обозначена на Фиг. 1 цифровыми обозначениями 36. В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированным на Фиг. 1, печь 36 может быть размещена в нижней секции печной камеры 18. В качестве альтернативы или в дополнение, печь 36 может быть размещена в непосредственной близости от внутренней стороны или боковых поверхностей печной камеры 18. Следует понимать, что являются возможными различные конфигурации и размещения печи 36 относительно печной камеры 18, например, внутри нее. Любая реализация печи 36 в отношении ее размещения относительно печной камеры 18, например, внутри нее, может использоваться в любом из вариантов осуществления настоящего изобретения, описанных в настоящем описании. В контексте настоящей заявки термин «печь» относится к элементам или средствам для обеспечения нагрева, тогда как термин «печная камера» относится к зоне или области, в которой размещена печь и, возможно, нагрузочное отделение и любое изделие. Как показано на Фиг. 1, печная камера 18 может не занимать все внутреннее пространство резервуара 2 высокого давления, но может оставлять промежуточное пространство 10 внутреннего пространства резервуара 2 высокого давления вокруг печной камеры 18. Промежуточное пространство 10 образует проход 10 для направления рабочей среды под давлением. В течение функционирования прессового устройства 100 температура в промежуточном пространстве 10 может быть ниже, чем температура в печной камере 18, но промежуточное пространство 10 и печная камера 18 могут иметь равное, или по существу равное, давление.
Наружная поверхность наружных стенок резервуара 2 высокого давления может быть снабжена каналами, трубопроводами или трубками и т.д. (не показаны), и эти каналы, трубопроводы или трубки, например, могут быть расположены таким образом, чтобы они были связаны с внешней поверхностью внешней стенки резервуара 2 высокого давления, и могут быть расположены таким образом, чтобы проходить параллельно осевому направлению резервуара высокого давления. 2. Охлаждающая жидкость для охлаждения стенок резервуара 2 высокого давления может быть представлена в каналах, трубопроводах или трубах, посредством чего стенки резервуара 2 высокого давления могут охлаждаться, чтобы защитить стены от вредного нагревания, возникающего в течение функционирования резервуара 2 высокого давления. Охлаждающая жидкость в каналах, трубопроводах или трубках может, например, содержать воду, но возможен другой или другие типы охлаждающих жидкостей. Типовой поток теплоносителя в каналах, трубопроводах или трубках, предусмотренных на наружной поверхности наружных стенок резервуара 2 высокого давления, показан на Фиг. 1 стрелками на внешней стороне резервуара 2 высокого давления.
Даже хотя это не указано явно ни на одном из чертежей, резервуар 2 высокого давления может быть организован таким образом, чтобы его можно было открывать и закрывать, с тем чтобы любое изделие 5 внутри резервуара 2 высокого давления могло быть вставлено или удалено. Организация резервуара 2 высокого давления, при которой его можно открывать и закрывать, может быть реализована различными способами, как известно в данной области техники. Хотя это явно не показано на Фиг. 1, одна или обе из верхней торцевой крышки 3 и нижней торцевой крышки 9 могут быть организованы таким образом, чтобы их можно было открывать и закрывать.
Печная камера 18 окружена теплоизолированным кожухом 6, 7, 8 и расположена таким образом, чтобы рабочая среда под давлением могла входить в печную камеру 18 и выходить из нее. В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированным на Фиг. 1, теплоизолированный корпус 6, 7, 8 содержит теплоизолирующую секцию 7 и кожух 6, который частично охватывает теплоизолирующую секцию 7, и нижнюю изоляционную секцию 8. Хотя теплоизолированный корпус в совокупности обозначен цифровыми обозначениями 6, 7, 8, не все элементы теплоизолированного корпуса 6, 7, 8 могут быть организованы таким образом, чтобы быть теплоизолированными или теплоизолирующими. Например, кожух 6 может быть не организован таким образом, чтобы он был теплоизолированным или теплоизолирующим.
Прессовое устройство 100 содержит теплопоглощающий элемент 20. Теплопоглощающий элемент 20 расположен внутри резервуара 2 высокого давления и выполнен с возможностью поглощения тепла от рабочей среды под давлением. По меньшей мере, секция или часть теплопоглощающего элемента 20 могут, например, быть изготовлены из металла или другого материала, имеющего относительно высокую теплопроводность. Теплопоглощающий элемент 20 будет дополнительно описан ниже.
Направляющий проход 11 для рабочей среды под давлением сформирован между теплоизолирующей секцией 7 и кожухом 6. Как показано на Фиг. 1, направляющие проходы 10 и 11 для рабочей среды под давлением находятся в жидкостном сообщении с печной камерой 18 и выполнены с возможностью формирования по меньшей мере части внешнего контура охлаждения внутри резервуара 2 высокого давления. Поток рабочей среды под давлением в течение фазы охлаждения цикла обработки проиллюстрирован стрелками внутри резервуара 2 высокого давления, показанного на Фиг. 1. Часть внешнего контура охлаждения включает в себя направляющий проход 11 для рабочей среды под давлением, сформированный между секцией кожуха 6 и теплоизолирующей секцией 7, соответственно. Направляющий проход 11 для рабочей среды под давлением предназначен для направления рабочей среды под давлением после выхода из печной камеры 18 в направлении верхней торцевой крышки 3 в пространство между верхней торцевой крышкой 3 и печной камерой 18, в котором расположен теплопоглощающий элемент 20. Теплопоглощающий элемент 20 может быть подвешен или размещен в пространстве между верхней торцевой крышкой 3 и печной камерой 18, например, с помощью одной или более опорных конструкций (не показаны на Фиг. 1), и эта(–и) опорная(–ые) конструкция(–и) может(–гут) быть прикреплена(–ы) к кожуху 6 и/или к теплоизолирующей секции 7. Как проиллюстрировано на Фиг. 1, рабочая среда под давлением может выходить из нагрузочного отделения 19 и далее направляться в проход для направления рабочей среды под давлением между стенками нагрузочного отделения 19 и теплоизолирующей секцией 7, после чего рабочая среда под давлением может поступать в направляющий проход 11 для среды под давлением через отверстия между теплоизолирующей секцией 7 и кожухом 6. Отверстия между теплоизолирующей секцией 7 и кожухом 6 могут быть, возможно, снабжены клапанами или любым другим типом регулируемого вентиля или средства ограничения потока рабочей среды под давлением.
Теплопоглощающий элемент 20 содержит множество входов 21, которые позволяют рабочей среде под давлением, выходящей из печной камеры 18, входить во внутреннее пространство 22 теплопоглощающего элемента 20. Теплопоглощающий элемент 20 сконфигурирован таким образом, чтобы рабочая среда под давлением могла направляться через теплопоглощающий элемент 20 в направлении множества выходов 23 теплопоглощающего элемента 20. Множество выходов 23 позволяет рабочей среде под давлением выходить из теплопоглощающего элемента 20. Входы 21 расположены на первой стороне 24 теплопоглощающего элемента 20, и выходы 23 расположены на второй стороне 25 теплопоглощающего элемента 20. Следует понимать, что наличие множества входов 21 и множества выходов 23 является необязательным. Является возможным наличие только одного входа 21 на первой стороне 24 теплопоглощающего элемента 20, и является возможным наличие только одного выхода 23 на второй стороне 25 теплопоглощающего элемента 20.
Вторая сторона 25 теплопоглощающего элемента 20 обращена в направлении к внутренней поверхности верхней торцевой крышки 3, например, так, как показано на Фиг. 1. Как дополнительно проиллюстрировано на Фиг. 1, теплопоглощающий элемент 20 может быть расположен таким образом, что первая сторона 24 теплопоглощающего элемента 20 является противоположной второй стороне 25 теплопоглощающего элемента 20.
Другая часть внешний контура охлаждения содержит направляющий проход для рабочей среды под давлением, задаваемый пространством в части, определяемой внутренней поверхностью верхней торцевой крышки 3 (например, под верхней торцевой крышкой 3) и направляющим проходом 10 для рабочей среды под давлением. Направляющий проход для рабочей среды под давлением, задаваемый пространством в части, определяемой внутренней поверхностью верхней торцевой крышки 3 и направляющим проходом 10 для рабочей среды под давлением, приспособлен для направления рабочей среды под давлением, выходящей из теплопоглощающего элемента 20, в непосредственной близости от верхней торцевой крышки 3 и в непосредственной близости от внутренней поверхности 29 стенок резервуара 2 высокого давления (например, стенок цилиндра 1 высокого давления, соответственно, как показано на Фиг. 1) до того, как рабочая среда под давлением возвратится в печную камеру 18. Таким образом, в другой части внешнего контура охлаждения рабочая среда под давлением направляется в непосредственной близости от внутренней поверхности верхней торцевой крышки 3 и внутренней поверхности 29 стенок цилиндра 1 высокого давления. Количество тепловой энергии, которое может быть перенесено от рабочей среды под давлением в течение ее прохождения в непосредственной близости от внутренних поверхностей верхней торцевой крышки 3 и внутренней поверхности 29 стенок цилиндра 1 под давлением может зависеть, по меньшей мере, от одного из следующего: скорость рабочей среды под давлением, количество рабочей среды, имеющее (прямой) контакт с внутренней поверхностью верхней торцевой крышки 3 и с внутренней поверхностью 29 стенок цилиндра 1 высокого давления, относительная разница температур между рабочей средой под давлением и внутренней поверхностью верхней торцевой крышки 3 и внутренней поверхностью 29 стенок цилиндра 1 высокого давления, толщина верхней торцевой крышки 3 и толщина цилиндра 1 высокого давления, а также температура любого потока охлаждающей жидкости в каналах, трубопроводах или трубках, предусмотренных на внешней поверхности стенки цилиндра 1 высокого давления (обозначены на Фиг. 1 стрелками снаружи цилиндра 1 высокого давления).
Рабочая среда под давлением, которую направляют в направляющем проходе для рабочей среды под давлением назад к печной камере 18, попадает в пространство между печной камерой 18 – или нижней изолирующей секцией 8 – и нижней торцевой крышкой 9. Печная камера 18 может быть расположена таким образом, чтобы рабочая среда под давлением могла входить в печную камеру 18 и выходить из печной камеры 18 в пространство между печной камерой 18 и нижней торцевой крышкой 9. Например, и в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, показанным на Фиг. 1, печная камера 18 может быть снабжена отверстием в нижней изолирующей секции 8, позволяющим потоку рабочей среды под давлением протекать в печную камеру 18 или вытекать из нее. Как показано на Фиг. 1, прессовое устройство 100 может содержать вентилятор 30 или тому подобное для циркуляции рабочей среды под давлением в пределах печной камеры 18. В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, показанным на Фиг. 1, вентилятор 30 может, например, быть расположен в вышеупомянутом отверстии в нижней изолирующей секции 8, которое обеспечивает возможность протекания рабочей среды под давлением в печную камеру 18 или из нее.
Как проиллюстрировано на Фиг. 1, может быть предусмотрен трубопровод 31 для рабочей среды под давлением (например, содержащий транспортировочную трубу), который может проходить от пространства между нижней изолирующей секцией 8 и нижней торцевой крышкой 9 и через нижнюю изолирующую секцию 8, с тем чтобы рабочую среду под давлением из направляющего прохода 10 для рабочей среды под давлением, которая входит в пространство между нижней изолирующей секцией 8 и нижней торцевой крышкой 9, можно было направлять через трубопровод 31 рабочей среды под давлением в печную камеру 18. Трубопровод 31 для рабочей среды под давлением может быть снабжен одним или более отверстиями (не показаны на Фиг. 1), которые могут содержать один или более регулируемых вентилей, таких как клапаны, позволяющие потоку рабочей среды под давлением проходить в трубопровод 31 для рабочей среды под давлением. Альтернативно или дополнительно, конец трубопровода 31 для рабочей среды под давлением может заканчиваться на расстоянии от внутренней поверхности нижней торцевой крышки 9 и может иметь вход, расположенный в пространстве между нижней изолирующей секцией 8 и нижней торцевой крышкой 9, посредством чего обеспечивается протекание рабочей среды под давлением в трубопровод 31 для рабочей среды под давлением.
Прессовое устройство 100 может содержать, по меньшей мере, один генератор потока, например, в форме одного или нескольких вентиляторов, насосов, эжекторов или тому подобного. По меньшей мере, один генератор потока может быть размещен в резервуаре 2 высокого давления, с тем чтобы транспортировать рабочую среду под давлением, которая входит в пространство между нижней изолирующей секцией 8 и нижней торцевой крышкой 9 после направления в направляющем проходе 10 для рабочей среды под давлением, например, через трубопровод 31 для рабочей среды под давлением, показанный на Фиг. 1. По меньшей мере, один генератор потока не показан на Фиг. 1.
В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, показанным на Фиг. 1, теплопоглощающий элемент 20, по меньшей мере, частично закрыт кожухом 6, так что между второй стороной 25 теплопоглощающего элемента 20 и секцией кожуха 6 находится пространство, в которое может входить рабочая среда под давлением, вышедшая из теплопоглощающего элемента 20. Рабочая среда под давлением, выходящая из теплопоглощающего элемента 20 в это пространство, направляется через (по меньшей мере) отверстие 38 в секции кожуха 6 в направляющий проход для рабочей среды под давлением, задаваемый пространством в части, определяемой внутренней поверхностью верхней торцевой крышки 3 и направляющим проходом 10 для рабочей среды под давлением.
Фиг. 2 представляет собой вид теплопоглощающего элемента 20 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, если смотреть сверху на первую сторону 24 теплопоглощающего элемента 20, где расположено множество входов 21 в форме отверстий 21. Фиг. 3 представляет собой вид теплопоглощающего элемента 20, показанного на Фиг. 2, если смотреть сверху на вторую сторону 25 теплопоглощающего элемента 20, где расположено множество выходов 23 в форме отверстий 23. Теплопоглощающий элемент 20 содержит множество направляющих каналов 26 для рабочей среды под давлением, предназначенных для направления рабочей среды под давлением, поступившей в теплопоглощающий элемент 20, внутри него в направлении/к по меньшей мере одному выходу теплопоглощающего элемента 20. Каждый из направляющих каналов 26 для рабочей среды под давлением может, например, иметь вход 21 и соответствующий выход 23, но это не является обязательным. Например, каждый из одного или более направляющих каналов 26 для рабочей среды под давлением может каждый иметь входной коллектор и выход 26.
Расположение или конфигурация направляющих каналов 26 для рабочей среды под давлением в теплопоглощающем элементе 20 могут быть осуществлены или реализованы различными способами. Например, направляющие каналы 26 для рабочей среды под давлением теплопоглощающего элемента 20 могут состоять из сотовой структуры.
В соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированным на Фиг. 2 и 3, каждый из направляющих каналов 26 для рабочей среды под давлением теплопоглощающего элемента 20 имеет квадратное поперечное сечение, если смотреть в направлении вдоль соответствующего направляющего канала 26 для рабочей среды под давлением. Однако следует понимать, что это соответствует только примеру, и что один или более направляющих каналов 26 для рабочей среды под давлением могут иметь поперечное сечение, если смотреть в направлении вдоль соответствующих направляющих каналов для рабочей среды под давлением, отличное от квадратной формы, например, круглую, треугольную или четырехугольную форму, или любую другую многоугольную форму.
Следует понимать, что конфигурация теплопоглощающего элемента 20 с множеством направляющих каналов 26 для рабочей среды под давлением, которая проиллюстрирована на Фиг. 2 и 3, является типовой, и что возможны другие конфигурации. Например, внутренняя часть 22 теплопоглощающего элемента 20 может включать в себя один или более теплоаккумулирующих элементов, таких как, например, множество сфер, выполненных из металла или другого материала, имеющего относительно высокую теплопроводность (на чертежах не показаны). В качестве альтернативы или в дополнение, внутренняя часть 22 теплопоглощающего элемента 20 может содержать пористую структуру (не показана на чертежах) из материала, имеющего относительно высокую теплопроводность. Например, внутренняя часть 22 теплопоглощающего элемента 20 может содержать металлическую пену, например, так называемую открытую пену, имеющую взаимосвязанные поры.
Фиг. 4 представляет собой схематический вид, частично в разрезе, прессового устройства 100 в соответствии с вариантом осуществления настоящего изобретения. Прессовое устройство 100, проиллюстрированное на Фиг. 4, является аналогичным прессовому устройству 100, показанному на Фиг. 1, и одинаковые цифровые обозначения указывают одинаковые или аналогичные компоненты, имеющие одинаковую или аналогичную функцию. Прессовое устройство 100, показанное на Фиг. 4, отличается от прессового устройства 100, показанного на Фиг. 1, тем, что прессовое устройство 100, показанное на Фиг. 4, содержит соединительные элементы 32, которые предназначены для механического соединения теплопоглощающего элемента 20 с верхней торцевой крышкой 3. Соединительные элементы 32 могут быть сделаны из теплопроводящего материала, например, металла или металлического материала. В альтернативном варианте или в дополнение к этому теплопоглощающий элемент 20 может быть механически соединен с верхней торцевой крышкой 3 посредством части или секции теплопоглощающего элемента 20, находящейся в механическом контакте с верхней торцевой крышкой 3 (не показано на Фиг. 4).
В заключение, раскрыто прессового устройства. Прессовое устройство содержит резервуар высокого давления и печную камеру, расположенную внутри резервуара высокого давления. Печная камера, по меньшей мере, частично закрыта теплоизолированным корпусом и расположена так, что рабочая среда под давлением может входить в печную камеру и выходить из нее. Прессовое устройство содержит множество направляющих проходов для рабочей среды под давлением, находящихся в сообщении по текучей среде с печной камерой и выполненных с возможностью формирования внешнего контура охлаждения внутри резервуара высокого давления. Прессовое устройство содержит теплопоглощающий элемент, который размещен внутри резервуара высокого давления и который сконфигурирован для поглощения тепла от рабочей среды под давлением, выходящей из печной камеры.
Хотя настоящее изобретение проиллюстрировано на прилагаемых чертежах и в приведенном выше описании, такие иллюстрации следует рассматривать как иллюстративные или типовые, а не ограничивающие; настоящее изобретение не ограничено раскрытыми вариантами осуществления. Другие вариации раскрытых вариантов осуществления могут быть поняты и осуществлены специалистами в данной области техники при практическом применении заявленного изобретения на основании изучения чертежей, раскрытия и прилагаемой формулы изобретения. В прилагаемой формуле изобретения слово «содержит» не исключает других элементов или этапов, а единственное число не исключает множества. Сам по себе тот факт, что определенные меры изложены во взаимно различных зависимых пунктах формулы изобретения, не означает, что комбинация этих мер не может быть использована для получения выгоды. Любые цифровые обозначения в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем.