УСТРОЙСТВО ЗАГРУЗКИ И ВЫГРУЗКИ КАМЕР ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ)
HIGH-PRESSURE CHAMBER LOADING/UNLOADING DEVICE (VERSIONS)

Устройство загрузки и выгрузки камер высокого давления различными материалами, в том числе и зернистыми с жидкостью, может применяться в энергетике, химической промышленности, обогащении и др.
Известно устройство для контейнерного шлюзования изделий в технологические зоны высокого давления (RU №2133521, МПК H01L 21/3065, опубликовано 20.07.1999), включающее приемную камеру с платформой, контейнер для транспортирующего вещества, переходную камеру, корпус промежуточной переходной зоны, герметизирующие элементы и систему подачи газа в переходную камеру и его выпуска из нее.
Общими признаками заявляемого устройства с аналогом являются наличие контейнера для транспортирования и системы герметизации.
Недостатком данного устройства является то, что оно позволяет обеспечить шлюзование только конкретных изделий, в частности полупроводниковых.
Известно загрузочно-дозировочное устройство вакуумных установок (SU №558157, МПК G01F 11/00, опубликовано 15.05.1977), содержащее шлюзовую камеру с электроприводом и сложную систему входных и выходных клапанов и съемный расходный бункер.
Общими признаками заявляемого устройства с аналогом являются наличие съемного расходного бункера (контейнера) и системы герметизации.
Недостатками этого устройства являются следующие: материал дозируется с помощью съемного расходного бункера, что приводит к нарушению вакуума и усложняет систему вакуумных уплотнений, имеется сложная система входных и выходных клапанов шлюзовой камеры, которая управляется электроприводом, при работе устройства возможны попадания частиц материала на поверхность вакуумных уплотнений, что приводит к снижению надежности работы систем, снижению вакуума и повышению энергозатрат на создание вакуума в рабочей камере.
Известно открытое шлюзовое загрузочное устройство вакуумных установок (Фролов B.C. Вакуумная техника. Справочник. - М.: Машиностроение, 1992, с.198), включающее поворотный ячейковый механизм для непрерывной подачи сыпучих материалов в вакуумируемую рабочую полость, систему откачки воздуха и систему уплотнителей дозирующего и транспортирующего механизмов.
Общими признаками заявляемого устройства с аналогом являются наличие камер для транспортирования материалов и системы герметизации (уплотнителей).
Недостатками этого устройства являются следующие: ограниченная производительность по дозам, частые повреждения уплотнителей дозирующего и транспортирующего механизмов из-за постоянного трения и попадания твердых частиц, сложность в изготовлении, большие протечки воздуха, требующие увеличения мощности откачных средств, и незащищенность вакуумной системы от попадания частиц пыли.
В качестве прототипа принято устройство для контейнерного шлюзования разнообразных веществ в зоны высокого давления (варианты) (RU №2206382, МПК B01J 3/03, B01J 3/02, опубликовано 20.06.2003).
Устройство включает в себя приемную камеру с платформой - контейнер для транспортируемого вещества, переходную камеру, корпус промежуточной переходной зоны, герметизирующие элементы и систему подачи газа в переходную камеру и его выпуска из нее, снабжено телескопическими силовыми приводами нижней и верхней зон шлюза, нижним подвижным стаканом, связанным с силовым приводом нижней зоны шлюза, приводом штока захвата переходной камеры, толкателями возврата контейнера из зоны приемной камеры, при этом силовые приводы нижней и верхней зон шлюза, а также корпус промежуточной зоны и внешний корпус зоны высокого давления расположены на общей вертикальной оси, причем переходная камера выполнена подвижной и связана с силовым приводом верхней зоны шлюза. Устройство имеет систему гидродинамического и/или магнитогидродинамического уплотнения, выполненного в виде цилиндрической вставки, снабженной верхним кольцевым коллектором, каналами лабиринтной уплотнительной зоны и нижним сборным коллектором, обеспечивающим сбор протечек уплотнительной жидкости для ее возврата в верхний кольцевой коллектор с созданием рециркуляции.
Общими признаками заявляемого устройства с прототипом являются наличие контейнера для транспортирования разнообразных веществ и системы герметизации.
Недостатками устройства являются недостаточная надежность ввиду сложности устройства в целом и системы герметизации в частности. Попадания твердых частиц на поверхности трения скольжения и герметизации приводят к их износу и ухудшению условий герметизации.
Задача заявляемого изобретения состоит в создании простого и надежного устройства для загрузки и разгрузки материала в зоны высокого давления аппаратов за счет исключения пар трения скольжения в системах герметизации.
Технический результат, заявляемого изобретения, заключается в повышении надежности за счет упрощения конструкции и исключения из конструкции пар трения скольжения.
1. Технический результат достигается тем, что в заявляемом устройстве для загрузки и выгрузки камер высокого давления различными материалами, в том числе и зернистыми, согласно изобретению, контейнер для транспортирования материала выполнен в виде пустотелого, заглушенного с двух сторон цилиндра с отверстиями на обеих сторонах цилиндрической поверхности для загрузки и выгрузки материала и установлен вертикально в цилиндрическом отверстии корпуса рабочей камеры с возможностью осевого перемещения в деформированном эластичном торе, наполненном газом или жидкостью под давлением; при этом эластичный тор установлен таким образом, чтобы в позиции разгрузки нижние отверстия цилиндра были открыты при закрытой остальной поверхности цилиндра, а при загрузке открыты только верхние отверстия.
2. Технический результат достигается и тем, что в заявляемом устройстве для загрузки и выгрузки камер высокого давления различными материалами, в том числе и зернистыми, согласно изобретению, контейнер для транспортирования материала образован открытой емкостью, заключенной между цилиндрическими направляющими на штоке привода с установленными между направляющими тарельчатыми разделителями с шагом, обеспечивающим герметичность по наружному контуру при размещении в деформированном эластичном торе, наполненном жидкостью или газом под давлением и установленном в отверстии корпуса рабочей камеры.
3. Технический результат достигается тем, что в заявляемом устройстве для загрузки и выгрузки камер высокого давления различными материалами, в том числе и зернистыми, согласно изобретению, контейнер для транспортирования материала образован открытой емкостью, заключенной между цилиндрическими направляющими на штоке привода с установленными между направляющими тарельчатыми разделителями с шагом, обеспечивающим герметичность по наружному контуру при размещении в деформированных эластичных торах, наполненных жидкостью или газом под давлением и установленных в отверстии корпуса рабочей камеры; при этом торы установлены с образованием между ними переходной зоны.
1. Выполнение контейнера для транспортирования материала в виде пустотелого, заглушенного с двух сторон цилиндра с отверстиями на обеих сторонах цилиндрической поверхности для загрузки и выгрузки материала, установленного вертикально в отверстии рабочей камеры с возможностью осевого перемещения в деформированном эластичном торе, позволяет использовать его для перемещения рабочей среды извне в рабочую зону или для выгрузки ее из рабочей зоны. При этом для загрузки среды используют верхние отверстия пустотелого цилиндра, для разгрузки - нижние.
Установка контейнера для транспортирования материала, выполненного в виде пустотелого, заглушенного с двух сторон цилиндра с отверстиями на обеих сторонах цилиндрической поверхности для загрузки и выгрузки материала, установленного вертикально в цилиндрическом отверстии корпуса рабочей камеры с возможностью осевого перемещения в деформированном эластичном торе, наполненном газом или жидкостью под давлением, обеспечивает исключение из конструкции поверхностей какого-либо трения и гарантирует надежную герметизацию рабочей зоны на этапах процесса загрузки, перемещения материала или разгрузки рабочей зоны.
2. Выполнение контейнера для транспортирования материала в виде открытой емкости, заключенной между цилиндрическими направляющими на штоке привода с установленными между направляющими тарельчатыми разделителями с шагом, обеспечивающим герметичность по наружному контуру при размещении в деформированном эластичном торе, наполненном жидкостью или газом под давлением и установленном в отверстии корпуса рабочей камеры, позволяет автоматически проводить заполнение загружаемым материалом пространства между разделителями в верхнем положении штока при сохранении герметичности рабочей камеры, обеспечивать герметичность рабочей зоны при перемещении штока в положение разгрузки и осуществлять автоматическую разгрузку в нижнем положении штока при сохранении герметичности рабочей камеры.
Установка контейнера для транспортирования рабочего материала, образованного открытой емкостью, заключенной между цилиндрическими направляющими на штоке привода с установленными между направляющими тарельчатыми разделителями с шагом, обеспечивающим герметичность по наружному контуру в деформированном эластичном торе, наполненном жидкостью или газом под давлением и установленном в отверстии корпуса рабочей камеры, обеспечивает исключение из конструкции поверхностей трения и гарантирует надежную герметизацию рабочей зоны на всех этапах процесса загрузки, транспортирования материала или разгрузки рабочей зоны.
3. Выполнение контейнера в виде открытой емкости, заключенной между цилиндрическими направляющими на штоке привода с установленными между направляющими тарельчатыми разделителями с шагом, обеспечивающим герметичность по наружному контуру при размещении в деформированных эластичных торах, наполненных жидкостью или газом под давлением и установленных в отверстии корпуса рабочей камеры, позволяет автоматически производить заполнение загружаемым материалом пространства между разделителями в верхнем положении штока при сохранении герметичности рабочей камеры, обеспечивать герметичность рабочей зоны при перемещении штока в положение разгрузки и осуществлять автоматическую разгрузку в нижнем положении штока при сохранении герметичности рабочей камеры.
Установка контейнера для транспортирования рабочего материала, образованного открытой емкостью, заключенной между цилиндрическими направляющими на штоке привода с установленными между направляющими тарельчатыми разделителями с шагом, обеспечивающим герметичность по наружному контуру при размещении в деформированных эластичных торах, наполненных жидкостью или газом под давлением и установленных в отверстии корпуса рабочей камеры, обеспечивает исключение из конструкции поверхностей трения и гарантирует надежную герметизацию рабочей зоны на всех этапах процесса загрузки или разгрузки рабочей зоны.
Установка торов с образованием между ними переходной зоны повышает надежность герметизации рабочего пространства и позволяет создать в ней необходимое давление.
Отличие от прототипа по первому варианту заключается в создании системы герметизации без пар трения скольжения, установке контейнера с возможностью осевого перемещения в эластичном торе, наполненном жидкостью или газом, наличие в контейнере загрузочных и разгрузочных отверстий.
Отличием от прототипа во втором случае является также создание системы герметизации без пар трения скольжения, установке контейнера с возможностью осевого перемещения в эластичном торе, наполненном жидкостью или газом, выполнение контейнера в виде открытой емкости, заключенной между цилиндрическими направляющими на штоке привода с установленными между направляющими тарельчатыми разделителями с шагом, обеспечивающим герметичность по наружному контуру.
Отличием от прототипа в третьем варианте является также создание системы герметизации без пар трения скольжения, установке контейнера с возможностью осевого перемещения в эластичных торах, наполненных жидкостью или газом, выполнение контейнера в виде открытой емкости, заключенной между цилиндрическими направляющими на штоке привода с установленными между направляющими тарельчатыми разделителями с шагом, обеспечивающим герметичность по наружному контуру, наличие неподвижной промежуточной зоны, образованной между торами.
Заявляемая группа изобретений относится к объектам одного вида, представляющая собой три устройства, обеспечивающих получение одного и того же технического результата. Эти объекты связаны на столько, что образуют единый изобретательский замысел.
Наличие отличительных признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемых устройств критерию «новизна».
В технике широко известно использование дозаторов для подачи зернистого материала в рабочие камеры различных машин и аппаратов. В рабочие камеры, находящиеся под давлением, подачу жидких материалов проводят с применением насосов различных конструкций (Химическая энциклопедия. Т.2 / Редкол.: Кнуянц И.Л. (гл. ред.) и др. - М.: Сов. энцикл., 1990. - 671 с.). Устройств же для подачи не жидких и зернистых материалов в аппараты с давлением или вакуумом сравнительно немного.
Известно устройство загрузки и выгрузки камер высокого давления (RU №382329, МПК B01J 3/02, опубликовано 10.04.2000). Устройство служит для загрузки пресса, сложно по конструкции, герметизируется по поверхностям трения, что ведет к их износу при наличии абразивных частиц и предназначено для конкретных условий пресса.
Известно загрузочно-дозировочное устройство вакуумных установок (RU №2117255, МПК G01F 11/00, опубликовано 10.08.1998). Устройство сложно по конструкции, герметизируется по поверхностям трения, что ведет к их износу при наличии абразивных частиц и предназначено только для вакуумных установок.
Известен способ транспортировки твердых продуктов в форме частиц между зонами с различным давлением (RU №2291742, МПК B01J 3/02, опубликовано 20.01.2007). Описаны устройства для реализации способа. Это устройства шлюзового типа, включают в себя ленточные конвейеры, шнеки, устройства герметизации контактного типа. Они сложны по конструкции, предусматривают принудительную загрузку, операции и устройства уплотнения перемещаемого материала. Наличие поверхностей скольжения существенно усложняет условия герметизации.
Таким образом, в заявляемых устройствах только совокупность всех отличительных признаков, именно:
1. выполнение контейнера для транспортирования материала в виде пустотелого, заглушенного с двух сторон цилиндра с отверстиями на обеих сторонах цилиндрической поверхности для загрузки и выгрузки материала, установленного вертикально в отверстии рабочей камеры с возможностью осевого перемещения в деформированном эластичном торе, наполненном газом или жидкостью под давлением;
2. создание контейнера в виде открытой емкости, заключенной между цилиндрическими направляющими на штоке привода с установленными между направляющими тарельчатыми разделителями с шагом, обеспечивающим герметичность по наружному контуру при размещении в деформированном эластичном торе, наполненном жидкостью или газом под давлением и установленном в отверстии корпуса рабочей камеры;
3. выполнение контейнера в виде открытой емкости, заключенной между цилиндрическими направляющими на штоке привода с установленными между направляющими тарельчатыми разделителями с шагом, обеспечивающим герметичность по наружному контуру при размещении в деформированных эластичных торах, наполненном жидкостью или газом под давлением и установленных в отверстии корпуса рабочей камеры; при этом торы установлены с образованием между ними переходной зоны;
обеспечивает создание новых свойств предлагаемых вариантов аппарата, а именно: надежную герметизацию рабочей зоны и существенное упрощение конструкции.
Таким образом, в предлагаемых вариантах устройства загрузки и выгрузки камер высокого давления обеспечивается повышение надежности за счет упрощения конструкции и исключения из конструкции пар трения скольжения, что свидетельствует о соответствии заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень».
Предлагаемое устройство загрузки и выгрузки камер высокого давления иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 и 2 изображен вариант, заявляемого по пункту 1 формулы изобретения, устройства, на фиг.3 и 4 изображен вариант заявляемого по пункту 2 формулы изобретения, устройства, а на фиг.5 и 6 изображен вариант заявляемого по пункту 3 формулы устройства.
В первом варианте (фиг.1, 2) устройство состоит из бункера 1, рабочей камеры 2 с высоким давлением, контейнера 3, в которых перемещается рабочая среда 4. Контейнер 3 представляет из себя заглушенный пустотелый вертикально установленный цилиндр, на боковой поверхности которого вверху выполнены отверстия 5, а внизу прорезаны отверстия 6. Верхние отверстия 5 служат для загрузки рабочей среды 4, а нижние отверстия 6 - для разгрузки контейнера 3. Контейнер 3 установлен в цилиндрическом корпусе 7 устройства с возможностью осевого перемещения в деформированном в радиальном направлении торе 8, который выполнен из эластичного материала. Привод 9 сообщает контейнеру 3 с помощью штока 10 возвратно-поступательное движение. Дно контейнера 3 для улучшения разгрузки выполнено в виде конуса.
Во втором варианте (фиг.3, 4) устройство состоит из бункера 1, рабочей камеры 2 с высоким давлением, контейнера 3, в которых также как и в первом варианте перемещается рабочая среда 4. Контейнер 3 представляет условную цилиндрическую емкость, образованную направляющими 11 и конусными шайбами 12, размещенными на штоке 10 привода 9. Контейнер 3 установлен и герметизируется в цилиндрическом корпусе 7 устройства с помощью деформированного в радиальном направлении тора 8. Привод 9 сообщает штоку 10 возвратно-поступательное движение, необходимое для работы устройства.
В третьем варианте (фиг.5, 6) устройство состоит из бункера 1, рабочей камеры 2 с высоким давлением и контейнера 3. В бункере и рабочей камере размещается рабочая среда 4. Контейнер 3 представляет из себя условную цилиндрическую емкость, образованную конусными шайбами 12, размещенными на штоке 10 привода 9, ограниченную направляющими 11. Контейнер 3 установлен и герметизируется в цилиндрическом корпусе 7 устройства с помощью двух деформированных в радиальном направлении торов 8. Деформированные в радиальном направлении торы 8 установлены на расстоянии друг от друга с образованием между ними промежуточной зоны. Через патрубок 13 в промежуточной зоне может создаваться необходимое давление. Привод 9 сообщает штоку 10 возвратно-поступательное движение, требуемое для работы устройства.
В первом случае устройство работает следующим образом. При перемещении контейнера 3 в верхнем положении отверстия 5 открыты, и рабочая среда 4 под собственным весом заполняет контейнер 3 (Фиг.1). После заполнения контейнера 3 привод 9 с помощью штока 10 начинает перемещать контейнер 3 в нижнее положение. При работе привода скорость и пройденный путь контейнера 3 в два раза превышает скорость движения и путь тора 8. Поэтому при перемещении контейнера 3 в нижнее положение верхние отверстия 5 герметично закрываются тором 8, после чего при дальнейшем смещении контейнера в нижнее положение открываются нижние отверстия 6 и рабочая среда 4 высыпается в камеру 2 (Фиг.2). После окончания разгрузки контейнер 3 перемещается в верхнее положение и цикл повторяется.
Во втором случае устройство работает следующим образом. При перемещении штока 10 в верхнее положение (Фиг.3) рабочая среда 4 в бункере 1 заполняет свободное пространство между направляющими 11 и конусными шайбами 12. С началом движения в положение разгрузки (вниз) пространство между конусными шайбами 12 последовательно от нижних конусных шайб 12 герметично замыкается деформированным в радиальном направлении тором 8 по наружному контуру конусных шайб 12. При дальнейшем движении конусные шайбы 12 выходят за пределы деформированного в радиальном направлении тора 8 и рабочая среда 4 высыпается в рабочую камеру 2. В нижнем положении штока 10 процесс разгрузки заканчивается (Фиг.4). Затем шток 10 приводом 9 возвращается в исходное верхнее положение и цикл загрузки рабочей камеры повторяется.
В третьем случае устройство работает следующим образом. При перемещении штока 10 в верхнее положение (Фиг.5) рабочая среда 4 в бункере 1 заполняет свободное пространство между направляющими 11 и конусными шайбами 12. С началом движения в положение разгрузки (вниз) пространство между конусными шайбами 12 последовательно от нижних конусных шайб 12 герметично замыкается деформированным в радиальном направлении тором 8 по наружному контуру конусных шайб 12. При дальнейшем движении конусные шайбы 12 выходят за пределы деформируемого в радиальном направлении тора 8 и рабочая среда 4 высыпается в промежуточную зону между деформируемыми в радиальном направлении торами 8. Рабочая среда 4, находившаяся в промежуточной зоне синхронно со средой из бункера 1, перемещается в рабочую камеру 2, где высыпается под собственным весом вниз. В нижнем положении штока 10 процесс разгрузки заканчивается (Фиг.6). Затем шток 10 приводом 9 возвращается в исходное верхнее положение и цикл загрузки рабочей камеры повторяется.
Таким образом, предлагаемые варианты устройства обеспечивают повышение надежности работы за счет упрощения конструкции и исключения из конструкции устройства загрузки и выгрузки зоны высокого давления пар трения скольжения.