КАМЕРА КРИОГЕННОЙ ОБРАБОТКИ ЧУГУННЫХ ИЛИ СТАЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Камера криогенной обработки чугунных или стальных изделий
Полезная модель относится к металлургии и может быть использована для упрочнения, увеличения износостойкости, эрозионной стойкости, циклической прочности чугунных или стальных изделий, в том числе, деталей и инструмента, путем термической (криогенной) обработки.
Известна камера термической обработки (WO 02/14758 А1) состоящая из многослойных термоизолированных стенок, крышки, перепускными каналами для хладоносителя, устройств и каналов для конвекции воздуха и хадоносителя, системы управления.
Недостатком этой камеры является большой расход хладоносителя (жидкого азота): вследствии теплообмена через стенки корпуса камеры, при повышении температуры в камере, необходимо подавать дополнительные порции хладоносителя внутрь камеры, которые вытесняют из камеры, через специальное отверстие атмосферу содержащуюся в ней до этого и имеющую температуру близкую к температуре внутри камеры (к рабочей температуре криогенной обработки), заданной системой управления.
Технической задачей полезной модели является снижение расхода хладоносителя.
Технический результат достигается в камере для криогенной обработки чугунных или стальных изделий, (далее - камера), содержащей внешний и внутренний корпуса, крышку, систему управления с клапаном, соединенным с впускным устройством, установленным во внутреннем корпусе для подачи в него хладоносителя, и температурным датчиком. Камера снабжена вентилятором с нагревательным элементом, расположенным на внутренней поверхности крышки, при этом внутренний корпус установлен на дне наружного корпуса на перфорированные опоры с образованием зазора между их стенками, а в верхней части наружный и внутренний корпусы соединены пластиной из теплоизоляционного материала, причем внутренний корпус снабжен перфорированным поддоном, а в верхней части внутреннего корпуса и нижней центральной части внешнего корпуса выполнены каналы, сообщающие емкость внутреннего корпуса с упомянутым зазором, который сообщен с внешней средой, при этом соотношение проходного сечения каналов в верхней части внутреннего корпуса превышает в 10-20 раз проходное сечение клапана, соединенного с впускным устройством для подачи хладоносителя. Внешний и внутренний корпуса выполнены из пористого теплоизоляционного материала и облицованы металлическими листами. Впускное устройство выполнено в виде коллектора. Температурный датчик соединен с системой управления. Крышка выполнена откидной из пористого теплоизоляционного материала с металлической облицовкой, при этом наружная часть металлической облицовки соединена с внутренней частью через проставку из теплоизоляционного материала.
Полезная модель поясняется рисунками:
фиг. 1 - камера в разрезе;
фиг. 2 - камера, вид сбоку;
фиг. 3 - камера, вид сзади.
Камера, представляющая собой изотермический короб 1, состоит из крышки 2, внешнего и внутреннего корпусов 9, 10, выполненных с образованием зазора 27 между стенками указанных корпусов 9, 10. Крышка 2 выполнена откидной и установлена на шарнирных петлях 3 и снабжена рукояткой 4 и запорными механизмами 5.
Внешний и внутренний корпусы 9, 10 выполнены из пористого теплоизоляционного материала, например, пенополиуретана, и облицованы металлическими листами для обеспечения эксплуатационной прочности. Внутренний корпус 10 установлен на дне наружного корпуса 9 через перфорированные опоры 11 выполненные, например из квадратной трубы с отверстиями для свободного прохода воздуха. В верхней части, наружный и внутренний корпусы 9, 10 соединены пластиной 12 из теплоизоляционного материала, служащей тепловым мостом. Внутренний корпус 10 снабжен перфорированным поддоном 15, например, сеткой, установленной на дне, для укладки обрабатываемых изделий.
Верхняя часть внутреннего корпуса 10 снабжена каналами 13, сообщающими емкость внутреннего корпуса 10 с зазором 2 7 (с межстенным пространством 27). Каналы 13 выполнены преимущественно, в виде одного или нескольких равнораспределенных по периметру сквозных отверстий, выполненных в боковых стенках внутреннего корпуса 10, на минимально возможном расстоянии от их верхнего края. Каналы 13, также, могут быть выполнены в виде прорезей на верхних торцах боковых стенок внутреннего корпуса 10. Расположение каналов 13 в верхней части внутреннего корпуса 10 обеспечивает выход из емкости внутреннего корпуса 10 в зазор 27 рабочего газа с наибольшей температурой. Суммарное проходное сечение каналов 13, преимущественно, превышает в 10-20 раз проходное сечение клапана 7. Нижняя часть внешнего корпуса 9 снабжена одним или несколькими каналами 14, сообщающими зазор 27 с внешней средой. Канал 14 выполнен в виде сквозного отверстия 14 в центре днища. При выполнении нескольких сквозных отверстий 14, все они располагаются вблизи центра днища. Суммарное проходное сечение каналов 14 не меньше, чем суммарное проходное сечение каналов 13. Таким образом, достигается циркуляция рабочего газа между емкостью внутреннего корпуса 10 и внешней средой, окружающей камеру.
Камера снабжена системой управления 6 с клапаном 7, соединенным с впускным устройством, служащим для подачи хладоносителя, установленным во внутреннем корпусе 10. Впускное устройство выполнено в виде коллектора 16 - металлической трубки 16 с равномерно распределенными отверстиями диаметром 1-1,5 мм, с общей площадью отверстий не менее площади проходного сечения клапана 7. Впускное устройство может быть выполнено в виде форсунок или иных устройств, через которые жидкий или газообразный хладоноситель (например, жидкий или газообразный азот) может быть подан в емкость внутреннего корпуса 10.
Система управления 6 соединена с температурным датчиком 28. Температурный датчик 28 и коллектор 16 установлены через сквозные отверстия в стенках изотермического короба 1. Клапан 7 выполнен в
виде электромагнитного клапана и обеспечивает подачу хладоносителя через металлический рукав 25 от криогенной емкости к коллектору 16.
На верхнем торце, образованным внешним и внутренним корпусами 9, 10, установлена прокладка 17 из теплоизоляционного материала, препятствующая утечке теплоносителя через стык с крышкой 2. Крышка 2 выполнена откидной, из пористого теплоизоляционного материала (пенополиуретан) с металлической облицовкой, наружная часть металлической облицовки соединена с внутренней частью через проставку 18 из теплоизоляционного материала. На внутренней поверхности крышки 2 расположена крыльчатка 19 центробежного вентилятора. Ось крыльчатки 20 выведена через уплотнительную втулку 21 к двигателю 22 установленному на наружной поверхности крышки 2 и закрытому защитным кожухом 23. Вокруг крыльчатки 19 вентилятора установлен нагревательный элемент 24, например, электронагреватель (тэн).
Система управления камеры контролирует работу электромагнитного клапана 7, вентилятора и нагревательного элемента 24 в зависимости от заданной программы и показаний температурного датчика 28. Контроль за работой и внесение параметров программы осуществляется с помощью сенсорного дисплея 26 установленного на корпусе системы управления 6.
На днище камеры установлены колесные опоры 8 для ее перемещения.
Камера работает следующим образом.
Обрабатываемые изделия размещаются на поддоне 15. При запуске рабочего цикла камеры включается центробежный вентилятор, обеспечивая постоянную циркуляцию атмосферы (смеси хладоносителя и воздуха) и равномерное распределение температуры в емкости внутреннего корпуса 10. Показания температурного датчика 28 обрабатываются системой управления 6 на соответствие заданной программы и система управления 6 открывает и закрывает клапан 7. При этом, в камеру поступает порция хладоносителя, вытесняя содержащуюся в емкости внутреннего корпуса 10 атмосферу через каналы 13 в зазор 27, и дальше, за пределы камеры. При необходимости повышения температуры, система управления 6 включает нагревательный элемент 24.
Благодаря тому, что температура газа в зазоре 27 (в межстенном пространстве) близка к температуре в емкости внутренней камеры 10, теплопередача через стенки внутренней емкости 10 минимальна. Необходимая тепловая мощность камеры, при этом, обеспечивается не только поступлением нового хладоносителя через клапан 7, но и низкой температурой атмосферы, находящейся в зазоре 27. Таким образом, достигается экономия хладоносителя 25-50% по сравнению с камерами, в которых выброс хладоносителя из рабочей емкости производится непосредственно во внешнюю среду.