УСТАНОВКА ДЛЯ НАНЕСЕНИЯ ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ПОВЕРХНОСТИ

Изобретение относится к устройствам для нанесения жидких веществ на поверхности и может быть использовано для нанесения двухкомпонентных материалов на различные поверхности изделий путем их распыления, при этом областью использования являются все отрасли хозяйства, включая возможность использования их в шахтных условиях горнодобывающей промышленности, особенно в шахтных условиях с повышенной категорией опасности.
Известна установка для нанесения двухкомпонентных материалов методом напыления на поверхности, включающая баки компонентов, снабженные мешалками для перемешивания компонентов, приводимыми в движение электродвигателями, нагревательными элементами, расположенными в нижней части этих баков и термометрами для контроля температуры компонентов, а также насосы, соединенные с баками, нагнетающие трубопроводы с манометрами для контроля давления, соединительные шланги для подачи компонентов под давлением от насосов к пневматическому распылителю, внутри которого выполнена камера смешения компонентов, электрооборудование и тележку, представляющую собой раму на четырех колесах.
Кроме того, в состав известной установки входит бак для растворителя, предназначенный для промывки пневматического распылителя, а также различные комплектующие изделия, то есть редукторы, шестерни, клапаны, вентили, манометры, краны, фильтры и другие изделия, находящиеся во взаимосвязи между собой и обеспечивающие функционирование этой установки (1).
Реализация в данном решении конструкции баков компонентов с нагревательными элементами и мешалками не совсем оптимальна и сложна, поскольку упомянутые элементы и мешалки включаются в работу
периодически и только в тех случаях, когда установка эксплуатируется в холодных условиях окружающей среды, которые влияют на качество наносимого покрытия в сторону его ухудшения.
В случае эксплуатации установки в иных условиях, чем холодные, упомянутые элементы будут бездействовать, поскольку компоненты в баках находятся в жидком состоянии, тогда в упомянутых условиях последние не загустевают и самотеком из баков перетекают к насосам, так как насосы расположены ниже баков. Причем вследствие сложности конструктивного исполнения баков компонентов требуются повышенные материальные затраты на их изготовление.
Поскольку данная установка оснащена достаточно большим количеством разнообразных комплектующих изделий, перечисленных в источнике (1), поэтому при выходе из строя одного из них - функционирование ее невозможно.
Кроме того, эта установка не может быть использована в шахтных условиях горнодобывающей промышленности, поскольку ее электрооборудование выполнено не во взрывобезопасном исполнении, т.е. на лицо недостаточная степень ее универсальности.
Описанные недостатки известной установки снижают ее технико-эксплуатационные свойства и, соответственно, эффективность ее использования.
Наиболее близким изобретением к заявляемому объекту по совокупности признаков является установка для нанесения двухкомпонентных материалов, содержащая баки компонентов, нагнетатель компонентов, дозаторы, фильтры, напорные шланги, нагреватель компонентов, смесительную камеру и распылительный пистолет с плоскоструйной форсункой и с взаимно пересекающимися под прямым углом канавками, причем смесительная камера выполнена в виде конфузорно-диффузорного канала, а площадь
фронтального сечения, образованного пересечением поверхностей канавок форсунки, выполнена равной 0,9÷1,1 суммы площадей их боковых сечений (2).
К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известной установки, принятой в качестве прототипа, относятся низкая степень универсальности и не оптимальность конструкции, а также относительно не высокие технико-эксплуатационные свойства, поскольку отсутствует возможность сохранения требуемой, по условиям эксплуатации, температуры компонентов в баках при работе в течение длительного времени, особенно в холодной окружающей среде. Последнее обстоятельство обусловлено тем, что гидросистема этой установки не имеет собственного подогрева, а нагреватель компонентов, расположенный в зоне местного подогрева, а именно в конце гидросистемы перед распылительным пистолетом, нагревает компоненты только во время их перемещения по его теплообменным трубкам в сторону пистолета. В связи с этим данная установка может быть использована только в такой окружающей среде, температура которой не изменяет температуру боковой поверхности баков и, соответственно, температуру содержащихся в них компонентов.
Поэтому, в случае использования этой установки в шахтных условиях горнодобывающей промышленности (на что имеется такое указание в описании изобретения этого прототипа), где температура окружающей среды ниже, чем рабочая (требуемая) температура компонентов в баках, возможно возникновение аварийной ситуации, при которой гидросистема установки выйдет из строя вследствие загустения компонентов в баках и дальнейшая эксплуатация ее будет практически невозможной.
Кроме того, создание тепловой среды в нагревателе компонентов за счет протекания экзотермической химической реакции теоретически возможно, но практически, при длительной работе установки, этот процесс требует постоянной подзарядки его водородом и кислородом для поддержания необходимой тепловой среды в нагревателе, чтобы компоненты при
продвижении по его теплообменным трубкам могли нагреться до требуемой (рабочей) температуры их распыления.
Оснащение известной установки нагревателями такой конструкции требует дополнительных материальных затрат на обслуживание во время их функционирования, что снижает технико-экономические показатели установки.
Из описанных недостатков следует, что известная установка, принятая за прототип, при ее использовании не решает проблему сохранения требуемой температуры компонентов в баках, особенно, если установка эксплуатируется в холодных условиях окружающей среды, а также она не универсальна, не проста в обслуживании, имеет пониженные технико-эксплуатационные свойства и не надежна в работе.
Задачей изобретения является повышение эффективности использования установки за счет обеспечения возможности сохранения требуемого температурного режима компонентов в баках независимо от температуры окружающей среды, в которой эксплуатируется установка, и продолжительности времени ее работы с одновременным устранением вышеуказанных недостатков прототипа.
Технический результат, достигаемый при осуществлении заявляемого изобретения, выражается в создании установки конструктивно несложной, с повышенной степенью универсальности и улучшенными технико-эксплуатационными свойствами, а также простой в обслуживании и надежной в работе.
Для достижения поставленной задачи в известной установке для нанесения двухкомпонентных материалов на поверхности и содержащей баки компонентов материалов, напорные шланги, нагнетатель компонентов, дозаторы, фильтры, распылительный пистолет и тележку в виде рамы на колесах, согласно изобретению, каждый бак компонента материала оснащен быстросъемной крышкой, причем внутренние поверхности упомянутых баков и крышки покрыты теплоизоляционным слоем, имеющим низкий коэффициент
теплопроводности, например слоем из жесткого пенополиуретана. При этом бак с крышкой в собранном виде представляет собой термоизолятор, обеспечивающий сохранение температурного режима в баке при эксплуатации установки.
Причем для улучшения условий эксплуатации теплоизоляционный слой, нанесенный на внутреннюю поверхность бака, покрывается антиадгезионным материалом, например тефлоном.
Проведенный заявителем анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что заявителем не обнаружен аналог, характеризующийся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемого изобретения, изложенным в его формуле.
Следовательно, заявляемое изобретение соответствует условию патентоспособности изобретения «новизна».
Причинно-следственная связь между заявляемой совокупностью существенных признаков и достигаемым техническим результатом следующая.
Признак - «каждый бак компонента материала оснащен быстросъемной крышкой, причем внутренние поверхности упомянутых бака и крышки покрыты теплоизоляционным слоем имеющим низкий коэффициент теплопроводности, например слоем из жесткого пенополиуретана» - предопределяет возможность создания благоприятных условий для сохранения тепла компонентов после их заливки в баки. В результате отпадает необходимость в применении нагревателя компонентов, который предусмотрен в прототипе (2), что упрощает конструкцию заявляемой установки в целом, а также ее обслуживание.
Признак - «при этом бак с крышкой в собранном виде представляет собой термоизолятор, обеспечивающий сохранение температурного режима компонента в баке при эксплуатации установки» - упреждает улучшение
технико-эксплуатационных свойств установки независимо от температуры окружающей среды, что повышает степень ее универсальности. Кроме того, данный признак позволяет повысить надежность работы установки, т.к. ее гидросистема никогда не будет работать в аварийном режиме вследствие отсутствия возможности загустения компонентов в ней. Этот признак совместно с вышеуказанным признаком необходим для выполнения изобретения.
Однако, заявитель, проведя дополнительный поиск известных технических решений, установил, что известен из уровня техники вышеописанный отличительный признак, но с другой совокупностью существенных признаков. Это широко распространенный в быту термос, предназначенный для сохранения температуры помещенных в него пищевых продуктов (без подогрева) (см. Краткий политехнический словарь: М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1956, стр.307, 3). В этом решении термос представляет собой сосуд с двойными посеребренными изнутри стенками между которыми образован вакуум причем сосуд заключен в металлическую или кожаную оболочку. Положительным свойством термоса является то, что он обеспечивает сохранность температуры помещенных в него продуктов и жидкостей за счет весьма низкой теплопроводности сосуда.
Однако реализовать принцип сохранения температуры в сосудах термоса такой конструкции, основанный на отражении тепловых лучей от его стенок, возможно, если сосуд имеет емкость до 10 литров и практически нецелесообразно использовать его в заявляемой установке, имеющей промышленное назначение, емкость баков которых будет в пределах 40-60 литров. В таком случае конструкция баков компонентов значительно усложнится, а сама установка будет неоправданно излишне громоздка, тяжела и, соответственно, не мобильна при ее транспортировке, особенно в стесненных условиях горных выработок шахт горнодобывающей промышленности.
Из изложенного следует, что использование принципа сохранения температуры помещенных в сосуд жидкостей (продуктов) по известному решению (3) по своему прямому назначению не позволяет достигнуть усматриваемый заявителем технический результат - создание установки конструктивно несложной, с повышенной степенью универсальности и улучшенными технико-эксплуатационными свойствами.
В заявляемом решении заложен очень простой принцип сохранения температуры компонентов (жидкостей) в баках по отношению к известному решению (3) за счет того, что внутренняя поверхность баков покрыта теплоизоляционным слоем, имеющим низкую теплопроводность, что позволяет практически ограничить теплопередачу материала баков в окружающую среду. При этом установка в целом конструктивно несложная и проста в обслуживании.
Достижение таких положительных свойств установки стало возможным, исходя из следующих рассуждении авторов изобретения.
Из теории термодинамики известно, что теплообмен между средами с различной температурой заключается в передаче тепла из среды с большей температурой в среду с меньшей температурой. А если необходимо приостановить физический процесс теплообмена между такими средами, то достаточно между ними установить преграду из материала с низким коэффициентом теплопроводности.
На основании таких рассуждении, при разработке заявляемой конструкции установки, авторы предложили баки 1 и 2 изнутри покрыть слоем теплоизоляционного материала низкой теплопроводности, чтобы таким образом практически исключить процесс теплообмена между материалом баков и окружающей средой. В качестве теплоизоляционного материала целесообразно использовать пенополиуретан, коэффициент теплопроводности которого равен 0,033 Вт/м·°С (4), а коэффициент теплопроводности металла бака равен 45 Вт/м·К (5). Обозначение единиц измерения указанных
коэффициентов следует принять одинаковыми, т.к. по размеру градус Цельсия равен Кельвину (6).
Из сравнения приведенных значений коэффициентов теплопроводности следует, что потери тепла компонентов материала в баках .практически будут незначительными и, соответственно, их температура будет сохраняться в заданном температурном режиме в течение длительного времени, т.е. достигается задача, поставленная заявителем изобретения.
Признак - «...теплоизоляционный слой, нанесенный на внутреннюю поверхность бака, покрыт антиадгезионным материалом, например тефлоном» - улучшает условия истечения компонентов из баков, тем самым исключая налипание их на теплоизоляционный слой бака, в результате чего улучшается работа гидросистемы установки и, соответственно, условия ее эксплуатации.
Таким образом, совокупность существенных признаков, характеризующая сущность заявляемого изобретения, позволит сохранить в заданном режиме требуемую температуру компонентов в баках независимо от климатических условий окружающей среды.
Все выше описанные технические эффекты позволяют решить поставленную задачу - повысить эффективность использования заявлемой установки при обеспечении надежности ее работы.
Из изложенного следует, что существенные признаки заявляемого изобретения находятся в причинно-слеЯственной связи с достигаемым техническим результатом и из анализа уровня техники в данной области не очевидны явным образом для специалиста, а поэтому заявляемое изобретение соответствует условию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».
Промышленная применяемость заявляемого изобретения обосновывается нижеприведенными описанием и чертежами.
Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг.1 изображена схема описываемой установки для нанесения двухкомпонентных материалов на поверхности;
на фиг.2 - болтовое шарнирное соединение крышки с баком компонента в сечении А-А фиг.1.
Сведения, подтверждающие возможность реализации представленного технического решения, заключаются в следующем.
Установка содержит металлические баки 1 и 2 компонентов материала, нагнетатель компонентов в виде баллона 3 со сжатым газом, дозаторы 4 и 5, напорные шланги 6, распылительный пистолет 7, бак 8 для растворителя, фильтры 9 и тележку 10, выполненную в виде рамы на колесах.
Каждый бак компонента материала оснащен быстросъемной крышкой 11 с узлами крепления ее к баку, вариант одного из которых показан на фиг. 2 и который представляет собой болтовое шарнирное соединение, состоящее из откидного болта 12 с осью 13 и гайкой 14. Причем количество таких узлов крепления определяют расчетным путем в зависимости от рабочего давления в баках.
Внутренние поверхности баков 1 и 2 компонентов материала и поверхности крышек 11 обращенные внутрь этих баков, покрыты теплоизоляционным слоем соответственно 15 и 16, имеющим низкий коэффициент теплопроводности.
В свою очередь, баки 1 и 2 компонентов материала с закрепленными на них крышками 11 образуют термоизолятор, который практически исключает теплообмен теплоизоляционных слоев 15 и 16 с металлом баков 1 и 2 и, соответственно, с окружающей средой.
Причем температуру компонентов, заливаемых в баки 1 и 2, принимают такой величины, чтобы в дальнейшем, с учетом незначительных потерь тепла, она не выходила за пределы диапазона их рабочих температур, при котором осуществляется свободное истечение компонентов из баков 1 и 2 по напорным шлангам и далее к распылительному пистолету 7.
Поскольку в качестве теплоизоляционного слоя используют пенополиуретан, который обладает высокой теплостойкостью (от -190°С до +160°С), это позволяет выдерживать любой заданный (по условиям эксплуатации установки) температурный режим компонентов в баках.
Для улучшения условий эксплуатации установки на теплоизоляционный слой 15 баков 1 и 2 нанесен слой из антиадгезионного материала (на чертеже условно не показан), например из тефлона, чтобы исключить прилипание компонентов на слой 15.
Баллон 3 снабжен понижающим и регулирующим давление газа редуктором 17 и соединен через газораспределительный бак 18 и дозаторы 4 и 5 с баками 1 и 2 компонентов материала.
Установка работает следующим образом.
Сжатый газ из баллона 3 через понижающий и регулирующий давление газа редуктор 17 поступает в газораспределительный бак 18, а затем через дозаторы 4 и 5 - в баки 1 и 2 компонентов материала, которые в последних находятся в жидком состоянии и имеют необходимую рабочую температуру. Герметизация баков 1 и 2 обеспечена уплотнителями 19.
Под давлением сжатого воздуха компоненты материала, не теряя свое рабочее тепло, подаются из баков 1 и 2 по напорным шлангам 6 через фильтры 9 к распылительному пистолету 7, в смесительной камере которого происходит смешивание компонентов материала и далее образовавшаяся из них смесь распыляется на поверхности изделия.
При этом в процессе работы установки не исключено снижение температуры компонентов в баках 1 и 2 из-за разницы коэффициентов теплопроводности теплоизоляционного слоя и материала бака (металла), упомянутой выше. Однако, такое незначительное снижение не влияет на текучесть компонентов по напорным шлангам б к распределительному пистолету 7.
По мере расхода компонентов материала в баках 1 и 2, для заливки новым объемом компонентов снимают быстросъемные крышки 11 за счет ослабления каждого узла крепления путем откручивания гайки 14 на высоту, достаточную для поворота болта 12 вокруг оси 13.
Заявляемая установка позволяет производить отмывку смесительной камеры распылительного пистолета 7 путем подачи в нее растворителя из бака 8, находящегося постоянно под давлением сжатого газа, поступающего по рукаву 20 из газораспределительного бака 18.
За счет выполнения баков компонентов с теплоизоляционным слоем на их внутренних поверхностях в заявляемой установке не требуется наличие нагревателя компонентов, который имеется в прототипе (2), что упрощает конструкцию установки и повышает ее надежность.
Использование теплоизоляционного слоя с низким коэффициентом теплопроводности позволяет сохранить в заданном режиме требуемую рабочую температуру компонентов в баках, что позволит улучшить технико-эксплуатационные свойства установки с возможностью ее применения в различных климатических условиях окружающей среды и, соответственно, повысить степень ее универсальности и оптимизации.
Таким образом, изложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявляемого изобретения следующих совокупных условий:
- заявляемое изобретение подтверждает возможность его осуществления с помощью описанных в заявке технических средств;
- заявляемое изобретение способно достигнуть усматриваемый заявителем технический результат;
- установка, воплощаемая заявляемым изобретением, при его осуществлении, допускается к использованию в различных отраслях хозяйства, которые подтверждают возможность реализации поставленной задачи - повысить эффективность использования заявляемой установки.
Источники информации, принятые во внимание при составлении описания изобретения:
1. «Установка нанесения теплоизоляции», марка Я10-ФНГ, ТУ 10-02-07-0009-86, паспорт Я10-ФНГ. ПС, 000 НПП «Изолан», 1998 г.
2. Авторское свидетельство СССР №1256801 кл. В 05 В 7/16, 1984 г. (прототип).
3. Краткий политехнический словарь. - М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1956, стр.307.
4. ГОСТ 30732-2001. Трубы и фасонные изделия стальные с тепловой изоляцией из пенополиуретана в полиэтиленовой оболочке. Технические условия [ТЕКСТ]. - Введен 01.07.2001 г. - М.: Издательство стандартов, 2001, стр.9.
5. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. - М.: Высшая школа, 1980, стр.312, табл.22.1.
6. Кошкин Н.И., Ширкевич М.Г. Справочник по элементарной физике. - М.: Наука, 1988,стр.81.