Устройство очистки гидравлических выходов от солевых отложений

Полезная модель относится к устройству очистки гидравлических выходов от солевых отложений и может использоваться в различных отраслях промышленности, например, в металлургической промышленности для очистки гидравлических выходов (сопел, или форсунок, или патрубков и т.п.), через которые на охлаждаемое при закалке изделие подается вода.
При закалке изделие сначала нагревают до высокой температуры, например 850°С, затем осуществляют его быстрое охлаждение путем распыления на изделие охлаждающей водосодержащей среды через гидравлические выходы. В моменты остановок технологического процесса в гидравлических выходах при высыхании воды отлагаются соли, что приводит к уменьшению протока (см. фиг.3) и даже к полному зарастанию выходов воды. Как правило, воду предварительно обрабатывают для уменьшения в ней растворенных минеральных солей, но этого недостаточно ввиду больших объемов подготавливаемой воды, особенно при использовании «жесткой» воды. И в результате, охлаждающая среда подается в недостаточном количестве и неравномерно по поверхности изделия, что негативно сказывается на качестве готового изделия.
Из патента JP1024315 (опубл. 27.01.1998) известно устройство очистки сопловых отверстий от солевых отложений, содержащее сопла, через которые на изделие подается вода при закалке изделия. Сопла установлены на подающей воду трубе, расположенной в камере. При засорении сопел демонтируют всю трубу, и затем заменяют ее на новую трубу с соплами. Недостатком является большая трудоемкость процесса, связанного с перемонтажом устройства.
Из патента CN202951602 (опубл.29.05.2013) известно устройство для очистки форсунок закалочной установки от солевых отложений. При помощи устройства механически прочищают отверстия тканью, соединенной с накладкой. Как и в предыдущем патенте, недостатком устройства является большая трудоемкость производимого процесса в связи с использованием ручного труда.
Из патента KR20000042715 (опубл. 15.07.2000), выбранного за ближайший аналог, известно устройство очистки гидравлических выходов от солевых отложений, содержащее гидравлические выходы (сопла), через которые на охлаждаемое при закалке изделие (стальную полосу) подается солевой раствор, а также насосное устройство, гидравлически соединенное с гидравлическими выходами (соплами), и систему управления. Для очистки сопел от солевых отложений циркулирующая вода распыляется на полосу через каждое распылительное сопло, так что солевой раствор ополаскивается.
Однако растворенные в циркулирующей воде минеральные соли осаждаются в отверстиях сопел, что приводит к частичному или полному зарастанию отверстий. При этом степень зарастания сопловых отверстий не контролируется, поэтому процесс очистки могут начать с опозданием. В результате охлаждающая водная среда подается на поверхность термообрабатываемых изделий неравномерно и в недостаточном объеме.
Таким образом, остается актуальной проблема повышения качества термообработанных стальных изделий.
Технический результат полезной модели заключается в обеспечении равномерной подачи необходимого количества водосодержащей среды через гидравлические выходы.
Техническая проблема решается и технический результат достигается тем, что устройство очистки гидравлических выходов от солевых отложений, как и ближайший аналог, содержит гидравлические выходы, выполненные с возможностью распыления воды, насосное устройство, гидравлически соединенное с гидравлическими выходами, и систему управления.
В отличие от ближайшего аналога, устройство содержит емкость для подачи очищающей жидкости, гидравлически соединенную с насосным устройством, выполненным с возможностью подачи очищающей жидкости, при этом насосное устройство гидравлически соединено с гидравлическими выходами через регулирующий клапан, и каждый гидравлический выход снабжен датчиком контроля выпускаемой из него струи, соединенным информационной линией связи с системой управления.
Кроме того, насосное устройство гидравлически соединено с емкостью для подачи воды через запорный клапан воды, а также гидравлически соединено с емкостью для подачи очищающей жидкости через запорный клапан очищающей жидкости.
Кроме того, что система управления связана информационными линиями связи с насосным устройством, запорными клапанами, регулирующим клапаном.
Кроме того, система управления выполнена с возможностью завершения охлаждения очередного изделия путем прекращения подачи воды, и начала процесса очистки гидравлических выходов путем подачи очищающей жидкости.
Кроме того, количество гидравлических выходов может быть от одного гидравлического выхода до множества гидравлических выходов.
Кроме того, регулирующий клапан выполнен с возможностью регулирования подачи воды и очищающей жидкости.
Кроме того, регулирующий клапан выполнен с возможностью работы в программно заданном импульсном режиме.
При этом регулирующий клапан выполнен с возможностью работы в программно заданном импульсном режиме, с изменением длительности импульса подачи очищающей жидкости и длительности паузы в широких пределах, например, с изменением длительности импульса подачи очищающей жидкости от 0,02 сек. до 50 сек., длительности паузы от 0,05 сек. до 200 сек.
Сущность полезной модели поясняют чертежи:
фиг.1 - схематичное изображение устройства очистки гидравлических выходов от солевых отложений; фиг. 2 - упрощенное изображение датчика контроля струи; фиг. 3 иллюстрирует загрязненный солевыми отложениями гидравлический выход; фиг. 4 иллюстрирует гидравлический выход после очищения.
Позициями на чертежах обозначены: 1 - гидравлический выход; 2 - насосное устройство; 3 - регулирующий клапан; 4 - емкость для подачи воды; 5 - емкость для подачи очищающей жидкости; 6 - запорный клапан воды; 7 - запорный клапан очищающей жидкости; 8 - жидкостная камера; 9 - датчик контроля струи; 10 - изделие; 11 - система управления; 12 -  измерительный электрод; 13 - преобразователь тока; 14 - источник напряжения; 15 - струя жидкости (стрелкой показано направление движения струи); 16 - диэлектрическая пластина.
Устройство очистки гидравлических выходов от солевых отложений на фиг. 1 содержит гидравлические выходы 1, выполненные с возможностью подачи через них воды и очищающей жидкости, насосное устройство 2, выполненное с возможностью подачи воды и очищающей жидкости, регулирующий клапан 3, выполненный с возможностью регулирования подачи воды и очищающей жидкости, емкость 4 для подачи воды, емкость 5 для подачи очищающей жидкости. Насосное устройство 2 соединено гидравлической линией связи через запорный клапан 6 воды с емкостью 4 для подачи воды, и через запорный клапан 7 очищающей жидкости с емкостью 5 для подачи очищающей жидкости. А также насосное устройство 2 соединено гидравлической линией связи через регулирующий клапан 3 с гидравлическими выходами 1. Регулирующий клапан 3 выполнен с возможностью работы в программно заданном импульсном (дискретном) режиме. Гидравлические выходы 1 расположены на жидкостной камере 8 и направлены в сторону изделия 10. Жидкостная камера 8 может иметь поперечное сечение круглой, прямоугольной или другой формы. Гидравлические выходы 1 могут быть выполнены в виде сопел, или форсунок, или патрубков и т.п. для подачи через них каких-либо жидкостей под давлением и в требуемом направлении. Количество гидравлических выходов 1 может быть от одного до множества, в зависимости (прямо пропорциональной) от размеров изделия 10. В качестве очищающей жидкости используют растворяющую соль жидкость, такую, как раствор кислоты, например уксусной, или раствор щелочи, в концентрациях, допустимых санитарными требованиями.  Насосное устройство 2 может быть выполнено в виде любой гидромашины, предназначенной для напорного перемещения жидкости. Гидравлические линии связи выполнены в виде трубопроводов. Изделие 10 не входит в состав устройства. Изделием может быть любой объект, в том числе материал, подвергаемый обработке.
Каждый гидравлический выход 1 снабжен датчиком 9 контроля струи выпускаемой из него жидкости, в том числе воды.
Для управления технологическим процессом устройство оснащено автоматизированной системой управления 11, связанной информационными линиями связи с насосным устройством 2, запорными клапанами 6 и 7, регулирующим клапаном 3 и датчиками 9 контроля струи.
Датчик 9 контроля струи на фиг.2 (патент РФ № 2603822 патентообладателя ООО НПП «ТЭК») содержит измерительный электрод 12, размещенный на траектории, выпущенной из гидравлического выхода 1 струи 15. Измерительный электрод 12 жестко закреплен на диэлектрической пластине 16. Диэлектрическая пластина 16 и жидкостная камера 8 жестко закреплены с корпусом (на фигуре не обозначен). Измерительный электрод 12 соединен электрической линией связи через преобразователь тока 13 и источник напряжения 14 с общим электродом, в качестве которого используют гидравлический выход 1 или жидкостную камеру 8. Преобразователь тока 13 соединен информационной линией связи с системой управления 11.
Принцип действия датчика 9 заключается в том, что струя 15 воды при выпуске замыкает участок электрической цепи между измерительным электродом 12 и общим электродом, и в электрической цепи протекает ток. Преобразователь тока 13 преобразует этот ток в напряжение, величина которого характеризует электрическое сопротивление участка струи сечением S на отрезке между измерительным электродом 12 и общим электродом. Чем меньше сечение струи S, тем больше электрическое сопротивление участка струи 15 жидкости между указанными электродами и меньше напряжение. Преобразователи тока 13 отправляют сигналы, содержащие напряжение для каждого гидравлического выхода 1, в систему управления 11.
Пример реализации устройства при закалочном охлаждении стального изделия.
В штатном режиме закалочного охлаждения стального изделия 10 запорный клапан 7 очищающей жидкости закрыт, запорный клапан 6 воды открыт, и вода из емкости 4 или любого другого источника поступает в гидравлические выходы 1, которые распыляют воду в сторону поверхности охлаждаемого изделия 10. При этом вода поступает в гидравлические выходы 1 под создаваемым насосным устройством 2 давлением, и в создаваемом регулирующим клапаном 3 импульсном режиме, чередующем импульсы выпуска воды с паузами, для улучшения физических свойств готового изделия 10.
На протяжении процесса охлаждения в систему управления 11 поступают сигналы датчиков 9, характеризующие сечение S струи воды из каждого гидравлического выхода 1 в данный момент времени. При достижении предельно допустимых (установленных по регламенту) значений сечений струй система управления 11 завершает охлаждение очередного изделия 10 путем прекращения подачи воды, и начинает процесс очистки гидравлических выходов 1.
В режиме очистки гидравлических выходов 1 запорный клапан 6 воды закрыт, запорный клапан 7 очищающей жидкости открыт. Очищающая жидкость подается насосным устройством 2 из емкости 5 через регулирующий клапан 3 в гидравлические выходы 1. Регулирующий клапан 3 обеспечивает подачу очищающей жидкости в гидравлические выходы 1 в программно заданном импульсном режиме, чередуя импульсы выпуска очищающей жидкости с паузами. При этом длительность импульса подачи очищающей жидкости и длительность паузы варьируют в широких пределах. Так, длительность импульса подачи очищающей жидкости может быть от 0,02 сек. до 50 сек., длительность паузы - от 0,05 сек. до 200 сек. При открытом регулирующем клапане 3 жидкость под давлением промывает отверстия гидравлических выходов 1, при закрытом регулирующем клапане 3 жидкость разрыхляет загрязняющую соль, делая ее структуру пористой и менее плотной, за счет химического воздействия очищающей жидкости на соль. При следующем открытии регулирующего клапана 3 очищающая жидкость, подаваемая под давлением, механически удаляет разрыхленный слой солей.
В результате многократных открытия и закрытия регулирующего клапана 3 производится многократное химическое разрыхление и механическое удаление струями очищающей жидкости отложившихся солей. В статическом режиме производится химическое воздействие на соль, что приводит к разрыхлению ее структуры, и в динамическом режиме, под воздействием струи очищающей жидкости под давлением, производится механическое удаление (сбивание, смыв) отложений солей.
На протяжении всего процесса очистки или по истечении определенного времени указанного процесса, датчики 9 отправляют в систему управления 11 сигналы, характеризующие сечение S струи очищающей жидкости из каждого гидравлического выхода 1 в данный момент времени. При достижении значений всех сечений струй, соответствующих очищенным гидравлическим выходам 1, система управления 11 завершает процесс очистки путем прекращения подачи очищающей жидкости, и возобновляет процесс закалочного охлаждения изделия 10.
Таким образом, достигается своевременное и эффективное очищение гидравлических выходов 1 от солевых отложений (см. фиг.4), что позволяет равномерно подавать необходимое количество водосодержащей среды на поверхность изделия 10, получая готовые стальные изделия высокого качества. При этом технологический процесс производится без демонтажа оборудования и в автоматизированном режиме, что минимизирует трудозатраты и снижает эксплуатационные затраты.