УСТАНОВКА ДЛЯ ПЛАВЛЕНИЯ, ТРАНСПОРТИРОВАНИЯ И РАЗЛИВКИ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ И ИХ СПЛАВОВ

Полезная модель относится к литейному производству и может быть использована, например, для закрытой плавки, транспортировки и разливки цветных металлов и их сплавов, в частности, приготовления и разливки баббита при ремонте и восстановлении подшипников скольжения.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является механизированная бесструйная закрытая установка транспортировки и разливки легких металлов и их сплавов, включающая тигельную печь, электродвигатель, крепежное приспособление (для крепления электродвигателя к крышке печи), погружной центробежный насос, трубопровод, соединенный с выходом насоса (Астаулов B.C. Механизированная бесструйная закрытая транспортировка и разливка легких металлов и их сплавов // Цветные металлы. - 1963. - №4. - С.69-76). Способ позволяет транспортировать жидкий магний по закрытому трубопроводу.
К недостаткам центробежного насоса, используемого в указанной установке, следует отнести ограниченность его применения в области малых подач из-за снижения КПД насоса, что является важным для точного дозирования расплава металла, например, при ремонте подшипников.
Значительные вибрации вала и корпуса насоса, связанные с конструктивными особенностями центробежного насоса и механизма крепления, приводят к снижению усталостной прочности вала и уменьшению ресурса и надежности работы установки в целом.
Кроме того, из-за отсутствия перемешивания расплава качество получаемого сплава - низкое. В прототипе центробежный насос можно использовать для перемешивания только после отсоединения его от трубопровода и установки специального патрубка на выходе насоса.
Решаемая задача и ожидаемый технический результат заключаются в повышении эффективности установки для плавления, транспортирования и разливки цветных металлов и их сплавов за счет повышения точности дозирования расплава, повышения ресурса и надежности работы установки, повышения качества получаемого сплава благодаря обеспечению перемешивания расплава.
Поставленная задача решается тем, что установка для плавления, транспортирования и разливки цветных металлов и их сплавов, включающая тигельную печь, оснащенную погружным насосом с электродвигателем, и трубопровод, соединенный с выходом насоса, отличается тем, что в качестве погружного насоса использован шестеренный насос, например, топливоподкачивающая помпа, в котором в качестве уплотнителя вала установлен металлографитовый сальник, причем трубопровод, соединенный с выходом насоса, имеет специальное отверстие. Между помпой и электродвигателем расположена крыльчатка на одном валу с ними, а помпа и электродвигатель установлены на раме, прикрепленной к корпусу печи.
На фиг.1 представлено заявляемое устройство. Здесь:
1. Электродвигатель.
2. Площадка электродвигателя.
3. Угловой кронштейн (приварной)
4. Площадка крепления углового кронштейна.
5. Подшипниковый узел.
6. Вертикальные стойки рамы.
7. Горизонтальные пластины жесткости рамы.
8. Крыльчатка.
9. Соединительный вал.
10. Топливоподкачивающая помпа.
11. Отверстия под болт крепления рамы к корпусу тигельной печи.
12. Крышка тигельной печи.
13. Трубопровод.
14. Тигельная печь.
15. Трубчатые электронагреватели (ТЭН).
16. Футеровка.
Заявляемое устройство содержит тигельную печь 14, оснащенную погружной помпой 10 с электродвигателем 1 (реверсивный); соединительный вал 9 соединяет вал погружной помпы 10 с валом электродвигателя 1, на соединительном валу 9 расположена крыльчатка 8, имеющая лопасти, например, треугольной формы. Соединительный вал 9 установлен в подшипниковом узле 5. Сверху тигельная печь 14 закрыта крышкой 12, над которой находится электродвигатель 1, закрепленный на раме. Рама включает в себя вертикальные стойки 6 и горизонтальные пластины жесткости 7.
В качестве печи 14 использована тигельная печь сопротивления, нагрев печи 14 происходит с помощью трубчатых электронагревателей (ТЭН) 15, расположенных снаружи по боковой поверхности тигельной печи 14. Печь 14 имеет теплоизоляцию (футеровку) 16. Суммарная мощность ТЭН - 7,4 кВт. Вместимость тигельной печи 14 - около 22 л.
В качестве помпы 10 использована топливоподкачивающая помпа марки 2Д 100.32.010 сб (http://www.korobko.com.ua/dl00pompa.shtml - просмотрено 11.02.2008) с внутренним зацеплением зубьев. Помпа 10 обладает реверсивностью перекачки. Помпа 10 работает по следующему принципу: всасывает жидкость при выходе зубьев звездочки из впадин зубчатой ведущей втулки и нагнетает ее при входе зубьев звездочки в зацепление с ведущей втулкой. В качестве уплотнителя вала помпы 10 установлен металлографитовый сальник.
Достоинством шестеренных (зубчатых) насосов, в том числе помпы 10, является возможность подачи малых объемов жидкости в сочетании с их способностью перекачивать вязкие жидкости при достаточно высоких давлениях (Турк В.П., Минаев А.В., Карелин В.Я. Насосы и насосные станции. Учебник для вузов. - М.: Стройиздат. - 1977. - С.23). Это оказывается существенным фактором для точного дозирования расплава металла.
К достоинствам помпы 10 относятся также простота конструкции, постоянный непульсирующий поток перекачиваемого расплава на выходе и более равномерная нагрузка на валы благодаря зубчатому характеру зацепления рабочих элементов, что вместе взятое повышает ресурс и надежность работы установки (Башта Т.М. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. Учебник для вузов. - М.: Машиностроение. - 1974. - 350-351).
Вал помпы 10, соединенной с реверсивным электродвигателем 1, имеет возможность вращаться в противоположные стороны. В одном случае помпа 10 работает в качестве насоса и происходит подача расплава в трубопровод 13 (рабочий режим подачи расплава), в другом случае подачи расплава в трубопровод 13 из помпы 10 не происходит, т.е. помпа 10 работает вхолостую (холостой режим); при этом расплав из печи 14 поступает в трубопровод 13 через специальное отверстие в нем и затем по трубопроводу 13 и через помпу 10 возвращается в тигельную печь 14. Указанное специальное отверстие в стенке трубопровода 13, через которое трубопровод 13 сообщается с тигельной печью 14, расположено под углом 45° к направлению движения расплава при холостом режиме работы (под углом 135° к
направлению движения расплава при рабочем режиме) и на высоте минимального уровня расплава в печи 14.
На валу ведущей втулки в месте установки сальника помпы 10 накатаны винтовые канавки, за счет которых происходит подкачка расплава для уплотнения вала и удержания под давлением расплава в помпе 10 при рабочем режиме и выгон расплава для разряжения давления в помпе 10 при холостом режиме работы.
Температура внутри тигельной печи 14 измеряется с помощью пирометра или термопары.
На соединительном валу 9 расположена крыльчатка 8, имеющая лопасти, например, треугольной формы. Лопасти крыльчатки 8 выполнены из нержавеющей стали. Треугольная форма лопастей крыльчатки 8 обеспечивает образование воронки и отсутствие брызг расплавленного металла при его приготовлении и рабочей подаче. Лопасти крыльчатки 8 и ось соединительного вала 9 находятся в одной плоскости. Крыльчатка 8 с лопастями играет роль миксера.
Электродвигатель 1, подшипниковый узел 5 и помпа 10, закрепленные на раме, образуют моноблок - единую жесткую систему, в связи с этим снижаются вибрации отдельных узлов и деталей моноблока и повышается их сопротивление усталости, что также обеспечивает увеличение ресурса и надежности установки в целом.
Предлагаемая установка для плавления, транспортирования и разливки цветных металлов и их сплавов работает следующим образом.
В тигельную печь 14, загружаются предварительно подсушенные чушки баббита.
Баббит - металлический сплав на основе олова и свинца, употребляемый для заливки подшипников скольжения (ГОСТ 1320-74 (ИСО 4383-91) Баббиты оловянные и свинцовые. Технические условия). Баббиты изготавливаются в виде чушек и в зависимости от химического состава различают следующие марки: Б-88, Б-83, Б 83С, БН, Б-16.
Тигельная печь 14 вместе с загруженным сырьем, помпой 10, находящейся внутри тигельной печи 14, нагревается до температуры разливки, которая для разных марок сплава различна (табл.1).
Таблица 1
Марка баббита
Температура разливки, °С
Б88
380-420
Б83
440-460
Б83С
440-460
БН
480-500
Б16
480-500
После достижения заданной температуры включается реверсивный электродвигатель 1, приводящий в движение вал помпы 10, причем направление вращения вала должно соответствовать холостому режиму, когда движение расплава происходит по маршруту: тигельная печь 14 - специальное отверстие в трубопроводе 13 - трубопровод 13 - помпа 10 - тигельная печь 14, т.е. помпа 10 работает вхолостую. Забор расплава происходит через специальное отверстие в трубопроводе 13. При холостом режиме помпа 10 выполняет функцию перемешивания расплава. Вращаясь вместе с соединительным валом 9, лопасти крыльчатки 8 также перемешивают расплав, причем, как при рабочем, так и при холостом режимах работы установки. Таким образом, обеспечивается непрерывное перемешивание расплава и высокое качество получаемого сплава.
По результатам спектрального анализа проб расплава, отобранных из печи, решается вопрос об обогащении расплава. При обогащении в расплав добавляются компоненты сплава в необходимом количестве.
После тщательного перемешивания и получения необходимого состава расплава направление вращения вала помпы 10 меняется на противоположное, соответствующее рабочему режиму, когда движение расплава происходит по маршруту: тигельная печь 14 - помпа 10 - трубопровод 13. Происходит подача расплава в трубопровод 13, далее в заливочные центрифуги или заливочные формы.
3
Производительность установки зависит от марки сплава. Например, при плотности баббита Б-16 - 9,29 г/см, масса подаваемого помпой 10 баббита равна 2,8 кг в секунду.
3
Дозирование подаваемого сплава в трубопровод 13 и далее в заливочные центрифуги или заливочные формы происходит за счет регулирования времени работы электродвигателя 1, при остановке которого помпа 10 прекращает подачу расплава в трубопровод 13. Например, при необходимости дозирования расплава в количестве 5,6 кг, таймер будет установлен на время работы электродвигателя 2 сек для баббита Б-16, имеющего плотность 9,29 г/см. Наличие специального отверстия в трубопроводе 13 и накатанных винтовых канавок на вале ведущей втулки помпы 10 способствует быстрой остановке потока расплава, что также увеличивает точность дозирования.