ВАКУУМНАЯ УСТАНОВКА

Полезная модель относится к вакуумной технике, используемой в различных отраслях промышленности, в частности при электронно-лучевой сварке, вакуумной сушке, плавке, нанесении покрытий. Она может найти эффективное применение при дуговой пайке в вакууме, например, при ремонте деталей и узлов горячего тракта турбины с подачей порошковых композиционных припоев. [Неровный В.М., Михальцевич О.И. Ремонт дуговой пайкой в вакууме поверхностных дефектов на лопатках турбин. // Сварка и Диагностика. 2009. №6. С.42-48].
-7
Известна промышленная установка для дуговых сварочных процессов в высоком вакууме, [книга Неровный В.М., Ямпольский В.М. Сварочные дуговые процессы в вакууме. [М.: Машиностроение. 2002. С.233. Схема I]. Установка состоит из вакуумной камеры, диффузионного насоса с вакуумным затвором и форвакуумного насоса предварительного разряжения. Камера соединена с диффузионным насосом угловым патрубком, который совместно с диффузионным насосом соединен с форвакуумным насосом вакуумным трубопроводом, внутренний диаметр которого>диаметру впускного отверстия форвакуумного насоса. Вакуумный трубопровод состоит из прямолинейных и угловых патрубков, электромагнитных и электромеханических клапанов, напускных клапанов и датчиков для измерения и контроля предварительного и высокого разряжения вакуумной установки. В известной системе предварительная откачка производится механическим форвакуумным насосом, а высоковакуумная откачка осуществляется пароструйным диффузионным насосом. Оба насоса являются составной частью вакуумной трубопроводной магистрали, состоящей из соответствующих вакуумных клапанов, измерительных приборов, сильфонов, соединительных трубных патрубков и трубных колен. Такая конструкция надежно защищает откачиваемый сосуд от паров рабочей жидкости диффузионного насоса и позволяет получать давление меньше (2..5)*10 Па.
Основным недостатком известной установки является то, что ее вакуумный трубопровод собирается из вакуумных клапанов и форвакуумных насосов с применением трубных колен в местах изгибов на 90° трубопроводной магистрали. Трубные колена дополнительно увеличивают металлоемкость конструкции, трудозатраты при сборке, а также габариты всего устройства. Так, например, установка одного трубного колена равносильна увеличению расчетной длины трубопровода на 1,33 диаметра трубопровода (см. книгу Пипко И.П. и др. «Основы вакуумной техники» М. «Энергоиздат» 1981 г. стр.374). Завышенный внутренний объем вакуумной магистрали увеличивает время откачки, снижает проводимость магистрали и степень ее вакуумирования.
Известна также вакуумная установка, содержащая связанные между собой трубопроводной магистралью откачиваемую вакуумную камеру, высоковакуумный паромасленный насос с затвором, форвакуумный пластинчато-роторный насос, напускной клапан, электромагнитный и электромеханический вакуумные клапаны (см. патент РФ №2023910 класс F04В 37/14, публ. 1974 г.).
Недостатком такой установки является то, что ее вакуумный трубопровод содержит завышенное количество трубных колен из-за несоосности в пространстве продольных осей соединяемых входных и выходных патрубков вакуумных клапанов и форвакуумных насосов. Так, например, продольная ось выходного патрубка высоковакуумного насоса установлена вертикально, а продольная ось входного патрубка примыкающего к нему клапана, установлена горизонтально. Для объединения таких патрубков в магистраль дополнительно устанавливается трубное колено. При соединении выходного патрубка вакуумного затвора с входным патрубком вакуумного клапана устанавливается два колена. Такая конструкция требует больших затрат, увеличивает металлоемкость, при этом увеличивается время откачки, снижается проводимость магистрали и степень вакуумирования.
Известна вакуумная установка, содержащая откачиваемую вакуумную камеру, вакуумный паромасленный диффузионный насос, пару форвакуумных насосов типа АВР, два электромагнитных клапана типа КВМ и три электромеханических типа КВЭ, три напускных клапана типа КН - 2,5 и измерительные приборы (см. проект СА 698.02.00.00.00.СБ ОАО «НИКИМТ-Атомстрой» приложение №1, 2). Это устройство по сравнению с описанными выше более компактно, что позволило его разместить на подвижной платформе, увеличив его мобильность. Основным недостатком данной установки является то, что ее вакуумный трубопровод собирается из вакуумных клапанов и форвакуумных насосов с применением трубных колен. Дополнительные колена увеличивают металлоемкость конструкции, трудозатраты при сборке, а также габариты всего устройства и снижают эффективность работы всего устройства.
По своей технической сущности и достигаемому результату известная вакуумная установка, разработанная в ОАО «НИКИМТ-Атомстрой» по проекту СА 682.02.00.00.00.СБ (см. приложение 1) является наиболее близкой к предложению заявителя и потому выбрана за прототип.
Задача новой разработки состоит в создании вакуумной установки с компактной трубопроводной магистралью, с повышением эффективности вакуумирования, сокращения металлоемкость и трудозатрат при монтаже.
Технический результат предлагаемой полезной модели состоит в увеличении проводимости вакуумной магистрали путем уменьшения ее внутреннего объема за счет оптимального размещения вдоль магистрали вакуумных клапанов и форвакуумных насосов, что значительно сократило время откачки и повысило степень ее вакуумирования.
Указанный выше технический результат достигается следующим образом. В вакуумной установке, содержащей связанные между собой трубопроводной магистралью откачиваемую камеру, по крайней мере, один высоковакуумный насос с затвором и один форвакуумный насос, вакуумные клапаны, измерительные приборы и датчики, форвакуумные насосы установлены в местах изгибов на 90° трубопроводной магистрали. Такое выполнение трубопроводной магистрали значительно снижает металлоемкость конструкции, трудозатраты на изготовление магистрали, так как значительно снижается количество трубных колен для соединения между собой вакуумных механизмов, входящих в установку, и значительно упрощает технологию ее сборки и увеличивает компактность установки. При этом резко уменьшается внутренний объем магистрали, увеличивается ее проводимость, что значительно снижает время откачки и повышает степень вакуумирования.
Признаки указанные выше являются необходимыми и достаточными для достижения указанного выше нового технического результата, то есть являются существенными.
Наличие отличительных признаков по отношению к выбранному прототипу свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию «новизна» по действующему Законодательству.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления предлагаемой полезной модели с получением вышеуказанного технического результата, поясняются чертежами и изображением установки в аксонометрии.
На фиг.1 показан общий вид предлагаемой полезной модели вакуумной установки.
На фиг.2 показана установка в аксонометрии.
Установка содержит откачиваемую камеру 1 (см. фиг.1) высоковакуумный насос 2 с затвором 3, форвакуумные насосы 4 и 5, клапаны электромагнитные 6, 7 и электромеханические 8, 9, 10; три напускных клапана 11, 12, 13 и манометрические датчики 14 для измерения давления форвакуума и высокого вакуума. Перечисленные насосы и клапана связаны между собой трубопроводной магистралью, состоящей их двух тройников 15, 16 и прямолинейных патрубков 17, 18. Траектория магистрали содержит пять изгибов 19 на 90°. В месте каждого изгиба установлены вакуумные клапаны 6, 7, 8, 9, 10. Электромагнитные клапана 6 и 7 установлены вертикально электромагнитом книзу. Электромеханические клапана 9, 10 установлены также вертикально, но электродвигателем кверху; а клапан 8 установлен в горизонтальном положении входным патрубком в сторону к вакуумной камере 1.
В исходном состоянии вакуумный затвор 3 и клапаны 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13 закрыты. Форвакуумные насосы 4, 5 не работают, нагрев высоковакуумного насоса 2 отсутствует, в его систему охлаждения не подается охлаждающая жидкость.
Работа вакуумной установки обеспечивает форвакуумную и высоковакуумную откачку вакуумной камеры 1. При форвакуумной откачке включается в работу форвакуумный насос, например, 5. При регистрации датчиком 14 форвакуума в насосе 5 открываются клапана 7, 10 и производится откачка диффузионного насоса 2 на форвакуум. При регистрации форвакуума в насосе 2 включается его прогрев, а в его систему охлаждения подается охлаждающая жидкость.
Для откачки вакуумной камеры 1 на форвакуум включается форвакуумный насос 4. При регистрации датчиком 14 форвакуума в насосе 4 открываются клапана 6, 8 и производится откачка вакуумной камеры 1 на форвакуум. При регистрации манометрическим датчиком 14 форвакуума в вакуумной камере 1 закрываются клапана 6, 8 и выключается форвакуумный насос 4.
Для откачки вакуумной камеры 1 на высокий вакуум открывается вакуумный затвор 3 при работающем насосе 5. При необходимости ускорения откачки вакуумной камеры 1 на высокий вакуум открываются клапана 6, 9 и включается в работу форвакуумный насос 4. В таком положении выполняется откачка вакуумной камеры до давления, которое требуется конкретной технологии сварочной обработки.
Для отключения вакуума в камере 1 закрывается затвор 3, открывается напускной клапан 11, что приводит к заполнению камеры 1 воздухом. При выключении диффузионного насоса 2 отключается его нагрев, подача охлаждающей жидкости, выключаются форвакуумные насосы 4, 5 и открываются напускные клапана 12, 13.
Опытный образец предложенный полезной модели прошел испытание и подтвердил не только промышленную применимость, но и указный выше новый технический результат, который подтвержден в табл.1 сравнительных технических характеристик вакуумных установок по прототипу и предлагаемой.
Табл.1
№ п/п
Характеристики вакуумной установки
Установка
Приложение 1
Фиг.1
1
Высоковакуумный насос диффузионный, шт.
1
1
2
Форвакуумный насос ротационный, шт.
2
2
3
Электромагнитные клапана КВМ, шт.
2
2
4
Электромеханические клапаны, шт.
3
3
5
Трубные тройники, шт.
2
2
6
Трубные колена (изгибы) сварные i, шт.
i<sub>1</sub>=8 (Приложение 2)
i<sub>2</sub>=0 (Фиг.1)
7
Дополнительная длина труб L=1,33 di, м (d=76 мм)
L<sub>1</sub>=0,81
L<sub>2</sub>=0
8
Расчетная длина трубопровода L<sub>p</sub>, м
L<sub>p1</sub>=7,1 (Приложение 1)
L<sub>p2</sub>=4,2 (Фиг.1)
9
Проводимость трубопровода U, %
U<sub>1</sub>=100
U<sub>2</sub>=166*
*U<sub>2</sub>=U<sub>1</sub>*L<sub>p1</sub>/L<sub>p2</sub> [Пипко И.П. и др. Основы вакуумной техники. М.: Энергоиздат. 1981. С.370, формула 18.21].
Из вышеизложенного следует, что заявленное новое техническое решение - полезная модель «Вакуумная установка» направлена на решение поставленной задачи с достижением нового технического результата и соответствует требованиям патентоспособности по действующему законодательству.
Новая конструкция трубопроводной магистрали увеличила эффективность вакуумной установки, компактность и значительно сократило себестоимость ее изготовления.