Основними компонентами газостата є:
- власне газостат, що включає контейнер з верхньої та нижньої пробками, а також силову станину;
- газова і вакуумна системи, що забезпечують необхідні технологічні параметри газового середовища в робочій камері машини;
- системи нагрівання та охолодження,
- а також система управління.
Ефективність роботи газостата багато в чому залежить від надійності і продуктивності його головною - газової системи. У свою чергу якісний рівень роботи останньої визначається продуктивністю компресорів, що перекачують газ з балонної станції в контейнер і назад при завершенні робочого циклу, а також умовним проходом і пропускною спроможністю запірної апаратури та газового трубопроводу, по яким в процесі виконання технологічних операцій переміщається робоче середовище. Розробка і застосування надійно працюючої газової апаратури високого тиску зі збільшеним умовним проходом набуває особливого значення при створенні сучасних промислових газостатов з об'ємом робочої камери, що досягає декількох кубічних метрів.
Аналогом винаходу є технічні рішення на вузли газової системи, розроблені фірмою HOFER і використані в газостате моделі QIN - 250, ASEA, Швеція, 1983 г. містить контейнер, пов'язаний з газовою системою, що включає запірні клапани, виконані з сідлом, голкою, подклапанного і Надклапанний порожнинами і пневмоприводом управління.
Недоліком газостата-аналога є те, що запірні клапани газової системи виконані за схемою прямої дії, тобто використовувана для закриття клапана притискна пружина повинна створювати зусилля, достатнє для подолання осьового навантаження робочого середовища високого тиску на голку,
- створення необхідних контактних тисків на робочій кромці пари «сідло-голка»,
- подолання зусилля тертя, що виникає між голкою і блоком її ущільнень,
- а також - зусилля тертя між поршнем і циліндром сервоприводу управління клапаном.
У разі застосування запірних клапанів зі збільшеними умовними проходами перераховані вище зусилля, що діють при роботі клапана, зростають. Критично збільшується осьова навантаження робочого середовища на голку. Так, при робочому тиску газостата 200 МПа в клапані з умовним проходом Ду = 5 мм вона становить 390 кг, а в клапані з Ду = 15 мм - 3530 кг, тобто зростає майже в 10 разів, що викликає необхідність використання пружин великий жорсткості, а значить і збільшених габаритів. При цьому пропорційно зростає діаметр поршня циліндра сервоприводу, необхідного для стиснення пружини при відкритті клапана, а також габарити і металоємність клапана в цілому.
Іншим суттєвим недоліком клапана газостата-прототипу є з'єднання подклапанного порожнини і газового циліндра розвантаження за допомогою зовнішнього капіляра високого тиску. Капіляр є товстостінну металеву трубку малого діаметра з невеликим умовним проходом, використовувану тільки для вирівнювання тиску в з'єднуються порожнинах. Так, наприклад, в газостате-прототипі застосований капіляр D 5 × 1,6: де 5 мм - зовнішній діаметр, а 1,6 мм - товщина стінки. Випускаються в даний час капіляри виготовляються або з нержавіючих, або з термічно НЕ зміцнених конструкційних сталей, що не володіють достатньою твердістю. З'єднання капіляра з відповідною корпусних деталлю виконується наступним чином. На кінці капіляра обробляється конус з гострою кромкою на його зрізаної вершини, а за конусом нарізається ліва різьба, відповідна зовнішньому діаметру капіляра, на яку нагвинчується втулка. За допомогою натискної гайки втулка подається вперед, притискаючи гостру кромку капіляра до поверхні корпусної деталі з конусом, на кілька градусів перевищує кут конуса капіляра, створюючи, таким чином, герметичне з'єднання «капіляр - корпус». У разі використання описаного приєднання капіляра, що не володіє достатньою твердістю і міцністю, його гостра кромка швидко обминається, приводячи до виходу клапана з ладу в результаті порушення внутрішньої герметичності і створення аварійної ситуації. Різьблення, виконане на капілярі невеликого зовнішнього діаметра, послаблює його перетин, створюючи концентратори напружень, і як наслідок, в зоні концентраторів часто відбувається розрив стінки капіляра під дією тиску робочого середовища, крім того, обробка конуса і нарізування різьблення на капілярах значної довжини і особливо на вигнутих (прямолінійно) - не можуть бути виконані на металорізальних верстатах, а виготовляються з застосуванням спеціальних, дорогих пристроїв та інструменту. Ця ж проблема має місце при відновленні різьблення і конуса капіляра в процесі експлуатації газостата на місці його експлуатації. У разі з'єднання згаданих порожнин високого тиску за допомогою зовнішнього капіляра також існує можливість руйнування, як самого капіляра, так і його з'єднань в результаті випадкового зовнішнього механічного впливу.
Крім отримання технічного результату, зазначеного нижче, завданням пропонованого винаходу є створення ефективної газової системи з підвищеним робочим тиском і з отриманням економічного ефекту у вигляді зниження вартості газової системи, зниження вартості продукції, що випускається, зменшення металоємності, при цьому виконання завдання та отримання технічного результату забезпечується одними і тими ж елементами газостата
Технічний результат пропонованого винаходу, що полягає в:
- створення ефективної газової системи з підвищеним робочим тиском;
- зменшенні часу створення заданого тиску в контейнері і відкачування газу з нього в кінці робочого циклу;
- підвищенні продуктивності газостата і зниження вартості продукції, що випускається;
досягається тим, що газова система газостата оснащена газовим трубопроводом і уніфікованої компактної апаратурою зі збільшеним умовним проходом, виконаної у вигляді запірного клапана з циліндром розвантаження, встановленим на нижній кришці сервоприводу, при цьому газова порожнина циліндра з'єднана з подклапанного порожниною каналом, виконаним в голці клапана, з'єднаної з поршнем пневмоциліндра за допомогою поперечки і шпильок.
Конструкція запропонованого газостата представлена на фіг.1 і 2, де:
- на фіг.1 показаний газостат з фрагментом газової системи;
- на фіг.2 зображено нормально-закритий клапан з газовим циліндром розвантаження і збільшеним умовним проходом.
Газостат містить силову станину 1, скріплену бандажем високоміцної стрічки 2, контейнер 3, закритий по торцях верхньої 4 і нижній 5 пробками, нормально-закриті клапани 6, 7, 8 і 9, газовий компресор 10 і балонну станцію 11. Для управління потоками робочої середовища при виконанні технологічних операцій робочого циклу клапани 6, 7, 8 і 9 з'єднані між собою і з іншими компонентами газової системи трубопроводом 12, при цьому газовий ввід 13 в контейнер 3 виконаний у верхній пробці 4. Клапан (фіг.2) містить корпус 14, в якому розточення надклапанний 15 і по дклапанной 16 порожнин утворюють гостру кромку 17 сідла, на яку в закритому стані клапана спирається голка 18. Сервопривод 19 виконаний пневматичним і з'єднаний з корпусом 14 шпильками 20. Сервопривод складається з гільзи 21, поршня 22, верхньої 23 і нижньої 24 кришок, закріплених усередині гільзи за допомогою пружинних кілець 25. на верхній кришці встановлений стакан 26, всередині якого розташовуються тарілчасті пружини 27. Зусилля впливу пружин на голку 18, передане поршнем 22 через шпильки 28 і поперечину 29, регулюється гвинтом 30. Поперечина 29 з'єднана з глой 18 за допомогою двох півкілець-шпонок 31. Газовий циліндр розвантаження 32 закріплений на нижній кришці 24 болтами 33. В голці 18 виконаний внутрішній канал 34, що з'єднує подклапанного порожнину 16 з циліндром розвантаження. Використання газового циліндра 32, з'єднаного з подклапанного порожниною, дозволяє врівноважити голку клапана внутрішнім робочим тиском газової системи за однакової кількості зовнішніх діаметрів її обох кінців, а саме верхнього кінця 35, розташованого усередині циліндра розвантаження, і нижнього 36, що розділяє Надклапанний і подклапаную порожнини. В даному випадку пружини 27 забезпечують тільки створення на кромці сідла необхідних контактних тисків, а не протидія осьового зусилля робочого середовища високого тиску, що діє на голку в подклапанного порожнини. При розташуванні циліндра розвантаження 32 всередині нижньої кришки 24 значно скорочуються габарити і металоємність клапана, а також вартість і трудомісткість його виготовлення. Заміна кількох циліндричних пружин, розташованих на периферії поршня сервоприводу клапана газостата-прототипу, одним блоком центрально-розташованих тарілчастих пружин 27 також призводить до зменшення габаритів і спрощення конструкції клапана. При однаковій жорсткості діаметр тарілчастих пружин в 4-5 разів менше діаметра циліндричних. Якщо діаметр верхнього кінця 35 голки 18 трохи більше діаметра її нижнього кінця 36, то голка притискається до сідла додатковим зусиллям, рівним різниці зусиль, що діють на протилежні кінці голки клапана, надійно забезпечуючи його внутрішню герметичність в закритому стані. При цьому величина цього зусилля збільшується зі зростанням робочого тиску в системі. Клапан відкривається при подачі тиску управління під поршень 22 сервоприводу 19.
Газостат працює наступним чином. У вихідному положенні силова станина 1 зрушена з осі контейнера 3. На нижню пробку 5, що знаходиться поза контейнера, встановлюють заготовку і вводять її в робочий простір камери газостата. Силова станина встановлюється на осі контейнера. У сервопривід клапана 8 подається тиск управління, клапан відкривається і газ самопливом надходить з балонів 11 в контейнер. Після вирівнювання в них тиску клапан 8 закривається. Потім відкриваються клапани 7 і 9 і допомогою компресора 10 тиск у контейнері піднімається до заданої величини. Далі компресор зупиняється, а клапани 7 і 9 закриваються. Чи включається система нагрівання, розігріваючи заготовку до необхідної температури. При заданих тиску і температурі заготівля витримується протягом необхідного часу. Потім робочий простір камери з заготівлею охолоджується. Відкривається клапан 8 і газ самопливом перетікає з контейнера 3 в балони 11. Газ, що залишився через відкритий клапан 6 випускають з контейнера в балонну станцію низького тиску (не показана) або в атмосферу. Після зниження тиску в контейнері до величини атмосферного силова станина 1 зсувається з осі контейнера, звільняючи нижню пробку 5, яка разом з обробленим виробом витягується з нього, і цикл повторюється.
Таким чином оснащення газової системи машини нормально-закритими клапанами зі збільшеним умовним проходом і газовим циліндром розвантаження, сполученим з подклапанного порожниною внутрішнім каналом, виконаним в голці клапана дозволяє:
- створити надійний і високопродуктивний газостат, завдяки використанню в його газовій системі компактних запірних клапанів зі збільшеним умовним проходом;
- зменшити час виконання операцій робочого циклу, пов'язаних з переміщенням робочого середовища з газового трубопроводу і через запірну апаратуру з підвищеною пропускною спроможністю;
- скоротити загальний час циклу, підвищити продуктивність газостата і знизити вартість продукції, що випускається;
- повністю ліквідувати шумове навантаження на обслуговуючий персонал при заміні гідравлічного сервоприводу запірних клапанів пневматичним.
формула винаходу
1. Газостат, що містить силову станину і контейнер з верхньої пробкою і нижньої пробкою, що утворюють його робочу камеру, з'єднану газовим трубопроводом з газовою системою газостата, що включає запірні клапани з Надклапанний порожниною і подклапанного порожниною, сервоприводом з поршнем і голкою, при цьому кожен з клапанів оснащений газовим циліндром розвантаження, сполученим з подклапанного порожниною клапана, який відрізняється тим, що сервопривід виконаний пневматичним, кожен циліндр розвантаження закріплений на нижній кришці сервоприводу з расположе ием циліндра розвантаження всередині її, при цьому всередині голки клапана виконаний канал однакового діаметра, а над поршнем пневматичного сервоприводу встановлено блок тарілчастих пружин.
2. Газостат по п.1, що відрізняється тим, що діаметр верхнього кінця голки, розташованого усередині циліндра розвантаження кожного клапана, виконаний з діаметром, великим діаметру нижнього кінця голки, що розділяє подклапанного і Надклапанний порожнини зі збільшенням площі поперечного перерізу верхнього кінця голки до 10% .
3. Газостат по п.1, що відрізняється тим, що на голці кожного клапана за допомогою шпонок, виконаних у вигляді півкілець, встановлена поперечина, поєднана з поршнем сервоприводу двома шпильками.