Установка для детонационного напыления

 

i. УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕТОНАЦИОННОГО НАПЫЛЕНИЯ, содержащая ствол, порошковый дозатор, источники газопитания , смеситель газов, газовые магистрали для ввода ацетилена, кислорода и азота, каждая из которых снабжена редуктором, вентилями, ротаметром и нормально закрытым электромагнитным клапаном, размещенным перед смесителем, газов, систему зажигания и систему управления с датчиком взрыва , о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью автоматизации управления газопитанием и повышения безопасности и (Надежности работы, она снабжена дополнительными нормально закрытыми.. электромагнитными клапанами и датчиками давления сред, причем в магистралях ацетилена и кислорода установлены датчики давления,и по меньшей мере один дополнительный нормально закрытый электромагнитный клапан, размещенный после источника газопитаниЯ до ввода магистрали в производственное помещение , в котором смонтирована установка , при этом один из датчиков давления размещен на магистрали ацетилена между редуктором .и смесителем газов и выполнен в виде мановакуумметра, причем датчики давления,и датчик взрыва связаны через систему управления с основными и дополнительными клапанами магистралей ацетилена и кислороО ) да...... 2. Установка по п.1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что в магистрали азота установлено два связанных с системой управления электромагнитных нормально закрытых клапана, один из KOTopbix размещен на трубопроводе, соединяющем магистрали азота и ацетиленанепосредственно после дополнительного ; электромагнитного клапана ацетилена оо до ввода магистрали в производственное помещение, а другой - на трубопроводе, со со соединяющем магистрали азота и ацетилена между основным электромагнитным клапаном ацетилена и смесителем газов.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

I

1 (ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ машиностроении.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

IlQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ CCCP

1 (21) 3749900/23-05 (22) 05.06.84 (46) 23.!ОЙ 89. Бюл. N 39 (71) Научно-исследовательский институт технологии автомобильной промыш- ленности (72).P.À.Àìëèíñêèé, А.А.Гончаров, В.Е.Неделько, В.И.Ружейников и Ю.П.Федько (53) 62.! ..793 (088. 8) (56) Зверев А.И. и др. Детонационное напыление покрытий. — Л.: Судостроение, 1979, с.229.

Бартенев С.С. и др.. Детонационные. покрытия в машиностроении.- Л.: Машиностроение, 1982, с.!!8-119. (54){57) 1 ° УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕТОНАЦИОННОГО НАПЪ!ЛЕНИЯ, содержащая ствол, порошковый дозатор, источники газопитания, смеситель газов, газовые магистрали для ввода ацетилена, кислорода и азота, каждая из которых снабжена редуктором, вентилями, ротаметром и нормально закрытым электромагнитным клапаном, размещенным перед смесителем газов, систему зажигания и систему управления с датчиком взрыва, отличающаяся тем, что, с целью автоматизации управления газо-. питанием и повышения безопасности и надежности работы, она снабжена до полнительными нормально закрытыми, Изобретение относится к технике повышения износостойкости деталей машин и может быть использовано в

„„SU„„ ii 1ЗЗ1 А1 (Я) 4 С 23 С 14/34 В 05 В 7/20

2 электромагнитными KJIBITGHBMH и датчиками давления сред, причем в магистралях ацетилена и кислорода установлены датчики давления,и по меньшей мере один дополнительный нормально закрытый электромагнитный клапан, размещенный после источника газопитания до ввода магистрали в производственное помещение, в котором смонтирована установ ка, при этом один из датчиков давления размещен на магистрали ацетилена между редуктором и смеснтелем газов и выполнен в виде мановакуумметра, причем датчики давления,и датчик взрыва связаны через систему управления с основными и дополнительными клапа- а нами магистралей ацетилена и кислоро9 да.

2. Установка по п.1, о т л и ч а— ю щ а я с я тем, что в магистрали С азота установлено два связанных с системой управления электромагнитных

1 нормально закрытых клапана, один из которых размещен на трубопроводе, соединяющем магистрали азота и ацетилена непосредственно после дополнительного IaaL электромагнитного клапана ацетилена до ввода магистрали в производственное помещение, а другой — на трубопроводе, соединяющем магистрали азота и ацети- С4 лена между основным электромагнитным СО клапаном ацетилена и смесителем газов.

Целью изобретения является автоматизация управления газопитанием и повьппение безопасности и надежности рработы.

1181331

В описываемой установке обеспечена автоматическая отсечка подачи ацетилена и кислорода до ввода магистралей в цех при авариях и утеч5 ках в цеховых магистралях; обеспечено значительное повышение надежности и безопасности детонационного напылительного Оборудования путем последовательной установки в магистралях ацетилена и кислорода не менее двух отсечных клапанов в каждой

1 при одновременном срабатывании этих

1 клапанов от датчиков; обеспечена возможность полуавтома- 1 тической и автоматической продувки детонационного оборудования и бокса при аварийных ситуациях; обеспечена возможность полуавтоматической оперативной продувки ацетиленовой магистрали азотом в конце смены; облегчен и упрощен труд опеРатоРа

) ввиду высокого уровня автоматизации управления системой газопитания на различных режимах, в том числе при срывах процесса; обеспечена возможность оперативной полуавтоматической проверки исправности смесителя газов, что повышает безопасность устройства в целом;. обеспечена большая стабильность поддержания технологических давлений и расходов сред за счет применения двойного редуцирования.

На чертеже показана. принципиальная схема предлагаемой установки (пунктирными линиями обозначены электрические связи, командные сигналы от датчиков и управляющие сигналы).

Установка содержит источники газопитания: баллоны 1, 2 и 3 для подачи ацетилена, азота и кислорода и соответственно магистрали 4, 5 и 6 для 45 ввода ацетилена, азота, кислорода, Газовые, баллоны объединены в рампы и размещены вне производственного помещения у наружной стены 7 здания.

Каждая магистраль снабжена вентиля50 . ми 8 и редукторами 9»

Коллектор ацетиленовой рампы имеет

1 разгрузочный вентиль 10 и соединен ,с азотной магистралью 5 посредством ,трубопровода ll с вентилем продувки

12 и обратным клапаном 13.

Непосредственно перед местами ввода в производственное помещение магистралей ацетилена и кислорода на них установлены отсечные (нормально закрытые) электромагнитные клапаны

14 и 15 ацетилена и кислорода.

Азотная магистраль 5 имеет отводной трубопровод 16 посредством которого она соединяется с магистралью ацетилена сразу после клапана 14. На трубопроводе 16 расположены вентиль

17, электромагнитный клапан 18 (нормально закрытый) и обратный клапан

19.

После ввода в цех через стену 7 магистралей ацетилена, азота, кислорода на них расположены входные цеховые магистральные вентили 20.

На магистрали ацетилена после ацетиленового вентиля 20 размещен датчик

21 давления с электрическим сигналом, например электрокднтактный манометр.

Датчик 21 имеет возможность формирования сигналов при достижении максимального и минимального уровней давления.

Аналогичный датчик может быть установлен на кислородном трубопроводе.

Далее на всех коммуникациях установлены сетевые редукторы 22, регулирующие вентили 23 и показывающие (стеклянные) ротаметры 24.

После ротаметрив 24 в ацетиленовой и кислородной магистралях вновь установлены датчики 25 и 26 давления с электрической обратной связью, причем ацетиленовый датчик 25 представляет собой мановакуумметр.

В азотной магистрали установлен мановакуумметр или манометр 27 (показывающий).

После датчиков 25, 26, 27 в каждой из .магистралей установлены нормально закрытые отсечные электромагнитные клапаны 28, 29 ацетилена, кислорода и клапан 30, стабилизирующий продувки азотом. Электромагнитный клапан 28 ацетилена (и ацетиленопровод в целом) защищен блоком сухих затворов 31„ а клапаны кислорода 29 и азота 30— обратными клапанами 32, Затем все магистрали сходятся и присоединяются к смесителю газов 33, который через форкамеру зажигания со свечой зажигания 34 соединяется со стволом 35, снабженным дозатором порошка 36.

В данном случае смеситель газов

33 — инжекционного типа, подобный газосварочиой горелке.

31 б открытый полностью. регулирующий вен тиль 23, ротаметр 24, второй кислородный электромагнитный клапан 29, кислородньп1 обратный клапан 32 поступает в смеситель газов 23, а из него — в ствол.

Оператор производит подрегулиро1 ванне давления кислорода кислородным редуктором 22 до технологического значения, сверяясь с показаниями манометра 27, и регулирует расход кислородным вентилем 23 по показаниям.

)кислородного ротаметра 24.

Поскольку кислород является иижектирующей средой в ацетиленовой магистрали на участке от закрытого клапана 14 создается разрежение (при исJ правном смесителе 33 — от 0,4 до

0,5 кгс/см ), " которое фиксируется датчиком 25 давления.

Если разрежение находится в допустимых пределах, смеситель газов исправен и готов к напылительным работам. Работы при отсутствии разрежения илн недостаточной инжекции не допускаются по технике .безопасности.

Режим "Проверка инжекции" прекращается автоматически (через 6-10 с), клапаны 15, 29, 28 закрываются. Затем оператор формирует в системе. управления 42 режим "Заполнение ацетиленовой магистрали". Необходимость этого режима обусловлена тем, что в промьпп ленных условиях длина газопроводов может быть значительной.

В этом режиме открывается клапан

14 в ацетиленовой магистрали, клапан

28 остается закрытым, Поскольку при предшествующем режиме (" Проверка инжекции") достигается разрежение в ацетиленовой магистрали, ацетилен от баллона 1 через рамповый ацетиленовый вентиль 8; рамповьп редуктор.9, электромагнитный -клапан 14> цеховой ацетиленовый вентиль 20, сетевой редуктор

22, регулирующий вентиль 23 (открытый перед проведением режима), ротаметр 24 заполняет ацетиленовую магистраль вплоть до закрытого электромагнитного клапана 28.

Оператор производит подрегулирование технологического значения давления ацетилена, сверяясь с показаниями датчика 25 давления. Затем регулирующий вентиль 23 ацетилена закрывается.

В этом режиме свеча зажигания 34 не действует. Режим "Заполнение" пре5 11813

От магистрали азота на участке между вентилем 20 и сетевым редуктором

22 ответвляется трубопровод 37, соединяющийся с магистралью ацетилена после отсечного клапана 28, но перед сухим затвором 31.

На трубопроводе 37 расположены нормально закрытый электромагнитный клапан 38 и обратный клапан 39. Клапаны 28,29,30 и 38 расположены в не-. посредственной близости от детонационного напылительного оборудования (т.е. ствола 35 со смесителем газов

33). 15

В боксе напыления, где обычно помещают детонационное напылительное оборудование, расположены также акустический датчик взрыва 40 и датчиксигнализатор 41 взрывоопасных концен- 20 трации ацетилена. Датчики имеют электрические выходные сигналы.

Датчики давления 21, 25 и 26, датчик взрыва 40, сигнализатор 41 посредством.электрических цепей соединены 25 с электронной системой управления 42, Выходы системы управления связаны посредством электрических цепей са .всеми электромагнитными клапанами (поз. 14, 15, 18, 28, 29, 30, 38)- и 30 свечой зажигания 34.

Система управления (пульт) помещена вне бокса напыления.

Установка подготавливается к эксплуатации следующим образом.

Перед началом напылительных работ при закрытых вентилях 10 и 12 открывают баллонные вентили и рамповые вентили 8 баллонов ацетилена, азота, кислорода и посредством рамповых ре- 40 дукторов 9 устанавливают необходимые магистральные давления сред. Вентиль

17 открывают. Затем открывают цеховые магистральные вентили 20.

Далее при помощи системы управле- 45 ния 42 формируется режим "Проверка инжекции смесителя газов". В этом режиме блокировки по давлению от датчиков 21, 25 и 26 не задействуются.

Одновременно открываются электро- 50 магнитные клапаны кислорода 18, 29 и ацетиленовый электромагнитный клапан 28, а ацетиленовый клапан 14 остается закрытым. Зажигание в этом режиме не задействуется. Кислород из баллона 3 через рамповый вентиль

8, рамповый кислородный редуктор 9, электромагнитный клапан 15, вентиль

120, сетевой кислородный редуктор 22, 7 1181331 8 кращается автоматически (через 3-5 с), клапан 14 закрывается.

После режима "Заполнение" подготовительные работы заканчиваются, установка готова к напылительным работам.

Установка работает следующим образом.

Оператор формирует в системе управ-10 ления 42 режим "Напыление". При этом задействуются электрические цепи от датчиков 21, 2б давления (электроконтактных манометров и манавакуумметра).

Если давления сред находятся в .технологическом диапазоне, то после нажатия кнопки "Пуск" в системе управления 42 одновременно открываются парные магистральные отсечные клапаны

14, 28 (ацетилен) и 15, 29 (кислород).

Эти клапаны остаются открытыми в течение всего времени напыления, подача ацетилена и кислорода происходит непрерывно с производительностью, оп- 25 ределяемой параметрами смесителя газов 33. Производительность смесителя определяется длиной ствола 35 и согласована с частотой зажигания..

Оператор открывает вентиль 23 30

-регулирования расхода ацетилена в ацетиленовой магистрали, сверяясь с показаниями ацетиленового ротаметра

24. Ацетилен и кислород из баллонов

1 и 3 чеРез вентили 8, рамповые Редукторы 9, электромагнитные клапаны,14 и 15, цеховые вентили 20, сетевые редукторы. 22 в магистралях ацетилена и кислорода, регулирующие вентили 23, ротаметры 24, электромагнитные клапаны40

28 и 29, блок сухих затворов 31 в ацетиленовой магистрали и обратный клапан 32 в магистрали кислорода поступают в смеситель газов 33.

Азот от баллона 2 через вентиль

8, рамповый редуктор 9, вентиль 20, сетевой редуктор 22, вентиль 23, рота метр 24 заполняет азотную магистраль до электромагнитного клапана 30 и по ответвлению 37 достигает клапана .

38.

Через согласованный с производительностью смесителя промежуток времени система управления 42 формирует команду на оТкрытие электромагнитного клапана 30 в азотной магистрали. Клапан

30 открывается, микродоза азота с дав-. лением, значительно превышающим давление ацетилена, поступает в смеситель 33, прерывая инжекцию ацетилена, и создает азотную пробку, которая способствует предотвращению проникновения горения в смеситель при последующем зажигании (стабилизирует работу смесителя газов, снижая вероятность обратного удара).

Через заданный системой управления

42 интервал времени (ь = 0,04-0 08 с) следует зажигание от системы зажигания и свечи зажигания 34.

К этому времени газовая смесь заполняет полость ствола 35, и дозатор порошка Зб подает дозу напыляемого порошка в смесь.

В стволе 35 развивается детонация> порошок нагревается. ди оплавления, разгОняется продуктами детонации и, вылетая из ствола, образует покрытие на подготовленной заранее поверхности детали.

Детонация сопровождается мощным звуком, который фиксируется датчиком взрыва 40. Наличие звука очередного выстрела является признаком нормальной работы детонационного напылительного оборудования.

Датчик взрыва.40 формирует сигнал в систему управления 42, которая, в свою очередь, выдает команду на выключение клапана 30 импульсной продувки азотом. Клапан 30 закрывается, подача азота в смеситель прекращается, а клапаны газопитания 14, 28, 15, 29 поддерживаются системой управления в открытом состоянии.

Таким образом, совершается единичный цикл работы установки.

Регулирование давления азота сетевым редуктором 22 по показаниям манометра 27 и расхода азота вентилем 23 по ротаметру,24, а .также более тонкое подрегулирование ацетиленаосуществляется оператором при первых нескольких выстрелах в рабочем режиме.

В том случае, если очередной выстрел не последовал (что является свидетельством отказа свечи зажигания слишком бедной смеси или проникновения обратного удара в смеситель и т.д.) датчик взрыва 40 не реагирует и происходит следующее: клапаны газопитания 14, 28, 15, 29 закрываются одновременно по сигналу от системы управления 42, клапан импульсной продувки азотом

30 остается открытым в течение неко1181331

10 торого промежутка времени (5-8 с) для гашения возможного горения в смесителе, а затем закрывается автоматически по команде от системы управления 42.

Система управления квалифицирует любое нарушение заданного интервала между звуковыми импульсами более 50Х как отсутствие очередного выстрела

10 (заданный интервал между. звуковыми импульсами. Т = 0,5 с: если очередной выстрел не последовал через 0,75 с .от предйествующего.нормального, то клапаны газопитания выключаются и следует "пожарная." продувка}.

Следует отметить, что при явлении обратного удара давление в ацетиленовой магистрали резко повьпкается, что. фиксируется, датчикОм давления 25 (стрелка мановакуумметра достигает уровня-максимальной уставки). Датчик

25 формирует сигнал в..систему управления 42, которая, в свою очередь, .отдает команду на одновременное выклю.25 чение клапанов газопитания 14, 28,- 15,29 и свечи зажигания 34, Таким образом,.достигается страховка.от аварии в случае отказа. датчика взрыва 40 и, кроме того, становится 10 невозможным повторный запуск установки, пока горение в смесителе не прекратится (т.е. пока давление в ацетиленовой магистрали не вернется в допустимый интервал) °

При возникновении серьезных по-.. ломок, например отказе системы вентиляции, разрыве коммуникаций, ацетилена в боксе напыления, оператор может осуществить мощную аварийную продувку 4< смесителя, ствола азотом повышенного давления (-3-4 кгс/см ) и заполнить бокс азотом. Для этого оператор нажимает кнопку "Авария" в;системе управления 42. По этой команде все 45 клапаны газопитания (ноз.14, 28, 15, 29) немедленно и одновременно закрываются,. но открывается электромагнитный клапан 38 аварийной продув- ки и зажигается. лампа "Авария".

Азот через обратный клапан 39 поступает в ацетиленовую. магистраль (за клапаном 28), продувает блок сухих затворов 31, смеситель, ствол и поступает в бокс.

Режим автоматически прекращается через 10 с, но при необходимости может быть повторен любое число раз в пределах запаса. азота.

Если в боксе по каким- либо причинам образовалась взрывоопасная концентрация ацетилена (более 2Х по объему), датчик 41 формирует команду в систему управления 42, и тогда автоматически происходит аварийная продувка бокса азотом и зажигается красный сигнал

"Авария",, как это. было описано выше.

Блок сухих затворов 31 и обратные клапаны 32, 39 служат для защиты соответствующих коммуникаций и электромагнитных клапанов;

В промышленных условиях, как пра-1 вило, не разрешается оставлять ацети-. ленопровод заполненным рабочей средой на длительное время, еслй процесс связанный с технологическим выделением "открытого огня" не ведется, например, при двухсменной работе газопламенных устройств ацетиленопровод не разрешается оставлять заполненным на ночь. .Данная устаяовка позволяет осуществить автоматически оперативную продувку всего цехового.ацетиленопровода.

По окончании напылительных работ оператор формирует.в системе управления

42 режим "Продувка ацетиленовой магистрали" и нажимает кнопку "Пуск".

По этому сигналу одновременно открыва-1 ется ацетиленовый клапан.28. и электро- магнитный клапан 18, в то.время как ацетиленовый .электромагнитныи клапан

14, расположенный вне цеха, остается закрытым. Азот по ответвлению 16 от главной магистрали через вентиль 17, электромагнитный .клапан 18 и обратный клапан 19 поступает в ацетиленовую. магистраль непосредственно после клапана !4 вне цеха и вытесняет ацетилен из ацетиленопровода через смеси-. тель 33 в ствол 34. В этом режиме с целью безопасности действует и све-. ча.зажигания 34, которая сжигает ацетилен в стволе, пока зажигание его возможно

Режим автоматически прекращается через 6-10 с

Удаление азота из ацетиленопровода достигается автоматически при подготовке устройства к работе в режиме

"Проверка инжекции", который описан выше.

В данном устройстве обеспечивается также безопасность газовых коммуникаций, что в промышленных условиях имеет большое значение, в особенности для ацетиленопровода.

ll 1181

При значительной разгерметизации цехового ацетиленопровода или его разрыве (вследствие механических повреждений и других возможных причин) давление в нем резко падает.

Датчик давления 21, установленный на цеховой магистрали. между клапаном

14 и сетевым редуктором 22, регистри-, рует падение давления ниже минимальной0 уставки (для электроконтактного манометра) и через систему управления 42 формирует команду на немедленное одновременное выключение клапанов газопитания 14, 28 (а также 15, 29).

Поскольку клапан 14 установлен вне цеха в пространство производственного помещения может поступить лишь не° значительное количество ацетилена, ограниченное объемом цехового ацети- 0 ленопровода (например, при внутреннем диаметре ацетиленопровода 10 мм и длине 200 м количество возможного з выделения ацетилена составит 0 016 м =

=16 дм ). 25

Если бы клапан 14, установленный вне цеха, отсутствовал (как в устройстве,послужившем прототипом)> то количество возможного поступления ацетилена в цех зависело бы от ряда 30 субъективных факторов — своевремснности обнаружения аварии, расположения рампы, оперативности обслуживающего

1. персонала и т.п. В этом случае было бы возможно прекращение подачи ацети.лена в цех вручную, при помощи рампового вентиля 8. Очевидно, что время, в течение которого происходило бы истечение ацетилена в цех, было бы значительно больше.

Если в цехе, где проложена, магистраль кислорода, применяются масла и им подобные вещества, то не менее опасно и повреждение этой магистрали.

Падение давления в магистрали кислоро-45 да фиксируется датчиком давления 26, связанным электрически с системой управления 42, которая и в этом случае немедленно отсекает подачу газа в цех, выключая клапаны 15, 29 (14, 28).

Следует иметь в виду, что даже при отказе датчиков давления 21, 26, .оперативность прекращения газопитания при аварии в коммуникациях гаранти55 руется. Это связано с тем, что, например, разрыв ацетиленопровода или

331

l2 образование больших утечек в нем почти немедленно приведет к срыву зажигания, ввиду обеднения смеси

В этом случае очередной выстрел не последует, не среагирует датчик взрыва 40, а следовательно, клапаны

14, 28, 15 и 29 одновременно выключаются, т.е. будет достигнут тот же эффект.

В данной. установке предусмотрена также возможность продувки коллектора ацетиленовой рампы после окончания работ. Для этого оператор закрывает ацетиленовый рамповый вентиль 8, открывает вентили 12 и 10, закрывает

1все вентили на баллонах ацетилена.

Азот по трубопроводу 11, через вентиль 12 и обратный клапан 13 вытесняет ацетилен из коллектора через выпускной вентиль 10 в окружающее пространство выше конька крыши.

Необходимо особо подчеркнуть следующее обстоятельство. Наличие парных магистральных клапанов газопитания в магистралях ацетилена (14, 28) и кислорода (15,29), состояние которых при напылительных работах всегда идентично имеет принципиальное значение с точки зрения надежности установки в целом.

Непрерывная подача газов при инжекционним способе смешения позволяет использовать ацетилен с давлением меньше 0,02 MIIa что существенно снижает опасность его использования, Однако при непрерывной подаче газов надежность самого смесителя практически полностью определяется безотказностью срабатывания отсечного ацетиленового клапана при срывах в работе установки. Надежность же клапана даже при условии его защиты сухими затворами недостаточна при длительной работе в условиях массового промышленного производства. При зависании подвижного элемента клапана в открытом его положении при формально" выполненной команде на закрытие начавшееся горение в смесителе может продолжаться к .течение времени, достаточного для выхода смесителя и сухих затворов из строя.

При использовании двух и более последовательно установленныхклапанов, срабатывающих одновременно, этого произойти практически не может.

1181331

Корректор Э.Лончакова .

Техред Л.Олийнык

Редактор С.Титова

Заказ 6880 Тираж 938 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r, Ужгород, ул. Гагарина, 101