Результат интеллектуальной деятельности: Установка для выщелачивания керамики из металлургических отливок (варианты)

Изобретение относится к области литейного производства и может быть использовано для удаления керамических стержней из внутренних полостей отливок, в частности лопаток газотурбинных двигателей (ГТД).

Известна установка для удаления керамики из металлургических отливок (RU 132745, 27.09.2013). Установка включает оснащенную нагревателями емкость для подготовки раствора, реактор с вращающимся барабаном для размещения отливок, циркуляционный насос, индуктор и гидроциклон, при этом емкость для подготовки раствора последовательно соединена трубопроводами с циркуляционным насосом, индуктором нагрева раствора, гидроциклоном и реактором, причем реактор обратным трубопроводом соединен с трубопроводом между емкостью для подготовки раствора и насосом.

Недостатком известной конструкции является наличие деталей и узлов, таких как трубопроводы, сальниковые набивки барабана, защитная втулка и сальник циркуляционного насоса, часто выходящие из строя устранение которых занимает много времени и достаточно затратно. Данная конструкция требует неотрывного присутствия оператора для контроля работы установки и контроля протечек уплотнителей циркуляционного насоса и вала барабана. К недостаткам так же относится применение ручного труда при загрузке-выгрузке лопаток, которые вставляются в барабан поштучно, при этом на процесс выгрузки лопаток из барабана (горячих и в остатках раствора), требуется много времени, а персонал подвергается опасности термического и химического ожога. Из-за высокой температуры раствора кипящей щелочи, возникает кавитация в циркуляционном насосе и трубопроводах, что приводит к быстрому изнашиванию рабочего колеса циркуляционного насоса, трубопроводов и щелевой форсунки.

Известна установка для удаления керамики из металлургических отливок (RU 133442, 20.10.2013). Установка включает емкость для подготовки раствора, реактор со сменяемой оснасткой загрузки и фиксацией отливок (лопаток ГТД), циркуляционный насос, индуктор и гидроциклон, при этом емкость для подготовки раствора последовательно соединена трубопроводами с циркуляционным насосом, индуктором нагрева раствора, гидроциклоном и реактором, причем реактор обратным трубопроводом соединен с трубопроводом между емкостью для подготовки раствора и насосом.

Известной установке присущ тот же недостаток, что и предыдущей, плюс наличие в установке еще большего числа дополнительных сложных узлов и, как следствие, дополнительных расходных запчастей и материалов. Помимо этого, производительность установки очень низкая, поскольку объем одновременно загружаемых лопаток составляет примерно 35/125 кг/шт, к тому же требуется дополнительная оснастка для крепления лопаток в камере-реакторе, причем на каждый вид лопаток необходима отдельная оснастка крепления с очень точной центровкой под каждую форсунку. Все это делает работу установки неэффективной.

Кроме того, установка (RU 132745) предназначена только для удаления керамических стержней из выбракованных газотурбинных лопаток, предназначенных для последующего переплава, а другая (RU 133442) - только для товарных лопаток, идущих впоследствии для производства турбин. Использование одновременно двух установок неэффективно, поскольку ведет к удорожанию процесса.

Известна установка для удаления керамики из металлургических отливок (RU 2693664, 03.07.2019).

Установка включает бак приготовления раствора, циркуляционный насос, индуктор нагрева раствора, реактор с аппаратом вихревого слоя, гидроциклон с циркуляционным насосом и конденсатор паров раствора.

Как и в предыдущих двух установках, недостатком данной установки является, наличие сложных трубопроводов, запорной арматуры, сальниковых уплотнений насосов, защитных втулок насосов, сетчатых фильтров. Все это требует постоянного присутствия оператора с непрерывным контролем и регулировкой всех деталей и узлов от начала до конца цикла выщелачивания. В случае кристаллизации раствора щелочи при отсутствии электроэнергии необходимо разбирать все узлы и промывать струей воды затрачивая много времени на эту операцию. Замена сальников и защитных втулок циркуляционных насосов производится после каждых одного - двух циклов, что уменьшает производительность установки и приводит к удорожанию и увеличению времени процесса выщелачивания.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является повышение эффективности работы установки, за счет экономичности, простоты и надежности конструкции.

Технический результат достигается за счет того, что заявленная установка для выщелачивания керамики из металлургических отливок включает емкость для щелочного раствора с крышкой, оснащенную нагревателями, реактор, размещенный внутри емкости и представляющий собой цилиндрическую обечайку с перфорированным днищем на одном торце и мешалкой с диффузором на другом торце. При этом на входе в реактор непосредственно за диффузором установлена поворотная пластина.

Установка может быть снабжена трубчатым элементом со сквозными боковыми отверстиями, который жестко соединен одним концом с нижней частью крышки емкости, а другим - с верхней частью реактора. Причем жесткое соединение трубчатого элемента с крышкой выполнено неразъемным, а с реактором - разъемным.

При таком варианте исполнения реактор в емкости располагается вертикально.

Возможно достижение того же технического результата при другом варианте исполнения установки, а именно - при горизонтальном расположении реактора внутри емкости для раствора щелочи. При таком варианте исполнения в емкости для щелочного раствора установлен отбойник, расположенный на выходе из реактора. На входе в реактор, за мешалкой с диффузором, установлен отвод в виде изогнутого элемента трубчатой формы, а на стенке обечайки со стороны крышки емкости выполнен загрузочный люк с крышкой. При этом, в горизонтальном исполнении, наличие перфорированного днища не является обязательным, поскольку функцию поддерживания отливок выполняет сетчатая загрузочная корзина.

Устройство в обоих вариантах исполнения, охарактеризованное заявленной совокупностью существенных признаков, выполнено с использованием минимально необходимого набора конструктивных элементов, рационально скомпонованных и достаточных для достижения вышеуказанного технического результата.

При использовании заявленной конструкции (в обоих вариантах исполнения) для обеспечения эффективной ее работы не требуется сложной системы трубопроводов с запорной арматурой, циркуляционных насосов с сальниковыми уплотнениями и защитными втулками, контактирующими с щелочным раствором. Обеспечивается быстрая и удобна выгрузка и загрузка отливок в реактор и обратно. Исключается ручная работа при нейтрализации остатков раствора щелочи в каналах, как это требуется в известных установках, а также промывки лопаток водой и их сушки. Обеспечивается возможность работы установки на автоматике без постоянного присутствия оператора, а также возможность выщелачивания как товарных лопаток, идущих на установку турбины, так и выбракованных, идущих на дальнейший переплав, без всякой оснастки для крепления и размещения их в реакторе. Длительная кристаллизация раствора щелочи при аварийном прекращении подачи электроэнергии не приводит к поломкам или выходу из строя узлов установки.

Заявленное техническое решение проиллюстрировано графическими материалами.

На Фиг. 1 представлена схема установки для выщелачивания отливок в вертикальном исполнении.

На Фиг. 2 - схема установки для выщелачивания отливок в горизонтальном исполнении.

Заявленное устройство, в зависимости от габаритов места предполагаемого использования, может быть изготовлено как в вертикальном исполнении (для помещений ограниченной площади), так и в горизонтальном исполнении (для помещений с ограничениями по высоте). Оба варианта исполнения объединены одной технической сущностью.

Установка для выщелачивания керамики из отливок включает замкнутую емкость 1 для щелочного раствора, в которой установлены нагревательные элементы (ТЭНы) 2. В верхней части емкости 1 имеется крышка 3, предназначенная для обеспечения доступа внутрь емкости 1, в частности для загрузки-выгрузки очищаемых отливок. Внутри емкости 1 расположен реактор 4, представляющий собой цилиндрическую обечайку 5 с перфорированным днищем 6. На входе в реактор 4 установлена лопастная мешалка 7 с диффузором 8, предназначенная для обеспечения циркуляции раствора щелочи в установке. Внутри реактора 4 за диффузором размещена поворотная пластина 9, служащая для изменения направления циркулирующего потока раствора щелочи и как следствие, для улучшения вымывания керамики из отливок. Мешалка работает от привода 10, находящегося вне емкости 1. В процессе работы установки уровень 11 раствора щелочи должен быть таким, чтобы реактор 4 с очищаемыми отливками был полностью погружен в раствор. Реактор 4 устанавливается внутри емкости 1 на специальные дистанцирующие подставки (ножки) 12, позволяющие раствору щелочи свободно обтекать реактор 4 со всех сторон. Патрубок 13 дистиллята предназначен для возврата сконденсированного пара обратно в емкость 1, что позволяет сохранить уровень и концентрацию раствора. В крышке 3 емкости 1 имеется лючок 14 для контроля выщелачивания. Снаружи емкости 1 находятся дистиллятор 15 паров раствора и химический фильтр 16, предназначенный для нейтрализации остатков несконденсированных паров раствора щелочи.

В случае горизонтального варианта исполнения установки, на входе в реактор 4 установлен отвод 17, предназначенный для организации потока раствора через реактор 4 при его горизонтальном размещении в емкости 1, а на выходе из реактора 4 установлен отбойник 18, предназначенный для направления выходящего из реактора потока к мешалке 7 с диффузором. При горизонтальном расположении реактора 4 загрузка отливок осуществляется через люк 19 с крышкой, выполненный в стенке обечайки 5 и ориентированный к крышке 3 емкости 1. При таком варианте исполнения установки, для отливок используется загрузочная сетчатая корзина 20, в которую отливки помещают и затем погружают через крышку 3 и люк 19 в реактор 4 для выщелачивания. На Фиг. 2 представлен вариант исполнения установки с перфорированным днищем 6 в реакторе 4, однако наличие перфорированного днища не является в данном исполнении обязательным, поскольку тут функцию поддерживания отливок выполняет сетчатая загрузочная корзина 20.

При вертикальном варианте исполнения установка дополнительно может быть оснащена трубчатым элементом 21 со сквозными боковыми отверстиями-окнами (на чертеже не показаны). Трубчатый элемент 21 одним концом жестко связан с нижней частью крышки 3. Соединение осуществляется, как правило, путем сварки 22. А другой конец трубчатого элемента 21 связан с входной, в данном случае верхней, частью реактора, путем разъемного соединения 23, в частности, болтового.

При вертикальном варианте исполнения установки, загрузка отливок 24 осуществляется непосредственно в полость реактора 4, который с помощью специального приспособления через крышку 3 загружается в емкость 1. По окончании процесса выщелачивания реактор извлекается из емкости 1 (также как и корзина 20 при горизонтальном варианте исполнения) и переносится на стадию промывки. Реактор может быть дополнен трубчатым элементом 21, жестко связанным с крышкой 3. В этом случае он извлекается из емкости 1 совместно с элементом 21 и крышкой 3 при ее поднятии. Т.е. трубчатый элемент 21 несет двойную функциональную нагрузку - облегчает процесс извлечения реактора из емкости 1 и, за счет наличия окон на боковой поверхности, обеспечивает циркуляцию потока щелочного раствора внутри реактора.

Щелочной раствор подогревается электрическими тэнами 2. Мешалка 7, за счет пропеллера, через диффузор 8, создает осевой поток щелочного раствора, который омывает лопатки (отливки 24) в трубчатом реакторе 4. Для более эффективного выщелачивания керамического стержня из лопаток раствором, поворотная пластина 9 с приводом, постоянно меняет направление потока щелочного раствора, создавая его завихрения, в результате чего достигается равномерность обработки (выщелачивания) всего объема лопаток. Контроль выщелачивания ведется через лючок 14. Установка оснащена патрубком 25 для закачивания и выкачивания щелочного раствора.