Установка для детонационного напыления

СОЮЗ СОВЕТСКИКСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИН 1 1331 А 1 САНИЕ ИЗОБРЕТЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 2 др, Детонационн - Л.: Судостро ацетилена и кисло нами магистр аи 2. Установка по п.1, о т л и ч ю щ а я с я тем, что в магистрал Св азота установлено два связанных с с темой управления электромагнитных нормально закрытых клапана, один из которых размещен на трубопроводе, соединяющем магистрали азота и ацетилена непосредственно после дополнительногоеай электромагнитного клапана ацетилена до ввода магистрали в производственное помещение, а другой - на трубопроводе, соединяющем магистрали азота и ацети- М лена между основным электромагнитным СО клапаном ацетилена и смесителем газов. пффф ис Целью изобретения являетсяматизация управления газопитани повьппение безопасности и надрработы. Из оретение от ия износос сится к технике йкости деталей использовано в повыш иост машин и может бымашиностроении. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Научно-исследовательский институт технологии автомобильной промыш-ленности(54)(57) 1. УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕТОНАЦИОННОГО НАПЪЛЕНИЯ, 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 передсмесителем газов, систему зажиганияи систему управления с датчиком взрыва, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что,с целью автоматизации управления газо-.питанием и повышения безопасности инадежности работы, она снабжена дополнительными нормально закрытыми,) 4 С 23 С 14/34 В 05 В 7/2 электромагнитными клапанами и датчиками давления сред, причем в магистраляхацетилена и кислорода установлены датчики давления и по меньшей мере одиндополнительный нормально закрытыйэлектромагнитный клапан, размещенныйпосле источника газопитания до вводамагистрали в производственное помещение, в котором смонтирована установка, при этом один из датчиков давления размещен на магистрали ацетиленамежду редуктором и смеснтелем газови выполнен в виде мановакуумметра,причем датчики давления,и датчик взрыва связаны через систему управленияс основными и дополнительными клапа 1181331В описываемой установке обеспечена автоматическая отсечка подачи ацетилена и кислорода до ввода магистралей в цех при авариях и утеч 5 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 при одновременном срабатывании этих клапанов от датчиков;обеспечена возможность полуавтома тической и автоматической продувки детонационного оборудования и бокса при аварийных ситуациях;обеспечена возможность полуавтоматической оперативной продувки ацетиленовой магистрали азотом в концесмены;облегчен и упрощен труд оператора)ввиду высокого уровня автоматизации. управления системой газопитания наразличных режимах, в том числе присрывах процесса;обеспечена возможность оперативной полуавтоматической проверкиисправности смесителя газов, что повышает безопасность устройства вцелом;обеспечена большая стабильностьподдержания технологических давленийи расходов сред за счет применениядвойного редуцирования.На чертеже показана. принципиальнаясхема предлагаемой установки (пунктирными линиями обозначены электрические связи, командные сигналы от датчиков и управляющие сигналы).Установка содержит источники газопитания; баллоны 1, 2 и 3 для подачиацетилена, азота и кислорода и соответственно магистРали 4, 5 и 6 для 45ввода ацетилена, азота, кислорода,Газовые, баллоны объединены в рампы иразмещены вне производственного помещения у наружной стены 7 здания.Каждая магистраль снабжена вентиля 50,трубопровода 11 с вентилем продувки5512 и обратным клапаном 13,Непосредственно перед местамиввода в производственное помещениемагистралей ацетилена и кислорода на них установлены отсечные (нормально закрытые) электромагнитные клапаны4 и 15 ацетилена и кислорода.Азотная магистраль 5 имеет отводной трубопровод 16, посредством которого она соединяется с магистральюацетилена сразу после клапана 14. Натрубопроводе 16 расположены вентиль17, электромагнитный клапан 18 (нормально закрытый) и обратный клапан19.После ввода в цех через стену 7магистралей ацетилена, азота, кислорода на них расположены входныецеховые магистральные вентили 20.На магистрали ацетилена после ацетиленового вентиля 20 размещен датчик21 давления с электрическим сигналом,например электрокднтактный манометр.Датчик 21 имеет возможность формирования сигналов при достижении максимального и минимального уровнейдавления,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 ацетиленовойи кислородной магистралях вновьустановлены датчики 25 и 26 давленияс электрической обратной связью, причем ацетиленовый датчик 25 представляет собой мановакуумметр.В азотной магистрали установленмановакуумметр или манометр 27(показывающий). После датчиков 25, 26, 27 в каждойиз .магистралей установлены нормальнозакрытые отсечные электромагнитныеклапаны 28, 29 ацетилена, кислорода иклапан 30, стабилизирующий продувкиазотом. Электромагнитный клапан 28ацетилена (и ацетиленопровод в целом)защищен блоком сухих затворов 31,а клапаны кислорода 29 и азота 30 -обратными клапанами 32,Затем все магистрали сходятся иприсоединяются к смесителю газов 33,который через форкамеру зажиганиясо свечой зажигания 34 соединяется состволом 35, снабженным дозаторомпорошка 36.В данном случае смеситель газов33 - инжекционного типа, подобныйгазосварочиой горелке.открытый полностью. регулирующий вентиль 23, ротаметр 24, второй кислоредуктором 22 до технологическогозначения, сверяясь с показаниями кислородным вентилем 23 по.показаниямкислородного ротаметра 24. Поскольку кислород является иижектирующей средой в ацетиленовой магистрали на участке от закрытого клапана 14 создается разрежение (при исправном смесителе 33 - от 0,4 до 0,5 кгс/см ), " которое фиксируется датчиком 25 давления,Если разрежение находится в допустимых пределах, смеситель газов исправени готов к напылительным работам. Работы при отсутствии разрежения или недостаточной инжекции не допускаются.по технике .безопасности.Режим "Проверка инжекции" прекращается автоматически (через 6-10 с), клапаны 5, 29, 28 закрываются, Затем оператор формирует в системе управления 42 режим "Заполнение ацетиленовой магистрали", Необходимость этого режима обусловлена тем, что в промыш". 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 отбаллона 1 через рамповый ацетиленовый вентиль 8; рамповый редуктор.9, электромагнитный клапан 14, цеховой ацети 22, регулирующий вентиль 23 ( открытый перед проведением режима), рота- метр 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 ацетиленазакрывается.В этом режиме свеча зажигания 34 не действует, Режим "Заполнение" пре 5 1181331 бОт магистрали азота на участкемежду вентилем 20 и сетевым редуктором22 ответвляется трубопровод 37, соеди- родный электромагнитный клапан 29,няющийся с магистралью ацетилена после кислородный обратный клапан 32 поотсечного клапана 28, но перед сухим ступает в смеситель газов 23, а из5затвором 31.него - в ствол.На трубопроводе 37 расположены Оператор производит подрегулиронормально закрытый электромагнитный . ванне давления кислорода кислороднымклапан 38 и обратный клапан 39. Клапаны 28,29,30 и 38 расположены в не- .посредственной близости от детонацион-. манометра 27, и регулирует расходного напылительного оборудования(т.е. ствола 35 со смесителем газов33). 15В боксе напыления, где обычнопомещают детонационное напылительноеоборудование, расположены также акустический датчик взрыва 40 и датчиксигнализатор 41 взрывоопасных концентрации ацетилена, Датчики имеют электрические выходные сигналь 1;Датчики давления 21, 25 и 26, датчик взрыва 40, сигнализатор 41 посредством.электрических цепей соединены 25с электронной системой управления 42,Выходы системы управления связаныпосредством электрических цепей са(поз. 14, 5, 18, 28, 29, 30, 38) и 30свечой зажигания 34.Система управления (пульт) помещенавне бокса напыления.Установка подготавливается к эксплуатации следующим образом.Перед началом напылительных работпри закрытых вентилях 10 и 12 открывают баллонные вентили и рамповыевентили 8 баллонов ацетилена, азота,кислорода и посредством рамповых редукторов 9 устанавливают необходимыемагистральные давления сред. Вентиль17 открывают, Затем открывают цеховыемагистральные вентили 20.Далее при помощи системы управления 42 формируется режим "Проверкаинжекции смесителя газов", В этом леновый вентиль 20, сетевой редукторрежиме блокировки по давлению от датчиков 21, 25 и 26 не задействуются.Одновременно открываются электромагнитные клапаны кислорода 18, 29и ацетиленовый электромагнитный клапан 28, а ацетиленовый клапан 14остается закрытым. Зажигание в этомрежиме не задействуется. Кислородиз баллона 3 через рамповый вентиль8, рамповый кислородный редуктор 9,электромагнитный клапан 15, вентиль120, сетевой кислородный редуктор 22, 7 1181331 8кращается 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 10ления 42 режим "Напыление". При этомзадействуются электрические цепи отдатчиков 21, 2 б давления (электроконтактных манометров и мановакуумметра).15Если давления сред находятся втехнологическом диапазоне, то посленажатия кнопки "Пуск" в системе управления 42 одновременно открываются парные магистральные отсечные клапаны14, 28 (ацетилен) и 15, 29 (кислород).Эти клапаны остаются открытыми в течение всего времени напыления, подачаацетилена и кислорода происходитнепрерывно с производительностью, определяемой параметрами смесителягазов ЗЗПроизводительность смесителяопределяется длиной ствола 35 и согласована с частотой зажигания.Оператор открывает вентиль 23 30регулирования расхода ацетилена в ацетиленовой магистрали, сверяясь споказаниями ацетиленового ротаметра24. Ацетилен и кислород из баллонов1 и 3 через вентили 8, рамповые редук торы 9, электромагнитные клапаны,14и 15, цеховые вентили 20, сетевыередукторы 22 в магистралях ацетиленаи кислорода, регулирующие вентили 23,ротаметры 24, электромагнитные клапаны 4028 и 29, блок сухих затворов 31 вацетиленовой магистрали и обратныйклапан 32 в магистрали кислородапоступают в смеситель газов 33.Азот от баллона 2 через вентиль8, рамповый редуктор 9, вентиль 20,сетевой редуктор 22, вентиль 23, ротаметр 24 заполняет азотную магистральдо электромагнитного клапана 30 ипо ответвлению 37 достигает клапана,38.Через согласованный с производительностью смесителя промежуток временисистема управления 42 формирует команду на оТкрытие электромагнитного клапана 30 в азотной магистрали. Клапан30 открывается, микродоза азота с дав-.лением, значительно превышающимдавление ацетилена, поступает в смеситель 33, прерывая инжекцию ацетилена, и создает азотную пробку, которая способствуетпредотвращению проникновения горения в смеситель припоследующем зажигании (стабилизируетработу смесителя газов, снижая вероятность обратного удара).Через заданный системой управления42 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 дозаторпорошка Зб подает дозу напыляемогопорошка в смесь,В стволе 35 развивается детонацияпорошок нагревается до оплавления,разгОняется продуктами детонации и,вылетая из ствола, образует покрытиена подготовленной заранее поверхностидетали.Детонация сопровождается мощнымзвуком, который фиксируется датчикомвзрыва 40. Наличие звука очередноговыстрела является признаком нормальной работы детонационного напылительного оборудования,Датчик взрыва 40 формирует сигналв 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, 29поддерживаются системой управленияв открытом состоянии.Таким образом, совершается единичный цикл работы установки.Регулирование давления азота сетевым редуктором 22 по показаниям манометра 27 и расхода азота вентилем 23по ротаметру,24, а .также болеетонкое подрегулирование ацетиленаосуществляется оператором при первыхнескольких выстрелах в рабочем режиме.В том случае, если очередной выстрел не последовал (что являетсясвидетельством отказа свечи зажиганияслишком бедной смеси или проникновения обратного удара в смеситель ит.д,) датчик взрыва 40 не реагирует ипроисходит следующее:клапаны газопитания 14, 28, 15,29 закрываются одновременно по сигналуот системы управления 42,клапан импульсной продувки азотом30 остается открытым в течение некоторого промежутка времени (5-8 с)для гашения возможного горения всмесителе, а затем закрывается автоматически по команде от системы управления 42.5Система управления квалифицируетлюбое нарушение заданного интерваламежду звуковыми импульсами более 503как отсутствие очередного выстрелаО(заданный интервал между. звуковымиимпульсами. Т = 0,5 с: если очереднойвыстрел не последовал через 0,75 с.от предйествующего.нормального, токлапаны газопитания выключаются иследует "пожарная," продувка).Следует отметить, что при явленииобратного удара давление в ацетиленовой магистрали резко повьпкается, что.Фиксируется, датчиком давления 25(стрелка мановакуумметра достигаетуровня максимальной уставки). Датчик25 Формирует сигнал всистему управления 42, которая, в свою очередь,.отдает команду на одновременное выклю 25чение клапанов газопитания 14, 28, 15,29 и свечи зажигания 34,Таким образом, достигается страховка от аварии в случае отказа датчикавзрыва 40 и, кроме того, становится 10невозможным повторный запуск установки, пока горение в смесителе не прекратится (т.е. пока давление в ацетиленовой магистрали не вернется вдопустимый интеРвал).При возникновении серьезных по.-ломок, например отказе системы вентиляции, разрыве коммуникаций, ацетиленав боксе напыления, оператор может.осуществить мощную аварийную продувку 40смесителя, ствола азотом повышенногодавления (-3-4 кгс/см ) и заполнитьбокс азотом. Для этого операторнажимает кнопку "Авария" в;системеуправления 42. По этой команде все . 45клапаны газопитания (ноз.14, 28,15, 29) немедленно и одновременнозакрываются,. но открывается электромагнитный клапан 38 аварийной продув-ки и зажигается лампа "Авария".Азот через обратный клапан 39поступает в ацетиленовую. магистраль(за клапаном 28), продувает блоксухих затворов 31, смеситель, стволи поступает в бокс.Режим автоматически прекращаетсячерез 10 с, но при необходимости можетбыть повторен любое число раз в пределах запаса азота,Если в боксе по каким-либо причинамобразовалась взрывоопасная концентрация ацетилена (более 27 по объему),датчик 41 Формирует команду в системууправления 42, и тогда автоматическипроисходит аварийная продувка боксаазотом и зажигается красный сигнал"Авария" как это было описано выше.Блок сухих затворов 31 и обратныеклапаны 32, 39 служат для защитысоответствующих коммуникаций и электромагнитных клапанов;В промышленных условиях, как пра вило, не разрешается оставлять ацети-.ленопровод заполненным рабочей средой на длительное время, еслй процесссвязанный с технологическим выделением "открытого огня" не ведется, например, при двухсменной работе газопламенных устройств ацетиленопровод неразрешается оставлять заполненным наночь,Данная установка позволяет осуществить автоматически оперативную продувку всего цехового.ацетиленопровода.По окончании напылительных работ оператор формирует.в системе управления42 режим "Продувка ацетиленовой магистрали" и нажимает кнопку "Пуск".По этому сигналу одновременно открыва ется ацетиленовый клапан.28 и электро-магнитный клапан 18, в то время какацетиленовый .электромагнитныи клапан14, расположенный вне цеха,остаетсязакрытым. Азот по ответвлению 16 отглавной магистрали через вентиль 17,электромагнитный клапан 18 и обратныйклапан 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 свеча.зажигания 34, которая сжигает ацетилен в стволе, пока зажигание еговозможноРежим автоматически прекращаетсячерез 6-10 сУдаление азота из ацетиленопроводадостигается автоматически при подготовке устройства к работе в режиме"Проверка инжекции", который описанвыше.В данном устройстве обеспечиваетсятакже безопасность газовых коммуникаций, что в промышленных условиях имеет большое значение, в особенностидля ацетиленопровода, 11 1181При значительной разгерметизациицехового ацетиленопровода или егоразрыве (вследствие механическихповреждений и других возможных причин)давление в нем резко падает.Датчик давления 21, установленныйна цеховой магистрали. между клапаном14 и сетевым редуктором 22, регистри-,рует падение давления ниже минимальной 0уставки (для электроконтактного манометра) и через систему управления 42формирует команду на немедленноеодновременное выключение клапановгазопитания 14, 28 (а также 15, 29),Поскольку клапан 14. установлен внецеха в пространство производственного помещения может поступить лишь незначительное количество ацетилена,ограниченное объемом цехового ацетиленопровода (например, при внутреннемдиаметре ацетиленопровода 10 мм идлине 200 м количество возможноговыделения ацетилена составит 0,016 м ==16 дм ). 25Если бы клапан 14, установленныйвне цеха, отсутствовал (как в устройстве,послужившем прототипом) токоличество возможного поступленияацетилена в цех зависело бы от рядасубъективных факторов - своевремснности обнаружения аварии, расположениярампы, оперативности обслуживающегоперсонала и т,п. В этом случае былобы возможно прекращение подачи ацети.лена в цех вручную, при помощи рампового вентиля 8. Очевидно, что время,в течение которого происходило быистечение ацетилена в цех, было бызначительно больше,40Если в цехе, где проложена. магистраль кислорода, применяются маслаи им подобные вещества, то не менееопасно и повреждение этой магистрали.Падение давления в магистрали кислоро да фиксируется датчиком давления 26,связанным электрически с системойуправления 42, которая и в этомслучае немедленно отсекает подачугаза в цех, выключая клапаны 15, 29(14, 28).Следует иметь в виду, что дажепри отказе датчиков давления 21, 26,.оперативность прекращения газопитанияпри аварии в коммуникациях гаранти 55руется, Это связано с тем, что, например, разрыв ацетиленопровода или331 12 образование больших утечек в немпочти немедленно приведет к срывузажигания, ввиду обеднения смесиВ этом случае очередной выстрелне последует, не среагирует датчиквзрыва 40, а следовательно, клапаны14, 28, 15 и 29 одновременно выключаются, т.е. будет достигнут тот жеэффект.В данной. установке предусмотренатакже возможность продувки коллектораацетиленовой рампы после окончанияработ. Для этого оператор закрываетацетиленовый рамповый вентиль 8, открывает вентили 12 и 10, закрывает)все 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 подчеркнутьследующее обстоятельство. Наличиепарных 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 позволяетиспользовать ацетилен с давлениемменьше 0,02 МПа, что существенноснижает опасность его использования,Однако при непрерывной подаче газовнадежность самого смесителя практически полностью определяется безотказностью срабатывания отсечного ацетиленового клапана при срывах в работеустановки. Надежность же клапана дажепри условии его защиты сухими затворами недостаточна при длительнойработе в условиях массового промышленного производства, При зависании подвижного элемента клапана в открытомего положении при формально" выполненной команде на закрытие начавшееся горение в смесителе может продолжаться к .течение времени, достаточногодля выхода смесителя и сухих затворовиз строя.При использовании двух и более .последовательно установленных клапанов,срабатывающих одновременно, этогопроизойти практически не может,1181331 едактор С.Титова Техред Л.Олийнык Корректор Э.Лончако нно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,зво акВНИИП 880 Тираж 938Государственного комитета по изо113035, Москва, Ж, Р Подписноеетениям и открытиям при ГКНТ СССувская наб., д. 4/5