Общие положения
Все на Земле находятся под постоянным давлением. Это вес воздуха, который простирается на тысячи километров над нами. В нормальных условиях мы говорим об атмосферном давлении. В американской системе измерения оно равно 14,7 фунтам на квадратный дюйм. Таким образом, на каждый квадратный дюйм Вашего тела давит атмосферный воздух весом в 14,7 фунтов. С изменением высоты эта цифра может меняться. Например, на вершине гор давление понижается. Под словом вакуум подразумевается давление ниже 14,7 фунтов на квадратный дюйм или ниже одной атмосферы. С этой точки зрения можно сказать, что все мы иногда «находились в вакууме».
В повседневной жизни вакуум применяется для откачки воздуха из закрытой камеры. В вакуумной упаковке, например, может храниться кофе — перед тем как поместить его в емкость, из нее откачивают воздух. Также вакуум заполняет внутреннее пространство лампочек, ламп радио и телевизора.
В прогнозе погоды ведущие зачастую сообщают нам показания барометров. Если оно равно 29,92 дюймов ртутного столба, то это означает, что давление сегодня равно одной атмосфере или 14,7 фунтам на квадратный дюйм. Если оно меньше, то можно сказать, что сегодня мы живем в вакууме.
Но ученые в разных странах мира пользуются разными единицами измерения давления. Как уже было сказано выше, оно измеряется в фунтах на квадратный дюйм, атмосферах и дюймах ртутного столба, а также в миллиметрах ртутного столба, кичограммах на квадратный сантиметр, дюймах водяного столба, миллибарах, микронах ртутного столба, ньютонах на квадратный метр, динах на квадратный сантиметр и т. д. Однако на сегодняшний день самой распространенной единицей измерения является торр, названной в честь Эванджелисты Торричелли. Одна атмосфера равна 760 торрам, и этой единицей измерения мы пользуемся в данной книге. На сегодняшний день торр используется вместо старой единицы — миллиметров ртутного столба, но обе они примерно равны* 1.
К основному знанию о процессе вакуумно-пленочной формовки относится, прежде всего, общее понимание принципов функционирования вакуумной системы.
В 1654 году на рейхстаге в Регенсбурге бургомистр Магдебурга Отто фон Герике продемонстрировал императору следующий эксперимент:
Две полусферы из меди были сложены вместе и уплотнены кожаным кольцом, после чего из них быв откачан воздух. В каждую из полусфер было впряжено по 8 лошадей, но силы даже этих 16 лошадей не оказалось достаточно, чтобы разъединить сферу.
После того как открыли кран, полусферы распались сами собой.
Рис 13.1 Магдебургские полусферы
Отто фон Герике впервые доказал наличие давления воздуха нагнетанием вакуума в обеих полусферах.
Сегодня, как и в прошлые времена, силу давления воздуха используют для самых различных целей — для герметизации консервных банок, лля упаковки кофе, для вакуум- нрисосных подъемников тяжелых плит, а также для листов бумаги в типографских машинах, для вакуумирования упаковок из искусственного материала, при наполнении контейнеров и во многих промышленных процессах, а тем самым и при изготовлении форм в V-процессе.
Давление воздуха возникает благодаря силе тяжести находящейся над нами воздушной массы. Так как нижние слои воздуха подвержены атмосферному7 давлению, они под его воздействием уплотняются, а давление возрастает. Чем выше слой воздуха тем его удельный вес, а соответственно и давление, становятся меньше.
Сила тяжести находящегося над нами воздуха создает давление, приблизительно равное:
10 Н/см2 = 1 бар.
В 1969 году федеральным законом была введена международная система единиц СИ, которая была прокомментирована в Немецком промышленном стандарте (ДИН 1301) в ноябре 1971.
Таким образом, при определении давления пользуются следующими единицами
Паскаль Па | Н/м2
Бар бар = 105 Па= 105 Н/м2
Миллибар мбар = 102 Па =102 Н/м2
Между тем, применительно к вакуумной технике сформировалась традиция записывать вес расчеты давления в миллибарах.
Допустимыми также являются параметры давления в % вакуума. У такой формулировки есть существенное преимущество в том, что она понятна даже непрофессионалам. Кроме того* уже в течение нескольких десятилетий применяемое обозначение давления в Торах (1 атм. — 760 Торам) еще долго будет применяться* тем более что в Америке эта единица и дальше будет применяться.
Вакуум делится на следующие группы:
Низкий вакуум 1000 — 1 мбар 0 — 99% вакуума
Средний вакуум 1 — 0,001 мбар = > — 99% вакуума
Высокий глубокий вакуум 10 ⁻³ — 10 ⁻⁷ мбар
Вакуум для V-процесса
Чем же является вакуумный насос? Он представляет собой воздушный компрессор, работающий реверсивно, таким образом, все литейщики вычисляют давление воздуха.
Песок в опоке находится под отрицательным давлением в 300 — 400 торр. Сразу после подключения вакуума песчаная форма приобретает необходимую твердости Они сохраняет свою форму до тех пор. пока вакуум нс отключается. Когда пластиковая щенка на поверхности полости формы постепенно плавится под действием ж идкого мета на. герметизация формы уменьшается, и отрицательное давление внутри формы начинает изменяться
При проведении вакуумного процесса давление вакуума равно:
1. 0,5 атмосферы
2. 380 мм ртутного столба
3. 15 дюймов ртутного столба
4. 7,35 фунтов на квадратный дюйм
5. 380 торр
6. 0,52 кг/см2
7.. 17 футов водного столба
8. 0,51 барр
9. 200.000 дин на квадратный сантиметр
10. 38 сантимепцюв ртутного столба
Все величины эквивалентны друг другу.
При заливке отрицательное давление уменьшается, но форма сохраняет свои размеры до тех пор. пока существует разница между давлением в полости формы и давлением внутри самой формы\
Для V-процесса используется рабочее давление* значение которого находится в середине диапазона низкого вакуума.
Чтобы достичь необходимого отрицательного давления в форме, необходимо откачать из нее воздух. Это может быть достигнуто при помощи установки вакуумирования; в большинстве случаев такой установкой является вакуумный насос.
Форма подключается к вакуумной системе, а соответственно и к вакуумному насосу, однонаправленным шлаигоироводом. Воздух может проникать внутрь через отверстия в форме, будь то дыры в пленке, неплотное прилегание пленки по краям или иегерметичные сварные швы в опоке, что может повлечь за собой выравнивание давления внутри формы с атмосферным. Если утечка воздуха небольшая, то давление поддерживается насосами, но если объем утечки превышает допустимую норму, это может привести к серьезным проблемам.
Функция вакуумного насоса состоит в том, чтобы выкачивать воздух из формы и поддерживать в ней низкое давление.
Существует несколько типов насосов, которые в состоянии выполнять эту функцию.
Пластинчато-роторный вакуумный насос
Рис. 13.3.Пластинчато-роторный вакуумный насос
При использовании пластинчато-роторного вакуумного насоса с вращающимися лопастями отсасываемый воздух стремится в карманы, образуемые ротором на эксцентрически вращающихся подшипниках, лопастью и стенкой корпуса. При ускоряющемся вращении ротора серповидный сектор кармана, в который попадает воздух, уменьшается, и происходит компрессия воздуха, который в конечном итоге выталкивается под давлением.
Лопасти и подшипники смазываются постоянно подающимся маслом. Масло одновременно служит для уплотнения зазора между лопастями и корпусом.
Насосы Рутса
Рис. 13.4. Насос Рутса
Два цилиндрических вращающихся поршня, напоминающих по форме своего расположения цифру 8, приводятся в синхронное вращение механизмом передачи. Расстояния между поршнями, поршнями и корпусом насоса, а также на передней стороне поршней весьма незначительны и обычно составляют менее 0,1 мм. По причине техникотермических особенностей функционирования эти насосы способны нагнетать вакуум лишь в 500 мбар.
Водокольцевой вакуумный насос
Рис. 13.5 Водокольцевой вакуумный насос
Ротор оснащен жестко посаженными лопастями и свободно вращается в корпусе. При добавлении воды или другой запирающей жидкости под воздействием вращения образуется кольцо жидкости, которое благодаря эксцентрическому вращению ротора образует карманы, которые непрерывно увеличиваются и уменьшаются. Приток и отток воздуха происходит в направлении от передней стороны крышек подшипников
Не зависимо от типа выбранного насоса, для изготовления вакуумных форм необходимо оборудование, состоящее из следующих компонентов:
1. Вакуумный насос
2. Приводной двигатель с консолью и приводными элементами (клиновым ремнем и сцепным механизмом)
3. Пескоотделитель или фильтр
4. Трубопроводы, шланги, манометры, клапаны
5. Прочие компоненты, устанавливаемые по желанию клиента
Форма подключается к вакууму после наложения покровной пленки и в течение короткого времени достигает необходимой прочности. Эта прочность зависит от давления, которое нагнетается вакуумным насосом. На эту прочность не влияет наличие небольших утечек по краю опоки или в других местах. Только в момент заливки жидкого металла в форму, когда большая часть пленки в полости формы испаряется, давление вакуума падает, а форма теряет часть своей прочности. Однако же пока в полости формы и в самой форме поддерживается достаточная разница в давлении, исключены всякие негативные воздействия на качество отливки.
Пока при рассмотрении вакуума мы говорили лишь о давлении. Однако не менее важным является учет количества воздуха.
Количество воздуха, которое перед началом заливки предстоит откачать из формы, относительно небольшое. С началом процесса заливки количество воздуха, которое необходимо откачать, увеличивается многократно. А после заливки, когда жидкий металл заполняет форму, объем воздуха опять сокращается до низких пределов.
Мощность вакуумного насоса должна рассчитываться исходя из максимального объема воздушного потока в единицу времени.
Оптимальный объем воздушного потока находится влиянием многих факторов:
1. Крупнозернистый песок и неравномерный гранулометрический состав формовочной смеси увеличивают расход воздуха.
2. Герметично закрепленная по краям опоки пленка влияет на количество воздуха.
3. Объем воздушного потока меняется в зависимости от величины отливки.
4. Высокая температура заливки увеличивает объем потока.
5. Износ насоса негативно сказывается на эффективности его функционирования и объем выкачиваемого воздуха значительно уменьшается.
6. Нанесение на форму краски сокращает мощность всасывания насоса.
7. Объем выкачиваемых воздуха и газов обратно пропорционален давлению вакуума. При повышающемся давлении, он уменьшается, и, наоборот: при понижающемся давлении он увеличивается.
8. Объем отсасываемого воздуха во время заливки увеличивается до своих максимальных показателей. Мощность насоса должна быть подобрана таким образом, чтобы во время этой производственной фазы поддерживалась необходимая разница давления.
9. В конструкции насоса осажен быть также учтен немаловажный фактор безопасности.
Установку вакуумных систем необходимо проводить тщательно. Сбой в работе вакуумной системы может привести не только к остановке производства, но и к тому, что еще не отлитые формы, находящиеся на линии заливки и в машине, осыплются
Необходимо следить за тем. чтобы были соблюдены интервалы профилактических работ н тщательно проводились работы по техническому обслуживанию.
Скорость циркуляции воздуха в трубопроводе должна составлять примерно 10 м/с и ни в коем слу чае не превышать 20 м с.
Из соображений экономии электроэнергии может быть принято решение о работе с двухсту пенчатым давлением: высоким давлением (300 мбар) во время заливки и низким давлением (600 мбар) во время охлаждения. Оборудование, воплощающее эту идею на практике, утке спроектировано.
Можно рискнуть и отделить форму от вакуумной системы за 30 секунд так. чтобы стру ктуру ее поверхности осталась неповрежденной. Предпосылкой к этому можно считать безупречну ю работу обратных клапанов на опоке, а пленка по краю не должна иметь повреждений, что могло бы привести к утечке воздуха.
Маленькие дырочки, которые могут образовываться вследствие попадания на пленку жидкого металла при заливке, не окажут никакого негативного влияния, гак как насосы работают в режиме низкого вакуума н снабжены необходимыми устройствами безопасности.
Для контроля и измерения давления вакуума предлагается использовать весь существующий на рынке ассортимент манометров и ограничителей давления.
Вакуумные насосы
Вакуумные насосы до настоящего момента не использовались в литейной промышленности, но они яаляются неотъемлемой частью оборудования для V- процесса.
Все вакуумные насосы, будь то пластинчато-роторный насос, насос Рута или водокольцевой вакуумный насос, работают по одинаковому принципу. Они отсасывают воздух, газы или пары под низким давленом, сжимают их и выталкивают их под давлением, приближенным к атмосферному.
Вакуумные насосы изготавливаются разной мощности, при этом исходят из номинальной мощности (м’/мнн), замеряемой у впускного штуцера. Реальная мощность зависит от требуемых параметров давления вакуума.
Мощность всасывания насоса находится при этом в прямой зависимости от скорости вращения ротора.
Фирмы-изготовители разработали для насосов всех размеров специальные диаграммы, которая визуализирует соотношение между давлением вакуума, мощностью всасывания, количеством оборотов и номинальной мощностью мотора
В ходе соответствующих испытаний и расчетов выяснилось, что водокольцевые вакуумные насосы являются как раз тем типом насосов, которые наиболее оптимальны для V-процесса.
Здесь средой всасывания является сухой воздух, который может содержать кварцевую пыль или сверхтонкий кварцевый песок. Насосы, работающие без воды, очень чувствительно реагируют на твердые примеси в воздухе, результатом является блокировка их работы или частый износ. Это объясняется тем фактом, что при нагнетании вакуума давлением, к примеру, в 500 мбар, действуют очень жесткие допуски.
В водокольцевом вакуумном насосе между ротором и корпусом может существовать довольно большой зазор, поскольку сама вода выполняет герметизирующую функцию.
По этой причине вакуумные насосы сплавляются с зернами размером 0,5 мм. Образуемое водой кольцо вбирает в себя пыль или мелкий песок, которые вымываются через выпускные отверстия вместе с водой. Более крупные нечистоты проталкиваются к передним частям ротора. В этой части в корпусе насоса имеются просверленные отверстия, через которые постоянно выводится вода вместе с крупными загрязнениями.
Водокольцевые вакуумные насосы, как и все иные виды вакуумных насосов, должны быть также защищены от попадания большого количества грубой пыли и песка, для чего используются сепараторы и/или фильтры. Наличие такого оборудования значительно снижает затраты на техобслуживание насосов.
Во время и после заливки отсасываемый воздух, как правило, имеет очень высокую температуру. При использовании насосов, не работающих на жидкостях, существует опасность, что из-за теплового расширения ротора и вращающихся поршней могут возникнуть значительные неисправности.
Водокольцевые насосы невосприимчивы к горячим газам, поскольку вода выполняет в этом случае функцию охлаждения. Горячие газы поступают в очень большом объеме. Чтобы увеличить мощность насоса, они охлаждаются во всасывающем трубопроводе. Этот метод чрезвычайно прост. Часть поступающей в насос воды отводится и распыляется через специально предназначенные форсунки поверх патрубка всасывающего трубопровода в горячий воздух. Чем холоднее воздух, тем выше эффективность действия насоса. Поэтому температура воды должна быть как можно более низкой. Идеальной считается температура в 15° — 20° С, она ни в коем случае не должна превышать 35°С.
У водокольцевых вакуумных насосов очень большой расход воды, поэтому если вода является дорогостоящей производственной средой, необходимо работать с по замкнутому циклу, предусматривающему непрерывную циркуляцию воды.
Вода вместе со сжатым воздухом выталкивается из насоса и отделяется от воздуха в водном сепараторе. Она течет в резервуар для отработанной воды, где оседает часть твердых примесей, потом этот резервуар переполняется, и вода по насосу перекачивается в башенный охладитель. Охлажденная до рабочей температуры вода подается обратно в насос. При такой закрытой системе потерю воды можно компенсировать лишь подачей свежей воды. При монтаже необходимо обратить внимание на то, чтобы башенный охладитель находился достаточно высоко над насосом, чтобы соблюсти давление воды от 1,5 до 2 бар до попадания в насос. Также целесообразно установить под башенным охладителем резервуар для воды, чтобы подавать ее в вакуумный насос по еще одному дополнительному насосу.
Воду необходимо постоянно контролировать, она должна быть чистой и не содержать химических примесей.
Если используется вода с большим количеством извести, необходимо иметь в виду, что известь оседает на внутренн��й поверхности насоса. В крайнем случае, насос может начать заедать. Этого можно избежать, если добавлять в воду в небольших дозах пассивированную соляную кислоту (соляную кислоту, содержащую присадку ингибитора) или стандартное средство против известкового налета («Calgon»). Щелочной показатель pH не должен превышать 8-9 единиц. Он ни в коем случае не должен быть ниже 6, поскольку в результате это может привести к коррозии насоса.
Вакуумно-насосная станция
1. Сепаратор песка
Здесь имеется в виду большой резервуар, в котором скорость воздушного потока редуцирована на столько, что наиболее крупные частицы песка оседают вниз.
2. Противопылевой фильтр
Используются фильтры сухого воздуха со сменным патроном, которые очищают воздух от частиц пыли и песка размером до 20 микрон. Патроны необходимо регулярно чистить или менять.
3. Обратный клапан
Обратный клапан препятствует всасыванию воздуха и воды в вакуумную систему из насоса при его выключении.
4. Манометр
В основном для контроля применяются простые манометры, а также — особенно при работе с несколькими насосами — устройства с электрическими управлением, которые позволяют автоматически включать и выключать необходимое количество насосов, в зависимости от потребности в вакууме.
5. Водокольцевой вакуумный насос
Во время монтажа и ввода в эксплуатацию насоса следует в точности соблюдать все предписания фирмы-изготовителя. Вода в V-процессе выполняет исключительно функцию гидрозатвора, поскольку она не вступает ни в какие химические реакции с всасываемым воздухом. Подача воды к водокольцевому насосу никогда не должна быть полностью закрытой. В противном случае, это может привести к так называемым кавитационным ударам в насосе, которые проявляются как шумы, как будто от вращающихся внутри камней, что через короткое время может привести к серьезным повреждениям. Поэтому всегда должна существовать возможность установки во всасывающем трубопроводе предохранительного клапана.
6. Приводной двигатель
В качестве приводных двигателей в водокольцевых вакуумных насосах, в основном, используются электродвигатели. Мощность каждого насоса можно ограниченно варьировать, изменяя скорость вращения и мощность двигателя.
7. Клиноременная передача
Использование клиноременной передачи делает в дальнейшем возможным изменение скорости вращения, а, следовательно, и изменение мощности всасывания.
8. Водоотделитель
Для поддержания стабильности мощности водокольцевого вакуумного насоса необходимо поддерживать постоянную температуру воды. Поэтому необходимо обеспечить постоянную подачу в насос свежей водой, которая во время работы насоса нагревается на 5 — 8° С и потом выводится вместе с воздухом через выходное отверстие. Смесь воды и воздуха выводится центробежной силой в выпускной сепаратор, при этом вода вращается на дне резервуара и, в конечном итоге, сливается сифоном через сточную трубу в сосуд для отработанной воды. Сточная труба должна быть расположена наклонно, чтобы вода могла стекать самотеком. Воздух уходит вверх и выводится по трубопроводу в атмосферу. Поскольку воздух имеет большую влажность, трубопровод должен быть изготовлен из оцинкованной жести.
10. Шумопоглощающее устройство
Отработанный воздух образует в трубе для отвода газов звуковые волны, которые создают ревущий шум у выпускного отверстия. Чтобы воспрепятствовать образованию шумов, в дымовую трубу встраивают шумопоглотитель. Рекомендуется отделять жидкость (в основном воду) от газа (в основном от воздуха) в циклоне, который также имеет шумоизоляцию. При выборе размера шумоглушителя необходимо учитывать размер самого насоса.
ВНИМАНИЕ: Вода от водоотделителя должна течь самотеком до водостока, расположенного в подходящем месте!
11. Станина
Все агрегаты насосной станции, местоположение которых неизменно, монтируются и подключаются на станине (несущей раме). Крупные насосные установки изготавливаются в соответствии с техническими требованиями и с учетом пространственных условий размещения. Возможен учет любых пожеланий Заказчика: сепаратор песка, технические решения по размещению подводящих и отводящих коммуникаций, силовой электрошкаф только для насосной станции, условия автоматического включения/выключения оборудования.
Как правильно рассчитать параметры вакуумной установки?
Проектирование вакуумного насоса лучше всего рекомендуется доверить инженеру- проектировщику нашей фирмы
Практика показала, что количество всасываемого воздуха обратно пропорционально степени измельчения песка. Чем мельче песок, тем меньше количество отсасываемого воздуха. Таким образом, мелкий песок имеет еще одно достоинство в литейном производстве. Помимо того, что он улучшает поверхность отливки, способствуя высокой размерной точности, применение такого песка поможет сократить количество потребляемой энергии.
Практика также показала, что для форм, на которые нанесена соответствующая краска, требуются меньший вакуум.
Фракции песка Количество отсасываемого воздуха
без краски с краской
AFS 6 83,9 м/мин. 2.1 м /мин.
AFS 95 2.1 м /мин. 1,7 м3/мин.
AFS 153 1.1 м3/мин. 1,0 м3/мин.
Примечание: Эти данные действительны для серого чугуна.
При литье стали показатели меняются из-за потерь через открытую прибыль.
Следующее испытание проводилось с опокой шириной в свету 1000 х 1000 мм. Требуемое количество вакуума для той же самой опоки с той же самой моделью возросло на 400% вследствие применения более крупного песка без окраски по сравнению с мелкозернистым песком с окраской. Одно лишь окрашивание позволило сократить количество требуемого вакуума, а применение мелкозернистого песка усилило этот эффект. Эти испытания наглядно демонстрируют, что необходимо применять хорошую жаропрочную краску в сочетании с мелкозернистым песком.
При использовании одинакового песка количество отсасываемого воздуха всегда прямо пропорционально размеру опоки.
При расчете необходимого количества воздуха (в м3/мин.) применялась следующая формула:
SN= KV/t LOG Р1/Р2
В данной формуле:
SN — объем насоса в м3/мин
К — константа, равная 1,1
V — объем резервуара, в данном случае опоки
t — необходимое время для отсоса воздуха, в минутах
Р1 — начальное давление в 1000 мбар
Р2 — рабочее давление в мбарах
При расчетах для отдельных элементов установки возможны разные значения для следующих величии:
V Объем может быть различным, поскольку речь идет о количестве воздуха,
который отсасывается из песка в отдельно взятой опоке. Изменение объема отсасываемого воздуха зависит от зернистости песка, эффективности вибрации и размеров полости формы, воздух из которой откачивать не следует.
t изменяется в зависимости от скорости и продолжительности
производственной операции.
Р2 может изменяться, если работать необходимо с более высоким давлением.
Для лучшего понимания приведем пример с цифрами:
Чтобы вычислить показатель V, возьмем объем формы размерами 1500 х 1500 х 350/ 400 мм. Общий объем, таким образом, составляет 1,68 м3.
Каково же количество отсасываемого воздуха, когда опока уже наполнена песком?
Оно изменяется в зависимости от зернистости песка и от силы вибрации. Проведенные многочисленные исследования показали, что воздух составляет примерно 30% от общего объема песка. В соответствии с этим рассчитаем объем:
V = 30% от 1,68 м3 =0,5 м3
Если для отсоса воздуха необходимы 3 секунды или 0,05 минуты, то по формуле получаем следующее:
SN= K x V х Log P1 1,1 x 0,5 x Log 1000
⎯⎯⎯⎯ ⎯ = ⎯⎯⎯⎯ ⎯⎯⎯⎯ ⎯⎯⎯ = 11 x 0,45636 = 5,02 m3/мин.
T P2 0,05 350
Поскольку в формуле много константных единиц, то формулу можно существенно упростить:
SN= K V Log P1
⎯⎯ ⎯⎯⎯
T P2
Величины К, t и Log P1 являются постоянными, поэтому мы можем подставить
⎯⎯⎯
P2
соответствующие им показатели:
SN= 1,1 x V x 0,45636
⎯⎯⎯⎯⎯
0,05
SN = 22 V х 0,46583
SN = 10,2 V
Если всегда верно то, что процент содержания воздуха в песке всегда соответствует 30, то данную величину можно тоже принять за константу.
SN = 10,2 х 0,3 V
SN = 3V
Таким образом, количество отсасываемого воздуха в три раза больше общего объема опоки. Согласно данному расчету, мы получаем 5,04 м3/мин., что соответствует рассчитанной ранее величине. Однако для верности расчетов для среднего литейного предприятия следует учесть еще 25%. В этом случае получаем формулу 3,75 х V. Из этого следует: если под вакуумом одновременно находятся 12 форм с размерами 1500 х 1500 х 350/400 мм, то расчет выглядит так: 3,75 х 1,68 м3 х 12 или в всего 75,6 м3/мин.
Рекомендованные нами вакуумные насосы имеют следующие показатели мощности:
10.7 м3/мин при 18,5 кВт
17.7 м3/мин при 30 кВт
25,5 м3/мин при 45 кВт
46.7 м3/мин при 75 кВт
Исходя из полученных данных в приведенном выше примере, рекомендуется использовать три насоса по 45 кВт.
В Японии используют совсем иной метод вычисления, основанный на многолетнем опыте. В расчет берется только поверхность формы, поскольку это эта поверхность, которая является определяющей для утечек.
Q = Нм3/мин.
В данной формуле
Q объем
Nm3 количество отсасываемого воздуха в нормальных кубических метрах
Перед заливкой:
Q1 =0,8 х (L1 х L2) N1
В данной формуле 0,8 константа
N1 количество опок перед отливкой L1 х L2 длина хширина опоки
Во время заливки:
Q2 = 1,6 х 0,6 х (L1 х L2) + Q1/N1 * N2
При этом:
1,6 константа
0,6 60% поверхности опоки, соприкасающейся с моделью
Q1/N1 обычный объем незалитой формы
N2 количество уже залитых форм (обычно 1)
Примечание: Если Вам необходима более точная информация по расчёту вакуумной системы, обратитесь в нашу фирму
Фильтры
Большое значение имеет откачивание воздуха из опоки, в которой находится песок. Несмотря на то, что большинство насосов сконструировано таким образом, что они способны работать лишь при условии попадания в них небольшого количества инородных материалов, которые не оказывают негативного воздействия на работу самого насоса. Поэтому, конечно, следует избегать попадания в насос песка в больших количествах.
Особенно важным является выбор используемого для опок материала фильтров и величина ячеек в ткани фильтра. Второе соображение является одним из требований к жаропрочности этого материала. Однако, поскольку почти все металлические фильтровальные ткани выдерживают высокие температурные режимы, для работы с которыми они непосредственно предназначены (исключая прямой контакт с раскаленной отливкой), то это соображение является второстепенным.
Поскольку для определения размера зерен песка, размеров ячеек фильтра, толщины материала фильтра, сита и т.д. применяются самые возможные единицы измерения, было бы целесообразно, привести все их общему знаменателю:
Размер сита (‘США4)
40
50
70
100
140
200
270
Размер ячейки (мм~)
0,425
0,300
0,212
0,150
0,106
0,075
0,053
Отсюда следует, что если использовать фильтровальную ткань с ячейками не более 0,053 мм, то всасываться будет только воздух без частичек пыли, которые оседают прямо на дне фильтра.
В любом случае необходимо учитывать предлагаемый изготовителями металлических тканей ассортимент. Измеряется металлическая ткань в мешах (ячейках), т.е. 10×10 ячеек дают 10 отверстий на квадратный дюйм. Однако если толщина металла изменяется, изменяется также и величина отверстий. Процентное соотношение площади отверстий колеблется, таким образом, в диапазоне 10 — 50% (+ или -). Поэтому наиболее важным фактором здесь является размер отверстий.
В большинстве случаев необходимо использовать толстую металлическую ткань с отверстиями не более 0,075 мм.
В Японии успешно применяется ткань из нержавеющей стали с величиной отверстия от 20 до 30×250 меш. На других предприятиях предпочитают обматывать трубы фильтра одним или двумя слоями сетки в 14 меш, а потом обматывают ее еще одним слоем в 30×250 меш, все сетки сделаны из нержавеющего металла. Некоторые лицензиаты размещают крупную решетку ближе к песку, а мелкую сетку за ней, чтобы таким образом создать защиту от повреждений.
Довольно успешно применяется мелкая проволочная сетка из нержавеющей стали в 20×260 меш. В любом случае, по данному вопросу следует обратиться за консультацией к инженерам нашей фирмы.
Шланги и клапаны
Почти все узлы оборудования в V-процессе оснащаются определенным количеством вакуумных шлангов. Компания Вагнер-Синто подберет для Вашего оборудования оптимальные материалы. Если все же необходимо заменить какой-нибудь шланг, то нужно знать, какие качественные характеристики должен иметь материал шланга.
Во-первых, шланг должен поддерживать негативное давление вакуума и при этом не быть поврежден. Во-вторых, он должен быть изготовлен из жаропрочного материала не только из-за высокой температуры отлитой формы, но и из-за горячих газов, которые проходят по самому шлангу. Температура этих газов может достигать 80°С. В-третьих, шланг должен быть устойчив к повреждениям и не должен ломаться.
Обычно применяются шланги по 50, 60 и 75 мм в диаметре, в зависимости от величины опоки.
Падение давления
Как известно всем специалистам-литейщикам, падение давления происходит, когда жидкости или газы откачиваются через длинный трубопровод. Поэтому, чтобы избежать падения давления, очень важно рассчитать поперечное сечение трубопроводов.
То же самое касается и вакуумной системы. Необходимо принимать в расчет длину вакуум-провода, количество углов и колен, редуцирования и клапанов. Эти расчеты чрезвычайно важны для бесперебойной работы Вашего оборудования.
Размеры трубы можно установить только после того, как спроектированы все механические части оборудования. Прохождение трубопровода должно учитывать все особенности здания. Сначала рассчитывается эквивалентная длина каждого отрезка трубы. Потом учитывается размер соединительных деталей для того, чтобы выявить, как они повлияют на падение давления, что выражается в дополнительной длине (см. рис.13.8).
Далее к фактической длине трубы .прибавляется полученная общая сумма и получается длина сопротивления.
Чтобы выяснить, происходит ли падение давления в вакуумных трубопроводах, рекомендуем воспользоваться таблицей 13.9.
Окончательно выяснить длину поперечного сечения трубы можно при общем подсчете различных других расчетных данных.
Результат считается положительным, когда падение давления составляет 10 мбар на 10 м трубы. Общее падение давления на дистанции между насосной станцией и самой далеко расположенной единицей оборудования с вакуумным подключением не должно превышать 125 мбар. Эти данные ориентированы на давлении у выхода из насоса, равном 350 мбарам.
В больших вакуумных системах выполнение этого требования может привести к тому, что, может быть сконструирован такой большой трубопровод, что падение давления окажется гораздо меньшее 10 мбар/10 м
РИС…
Проверка на протечки
Все специалисты-литейщики знают, как проверить вакуумную или в гидравлическую системы на наличие течи. Это очень просто. В гидравлической системе необходим осмотр на предмет капающей жидкости. При работе с системой сжатого воздуха есть две методики. Первая заключается в том, воздух в случае течи будет издавать слабый шипящий звук. Также можно промокнуть места возможной течи мыльной водой и понаблюдать за появлением на этом месте мыльных пузырей. Но что же делать с вакуумной системой?
Система должна быть герметичной, иначе может получится так, что в нее закачивается больше воздуха из помещения, чем из самой формы. Если закачать слишком много атмосферного воздуха, то это может негативно повлиять на форму таким образом, что она. в итоге, обрушится.
Поэтому, в качестве технического осмотра следует время от времени:
1. Для начала убедитесь, что стержень насоса может свободно вращаться.
2. Заткните выходное отверстие насоса.
3. Затем подключите сжатый воздух к главному вакуум-проводу.
Внимание: Давление не должно превышать 2,5 бар!
4. Теперь можно использовать те же методы, что и при поиске протечек в системе сжатого воздуха, то есть, прислушаться, вытекает ли воздух, и/или применить мыльный раствор и посмотреть, не образовываются ли мыльные пузыри.
5. Затем необходимо починить все протечки.
Проведение этих работ необходимо для безупречного функционирования оборудования.