Система подготовки сжатого воздуха для вакуумной литейной установки УЛВК-30А.
14 мая   2015   |  Статьи

Н.А.Швыргун.
Главный конструктор проекта ООО «Спарк-Дон, Лтд»

 
Важным условием успешной работы на вакуумной литейной установке УЛВК-30А является правильное построение системы подготовки сжатого воздуха.

Центральными элементами этой системы являются компрессор и ресивер.

Компрессор (компрессор воздушный) — устройство для сжатия и подачи воздуха под давлением.
Ресивер — металлический баллон для накопления и хранения сжатого воздуха под давлением.
 
Вопрос выбора компрессора и ресивера является крайне важным, так как разреженная среда (”вакуум”) на этапе плавки в вакууме и избыточное давление (”давление прессования”) на этапе прессования расплава формируются в плавильно-литейном блоке литейной установки с их помощью.
Воздушный компрессор с заданным максимальным выходным давлением и производительностью совместно с ресивером достаточного объема гарантированно обеспечивают непрерывность технологического процесса и равномерную подачу сжатого воздуха с нужными параметрами на вход литейной установки в течении всего технологического процесса литья.

  • максимальное давление компрессора (бар):
  • Это сила, с которой компрессор может сжимать воздух. Максимальное давление — один из главных показателей, характеризующих компрессор.

  • производительность компрессора (л/мин):
  • Данный показатель, определяет количество литров сжатого воздуха на всасывании, которое компрессор способен нагнать за 1 минуту.

  • емкость ресивера (л):
  • Объем ресивера определяют следующие факторы: производительность компрессора, расход воздуха пневмосистемой литейной установки, допустимые колебания давления.

Роль пневмосистемы вакуумной литейной установки в процессе литья

Процесс литья с точки зрения использования пневматической системы литейной установки УЛВК-30А можно условно разделить на три этапа:
 
Этап предварительного нагрева сплава.
Предварительный нагрев сплава может быть осуществлен в вакууме или в воздушной среде.
 
В первом случае (нагрев в вакууме) в плавильно-литейном блоке литейной установки будет создана разреженная среда (вакуум). Ведение плавки по такому сценарию выполняется редко.
Обычно на этапе предварительного нагрева пневмосистема установки не задействована. При этом предварительный нагрев сплава происходит в воздушной среде при атмосферном давлении.
 
В дальнейшем, при расчете параметров системы подготовки сжатого воздуха, будет принято условие, что этап предварительного нагрева сплава происходит без участия пневмосистемы установки.
 
Этап плавки и литья сплава в вакууме.
Vacuum_ULVC30A_endПосле загрузки опоки и включения нагрева кнопкой «ПЛАВКА» камеры плавильно-литейного блока литейной установки герметизируются и из них откачивается воздух. Начинается этап плавки и литья сплава в вакууме.
 
Принцип формирования разреженной атмосферы в рабочих камерах плавильно-литейного блока основан на использовании вакуумного эжектора.
 
В основе работы эжектора лежит принцип Вентури. Сжатый воздух от компрессора входит в отверстие А эжектора и проходит через сопло В. В результате сразу за соплом возникает падение давления (вакуум) и воздух втягивается через вакуумный вход D, подключенный к плавильно-литейному блоку установки. Втянутый и сжатый воздух проходят через сопла и сбрасываются через глушитель эжектора С.
 
В вакуумной литейной установке УЛВК-30А для создания разреженной атмосферы в плавильно-литейном блоке используется вакуумный эжектор фирмы Camozzi (Италия).

 
Минимальный уровень разрежения (максимальный вакуум) в рабочих камерах литейной установки должен быть создан за короткое время для того, чтобы к моменту литья в каналах литейной формы оставалось незначительное количество газов, способных воспрепятствовать заполнению расплавом рабочих полостей опоки.
 
Система подготовки сжатого воздуха должна обеспечивать питание эжектора воздухом с оптимальным рабочим давлением в течение всего времени плавки сплава в вакууме, чтобы в плавильно-литейном блоке поддерживался минимальный уровень разрежения (максимальный вакуум). В зависимости от количества и типа сплава время его плавления в вакууме может колебаться от 15… 20 секунд до 1 минуты.
 
Отсюда следуют два важных требования, предъявляемых к пневмосистеме литейной установки:
 

  • достаточный для выполнения литья уровень вакуума в рабочих камерах установки должен быть достигнут за время не более 15…20 секунд;
  • требуемый уровень вакуума в рабочих камерах установки должен поддерживаться на максимальном уровне в течение времени не менее 1 минуты.
  •  

    Выполнение этих требований предполагает организацию питания вакуумного эжектора литейной установки на протяжении заданного времени (времени плавки сплава в вакууме) сжатым воздухом с определенными параметрами. Необходимо, чтобы на протяжении всего времени плавки в вакууме давление сжатого воздуха на входе вакуумного эжектора не опускалось ниже его оптимального рабочего давления, обеспечивая требуемый расход воздуха.
     

    Этап прессования расплава.
    После выполнения литья расплав должен быть подвергнут воздействию избыточного давления для полного заполнения им рабочей зоны опоки. Величина давления прессования при работе на установке УЛВК-30А может быть установлена пользователем в диапазоне от 2 бар до 4 бар.
     
    Важно помнить, что при работе на литейной установке УЛВК-30А источником сжатого воздуха для формирования «давления прессования» выступают те же компрессор и емкость ресивера, что обеспечивают разрежение («вакуум») в плавильно-литейном блоке на этапе плавки в вакууме.
     
    Таким образом, если производительность выбранного компрессора окажется недостаточной и емкость ресивера мала, давление на входе установки будет снижаться. Вследствие этого будет понижаться рабочее давление установки Pрабочее.
    При значении Pрабочее < 5,5 бар может наблюдаться снижение скорости нарастания избыточного давления (давления прессования) в рабочих камерах установки на этапе прессования расплава.
    Это существенным образом ухудшает условия проливаемости тонких частей отливки.

    Методика расчета характеристик компрессора

    • Максимальное давление компрессора
    • Рабочее давление вакуумной литейной установки УЛВК-30А равно 6±0,5 бар. Оно устанавливается с помощью фильтр-регулятора, установленного в установке. Это заводская установка. Пользователь должен только подключить литейную установку к источнику сжатого воздуха давлением 7-8 бар.
       

    • Расчет воздухопотребления
    • Потребление воздуха эжектором, используемым для создания вакуума в плавильно-литейном блоке литейной установки УЛВК-30А , при его питании оптимальным рабочим давлением 4,5 бар составляет:
       
      Gэжект = 102 л/мин.
       
      Принимаем запас по потреблению воздуха вакуумным эжектором равным 25%. Тогда максимальное потребление воздуха эжектором Gэжект_макс составит:
       
      Gэжект_макс = 102 * 1,25 = 127,5 л/мин.
       

    • Расчет производительности компрессора
    • В паспортных данных на компрессоры указывается производительность компрессора на всасывании, называемая также производительностью по входу. Она определяется геометрическим объемом воздуха, который поместится в рабочей полости компрессора за один цикл всасывания, умноженный на количество циклов в единицу времени.
       
      Производительность компрессора на всасывании отличается от реальной — выходной — в большую сторону. Это отличие учитывается коэффициентом производительности (Кпр), зависящим от условий всасывания и конструктивных особенностей поршневого компрессора — потерь во всасывающих и нагнетательных клапанах, наличия недовытесненного — «мертвого» — объема, приводящих к уменьшению наполнения цилиндра.
      Для компрессоров профессиональной серии коэффициент производительности может составлять величину от 0,6 до 0,7. Для продукции бытовой серии реальный «выход» бытовых компрессоров не превышает 50% от заявляемой теоретической производительности.
       
      Рассчитаем с учетом полученного расхода воздуха эжектором Gэжект_макс производительность на всасывании (производительность по входу) Qвх требуемого компрессора.
      Примем коэффициент производительности компрессорной головки Кпр =0,65.
       
      Qвх = Gэжект_макс * Кпр = 127,5/0,65 = 196 л/мин.
       
      Увеличим полученное значение производительности на 20% — «запас по производительности»:
       
      Qвх_мин = Qвх_теор * 1,2 = 196*1,2 = 235,2 л/мин.
       
      Итак, для нормальной работы вакуумной литейной установки УЛВК-30А необходим компрессор с производительностью на входе не менее 240-260 л/мин.
       

    • Определение минимального объема ресивера
    • Частично недостаточную производительность компрессора можно компенсировать увеличением объема ресивера.
      Требуемый минимальный размер воздушного резервуара зависит от производительности компрессора, системы регулирования и требований потребителей сжатого воздуха.
       
      Примем условие, что за время плавки сплава в вакууме давление воздуха в ресивере не должно снизиться с максимального значения Pмакс (8 бар) до минимального значения Рмин (6 бар). В этом случае будет обеспечено питание вакуумного эжектора сжатым воздухом с заданными характеристиками по расходу и давлению, а также выполнены требования по скорости нарастания избыточного давления на этапе прессования.
       
      Среднестатистическое время плавки в вакууме сплавов CoCr и NiCr массой 20…70 грамм составляет 0,5…1,0 минуту. Определим минимально допустимый объем ресивера, исходя из большего значения времени плавки в вакууме (т.е. времени плавки t = 1 мин).
       
      Vр = 0,52 х t х Gэжект_макс = 0,52 х 1,0 х 127,5 = 66,3 л.
       
      где – объем ресивера, л;
      t — время плавки сплава в вакууме, мин;
      Gэжект_макс — потребление воздуха вакуумным эжектором, л/мин.
       
      Таким образом, для обеспечения питания вакуумного эжектора оптимальным давлением сжатого воздуха на протяжении всего времени плавки в вакууме полного диапазона возможных загрузок тигля и обеспечения максимальной скорости нарастания избыточного давления (давления прессования) в рабочих камерах установки на этапе прессования расплава, минимальный объем ресивера должен быть не менее 70 л.
       
      Учитывая тот факт, что требования к емкости ресивера в значительной степени определяются временем плавки сплава в вакууме (т.е. временем вакуумирования рабочих камер установки), при работе с небольшими загрузками и временем плавки в течении 30…40 секунд можно несколько снизить требования к ресиверу. Его емкость может быть понижена до 50 литров. Это тот минимум, ниже которого опускаться не рекомендуется.
       
      Максимальный объем ресивера может быть любым. Однако, разумная достаточность объема ресивера определяется как 1/3 от величины производительности компрессора. Так, если компрессор имеет производительность 300 л/мин, то вполне достаточно будет ресивера объемом 100 л.

      Основные требования к системе подготовки сжатого воздуха при работе на вакуумной литейной установке УЛВК-30А

      Air_compressor_ULVC30A_500

      • Подключайте установку к источнику сжатого воздуха давлением 7,0-8,0 бар (0,7 — 0,8 МПа).
      • Источник сжатого воздуха (компрессор) должен иметь производительность (по входу) не менее 240 л/мин.
      • Компрессор должен иметь ресивер объемом не менее 70 литров.
      • Рекомендуется использовать дополнительно отдельный ресивер объемом 20-30 литров, установленный в непосредственной близости к установке.
      •  

        Adobe_32 Статья «Система подготовки сжатого воздуха для вакуумной литейной установки УЛВК-30А».

Post tags: