Пристрій для термічної обробки корпусних конструкцій

Изобретение относится к средствам для термической обработки металлических, преимущественно корпусных конструкций, например, корпусов энергетических атомных реакторов. Известно устройство для термической обработки металлических конструкций, содержащее корпус, в котором имеется основание с закрепленными на нем кольцевыми нагревательными элементами, предназначенными для сопряжения с обрабатываемой конструкцией (А.с. СССР №707982, кл. C21D9/08, 05.01.80). Недостаток описанного устройства состоит в том, что в процессе термообработки нагревательный элемент сопрягают с обрабатываемым изделием, что приводит к возникновению термических напряжений из-за локальных зон перегрева. Наиболее близким к предлагаемому решению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для термической обработки корпусных конструкций, содержащее основание, на котором закреплены нагревательные элементы, подключенные к источнику тока, средства контроля и измерения текущих параметров нагрева, деформации и перемещения обрабатываемой конструкции (Патент ФРГ №2820442, опубл. 15.11.79). Недостаток описанного устройства состоит в том, что при термообработке крупногабаритных корпусных конструкций, в частности, корпусов атомных реакторов градиент температур по высоте нагреваемого изделия, возникающий в процессе термообработки, может быть весьма существенным, что приводит к появлению в обрабатываемой конструкции значительных термических напряжений и снижению ее ресурса. Это обусловлено тем, что высота конструкции оказывается большой, что приводит к значительному градиенту по ее высоте, поскольку горячий воздух легче и он поднимается свободно вверх. В основу предложенного изобретения поставлена задача создания такого устройства для термической обработки корпусных конструкций, которое позволяет снизить в процессе термообработки градиент температур по высоте обрабатываемой корпусной конструкции. Поставленная задача решается тем, что в устройстве для термической обработки корпусных конструкций, содержащем основание на котором закреплены нагревательные элементы, подключенные к источнику тока, средства для контроля и измерения текущих параметров нагрева, деформаций и перемещений обрабатываемой конструкции, согласно изобретению основание изготовлено в виде жесткого стержня, на котором с возможностью регулирования по высоте установлены перпендикулярно оси -жесткого стержня плоские перегородки, а на основании закреплена крышка, предназначенная для герметизации внутренней полости обрабатываемой корпусной конструкции. Снабжение устройства перегородками обеспечивает равномерность нагрева и охлаждения стенок корпуса термообрабатываемого объекта за счет снижения скорости перемещения тепловых потоков и создания зон с одинаковой температурой во внутренней полости объекта. Перегородки установлены с возможностью перемещения по высоте жесткого стержня, что необходимо для уменьшения градиента температуры стенок корпуса термообрабатываемого объекта по его высоте. Каждая перегородка выполнена в виде пластины в форме круга. Перемещение перегородок обеспечивается с помощью набора реечных механизмов, расположенных на жестком стержне устройства и связанных с приводом. Герметизация обрабатываемой конструкции при помощи крышки необходима для уменьшения скорости перемещения потоков теплоносителя между внутренним пространством корпуса конструкции и наружной средой, а также для того, чтобы не допустить попадания теплоносителя в рабочее помещение, где расположен термообрабатываемый объект. Регулируемое по определенному закону достаточно быстрое охлаждение стенок корпуса конструкции после их нагрева осуществляется с помощью хладагента, подаваемого на стенки корпуса конструкции через сопла, расположенные на нагревательных элементах (поперечно-струйное охлаждение). Подвод хладагента к соплам осуществляется от источника подачи хладагента через внутренние полости жесткого стержня и закрепленных на нем термоэлементов. Совмещение в одной конструкции нагревателей и охлаждающих элементов позволяет осуществлять быстрый переход от нагрева к охлаждению без перемонтажа устройства для термической обработки конструкции в корпусе этой конструкции, что обеспечивает проведение термообработки строго по заданному режиму. Авторами при подготовке заявки проведены исследования по патентной и научно-технической литературе. В результате поиска выявлено техническое решение, содержащее один из признаков, отличающих предложение от прототипа, а именно, трубчатые нагревательные элементы со сквозными отверстиями (Сизоненко Б.Д., Еримов А.Е. Современные конструкции металлических рекуператоров для подогрева воздуха. - К.: Знание, 1983. - 17с.). Другие технические решения, содержащие признаки, отличающие предложение от прототипа не выявлены. Поэтому считаем, что предлагаемое изобретение может быть признано соответствующим критерию "изобретательский уровень". На фиг.1 представлен схематический чертеж устройства для термической обработки корпусных конструкций; на фиг.2 - предлагаемое устройство, сечение; на фиг.3 - схематическое изображение плоской перегородки. Устройство для термической обработки корпусных конструкций содержит основание 1, на котором закреплены трубчатые перфорированные нагревательные элементы 2. Нагревательные элементы подключены к источнику тока 3 (ИТ). Устройство снабжено системой управления контроля и измерения текущих параметров нагрева, а также деформаций и перемещений обрабатываемой конструкции 4. Система включает блок регулирования и измерения температуры 5 (БТ). В качестве блока 5 использована система ВРТ-3 (Устройство регулирующее Р-111. Каунасский экспериментальный завод. Вильнюс, 1982. - 4с. Блок измерительный И-102. Каунасский экспериментальный завод. Вильнюс. 1982. - 4с.) законченная десятью десятиточечными потенциометрами КСП-4 (на чертеже не показаны), соединенными со 100 термопарами типа хромель копель, горячие спаи которых закреплены на наружной и внутренней поверхностях конструкции 4 и равномерно распределены по ее высоте и в каждом сечении с четырех сторон по диаметру конструкции 4. В устройстве имеется система 6 (СХ) подачи хладагента в нагревательные элементы 2 и через сопла 7 в них на стенки конструкции 4, включающая насос (на чертеже не показан) и трубопроводы 8 с дистанционно регулируемыми электроклапанами 9. На основании 1 устройства закреплен ряд плоских перегородок 10. Каждая перегородка 10 имеет форму диска, в котором выполнены равномерно расположенные по плоскости одинаковые радиальные отверстия 11. В отверстиях 11 установлены регулируемые жалюзи 12, предназначенные для перекрывания на заданную величину площади отверстия 11. Каждая перегородка 10 связана с блоком 13 (БПП) перемещения перегородок 10 по высоте основания 1. Авторами экспериментально установлены оптимальные геометрические размеры и материал плоских перегородок 10. Так диаметр перегородок 10-Д и их толщина H определяются уравнением Д = (5 - 8)H, а в качестве материала использована сталь с s0,2500°C = 250МПа. Устройство снабжено системой 14 (ИД) измерения деформаций и перемещений обрабатываемой конструкции. Система 14 включает 100 измерительных датчиков, равномерно расположенных на внутренней и наружной поверхностях конструкции 4, которые соединены с системой регистрации типа "Магистраль" (Информ. письмо №130 "Информационно-измерительная система "Магистраль" для прочностных исследований крупногабаритных конструкций". - К.: ОНТИ ИПП АН УССР, 1985. - 4с.). Выходы систем 13 и 14 и блока 5 подключены к управляющей машине 15 (ЭВМ) типа ПЭВМ PCAT 486, через которую задаются режимы нагрева и охлаждения конструкции 4. Устройство дополнено крышкой 16, предназначенной для герметизации обрабатываемой корпусной конструкции 4. Положение плоских перегородок 10 по высоте обрабатываемой конструкции 4 может устанавливаться за счет их незначительных перемещений (в пределах 20 - 30мм) вдоль вертикальной оси основания 1 с помощью реечных механизмов (не показаны) (Справочник конструктора точного приборостроения / Под ред. Ф.Л. Литвина. - Л.: Машиностроение, 1964. - 943с.) закрепленных на основании 1. В качестве привода к ним используются электродвигатели, также закрепленные на основании 1. Изменение положения жалюзей 12 на каждой из плоских перегородок 10 осуществляется с помощью рычажных механизмов (не показаны) с использованием для их привода электромагнитов (не показаны), установленных на каждой из перегородок 10. Описанные выше конструктивные особенности механизмов перемещений плоских перегородок 10 по высоте основания 1 и изменения площади отверстий 11 в перегородках 10 с помощью жалюзей 12 в процессе обработки корпусной конструкции 4 позволяют обеспечить одинаковую температуру в каждой из секций объема внутренней полости конструкции 4 по ее высоте и тем самым существенно снизить градиент температуры стенок корпусной конструкции 4 по ее высоте при осуществлении термической обработки. Перегородки 10 и нагревательные элементы 2 установлены в обрабатываемой конструкции 4 с зазором (5 - 10мм) для обеспечения свободного подъема и опускания устройства и учета термических изменений линейных размеров конструкции 4 и устройства. В примере рассматривается термическая обработка корпуса атомного реактора типа ВВЭР в соответствии с режимами, приведенными в (Патент США №1377047, опубл. 11.12.74). Указанная конструкция 4 размещена в защитном кожухе 17. Вокруг кожуха 17 закреплен бак 18с хладагентом. Блок 5, системы 13, 14 и машина 15 связаны электрическими коммутациями 19. Устройство для термической обработки корпусных конструкций работает следующим образом. Предварительно из внутренней полости корпусной конструкции 4 извлекается весь комплекс внутрикорпусного оборудования и проводится санитарная обработка внутренней поверхности корпусной конструкции 4. Затем внутрь конструкции 4 с помощью подъемного крана опускается предварительно смонтированные на крышке 16 элементы устройства для термической обработки корпусных конструкций. Крышка 16 закрепляется на корпусе конструкции 4. Процесс термообработки корпусной конструкции 4 начинается с подачи электропитания на нагревательные элементы 2. При этом производят непрерывный замер температуры на наружной и внутренней стенках корпусной конструкции 4 с помощью термопар. Сигналы от термопар поступают на блок 5 регистрирующие приборы и далее на управляющую ЭВМ 15. После достижения за установленное время заданного уровня температуры стенок корпусной конструкции 4 контролируют равномерность температуры по высоте стенок упомянутой конструкции 4. Для устранения градиента температуры по высоте конструкции 4 в ее термообрабатываемой зоне с помощью ЭВМ 15 включается система перемещений перегородок 10 вдоль вертикальной оси стержня 1, которые передвигаются в вертикальном направлении реечными механизмами. В результате указанных перемещений перегородок 10 (секции-объемы, ограниченные корпусной конструкцией 4, основанием 1 и смежными перегородками 10) достигается снижение градиента температуры стенок конструкции 4 в ее термообрабатываемой зоне, которое составляет при этом не более 5°C. В процессе термообработки конструкции 4 производится также замер деформаций и перемещений стенок конструкции 4 с помощью датчиков, сигналы от которых поступают на блок 5, систему 14 и далее на управляющую ЭВМ 15. После заданного режима выдержки при установленном уровне температуры начинают охлаждение стенок конструкции 4 по заданному закону путем подачи хладагента от насосной станции 6 через трубопровод 8 и далее через внутренние полости стержня 1, нагревателей 2 и сопла 7. Режим охлаждения обеспечивается за счет регулирования скорости потока хладагента во внутренней полости конструкции 4 при протекании указанного хладагента через отверстия 11 перегородок 10 путем изменения площади этих отверстий с помощью жалюзей 12. После охлаждения стенок корпусной конструкции 4 до комнатной температуры крышка 16 освобождается от крепления к корпусной конструкции 4 и все устройство для термической обработки корпусных конструкций с помощью подъемного крана демонтируется из внутренней полости корпусной конструкции 4.