Способ а.н.алексеева для защиты трубчатых электронагревателей от перегрева в гальванической ванне
Использование: в гальваническом, химическом и других производствах, использующих электрический нагрев жидкой среды ванн с помощью ТЭН. Цель: повышение надежности защиты ТЭН от перегрева и эффективности нагрева жидкой среды ванн. Сущность изобретения: способ защиты ТЭН от перегрева в гальванической ванне включает поддержание рабочего и контроль аварийного значения уровня жидкости в ванне, при достижении которого отключают ТЭН от источника питающего напряжения. Новым в способе является дополнительный контроль предаварийного значения уровня жидкости hпр фиксация момента начала выгрузки приспособления с деталями из ванны, определение изменения уровня жидкости hdsnжидh в течение длительности контроля до состояния hdsnжидh < hпр в случае наступления которого отключают ТЭН от источника питания, а также фиксация момента или времени полного выхода приспособления с деталями из ванны, контроль состояния уровня жидкости в ванне и подключение в случае превышения значения hdsnжидh аварийного значения ha. Предлагаемый способ отличается величиной значений ha, hпр и новым значением рабочего уровня жидкости, а также дополнительным контролем времени восполнения уровня жидкости в ванне и управлением на его основе отключением ТЭН от источника питания. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Изобретение относится к электрохимической и химической обработке деталей и может быть применено в гальваническом, химическом и других производствах, использующих электрический нагрев жидкой среды технологических агрегатов с помощью трубчатых электронагревателей (ТЭН).
Известен способ защиты ТЭН от перегрева в гальванической ванне, включающий поддержание рабочего уровня жидкости в ванне, превышающего аварийное значение уровня, соответствующее активной части ТЭН, с помощью поплавков, в которых закреплены ТЭН [1] Однако этот способ не исключает перегрева ТЭН из-за возможного колебания уровня жидкости в ванне, превышающего расстояние от нижней точки ТЭН до дна емкости, которое может быть вызвано, в частности, необходимостью полного слива раствора из ванны или выгрузкой из последней деталей. Кроме того, компенсация колебаний уровня жидкости с помощью поплавков, например, в электролитической ванне, может приводить к существенным изменениям сопротивления электролита последней, что, в свою очередь, может приводить к нарушениям и(или) искажениям режима электролитической обработки. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ защиты ТЭН от перегрева в гальванической ванне, включающий поддержание рабочего и контроль аварийного значения уровня жидкости в ванне, соответствующего границе активной части ТЭН, при достижении которого отключают ТЭН от источника питающего напряжения [2] Недостатком этого способа является сравнительно низкая надежность защиты ТЭН от перегрева при различных режимах работы ванны, обусловленная тем, что при выгрузке деталей, например, с углублениями и пазами не исключена вероятность резкого изменения уровня жидкости в ванне, что может приводить к понижению последнего ниже границы активной части ТЭН и, как следствие, увеличению вероятности их перегрева и более быстрому выходу из строя. Другим недостатком данного способа является неоптимальные значения рабочего и аварийного уровней жидкости в ванне, что в одном случае может приводить к увеличению времени нагрева жидкой среды ванны (например, в случае искусственного увеличения значения рабочего уровня), а в другом к повышенному срабатыванию устройства коммутации питающего ТЭН напряжения и увеличению вероятности перегрева ТЭН при выгрузке деталей из ванны. Кроме того, этот способ не обеспечивает возможности контроля за поддержанием рабочего уровня жидкости в ванне и взаимосвязи значения последнего с подключением ТЭН к источнику питания при различных режимах работы ванны, что также не способствует увеличению надежности защиты ТЭН и может приводить к преждевременному выходу последних из строя. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности защиты ТЭН от перегрева при различных режимах работы ванны и эффективности нагрева жидкости, путем оптимизации значения ее уровня, гарантирующего отсутствие контакта активной части ТЭН с газообразной средой, и операций контроля и регулирования за счет расширения области использования априорной и апостериорной информации. Это достигается тем, что в известном способе защиты ТЭН от перегрева в гальванической ванне, включающем поддержание рабочего и контроль аварийного значения уровня жидкости в ванне, при достижении которого отключают ТЭН от источника питающего напряжения, согласно изобретению дополнительно контролируют предаваpийное значение уровня жидкости hпр, соответствующее величине hпр ha +
















Vжидвын.max максимально возможный объем жидкости, выносимой приспособлением с деталями при их выгрузке из ванны;
Sз.в площадь поверхности открытого зеркала ванны;
qжидвын.max максимально возможная величина удельного выноса жидкости деталями;
Sдетmax максимально возможная по технологии площадь поверхности обрабатываемых деталей,
Smaxдет

IИПmax максимально возможный ток источника питания ванны электролитической обработки;
Dк(а)min минимально возможная по технологии катодная (анодная) плотность тока в ванне электролитической обработки;
Vприспвын.max максимально возможный объем жидкости, выносимой из ванны приспособлением (определяется экспериментально;


tвыгдетр,(н)+






Vдетвыгр скорость выгрузки приспособления с деталями из ванны;







qу.в производительность устройства восполнения уровня жидкости в ванне;
Р(в) состояние гальванической ванны
P(в)=




Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения с прототипом показывает, что предлагаемый способ отличается от известного тем, что при его реализации дополнительно контролируют предаварийное значение уровня жидкости hпр, фиксируют момент начала процесса выгрузки приспособления с деталями из ванны, в течение длительности контроля изменения уровня жидкости h жидвыгр в ванне


hжидвыгр < hпр, в случае наступления которого производят отключение ТЭН от источника питающего напряжения, фиксируют момент или время полного выхода приспособления с деталями из жидкой среды ванны, при достижении или окончании которого, соответственно, контролируют состояние уровня жидкости в ванне и в случае, если значение hжидвыгр превышает аварийное ha, производят подключение ТЭН к источнику питающего напряжения. Предлагаемый способ отличается от известного также величиной значений ha, hпр и новым значением рабочего уровня жидкости, а также дополнительным контролем времени восполнения уровня жидкости в ванне и управлением на его основе отключением ТЭН от источника питающего напряжения. Таким образом, предлагаемый способ соответствует кpитеpию изобретения "Новизна". Известны технические решения [3] в которых задают аварийное и предаварийное значения уровня жидкости в ванне и производят их контроль на основе сравнения текущего (рабочего) значения уровня жидкости в ванне с предаварийными и аварийным. Однако их использование в предлагаемом способе не позволяет обеспечить поставленную цель, поскольку не конкретизируются оптимальные величины аварийного, предаварийного и рабочего уровня жидкости в ванне; отсутствует взаимосвязь процессов контроля и управления включением-отключением исполнительных устройств (в частности, ТЭН) с процессами загрузки-выгрузки деталей и восполнения уровня жидкости в ванне. Это позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого способа критерию "Существенные отличия". На фиг. 1 изображена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, вариант выполнения; на фиг. 2 структурная схема блока контроля и управления процессом защиты ТЭН от перегрева. Устройство (фиг. 1) содержит гальваническую ванну 1 с теплоизоляцией, ТЭН 2, двухпредельный сигнализатор 3 уровня жидкости, датчик 4 загрузки, регулятор 5 уровня прямого действия, коммутатор 6 напряжения источника питания (не показан), трубопровод для подачи восполняющей уровень жидкости (не обозначен), ловители приспособления с деталями (не показаны) и блок 7 контроля и управления процессом защиты ТЭН 2 от перегрева. Выход датчика 4 соединен с первым входом блока 7, второй и третий входы которого соединены с выходами сигнализатора 3, а выход с управляющим входом коммутатора 6. Блок 7 содержит схемы 8-11 выделения переднего фронта, схемы 12-15 выделения заднего фронта, таймеры 16-18, RS-триггеры 19-23, логические элементы И 24 и 25, логический элемент ИЛИ 26, схемы 27-29 запрета, усилитель 30 мощности и элемент 31 сигнализации. Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. Перед началом эксплуатации ванны 1 производят установку в ней ТЭН 2 и измерение значения hТЭНа.ч (фиг. 1). Устанавливают в ванне 1 один из электродов двухпредельного сигнализатора 3 на расстоянии от дна ванны, равном ha,
где ha hТЭНа.ч. +


Устанавливают в ванне 1 другой электрод двухпредельного сигнализатора 3 на расстоянии от дна ванны, равном hпр,
где hпр ha +


Устанавливают в ванне 1 поплавок регулятора 5 таким образом, чтобы его нейтральное положение соответствовало рабочему значению уровня жидкости hжидраб, определяемому как
hжидраб hпр +


После этого производят заполнение ванны 1 жидкой обрабатывающей средой, используя, например, трубопровод для подачи восполняющей уровень жидкости, поскольку поплавок регулятора 5 находится в максимально нижнем (показанном на фиг. 1) положении. При этом на выходах сигнализатора 3 присутствуют, напpимер, сигналы с уровнем логической "1", поступающие на второй и третий выходы блока 7:
на второй вход логического элемента И 24 и второй вход логического элемента И 25;
на второй, инверсный, вход схемы 27 и на первый вход логического элемента ИЛИ 26, на выходе которого также присутствует сигнал с уровнем логической "1", который, поступая на вход усилителя 30, обеспечивает наличие на выходе последнего усиленного по мощности сигнала, который, поступая на управляющий вход коммутатора 6, обеспечивает отключение подачи напряжения питания на ТЭН 2. После достижения жидкостью значения ha сигнал с уровнем логической "1" на первом выходе сигнализатора 3 уменьшается до нуля, что приводит к уменьшению до нуля сигналов:
на втором, инверсном, входе схемы 27;
на первом входе и выходе логического элемента ИЛИ 26;
на выходе усилителя 30 и управляющем входе коммутатора 6, обеспечивая тем самым подключение ТЭН 2 к источнику питающего напряжения и осуществление возможности начала нагрева среды ванны 1. После достижения жидкостью значения hпр сигнал с уровнем логической "1" на втором выходе сигнализатора 3 уменьшается до нуля, что приводит к уменьшению до нуля сигналов на вторых входах логических элементов И 24 и 25 блока 7. Подача жидкости в ванну 1 происходит до значения уровня, равного hжидраб, при котором поплавок регулятора 5 занимает нейтральное (показанное сплошной линией на фиг. 1) положение. После нагрева жидкой среды ванны 1 до нужной по технологии температуры ванна 1 готова для проведения в ней процесса обработки деталей. При этом в процессе разогрева и поддержания температуры жидкости ванны 1 необходимое восполнение уровня жидкости (из-за испарения и уноса бортовой вентиляцией) производится регулятором 5. В блоке 7 на соответствующих входах таймера 16-18 заданы уставки соответственно:
длительности контроля изменения уровня жидкости в ванне 1 в процессе выгрузки из последней приспособления с деталями


времени полного выхода приспособления с деталями из жидкой среды ванны 1

максимально возможного времени восполнения уровня жидкости в ванне 1 после выгрузки из последней приспособления с деталями

на первые, инверсные, входы схем 28 и 29;
на вход схемы 12;
на вход схемы 8, на выходе которой появляется импульс, поступающий на вход R установки в ноль RS-триггера 19, сигнал на выходе которого уменьшается до нуля, приводит к уменьшению до нуля сигнала на выходе схемы 27. Уровень жидкости в ванне 1 увеличивается на величину




hТЭНа.ч +

уменьшается до нуля сигнал на входе схемы 8;
уменьшаются до нуля сигналы на первых, инверсных, входах схем 28 и 29;
уменьшается до нуля сигнал на входе схемы 12, на выходе которой появляется импульс, обеспечивающий запуск таймера 16 и 17, на выходах которых появляются сигналы с уровнем логической "1", длительность которых определяется величиной уставок



hжидвыгр < hпр, в случае наступления которого, на втором выходе сигнализатора 3 появляется сигнал с уровнем логической "1", поступающий
на второй вход логического элемента И 25;
на второй вход логического элемента И 24, на выходе которого появляется импульс (если появление сигнала с уровнем логической "1" произошло в течение длительности сигнала на выходе таймера 16), поступающий на вход S установки в единичное состояние RS-триггера 21, на выходе которого в этом случае появляется сигнал с уровнем логической "1", поступающий через логический элемент ИЛИ 26 на вход усилителя 30, с выхода которого усиленный по мощности сигнал, поступая на управляющий вход коммутатора 6, обеспечивает отключение напряжения питания ТЭН 2 в процессе выгрузки приспособления с деталями из ванны 1. Это обеспечивает (с учетом величин




на вход таймера 18, на выходе которого появляется сигнал с уровнем логической "1" (длительность которого определяется величиной уставки

на вход S установки в единичное состояние RS-триггера 20, на выходе которого появляется сигнал с уровнем логической "1", поступающий на первый вход схемы 27, на выходе которой появляется (в случае, если отсутствует сигнал с уровнем логической "1" на втором, инверсном, входе схемы 27, т.е. в случае, если hжидвыгр > ha) сигнал с уровнем логической "1", что приводит к появлению на выходе схемы 9 импульса, поступающего на вход R установки в нулевое состояние RS-триггера 21, на выходе которого исчезает сигнал с уровнем логической "1", поступавший на второй вход ИЛИ 26, что, в свою очередь, приводит к исчезновению сигналов на входе и выходе усилителя 30 и, как следствие, на управляющем входе коммутатора 6, обеспечивая тем самым подключение ТЭН 2 к источнику питающего напряжения. В случае, если hжидвыгр < ha, то на первом выходе сигнализатора 3 присутствует сигнал с уровнем логической "1", который, поступая на третий вход блока 7, на второй, инверсный вход схемы 27, запрещает появление на выходе последней сигнала с уровнем логической "1" и, как следствие, подключение ТЭН 2 к источнику питающего напряжения. После окончания времени


на вход схемы 15;
на второй вход схемы 29, на выходе которой появляется (в случае, если за время

на вход схемы 10, на выход которой появляется импульс, поступающий на вход S установки в единичное состояние RS-триггера 22, на выходе которого появляется сигнал с уровнем логической "1", обеспечивающий с помощью элемента 31 сигнализацию состояния "Авария восполнения уровня". После устранения аварийного состояния и обеспечения соотношения hжидвосп > hпр сигнал на втором выходе сигнализатора 3 уменьшается до нуля, что приводит к уменьшению до нуля сигналов на вторых входах логических элементов И 24 и 25 и входах схемы 10, втором входе схемы 29 и входе схемы 15. При этом на выходе схемы 15 появляется импульс, поступающий на второй вход схемы 28, на выходе которой также появляется (в случае, если Р(в) 0, т. е. при отсутствии сигнала с уровнем логической "1" на выходе датчика 4, поступающего на первый, инверсный, вход схемы 28) импульс, поступающий
на вход R установки в ноль RS-триггера 20, сигнал на выходе которого уменьшается до нуля;
на входе R установки в ноль RS-триггера 22, сигнал на выходе которого уменьшается до нуля, что приводит к прекращению сигнализации состояния "Авария восполнения уровня" элементом 31;
на вход R установки в ноль RS-триггера 23, сигнал на выходе которого уменьшается до нуля, что приводит к уменьшению до нуля сигналов на входе и выходе логического элемента ИЛИ 26, усилителя 30 и, как следствие, сигнала на управляющем входе коммутатора 6, обеспечивая тем самым подключение ТЭН 2 к источнику питающего напряжения. Устройство готово для проведения процесса обработки следующего приспособления с деталями. Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет
обеспечить более "комфортные" условия работы ТЭН за счет значительного (в десятки раз) сокращения количества случаев контакта активной части их нагревателей, подключенных к источнику питания, с газообразной средой, что, как следствие, приводит к повышению надежности защиты ТЭН от перегрева при различных режимах работы ванны;
повысить эффективность нагрева жидкости за счет оптимизации значения ее рабочего уровня в ванне. Реализация предлагаемого способа довольно проста, не встречает принципиальных затруднений. Способ может быть реализован на всех предприятиях приборо- и машиностроения. При этом значения ha, hпр, hжидраб,

Формула изобретения

поддерживают рабочее значение hhf,жид уровня жидкости в ванне, соответствующее величине

фиксируют момент начала процесса выгрузки приспособления с деталями из ванны tdsuдетh&,(н), после наступления которого в течение длительности


hdsuжидh<h,
в случае наступления которого производят отключение трубчатых электронагревателей от источника питающего напряжения, фиксируют момент или время полного выхода приспособления с деталями из жидкой среды ванны по достижении или окончании которого соответственно контролируют состояние уровня жидкости в ванне и, в случае, если hdsuжидh>ha, производят подключение трубчатых электронагревателей к источнику питающего напряжения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что по достижении момента или окончании времени полного выхода приспособления с деталями из жидкой среды ванны, контролируют время



a hdjcжидg <h,
то обеспечивают сигнализацию состояния "Авария восполнения уровня", и, в случае, если P(в) 0, отключают трубчатые электронагреватели от источника питающего напряжения,
где ha аварийное значение уровня жидкости в ванне,

hf&xТЭН уровень жидкости в ванне, соответствующий расстоянию границы активной части трубчатого электронагревателя от дна ванны;





Vdsyжид&,max максимально возможный объем жидкости, выносимой приспособлением с деталями при их выгрузке из ванны;
Sз.в. площадь поверхности открытого зеркала ванны;
qdsyжид&^max максимально возможная величина удельного выноса жидкости деталями;
Smaxдет максимально возможная по технологии площадь поверхности обрабатываемых деталей,

(либо определяется экспериментально);
Imaипx максимально возможный ток источника питания ванны электролитической обработки;
Dminк(а) минимально возможная по технологии катодная (анодная) плотность тока в ванне электролитической обработки;
Vdsy&^maприсп ux максимально возможный объем жидкости, выносимой из ванны приспособлением (определяется экспериментально);




Vdsuдетh скорость выгрузки приспособления с деталями из ванны;


qу.в производительность устройства восполнения уровня жидкости в ванне;
P(в) состояние гальванической ванны;

РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2