/
Автор: Рогов В.М. Зубченко В.Л. Захаров В.И.
Теги: логика эпистемология теория познания методология и логика науки отдельные машиностроительные и металлообрабатывающие процессы и производства электроника машиностроение справочник гальванотехника радиоэлектроника издательство машиностроение
ISBN: 5-217-00391-Х
Год: 1989
Текст
СПРАВОЧНИК
ГИБКИЕ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ
ЛИНИИ
• МАШИНОСТРОЕНИЕ»
ББК 34.663-5-05я2
Г46
УДК 1621.357.7 ! 658.52.011.56.012.3] (035)
Авторы: В. Л. Зубченко, В. И. Захаров, В. М. Рогов, В. В. Ковалев,
А. В. Мареичев, Ю. Д. Шейдеров, А. И. Шилин, В. В. Решитько, Ю. Я- Ко-
ротких, В. П. Куприн, Ю. Ю. Урбанович, А. М. Шония, Л. А. Пресня-
кова, К. Н. Лиидстрем, Ю. Н. Масберг, Ф. И. Данилов, И. М. Квокова,
И. Н. Андреев, С. М. Коиторер
Рецензенты: А. В. Дьяченко, Ю. Я. Будиловский, Н. М. Корчи к, Т. Ф. Степанюк
Гибкие автоматизированные гальванические линии:
Г46 Справочник/В. Л. Зубченко, В. И. Захаров, В. М. Рогов
и др.; Под общ. ред. В. Л. Зубченко. —М.: Машиностроение,
1989. — 672 с.: ил.
ISBN 5-217-00391-Х
Приведены способы построения гибкого гальванического производства
из технологических модулей в соответствии с рекомендациями ЕГС ГАП
(Единой государственной системы гибкого автоматизированного произ-
водства), конструкции автоматизированных линий, требования и особен-
ности безотходных технологий, обеспечивающих экологическую чистоту
гальванического производства, методы локального и системного с при-
менением ЭВМ управления линиями, а также алгоритмы конструирования
расписаний управления линиями. Изложены расчеты экономической
эффективности автоматизации безотходного гальванического производства,
опыт разработки, внедрения н эксплуатации отечественных автоматических
гальванических линий.
Для инженерно-технических работников машиностроительных пред-
приятий, может быть полезен студентам втузов.
Г ggy ВБК34.«3.5.«.2
ISBN 5-217-00391-X
© В. Л. Зубченко, В. И. Захаров,
В. М. Рогов и др., 1989
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие...................... 7
Введение ........................ 8
Г л а в а 1.
Гибкое безотходное автомати-
зированное производство галь-
ванических покрытий (В. Л.Зуб-
ченко) ......................... 10
Принципы создания малоотход-
ного и безотходного гальвани-
ческого производства .... 10
Основы организации гальвани-
ческого производства ........... 16
Показатели производительно-
сти ............................ 25
Основные принципы организа-
ции гибкого автоматизирован-
ного гальванического производ-
ства ........................... 51
Глава 2.
Автоматизированные гальва-
нические линии (В. Л. Зуб-
ченко) ........................ 59
Классификация АГЛ .... 59
Признаки гибких АГЛ .... 59
Компоновка гальванических
цехов ......................... 60
Структура и компоновка гиб-
ких АГЛ........................ 62
Подобие технологических про-
цессов в АГЛ................... 65
Наименьшая длительность тех-
нологической операции ... 68
Определение числа лимитиру-
ющих позиций .................. 70
Экологические аспекты, рас-
сматриваемые при проектирова-
нии гибких АГЛ................. 70
Станция механической очистки
анодов ........................ 71
Автоматизация загрузки АГЛ 72
Технологические трубопроводы
гибких АГЛ .................... 72
Конструкции гибких АГЛ. . 73
Технический уровень АГЛ. . 77
1*
Глава 3.
Гальванические манипуляторы
(промышленные роботы) {В. Л.
Зубченко, В. В. Решитько). . 83
Назначение манипуляторов, об-
ласть применения............. 83
Классификация манипуляторов 84
Манипуляторы с двумя дви-
жениями ..................... 94
Манипуляторы с тремя движе-
ниями ...................... 111
Специализированные манипу-
ляторы ..................... 115
Многофункциональные манипу-
ляторы ..................... 116
Рекомендации по проектирова-
нию ........................ 123
Кинематический расчет ... 127
Глава 4.
Ванны и сушильное оборудова-
ние^. В. Решитько,В. Л. Зуб-
ченко) ...................... 134
Основные параметры и разме-
ры ванн ..................... 134
Устройство корпусов ванн . . 137
Защита корпусов ванн .... 143
Нагревательные устройства . . 149
Конструктивные модули галь-
ванических ванн.............. 157
Сушильное оборудование ... 165
Передаточная ванна .... 169
Глава 5.
Технологические спутники
(А. В. Мареичев, И. Н. Андреев,
В. В. Решитько).............. 170
Классификация технологиче-
ских спутников............... 170
Электродные штанги .... 170
Конструирование подвесочных
устройств ..................... 175
Принципы рационального раз-
мещения деталей на подвесках 180
Особенности нанесения гальва-
4
Оглавление
нических покрытий в барабанах
и корзинах................... 183
Конструкции барабанов . . . 193
Глава 6.
Защита гальванического обо-
рудования от коррозии (И. М.
Квокова, А. В. Мареичев)... 198
Основные виды коррозионных
процессов и коррозионных по-
ражений ..................... 198
Способы борьбы с коррозией 200
Мероприятия по защите от кор-
розии оборудования на этапе
проектирования. Рациональ-
ное конструирование .... 213
Диагностика и прогнозирова-
ние коррозионного состояния 223
Экономика и планирование ме-
роприятий по защите оборудо-
вания от коррозии............ 227
Глава 7.
Водное хозяйство АГЛ (В. М.
Рогов, К. Н. Линдстрем) . . . 231
Потребители воды ...... 231
Требования к качеству воды . . 233
Использование воды для про-
мывки деталей................ 236
Принципы организации систем
водного хозяйства ........... 260
Оборудование для подготовки
воды ........................ 273
Основные принципы создания
рациональной системы водоис-
пользования гибкого автомати-
зированного производства галь-
ванических покрытий .... 281
Глава 8.
Обеспечение микроклимата в
гальванических цехах (В. В.
Решитько, Ю. Н. Масберг,
В. Л. Зубченко).............. 282
Вентиляция гальванических
цехов ....................... 282
Местная вентиляция (бортовые
отсосы) ................... 291
Отопление гальванических це-
хов ......................... 298
Тепловой расчет ваии .... 298
Глава 9.
Подготовка поверхности перед
нанесением гальванического по-
крытия (В. П. Куприн, Ф. И. Да-
нилов) ...................... 304
Основные требования .... 304
Методы контроля степени очи-
стки поверхности............. 304
Физико-химические основы про-
цесса очистки металлов .... 307
Факторы, влияющие на степень
очистки ..................... 310
Технология обезжиривания
металлов перед нанесением
гальванических покрытий . . . 314
Активация черных и цветных
металлов перед нанесением галь-
ванических покрытий .... 318
Одновременное обезжиривание
и активация металлов .... 320
Управление качеством подго-
товки поверхности в АГЛ . . . 320
Регенерация и очистка отрабо-
танных растворов для подго-
товки поверхности.......... 323
Глава 10.
Технологическое обеспечение ка-
чества нанесения покрытий
(А. В. Мареичев, И. Н. Андреев) 326
Требования к поверхности де-
талей перед нанесением покры-
тий ......................... 326
Требования к качеству и кон-
тролю покрытий .............. 327
Способы ианесеиия покрытий 330
Требования к технологии нане-
сения покрытий . • . . . . 333
Технологические требования к
оборудованию ................ 337
Нормы расхода материалов. . 337
Лабораторный контроль элек-
тролитов .................... 337
Стабилизация состава электро-
литов и растворов............ 356
Сравнительная энергоемкость
процессов нанесения покрытий 359
Паспортизация операций нане-
сения покрытий............... 360
Глава 11.
Регенерация электролитов и ме-
таллов (В. В. Ковалев, А. И.
Шилин) ...................... 366
Требования к обезвреживанию,
утилизации и регенерации. . 366
Классификация методов обез-
вреживания, утилизации и ре-
генерации ................... 367
Методы обработки электроли-
тов и механизмы реакций при
Оглавление
5
регенерации, обезвреживании
и утилизации ................. 369
Технология регенерации элек-
тролитов ..................... 374
Технология регенерации ме-
таллов из промывных и сточных
вод .......................... 385
Технологические материалы для
регенерации .................. 398
Оборудование для регенерации 400
Технико-экономические пока-
затели ....................... 406
Глава 12.
Жидкие отходы АГЛ и их обез-
вреживание (В. М. Рогов) . . 409
Виды и характеристика жидких
отходов ...................... 409
Требования к качеству обезвре-
женных отходов ............... 413
Классификация методов обез-
вреживания жидких отходов 413
Оборудование для обезврежи-
вания жидких отходов .... 422
Замкнутые системы водного
хозяйства..................... 452
Оборудование для обезврежи-
вания концентрированных жид-
ких отходов .................. 465
Глава 13.
Источники питания ванн (Ю. Д.
тендеров) .................... 485
Требования к сети, питающей
выпрямительные агрегаты . . . 485
Технические требования, предъ-
являемые к источникам пита-
ния .......................... 485
Типы и характеристики выпря-
мительных агрегатов........ 487
Силовая часть выпрямительных
агрегатов .................... 492
Системы управления, защиты
и регулирования агрегата . . . 495
Дополнительные устройства,
комплектуемые с выпрямитель-
ным агрегатом ................ 502
Размещение выпрямительных
агрегатов в цехах н на гальва-
нических участках............. 506
Управление выпрямительным
агрегатом с помощью внешних
сигналов ..................... 507
Охлаждение выпрямительных
агрегатов .................... 507
Источники питания на напря-
жение 220 В ................. 509
Электроизоляцин гальваниче-
ских ванн ................... 509
Конструирование электролити-
ческих ванн на напряжение свы-
ше ПО В ..................... 510
Перспективные направления
разработки источников питания 510
Глава 14.
Локальные системы управления
АГЛ (В. И. Захаров)........ 515
Контроль и регулирование тем-
пературы в гальванических ван-
нах ......................... 515
Схемы и устройства для кон-
троля и регулирования уровня
растворов в ваннах......... 526
Контроль и регулирование кис-
лотности .................... 528
Контроль и регулирование со-
става электролитов........... 531
Управление манипуляторами
АГЛ.......................... 543
Контроль и регулирование плот-
ности тока .................. 551
Глава 15.
Системы управления АГЛ с при-
менением управляющих вычис-
лительных машин (В. И. За-
харов, Ю. Ю. Урбанович) . . . 555
Назначение и область примене-
ния систем управления .... 555
Структурные схемы систем уп-
равления АГЛ с применением
ЭВМ.......................... 557
Управление технологическими
параметрами гальванических
процессов от УВМ............. 557
Применение математических мо-
делей ....................... 562
Технические средства систем
управления АГЛ с применением
УВМ ......................... 570
Вычислительные терминалы
связи с объектом типа ТВСО-1 577
Структура программного обе-
спечения систем управления
АГЛ ......................... 579
Рекомендации по повышению
помехозащищенности систем
управлении .................. 582
6
Оглавление
Глава 16.
Автоматнзврованное проекти-
роваине расписаний работы
АГЛ (В. Л. Зубченко, Ю. Я- Ко-
ротких, В. И, Захаров). . . Б84
Математические основы . . . 584
Методика расчета циклограмм 585
Характерные особенности рас-
чета циклограмм для миогома-
ннпуляторных линий .... 608
Циклические процессы в по-
точных автоматизированных ли-
ниях ....................... 609
Порядок обслуживания лими-
тирующих групп .............. 611
Оформление рассчитанных цик-
лограмм ..................... 612
Некоторые новые методы расче-
та алгоритма работы АГЛ . . . 613
Конструирование нецикличе-
ских расписаний многопредмет-
ных детерминированных пото-
ков АГЛ с одним манипулято-
ром ......................... 614
Глава 17.
Оценка экономической эффек-
тивности автоматизированного
производства гальванических
покрытий (Л. А. Преснякова,
С. М. Конторер, Л. М. Шония,
В. Л. Зубченко)............. 618
Рекомендации по определению
экономической эффективности 618
Оценка трудоемкости автомати-
зированного гальванического
производства ............... 621
Примерный расчет экономиче-
ской эффективности от внедре-
ния АГЛ цинкования .... 638
Расчет экономической эффек-
тивности обслуживания анодов 639
Сравнительные технико-эконо-
мические показатели линий раз-
ных моделей ................ 660
Список литературы.......... 661
Предметный указатель.... 664
ПРЕДИСЛОВИЕ
Идея создания справочника «Гибкие
автоматизированные гальванические
линии» возникла у большого коллек-
тива специалистов при обсуждении
путей развития производства нанесе-
ния гальванических покрытий. Упо-
мянутый коллектив состоит из инже-
неров и ученых разных профессий,
работающих во многих отраслях на-
родного хозяйства и имеющих отно-
шение и гальваническому производ-
ству.
Все они заинтересованно относятся
и судьбе гальванического производ-
ства и работающих в нем людей. Мно-
гих из .них удалось сплотить в один
творческий коллектив — «Комиссию по
автоматизации гальванического про-
изводства при Всесоюзном Совете
научно-технических обществ»
(ВСНТО) 1.
При обсуждении отдельных проблем
развития промышленности Комиссия
пришла к выводу, что профессиональ-
ные усилия специалистов необходимо
сосредоточить на создании в стране
полностью автоматизированного без-
отходного ресурсосберегающего про-
изводства, гибко реагирующего на
изменение технологических парамет-
ров новой продукции. Всестороннее
обсуждение вопроса убедило всех в
реальности создания нового типа эко-
1 В настоящее время Совет научно-
инженерных обществ СССР (СНИО
СССР).
логически чистого производства и ре-
комендовать для него технологию и
оборудование, которые для краткости
названы «Единая государственнаи си-
стема гибкого автоматизированного
производства гальванопокрытий»
(ЕГС ГАП-Г).
Авторы справочника активно ра-
ботают в рабочих группах Комиссии,
выступают перед аудиториями спе-
циалистов на конференциях, семина-
рах, совещаниях, многие являются
изобретателями.
Следует заметить, что ограниченный
объем справочника не позволяет обсто-
ятельно изложить все технические
аспекты проектировании гибких авто-
матических линий. Однако примене-
ние данного справочника совместно
с другими: «Оборудование цехов элек-
трохимических покрытий» (Л.: Маши-
ностроение, 1987 г.), «Гальванические
покрытия в машиностроении» в 2-х то-
мах (М.: Машиностроение, 1985 г.),
«Автоматические линии в машино-
строении» в 3-х томах (М.: Машино-
строение, 1985 г.) позволит проекти-
ровщикам новых автоматизированных
линий найти необходимую информа-
цию для подготовки документации на
стадиях их разработки от технического
задании до технического проекта, а
эксплуатационникам — получить от-
веты по своему профилю.
Президент Ассоциации совет-
ских инженеров гальванотех-
ников
В. Л. ЗУБЧЕНКО
ВВЕДЕНИЕ
В силу своей технологической спе-
цифики и установившегося традицион-
ного подхода сформировались пере-
численные ниже особые признаки, при-
сущие только гальваническому про-
изводству.
1. В гальванических цехах и на са-
мостоятельных гальванических участ-
ках подвергается обработке большое
число наименований деталей. На одном
заводе может обрабатываться от 1 до
100 тыс. наименований деталей.
2. Объем производства гальваниче-
ских покрытий на разных заводах
может находиться в широком диапа-
зоне: от 10 тыс. до 10 млн. м2 покрытий
в год.
3. Число вариантов технологических
процессов, определяемых видом и тол-
щиной покрытий, а также способами
подготовительных и заключительных
операций, на одном заводе может ко-
лебаться от 1 до 100 н более.
4. Гальваническое производство на
заводах является своего рода буфером
между формообразующими и металло-
обрабатывающими цехами и сбороч-
ным производством, т. е. своеобразным
компенсатором неритмичности всех
предшествующих производств на за-
воде.
Размер поступающих на обработку
в гальванический цех партий деталей
может колебаться от одной штуки до
нескольких десятков тысяч штук.
5. Велико разнообразие обрабаты-
ваемых в одном гальваническом цехе
деталей по габаритным размерам и
массе: длина деталей может колебаться
от нескольких миллиметров, масса —
нескольких грамм до сотен килограмм.
6. Детали сложной конфигурации,
поступающие в гальванический цех,
как правило, требуют дополнительной
механической обработки перед нане-
сением гальванических покрытий (дро-
беструйная и виброхимическая обра-
ботка, шлифование н полирование),
что вызывает необходимость в орга-
низации на заводе такого участка.
7. Интенсивность водопотребления в
гальванических производствах на раз-
ных заводах может колебаться от 10 Л
до 4 м3 на 1 м2 гальванических покры-
тий. Расход воды за год составляет
от 1 тыс. до 10 млн. м3.
8. Гальваническое производство со-
провождается образованием большого
количества жидких отходов: 0,5—
1,0 м3 на 1 м2 гальванических покры-
тий.
9. Высокая агрессивность исполь-
зуемых технологических растворов тре-
бует применения специальных мето-
дов защиты от коррозии гальваниче-
ского оборудования, систем управле-
ния н капитальных сооружений.
10. Гальваническое производство
является источником высокой вред-
ности для обслуживающего персонала.
Традиционные меры, принимаемые в
настоящее время для обеспечения без-
опасности персонала, не могут огра-
дить работающих от отрицательного
воздействия этого производства.
11. Экологическая опасность галь-
ванического производства заключает-
ся в содержащихся в сточных водах в
растворенном виде ионов хрома, кад-
мия, никеля, ртути, свинца, цин-
ка, меди и различных химических
соединений, которые обладают высо-
ким токсичным, канцерогенным и му-
тагенным влиянием на живые орга-
низмы.
12. Гальваническое производство
включает сложные технологические
процессы с большим числом влияю-
щих иа конечный результат факторов,
многие нз которых не поддаются пря-
мому автоматическому измерению и
регулированию средствами современ-
ной техники.
13. Преобладает низкий уровень
автоматизации гальванического про-
изводства, до настоящего времени это,
Введение
9
как правило, ручное или механизи-
рованное производство.
14. Значительный дефицит произ-
водственных площадей, плохо приспо-
собленных для установки автомати-
зированных гальванических линий.
15. Обработка деталей в гальвани-
ческом производстве осуществляется
с помощью технологических спутни-
ков, представляющих транспортные
кассеты различных конструкций с дер-
жателями обрабатываемых деталей.
16. Отсутствует возможность обра-
зования межоперационных заделов, что
объясняется необходимостью непре-
рывного выполнения технологических
операций в строго заданной последо-
вательности.
17. Недопустимы внутриоперацион-
ные остановки и межоперационные пе-
рерывы, так как это вызывает брак
обрабатываемых деталей. Отсюда вы-
текает требование обеспечения особо
высокой надежности гальванического
оборудования и, в первую очередь,
повышенной надежности и помехо-
устойчивости его систем управления.
18. В связи с установившимся тра-
диционным режимом работы гальва-
нических цехов все линии останавли-
ваются на период обеденного переры-
ва обслуживающего персонала. До
остановки из линий необходимо вы-
вести все детали. Если на период вы-
нужденных остановок линии обраба-
тываемые детали оставить в своих
ваннах, это приведет к нарушению
продолжительности технологических
операций и, в конечном итоге, к явно-
му или, что гораздо опаснее, к скры-
тому браку, который может быть обна-
ружен только спустя несколько ча-
сов или даже через несколько меся-
цев. Скрытый брак может повлечь
за собой аварии машин и оборудо-
вания.
19. При оперативном планировании
гальваяического производства сле-
дует учитывать продолжительность не-
прерывного технологического цикла
обработки деталей: в начале рабочего
дня первая кассета с готовыми дета-
лями появится только спустя некото-
рое время, равное сумме продолжи-
тельностей всех заданных в данном
процессе операций, т. е. через 1—2 ч.
20. Гальваническое производство от-
личается насыщенностью применения
различных видов энергии (постоянный
и переменный ток, пар, сжатый воз-
дух, горячая, теплая и холодная вода
под давлением). Особенно энергоемки-
ми являются операции обезжирива-
ния, горячей промывки, обезводоро-
живания, хромирования и др.
21. Гальванический цех имеет вы-
сокую номенклатуру потребляемых
жидких и твердых химических мате-
риалов, требующих специальных усло-
вий для их хранения.
22. Высокая концентрация гальва-
нических производств иа ограничен-
ных территориях в густонаселенных
промышленных регионах страны.
23. Трудности обезвреживания и за-
хоронения отходов гальванического
производства привели к значительному
их накоплению в окружающей среде,
что серьезно осложнило экологиче-
скую ситуацию этих регионов.
24. Объем гальванического произ-
водства за каждые десять лет воз-
растает примерно в 1,6—2 раза.
25. Главной же специфической осо-
бенностью гальванического произ-
водства является применение сугубо
химических технологий на предприя-
тиях машиностроения, приборострое-
ния и металлообработки.
Перечисленные выше особенности
гальванического производства опре-
деляют требования, предъявляемые к
создаваемым в настоящее время гиб-
ким автоматизированным гальваниче-
ским линиям.
ГЛАВА 1
ГИБКОЕ БЕЗОТХОДНОЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ
ПРОИЗВОДСТВО ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
ПРИНЦИПЫ СОЗДАНИЯ
МАЛООТХОДНОГО
И БЕЗОТХОДНОГО
ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО
ПРОИЗВОДСТВА
В настоящее время на одном из пер-
вых мест в мире по остроте проблемы
стоят вопросы экономии природных
ресурсов и сохранения экологическо-
го равновесия между производствен-
ной деятельностью человека и окру-
жающей средой.
Системные исследования машино-
строительной и металлообрабатываю-
щей промышленности, проведенные как
у нас в стране (Литовская ССР), так
и за рубежом (ФРГ), где исследова-
лись 600 технологических процессов в
промышленности, производящей обо-
рудование, показали, что по степени
отрицательного воздействия на окру-
жающую среду гальваническое произ-
водство стоит на первом месте.
Неконтролируемое действие ионов
металлов (хрома, никеля, меди, кад-
мия, свинца, цинка, ртути) создает
опасность ие только здоровью нынеш-
него поколения, но и последующих,
причем с каждым годом эта угроза
для человечества все увеличивается.
Ионы тяжелых металлов, проникая
вместе с водой и продуктами питания
в живые организмы, способны в них
накапливаться, вызывая у людей па-
тогенез сердца, мозга, печени и дру-
гих важнейших органов. Согласно
шкале стресс-факторов по воздействию
на человеческий организм ноны тяже-
лых металлов выдвигаются на первое
место (135 баллов), оставляя далеко
позади такие факторы, как шумовые
эффекты (15 баллов), радиоактивные
отходы (40 баллов), химические удоб-
рения (63 балла), разливы нефти
(72 балла).
Причина крайне негативного воз-
действия гальванического производ-
ства на окружающую среду заклю-
чается в том, что на подавляющем
большинстве предприятий в техноло-
гических процессах нанесения покры-
тий полезно расходуется только 10—
30 % солей тяжелых металлов, осталь-
ная же часть при неудовлетворитель-
ной работе очистных сооружений по-
падает в окружающую среду. Выход
тут один — максимально сократить по-
тери солей цветных металлов, т. е.
уменьшить вынос деталями электро-
литов из гальванических ванн. Это
приведет к уменьшению концентра-
ций и объемов сточных вод и создаст
тем самым необходимые условия для
ведения малоотходных (МОТ) и без-
отходных (БОТ) технологических про-
цессов нанесения гальванических по-
крытий.
Однако важнейшим первоначаль-
ным условием для внедрения этих
технологий является правильный вы-
бор электролитов. Традиционные
электролиты, обладая заданными тех-
нологическими показателями, не
удовлетворяют экологическим требо-
ваниям из-за высокой концентрации
солей тяжелых металлов. Понятно,
что электролиты, содержащие в 2 раза
больше этих солей, поставят и в сточ-
ные воды в 2 раза больше ядов. В на-
стоящее время уже разработаны элек-
тролиты с концентрацией солей тяже-
лых металлов в несколько раз мень-
шей, чем у традиционных электро-
литов.
Таким образом, основополагающий
принцип МОТ и БОТ заключается
в следующем: уменьшать расход хи-
микатов на входе и меньше постав-
лять ядов на выходе технологического
процесса.
Осложнения экологического плана и
ресурсосбережения начинаются в
гальванотехнике в тот момент, когда
Принципа создания
11
покрытые детали поднимают из галь-
ванической ванны. Эти детали в за-
висимости от своей конфигурации и
других факторов (способа подвески,
вязкости, плотности и температуры
электролита и др.) выносят большее
или меньшее количество электролита
из гальванической ванны, который
теряется, если тут же не будет в нее
возвращен. Вынесенный за пределы
ванны электролит вернуть в ванну
уже очень трудно, так как это требует
проведения ряда технически сложных
и дорогостоящих мероприятий. Опе-
рация «улавливания» зачастую мало-
эффективна из-за различных условий
протекания процессов массо- и тепло-
обмена в разных ваннах.
Рассмотрим возможности действую-
щего на сегодняшний день гальвани-
ческого оборудования в свете требо-
ваний МОТ и БОТ.
По способу транспортирования дета-
лей от позиции к позиции оно под-
разделено на ручное и автоматизиро-
ванное.
Ручное гальваническое производство
является «эффективным» тормозом на
пути внедрения МОТ и БОТ, так как
перемещение деталей вручную или
тельфером не гарантирует соблюде-
ния технологической дисциплины. В
самом деле, отсутствие определенной
скорости подъема деталей из ваин,
несоблюдение времени нахождения де-
талей в ваниах промывки, а также вре-
мени на стекание только способствует
увеличению выноса электролита
(табл. 1, рис. 1).
В автоматизированном гальваниче-
ском производстве перемещение дета-
лей между позициями по определен-
ной программе осуществляется мани-
пуляторами. Традиционный гальвани-
ческий манипулятор осуществляет
только комплекс транспортных дви-
жений. Точное соблюдение скорости
подъема деталей из ванн, а также вре-
мени нахождения их в ваннах и вре-
мени на стекаиие раствора с дета-
лей уменьшает вынос электролитов из
ванн и концентрацию ионов тяжелых
металлов на финише технологическо-
го процесса по сравнению с ручным
гальваиическим производством. Одна-
ко ограниченные функциональные воз-
можности традиционных гальваниче-
1. Количество электролита,
вынесеиного из ванны
иа поверхности деталей за год,
при традиционном гальваническом
производстве и при обработке
в барабане, число объемов ваии/год
Среднее число загрузок за 1 ч Группа сложности конфигурации деталей Обработ- ка в ба- рабане
1 2 3
1 0,2 0,5 1,2 2,4
2 0,4 1,0 2,4 4,8
3 0,6 1,4 3,6 7,2
4 0,75 1,9 4,8 9,6
5 1,0 2,4 6,0 12,0
6 1,1 2,8 7,2 14,0
7 1,3 3,3 8,4 17,0
8 1,5 3,8 9,6 19,0
9 1,7 4,2 11,0 22,0
10 1,9 4,8 12,0 24,0
И 2,0 5,3 13,0 26,0
12 2,2 5,6 14,0 28,0
Рис. 1. Первичная регенерация растворов:
1 — статическая регенерация (спокойный
сток); 2 — динамическая регенерация (виб-
рация, встряхивание); Кп.р.р ~ коэффн-
цнент первичной регенерации раствора]
/с — продолжительность первичной реге-
нерации раствора; ПБ —. предел Буди-
ловского (неудаляемое количество раствора)
12
Гибкое безотходное автоматизированное производство
ских манипуляторов не позволяют
пойти дальше по пути уменьшения
выноса электролитов. Между тем
уменьшение выноса электролита вле-
чет за собой сокращение расходов:4
химикатов; промывочной воды; ка-
нализируемой воды; на регенерацию
электролитов и цветных металлов;
на очистку стоков; на утилизацию
шлама.
Ознакомление с отечественным и не-
которым импортным оборудованием с
целью выяснения роли гальваниче-
ских манипуляторов в реализации
МОТ нанесения покрытий позволяет
сделать следующие выводы.
Манипуляторы многих зарубежных
фирм и отечественных предприятий не
приспособлены для реализации мало-
отходных технологических процессов
нанесения покрытий, так как выпол-
няют, главным образом, только ком-
плекс транспортных движений. Уро-
вень конструкторских решений этих
манипуляторов не отвечает требова-
ниям МОТ.
Недостаточное внимание, которое
как у нас в стране, так и за рубежом
уделяется созданию многофункцио-
нальных гальванических роботов,
объясняется устоявшимся взглядом на
регенерацию растворов, электролитов
и очистку стоков, как на обособлен-
ные процессы, не связанные с техно-
логическим процессом нанесения по-
крытия и следующие вслед за ним.
Однако сделать гальваническое про-
изводство малоотходным, ресурсо- и
энергосберегающим можно только при
комплексном подходе к решению этих
проблем.
Гальванический промышленный ро-
бот РКВ 39-121 [А. с. 560801 СССР]
грузоподъемностью 400 кг конструк-
ции НПО «Литстанкопроект» по
сравнению с традиционными манипу-
ляторами выполняет следующие до-
полнительные операции:
встряхивает поднимаемые из ванн
детали в вертикальной и горизонталь-
ной плоскостях (т. е. осуществляет
первичную регенерацию электролитов
и растворов);
оптимально распределяет время
подъема деталей из ванны и время
выстоя на стекание}
осуществляет комплекс мероприя-
тий по своевременному обслужива-
нию анодов (чистка, размещение в ней-
тральных ваннах, замена).
Для выполнения упомянутых опе-
раций этот робот оборудован рядом
дополнительных механизмов: устрой-
ствами встряхивания грузозахватов и
изменения расстояния между грузо-
вахватами; двухскоростным приво-
дом подъема и опускания грузозахва-
тов.
Дополнительные механизмы гальва-
нического робота позволяют:
обслуживать узкие вспомогательные
ванны (помимо широких — электро-
литических);
уменьшать общую длину гальвани-
ческой линии на 3—3,5 м;
встраивать на освободившиеся пло-
щади непосредственно в гальваниче-
скую линию специальное оборудова-
ние для локальной регенерации и
очистки стоков;
поднимать со дна ванны донные сет-
ки с упавшими на них деталями;
выбирать при различных видах по-
крытий оптимальное расстояние между
катодами и анодами в основных пяти-
рядных ваннах, максимально исполь-
зуя кроющую и рассеивающую спо-
собности электролитов в процессе ра-
боты с учетом степени их старения;
механизировать тяжелый ручной
труд по транспортированию анодов;
механизировать труд по транспорти-
рованию навесных модулей гальвани-
ческих ванн.
Возможность обслуживания робо-
том узких вспомогательных ванн по-
зволяет дополнительно осуществить
ряд ресурсо- и энергосберегающих
мероприятий;
улучшить конвекцию и создать тур-
булентный поток протекающей жид-
кости в промывочных ваннах, что по-
вышает качество промывки при мень-
шем расходе воды;
сократить расход химикатов иа при-
готовление и корректировку раство-
ров в других вспомогательных ван-
нах;
уменьшить энергозатраты на по-
догрев растворов (за счет уменьшения
объема ванн) и вентиляцию (за счет
уменьшения (зеркала* электролита)}
Принципа создания
13
2. Расход химикатов в зависимости от способа обработки, г/ма
Гальваническое производство Способ обработки
Меднение (CuSOJ Никелиро- вание (NiSOJ Хромиро- вание (СгО3)
Ручное (норматив) 18,7 68,7 117,0
Традиционное автоматизированное 14,9 54,9 105,2
Роботизированное малоотходное (экспериментальные данные Ю. Я. Бу- диловского) 8,0 27,5 92,2
сократить тепловые затраты на суш-
ку деталей.
Сокращение выноса А (%) электро-
лита или раствора в зависимости от
ресурсосберегающего мероприятия при
покрытии деталей на подвесках, при-
ведено ниже.
Мероприятие Лр %
Встряхивание деталей:
в вертикальной плоскости 30—55
в горизонтальной пло-
скости ................. 10—55
Оптимальное распределе-
ние времени подъема дета-
лей из ванны и времени на
стекание.................. 18—25
Регулярное механизиро-
ванное обслуживание анод-
ных штанг и анодов . . . 5—8
Статическое выжидание иад
ванной для стока раствора
с деталей, о:
15...................... 50
60...................... 75
Значительный разброс в показате-
лях уменьшения выноса электроли-
тов по каждому мероприятию объяс-
няется различной группой сложности
конфигурации. Наиболее эффективны
действия робота по уменьшению вы-
носа электролитов при покрытии де-
талей более сложной конфигурации.
Вынос электролитов из гальвани-
ческих ванн в большой степени зави-
сит от вида гальванического покры-
тия, что соответственно отражается и
на расходах химикатов, приведенных
в табл. 2.
Как следует из приведенных дан-
ных, в результате выполнения гальва-
ническим роботом дополнительных опе-
раций существенно уменьшается вы-
нос электролитов, что позволяет про-
порционально уменьшить и расход
промывной воды. Таким образом, фор-
мирование стоков по объему и составу
начинается еще в процессе нанесения
покрытия, а малые концентрация и
объем этих стоков позволяют очи-
щать их на специальном очистном
оборудовании, встроенном в гальвани-
ческую линию. Преимущества же та-
кой очистки очевидны: стоки одно-
родны и дают кондиционированный
осадок, пригодный для утилизации
или приготовления ценных продуктов.
Гальванический робот с расширен-
ными функциональными возможностя-
ми своими целенаправленными дей-
ствиями создает весомые предпосыл-
ки для обеспечения МОТ и БОТ:
позволяет ввести технически обосно-
ванное нормирование пониженного рас-
хода химикатов и воды в АГЛ.
Кратко рассмотрим предпосылки
уменьшения этих нормативов.
«Инструкция по нормированию рас-
хода материалов для гальванических
покрытий металлов на предприятиях
станкостроительной и инструменталь-
ной промышленности» рекомендует
определять нормативы расхода (т/м2)
химикатов /7у. х (кроме цианистых'
солей и хромового ангидрида) по фор-
муле
ЯУ.Х = ПТКХ,
где ПТ — неизбежные технологиче-
ские потери электролита или раство-
14
Гибкое безотходное автоматизированное производство
3. Вынос раствора (л/ч) на 1 м2 поверхности деталей с учетом Ка. р. р
Кп. р. р Группа сложно-* стн кон- фигура- ции де- талей Число промывок аа 1 я Время стока <0- 0
1 2 4 8 16 25
1 0,050 0,10 0,20 0,40 0,80 1,25
1 2 0,125 0,25 0,50 1,00 2,00 3,15 6
3 0,315 0,63 1,25 2,50 5,00 8,00
1 0,025 0,05 0,10 0,20 0,40 0,63
0,5 2 0,063 0,125 0,25 0,50 1,00 1,60 21
3 0,160 0,32 0,63 1,25 2,50 4,00
1 __ 0,025 0,05 0,10 0,20 0,315
0,25 2 0,032 0,063 0,125 0,25 0,50 0,80 60
3 0,080 0,16 0,32 0,63 1,25 2,00
1 _— _— 0,025 0,05 0,10 0,16 6
0,125 2 — 0,032 0,063 0,125 0,25 0,40 (со встряхи-
3 0,040 0,08 0,16 0,32 0,63 1,00 ваиием)
1 0,10 0,20 0,40 0,80 1,60 2,50 3
2 2 0,25 0,50 1,00 2,00 4,00 6,30 (ручное
3 0,63 1,25 2,50 5,00 10,0 16,0 производство)
ра, л/м2; — концентрация химика-
тов в электролите или растворе, при-
нятая по технологическому процес-
су, г/л.
Величина ПТ, в свою очередь,
является суммой потерь электроли-
тов и растворов иа фильтрацию (П*),
веитиляцию (Пв), корректировку (Пк)
и выиос раствора н электролита дета-
лями (</):
ПТ = Пф + Пв + П« + q.
По своей значимости первостепеииое
зиачеиие имеет выиос раствора или
электролита деталями с учетом коэф-
фициента первичной регенерации рас-
твора К„. р. р (табл. 3).
Широкое применение первичиой ре-
генерации (встряхивание и т. п.) по-
зволяет достигнуть следующих ре-
зультатов при обработке деталей слож-
ной конфигурации:
уменьшить загрязнение ванны
покрытия за счет сокращения в 2—-
5 раз количества внесения посторон-
них веществ с предыдущих операций;
сократить в 2—5 раз вынос химика-
тов нз рабочих ваин иа поверхиости
обрабатываемых деталей;
сократить более чем в 5—10 раз
хоицентрацни химикатов в промывоч-
ных ваннах (по сравнению с одинако-
выми схемами промывки с участием
ваииы улавливания).
Ресурсосберегающие мероприятия
в МОТ и БОТ направлены в основном
иа уменьшение выноса электролита
или раствора деталями. Количество
этого выиоса можио разделить иа две
части:
Q = <71 + <7а.
где qt — удаляемое количество элек-
тролита или раствора за счет внедре-
ния мероприятия, л/м2 (определяется
при tc= 6 с); qa — иеудаляемое коли-
чество электролита или раствора, опре-
деляемое их физико-химическими свой-
ствами, л/м2.
Принципы создания
15
Исходя из проведенных эксперимен-
тальных работ по созданию МОТ и
БОТ в гальваническом производстве,
расчет потерь на вынос электролитов
и растворов деталями предлагается
проводить по следующей формуле;
?мот = ?Яп. р. р =
1=5 (?i + ?г) *п. р. р =
1=5 (?1 + ®в) ^п. р. р>
где <7мот — вынос электролита или
раствора деталями при внедрении
МОТ, л/м2; т—коэффициент, опре-
деляющий неудаляемую часть элек-
тролита (для каждого электролита или
раствора при постоянной температуре
н концентрации эта величина постоян-
на);
и = 9г/95
Kn.p.p = KiKaKs-..Ki,
где Kt, Кз, Кз, Ki — коэффициен-
ты, определяющие уменьшение выно-
са электролита за счет проведения
различных ресурсосберегающих меро-
приятий (встряхивания деталей в го-
ризонтальной и вертикальной пло-
скостях, выбор оптимальной скорости
подъема деталей и выстоя на стекание
и т. п.).
Коэффициенты Kt, Кз, Кз....... Kt
определяют по формуле
100
Ki = 100 ’
где At — величина, определяющая со-
кращение выноса электролита или
раствора в зависимости от проводи-
мого мероприятия, %.
Ориентировочные значения этой ве-
личины приведены выше.
Следовательно, потери электролита
или раствора (л/м2) при внедрении
МОТ составляют:
Пмот = Пв. м + Пф + Пк + <?мот.
где Пв. м = ПвКп. р. в; Пв. м — по-
тери химикатов в системе вентиляции
при осуществлении мероприятий ма-
лоотходной технологии; КП. р. в —
коэффициент первичной регенерации
растворов в системе вентиляции.
Норма расхода (г/м2) электролита
или раствора при внедрении малоот-
ходной технологии определяется по
формуле
Ну. х = ПмОтКх-
Ниже приведены значения неуда-
ляемого количества электролитов типа
«Ликонда», рассчитанные Ю. Я. Бу-
днловским.
Назначение
электролиза
л/ма
Никелирование . . . 0,018—0,020
Цинкование......... 0,013—0,015
Хромирование . . . 0,015—0,017
Пирофосфатное мед-
нение ............. 0,023—0,025
Неудаляемое количество электроли-
тов принято называть «пределом Бу-
диловского» (ПБ).
Внедрение автоматизированного обо-
рудования, сконструированного со-
гласно требованиям МОТ н БОТ,
позволит снизить удельный расход
потенциально токсичных материалов
в 1,5—1,8 раза.
Упорядочив нормирование расхода
цветных металлов и их соединений,
необходимо проследить весь их путь
от поступления в производство до
утилизации или регенерации отрабо-
танных продуктов на каждом пред-
приятии и в промышленном регионе.
Это поможет избежать перерасходова-
ния ценного сырья и утечки его в
окружающую среду в виде токсичных
выбросов, нарушающих экологический
баланс.
НПО «Литстанкопроект» предло-
жена система обезвреживания отхо-
дов гальванического производства с
одновременной регенерацией цветных
металлов. Эта система может быть
частично встроена в АГЛ, где в ка-
честве коагулянта использован элек-
трогенерированный гидроксид желе-
за, получаемый из отходов металла.
Электрогенерированный коагулянт
можно легко отделить от цветных ме-
таллов или утилизировать вместе с
ними.
Полная рециркуляция взвесей обе-
спечивает высокие надежность и ка-
чество очистки, интенсифицирует их
отделение, стабилизирует условия
прохождения реакции, что позволяет
упростить автоматизацию процесса.
16
Гибкое безотходное автоматизированное производство
Рис. 2. Схема предварительной регенера-
ции цветных металлов в гальваническом
цехе
Предварительная регенерация осу-
ществляется на предприятии, где обра-
зуются стоки, окончательная — на ре-
гиональных централях. Принцип.пред-
варительной регенерации поясняется
на рис. 2, где отдельные модули реге-
нерации размещаются в каждой из
АГЛ. Специализированное канализи-
рование стоков в зависимости от вида
цветного металла позволяет осуще-
ствить регенерацию каждого из цвет-
ных металлов в отдельности. Оконча-
тельная регенерация производится
централизованно.
На рис. 3 показана региональная
централь, куда каждое предприятие
Рис. 3. Схема окончательной регенерации
цветных металлов на региональных цен-
тралях
свозит обезвоженные шламы, содер-
жащие цветные металлы и гидроксид
железа. На региональной централи
производится восстановление цветных
металлов для повторного использова-
ния, например, в ферриты, содержа-
щие цветные металлы и оксиды же-
леза в определенном соотношении.
В малоотходном производстве мо-
гут применяться различные методы ло-
кальной регенерации: химические,
электрохимические, сорбционные, мем-
бранные, механические.
Отработанные электролиты подле-
жат переработке по извлечению из
иих цветных металлов и других компо-
нентов.
«Залповые» сбросы электролитов в
безотходном гальваническом производ-
стве должны быть полностью исклю-
чены.
Для очистки технологических вод
с целью создания замкнутых систем
водного хозяйства гальванических це-
хов в гибких производствах приме-
няются безреагентиые установки
«ЭЛИОН» модульного типа произво-
дительностью 1—100 м3/ч, разрабо-
танные в Научио-инженерном центре
«Потенциал» УИИВХ (г. Ровно).
Перспективными являются гальваио-
коагуляцнонные установки барабан-
ного типа, разработанные в проектном
институте «Казмехаиобр» (г. Алма-Ата),
производительностью 5, 15 и 50 м3/ч,
принцип действия которых основан
на анодном растворении железного
скрапа при его контакте с более поло-
жительным элементом (кокс, медная
стружка) без наложения тока от внеш-
него источника.
ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ
ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО
ПРОИЗВОДСТВА
Классификация поточного произ-
водства. Гальваническое поточное
производство обладает совокупностью
Характерных признаков. По числу не-
зависимых параллельных направле-
ний движения обрабатываемых дета-
лен потоки делятся на одно- и много-
ручьевые. Многоручьевые потоки мо-
гут быть сходящимися, расходящи-
мися или комбинированными.
Основы организации
17
По характеру перемещения обраба-
тываемых деталей вдоль ручья потоки
подразделяются на прямые и ревер-
сивные.
В зависимости от размещения точек
ввода и вывода деталей потоки под-
разделяются на сквозные и замкну-
тые. В замкнутых потоках ввод в ли-
нию и вывод деталей из линии осу-
ществляются на одной и той же по-
зиции.
По числу одновременно обрабаты-
ваемых групп деталей потоки делятся
на однопредметные и многопредметные.
По степени непрерывности обра-
ботки заданных групп деталей потоки
подразделяются на непрерывные и
переменные.
В однопредметной непрерывно-по-
точной линии постоянно производится
гальваническое покрытие одного вида
и одной толщины на все обрабатывае-
мые детали.
В однопредметной переменно-поточ-
ной линии выполняется переналадка,
что позволяет поочередно произво-
дить нанесение покрытий разных тол-
щин или даже разных видов.
Переналадки в многопредметной пе-
ременно-поточной липин позволяют по-
очередно производить нанесение по-
крытий разных толщин и разных ви-
дов на разные группы деталей.
По характеру очередности обработ-
ки групп деталей в линии потоки де-
лятся на последовательные, парал-
лельные, параллельно-последователь-
ные. В автоматизированном гальвано-
производстве наибольшее распростра-
нение получили параллельно-последо-
вательные потоки.
Понятие «предмет» в поточном
гальваническом производстве. В по-
точном производстве гальванических
покрытий условное понятие «.предмет»
объединяет обрабатываемые детали с
перечисленными ниже общими орга-
низационными, технологическими и
конструктивными признаками:
вид покрытия;
число и последовательность опера-
ций в технологическом процессе;
продолжительность основных опе-
раций с заданными интервалами откло-
нений;
интенсивность операций;
размеры обрабатываемых деталей;
рассеивающая способность электро-
литов, определяющая межэлектродные
расстояния на ваннах;
тип применяемого технологического
спутника;
приоритет кассеты с обрабатывае-
мыми деталями;
«вес предмета» (под этим понимается
число однотипных кассет, обрабаты-
ваемых в одной партии).
Таким образом, понятие «предмет»
объединяет такие признаки группы
обрабатываемых деталей разных наи-
менований, которые позволяют осу-
ществить их технологическую обра-
ботку при одинаковых условиях без
каких-либо переналадок оборудова-
ния и изменения режимов работы ли-
нии или системы управления.
Классификация гальванических опе-
раций по организационным призна-
кам. В гальваническом производстве
каждый технологический процесс
можно разделить на три группы опе-
раций (рис. 4): х
А — подготовительные (предпро-
цесс);
Б — основные (ядро процесса);
В — заключительные (постпроцесс).
Каждая технологическая операция
выполняется на закрепленном за ней
месте — позиции-операции. Число
одноименных позиций-операций мо-
жет быть больше одной — имеет место
лимитирующая группа; операция в
таком случае называется лимитирую-
щей операцией. Длительность лими-
тирующей операции всегда больше
такта работы поточной гальванической
линии, работающей в циклическом ре-
жиме. Лимитирующими могут быть
все типы операций, однако, как прави-
ло, это относитси к основным опера-
циям — нанесению покрытий.
Операции группы Б могут быть
простыми или комплексными. К про-
стым относятся, например, операции
нанесения однослойных покрытий (с
последующей операцией улавливания
раствора, а также одной или двумя
промывочными — сопроводительными
операциями).' К комплекс1"' отно-
сятся, например, операции не’сетпгя-;
многослойных покрытий (с одной!иди I
несколькими сопроводительными one- f
рациями пбсле операции Наведения!
каждого слоя покрытия).
18
Гибкое безотходное автоматизированное производство
Рис. 4. Схема образования технологического процесса
Лимитирующие группы также мож-
но разделить на простые и комбини-
рованные. Простая лимитирующая
группа состоит из однотипных пози-
ций-операций. Комбинированная ли-
митирующая группа включает пози-
ции-операции (чаще всего группы Б)
нескольких разновидностей (простых
или комплексных).
В группах А, Б, В можно выделить
операции ведущие, сопроводительные
и универсальные.
Ведущая операция интенсивно из-
меняет состояние поверхности обраба-
тываемой детали (например, обезжи-
ривание, травление, нанесение по-
крытия). За ведущей, как правило,
следует сопроводительная операция.
Это такая операция, которая должна
выполняться без задержки и только
после своей ведущей (например, улав-
ливание).
Универсальные операции могут вы-
полняться после нескольких разных
ведущих операций (например, в много-
процессной АГЛ операция горячей
промывки — перед сушкой). Типовой
технологический модуль АГЛ целе-
сообразно комплектовать на базе ве-
дущей операции.
Классификация обрабатываемых де-
талей. Для определения расчетных
параметров гальванического производ-
ства необходимо провести анализ изде-
лий по технологическим, конструк-
тивным и организационным признакам.
Технологические признаки. Детали
следует разделить по видам покрытия
и разбить на группы, подгруппы и т. д.
в следующей последовательности: мате-
риал детали, толщина покрытия, сте-
пень блеска, шероховатость исходной
поверхности, степень загрязнения по-
верхности жирами перед началом обра-
ботки, степень стока рабочих раство-
ров с поверхности деталей.
На этапе технологического проекта
необходимо провести максимальную
унификацию технологических процес-
сов и отсеять нетехнологичные детали
(отсутствие мест крепления).
Конструктивные признаки. Дета-
ли следует разделить на габаритные
группы:
по длине, мм — 100, 200, 400, 800,
1600, 3200, 5000 и более;
по массе, кг — 0,1; 1,0; 10; 50; 100;
200; 400 и более;
по толщине, мм — 50, 100, 200,
400 и более;
Основа организации
19
по сложности конфигурации — про-
стые (плоские), средине и сложные
(коробчатые);
по способу крепления на техноло-
гическом спутнике — индивидуальные,
на простых подвесках, на сложных
подвесках со встроенным анодом, в
барабанах или корзинах.
На этапе технического проекта также
необходимо провести унификацию
групп технологических спутников. Не-
конструктивные детали (например, ко-
робчатые, громоздкие с глухими от-
верстиями) следует отсеять и пере-
вести на другие виды обработки.
Организационные признаки. Детали,
рассортированные по технологическим
и конструктивным признакам, обра-
зуют предметные группы, из которых
будет формироваться поточное произ-
водство. По каждой такой группе,
т. е. по каждому предмету, необходимо
подсчитать суммарную покрываемую
поверхность (м2) и массу (кг), а также
указать предполагаемую степень ста-
бильности производства по каждой
группе в перспективе на I—2—3—4—
5—10—15 лет.
Особенности организации одно-
предметных переменно-поточных ли-
ний. При рассмотрении традицион-
ного гальванического производства в
суточном и годовом фондах времени,
как правило, упускаются из внима-
ния внутр нсменные простои линий
(обеденные перерывы) и обслуживающе-
го персонала Тп. 0. Это время не влияет
на определение трудоемкости произ-
водства. Однако влияние простоев
Тп. о линий ощутимо сказывается на
организации производства.
При двухсменной работе в тради-
ционном гальваническом производстве
обеденные перерывы делят суточное
время работы АГЛ на четыре само-
стоятельных отрезка времени, в тече-
ние которых линия включается 4 раза.
Общая продолжительность этих вклю-
чений (рис. 5) равна:
Уст = Т си + ТСТ2 + ТCTJ + Уст '
I
Рис. S. Схемы использования суточного фонда времени:
/ — Гс — суточный фонд времени; Г1СМ, 7"2СМ — фонды времени первой и второй смен;
Гст — продолжительность включения АГЛ; Гт — продолжительность технологической
обработки предмета; Гр — такт выхода готовых «предметов»; Гэф — продолжительность
выдачи готовых «предметов» с тактом Гр-, Гп 0 — время обеденных перерывов; отрезки
На, еж, мп, фх — подготовительное время для пуска АГЛ; отрезки ед, лм, ту, шК. —
заключительное время после остановки АГЛ; отрезки ба, жэ, рс, цч — время стабильной
работы АГЛ (с загрузкой н выдачей готовых предметов), отрезки аг, ил, ст, чш — время
выдачи готовых предметов без загрузки АГЛ); // — режим безостановочной работы
АГЛ в две смены (отрезок времени ед эффективно используется для работы АГЛ в отличие
от схема /)1 Н — начало работы, К — конец работа
20
Гибкое безотходное автоматизированное производство
4. Число загрузок АГЛ
в последовательном режиме работы
^Т. О за смену ^СТ за сутки Число загрузок
ч за пол- смены за сутки
0,5 15,4 0,50 7 28
0,75 5 20
1,00 3 12
1,25 3 12
1,50 2 8
1,75 2 8
2,00 1 4
0,75 14,9 0,50 7 28
0,75 4 16
1,00 3 12
1,25 2 8
1,50 2 8
1,75 2 8
2,00 1 4
1,00 14,4 0,50 7 28
0,75 4 16
1,00 3 12
1,25 2 8
1,50 2 8
1,75 2 8
2,00 1 4
1,25 13,9 0,50 6 24
0,75 4 16
1,00 3 12
1,25 2 8
1,50 2 8
1,75 1 4
2,00 1 4
1,5 13,4 0,50 6 24
0,75 4 16
1,00 3 12
1,25 2 8
1,50 2 8
1,75 1 4
2,00 1 4
При единичной последовательной за-
грузке АГЛ кассетами с обрабатывае-
мыми деталями, т. е. при работе в та-
ком режиме, когда ТТ = Т-р, в табл. 4
указано число загрузок за полсмены и
за сутки в зависимости от продолжи-
тельности технологического процесса
(Гт) и технического обслуживания ли-
нии (Гт. 0). В этом случае число ва-
риантов применяемых технологических
процессов может достигать полного
числа загрузок за полсмены или за
сутки.
При последовательном режиме за-
грузки АГЛ достигается чрезвычайно
высокая «технологическая гибкость»
гальванического производства. Недо-
статком АГЛ, работающих в режиме
последовательной загрузки, является
пониженная в 4—8 раз производи-
тельность в сравнении с параллельно-
последовательными поточными ли-
ниями.
При параллельно-последовательной
загрузке АГЛ, когда линия выдает
готовую продукцию с тактом Тр Тт,
число загрузок за полсмены и за сутки
в зависимости от продолжительности
технологического процесса (Гт), от
продолжительности технического
обслуживания линии (Гт. 0) и от
такта работы (Гр) приведено в табл. 5.
Традиционные однопредметные АГЛ
параллельно-последовательного типа
обладают достаточно высокой «техно-
логической гибкостью»: за сутки мож-
но осуществить до четырех вариантов
технологических процессов гальвани-
ческой обработки деталей. Однако
в этих линиях недостаточно эффек-
тивно используется суточный фонд
времени. В табл. 6 показано измене-
ние коэффициента эффективного
использования суточного фонда вре-
мени Кн. эф = 0,294-0,77 в зависи-
мости от продолжительности техноло-
гического процесса (Тт), от продол-
жительности технического обслужива-
ния линии (Тт. 0) и внутрисменных
перерывов 0).
Такт работы АГЛ. При последова-
тельной загрузке АГЛ (рис. 6) выдача
готовой продукции будет произво-
диться с тактом, равным продолжи-
тельности технологического цикла:
Гр = Гт. Последовательная загруз-
ив позволяет обеспечить высокую гиб-
Основы организации
21
5. Число загрузок АГЛ (при работе в две смены)
с перерывами в параллельно-последовательном режиме
^Т. О за смеиу г. Т'эф за сутки Число загрузок при Тр, мин
за полсмены за сутки
ч 15 12 10 7,5 6 15 12 10 7,5 6
0,5 0,5 13,4 13 16 20 26 33 52 64 80 104 132
0,75 12,4 > 12 15 18 24 31 48 60 72 96 124
1,00 11,4 11 14 17 22 28 44 56 68 88 112
1,25 10,4 10 13 15 20 26 40 52 60 80 104
1,50 9,4 9 11 14 18 23 36 44 56 72 92
1,75 8,4 8 10 12 16 21 32 40 48 64 84
2,00 7,4 7 9 И 14 18 28 36 44 56 72
0,75 0,5 12,9 12 16 19 25 32 48 64 76 100 128
0,75 11,9 11 14 17 23 29 44 56 68 92 116
1,00 10,9 10 13 16 21 27 40 52 64 84 108
1,25 9,9 9 12 14 19 24 36 48 56 76 96
1,50 8,9 8 11 13 17 22 32 44 52 68 88
1,75 7,9 7 9 11 15 19 28 36 44 60 76
2,00 6,9 6 8 10 13 17 24 32 40 52 68
1,00 0,5 12,4 12 15 18 24 31 48 60 72 96 124
0,75 11,4 11 14 17 22 28 44 56 68 88 112
1,00 10,4 10 13 15 20 26 40 52 60 80 104
1,25 9,4 9 11 14 18 23 36 44 56 72 92
1,50 8,4 8 10 12 16 21 32 40 48 64 84
1,75 7,4 7 9 11 14 18 28 36 44 56 72
2,00 6,4 6 8 9 12 16 24 32 36 48 64
1,25 0,5 11,9 11 14 17 23 29 44 56 68 92 116
0,75 10,9 10 13 16 21 27 40 52 64 84 108
1,00 9,9 9 12 14 19 24 36 48 56 76 96
1,25 8,9 8 11 13 17 22 32 44 52 68 88
1,50 7,9 7 9 11 15 19 28 36 44 60 76
1,75 6,9 6 8 10 13 17 24 32 40 52 68
2,00 6,9 5 7 8 11 14 20 28 32 44 56
1,50 0,5 11,4 11 14 17 22 28 44 56 68 88 112
0,75 10,4 10 13 15 20 26 40 52 60 80 104
1,00 9,4 9 11 14 18 23 36 44 56 72 92
1,25 8,4 8 10 12 16 21 32 40 48 64 84
1,50 7,4 7 9 11 14 18 28 36 44 56 72
1,75 6,4 6 8 9 12 16 24 32 36 48 64
2,00 5,4 5 6 8 10 13 20 24 32 40 52
22
Гибкое безотходное автоматизированное производство
6. Коэффициент эффективного использовании суточного фонда времени АГЛ
при работе в две смены с перерывами в параллельио-последовательиом режиме
о за ^СТ за X 4 Гэф за Кц. эф
смеиу сутки сутки тп. о=о,б гп. о=0,75 ч; ТП. о=1.0 ч;
Т0=17,4ч ТО=17,9 ч 7О=18,4 ч
0,5 15,4 0,5 X 4 = 2,0 13,4 0,77 0,75 0,73
0,75 X 4 = 3,0 12,4 0,71 0,69 0,67
1,00 X 4= 4,0 11,4 0,65 0,64 0,62
1,25 X 4 = 5,0 10,4 0,60 0,58 0,56
1,50 X 4 = 6,0 9,4 0,54 0,52 0,51
1,75 X 4 = 7,0 8,4 0,48 0,47 0,46
2,0 X 4 = 8,0 7,4 0,43 0,41 0,40
0,75 14,9 0,5 X 4 = 2,0 12,9 0,74 0,72 0,70
0,75 X 4 = 3,0 11,9 0,68 0,67 0,65
1,0 X 4 = 4,0 10,9 0,62 0,61 0,59
1,25 X 4 = 5,0 9,9 0,57 0,55 0,54
1,50 X 4 = 6,0 8,9 0,51 0,50 0,48
1,75 X 4 = 7,0 7,9 0,45 0,44 0,43
2,00 X 4 = 8,0 6,9 0,40 0,39 0,37
1,00 14,4 0,5 X 4 = 2,0 12,4 0,71 0,69 0,67
0,75 X 4 = 3,0 11,4 0,65 0,64 0,62
1,00 X 4= 4,0 10,4 0,60 0,58 0,57
1,25 X 4 = 5,0 9,4 0,54 0,52 0,51
1,50 X 4 = 6,0 8,4 0,48 0,47 0,45
1,75 X 4 = 7,0 7,4 0,42 0,41 0,40
2,00 X 4 = 8,0 6,4 0,37 0,36 0,35
1,25 13,9 0,5 X 4 = 2,0 11,9 0,69 0,67 0,65
0,75 X 4 = 3,0 10,9 0,63 0,61 0,59
1,00 X 4 = 4,0 9,9 0,57 0,55 0,54
1,25 X 4 = 5,0 8,9 0,51 0,50 0,58
1,50 X 4 = 6,0 7,9 0,45 0,44 0,43
1,75 X 4 = 7,0 6,9 0,40 0,39 0,37
2,00 X 4 = 8,0 5,9 0,34 0,33 0,32
1,50 13,4 0,5 X 4 = 2,0 11,4 0,66 0,64 0,62
0,75 X 4 = 3,0 10,4 0,60 0,58 0,56
1,00 X 4 = 4,0 9,4 0,54 0,53 0,51
1,25 X 4 = 5,0 8,4 0,48 0,47 0,46
1,50 X 4 = 6,0 7,4 0,42 0,41 0,40
1,75 X 4 = 7,0 6,4 0,37 0,36 0,35
2,00 X 4 = 8,0 5,4 0,31 0,30 0,29
Основы организации
23
Рис. в. Схема последовательной загрузки ЛГЛ:
А, Б — предметы обработки; К. «= 14-8 — номера технологических операций; К. — 5 —
лимитирующая операция; Тц2 = Tv — технологический цикл (суммарная продол-
жительность всех операций)
кость АГЛ в ущерб их производитель-
ности. Поэтому для практики наиболь-
ший интерес представляют АГЛ с
параллельно-последовательной обра-
боткой, сочетающие высокую произ-
водительность с умеренной гибкостью.
Ограничивать (лимитировать) произ-
водительность АГЛ будет операция
с наибольшей длительностью обработ-
ки (рис. 7). Такая операция является
лимитирующей. Установив на лими-
тирующей операции позиции-дублеры,
можно сократить интервал времени
между выходами из АГЛ готовой про-
дукции, т. е. уменьшить Тр. Далее
будут всегда рассматриваться случаи
Тр < ТТ.
Увеличивая число позиций-дублеров
на лимитирующей операции (рис. 8),
можно существенно снизить Тр, т. е.
Рис. 7. Схема параллельно-последовательной загрузки АГЛ с перекрытием технологиче-
ских циклов:
К = l-h8 — номера позиций операций технологического цикла (Я « 5 — лимитирующая
операция); А/ — номера позиций; Тц( % — перекрытие технологических циклов А и В
24
Гибкое безотходное автоматизированное производство
Масштаб по шкале
бремени увеличен
д 4 раза
Распределение за л док
во бремени
сдернутого цикла
Рис. 8. Схема подцикла — «свернутого» технологического цикла (л) — и его цикло»
грамма (tf):
Гц с — Гр — продолжительность подцикла; К. = 1н-8 — номера позиций операций;
N -= 1-7-12 — номера позиций; ЛП1—ЛП4 — лимитирующие позиции; I и II — сече-
ния, где —1, —3 — холостые рейсы манипулятора; -|-2, -J-4 — рабочие рейсы манипу-
лятора
значительно повысить производитель-
ность АГЛ. Весь технологический цикл
обработки Тт = Гц делится отрезка-
ми Т-р -= ТП ц на подциклы. За пе-
риод подцикла происходят одна за-
грузка и одна разгрузка на каждой
операции, включая лимитирующую.
Позиции-дублеры лимитирующей
операции представляют собой группу
позиций-дублеров (в дальнейшем —
лимитирующую группу). За каждый
подцикл в лимитирующей группе осу-
ществляется только по одной загрузке
и разгрузке (рис. 9). Такт работы АГЛ
может быть постоянным или перемен-
ным, регламентированным (жестким)
или свободным.
Структура такта работы автомати-
ческой линии:
Гр = 2 ^в. н + Zj ^п. о +
+ 2 tn. р + to. г>
Е/в. н — суммарное время движе-
ния манипулятора по горизонтали впе-
ред-назад; Е/п. о - суммарное время
простоя манипулятора при подъеме и
опускании грузозахватов; Е ^п. р —
суммарное время простоя манипуля-
тора при первичной регенерации (сток
растворов); Е А>. г— суммарное вре-
мя простоя манипулятора с опущен-
ными грузозахватами (остановка с
опущенными грузозахватами).
Порядок обслуживания лимитиру-
ющих операций. Как отмечалось выше,
в течение одного подцикла обслужи-
вается только одна позиция лимити-
рующей группы (ЛГ). Порядок рабо-
ты по обслуживанию ЛГ устанавли-
вается в зависимости от заданных
значений продолжительности лимити-
рующей операции Тп, которая кратна
такту Тр работы АГЛ. На рис. 9 и 10
показаны два разных порядка рабо-
ты ?а. v лимитирующей группы из
Показатели производительности
25
К=5,Н=5,ЛЛ1
К-5,М-6,ЛЛ2
К=9,Н=7,ЛЛЗ
К-5,Л-в,ЛЛ9
М-6 М-7 М—в М-9
М-10 М-11 М-12 М-13
М-19
'лц2
’л/--1,2,3,9 ~ 1,2,3,9, - 1,
Рис. 9. Схема обслуживания лимитирующей группы:
М = 64-14 — номера подциклов полного техноло: ического цикла; ЛП1—ЛП4 — ли
матирующие позиции
Рис. 10. Схема обслуживания лимитирующей группы по сложному порядку
четырех позиций: простой и сложный
(комбинированный). Комбинированный
Рп г применяется в многопредметных
АГЛ.
Приоритеты обслуживания. В галь-
ваническом производстве выпуск про-
дукции осуществляется с учетом за-
данных приоритетов, т. е. устанавли-
вается расписание работы АГЛ с уче-
том производственной необходимости.
Рассмотрим классификацию приори-
тетов обслуживания (ПО). В постоян-
но-поточном производстве в однопред-
метных и многопредметных АГЛ дей-
ствует статический (постоянный) ПО.
Динамический ПО характерен для
перемеино-поточных АГЛ, осуще-
ствляется путем изменения Рл. г или
числа задействованных ЛП. Динами-
ческий ПО приводит к некоторому
снижению производительности АГЛ
в переходный период.
В зависимости от характера эконо-
мического подхода осуществляются
абсолютный и рациональный приори-
теты. Абсолютный ПО в отличие от
рационального приоритета не учиты-
вает экономических факторов при уста-
новлении расписания работы АГЛ.
Абсолютные динамические ПО сни-
жают эффективность работы АГЛ.
В зависимости от числа «предметов»,
на которые распространяется ПО,
приоритет может быть единичным и
групповым.
В зависимости от установленной
продолжительности действия ПО мо-
жет быть полным (на всю смену или
рабочий день) или периодическим.
Входной н выходной ПО определяют
порядок поступления в АГЛ и выхода
с нее готовых «предметов» соответ-
ственно.
ПОКАЗАТЕЛИ
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ
Производительность АГЛ оцени-
вается выпуском годных гальвани-
ческих покрытий в единицу времени:
26
Гибкое безотходное автоматизированное производство
7. Примерный график организации ППР для АГЛ системы ЕС УГАЛ
(при двухсменном режиме работы) (АГП- п. р = 0,87)
Месяц Продолжительность ППР (ч) в зависимости от варианта организации
1 2 3 4 6
Январь 82,0 114,8 16,4 16,4 16,4
Февраль 32,8 16,4 16,4 16,4 94,3
Март 32,8 16,4 16,4 16,4 16,4
Апрель 49,2 82,0 16,4 16,4 16,4
Май 32,8 16,4 16,4 172,2 94,3
Июнь 32,8 16,4 16,4 16,4 16,4
Июль 65,6 98,4 328 16,4 16,4
Август 32,8 16,4 16,4 172,2 94,3
Сентябрь 32,8 16,4 16,4 16,4 16,4
Октябрь 49,2 82,0 16,4 16,4 16,4
Ноябрь 32,8 16,4 16,4 16,4 94,3
Декабрь 32,8 16,4 16,4 16,4 16,4
Итого 508,4 508,4 508,4 508,4 508,4
м2/ч — для деталей, обработанных на
подвесках, и кг/ч — для деталей,
обработанных насыпью в барабанах
или корзинах.
В АГЛ готовая продукция выдается
порциями на технологических спут-
никах с кассетами для обрабатывае-
мых деталей (подвески, барабаны
и ДР-), через интервалы времени,
равные такту работы линии Ту.
Существуют три вида производитель-
ности АГЛ: номинальная, техническая
и фактическая.
Номинальная часовая производи-
тельность Пч указывается в паспор-
те АГЛ.
Техническая производительность
Пч. т представляет собой среднюю
производительность АГЛ за сутки с
учетом технических возможностей ли-
нии. Для традиционных АГЛ
Пц, т = ИД;
для безостановочных АГЛ
Пч. т = Кв. вфПч-
Фактическая часовая производи-
тельность Пч. ф представлиет собой
среднюю производительность АГЛ в
течение года с учетом технических воз-
можностей линии и уровня организа-
ции гальванического производства:
Hq, ф = Ко, 0ПЧ. J.
Для традиционных АГЛ
Пч. ф — Ко, оКт, цПч!
для безостановочных АГЛ
Пч, ф = Ко, оКв. эфП«,
где Ко. о — коэффициент общей орга-
низации производства.
В общем виде
Пч, ф — КИПЧ.
Удельный вес работы и простоев
различных видов характеризуется сле-
дующими коэффициентами.
1. Коэффициент Кц. п. р учета за-
трат времени на выполнение планово-
предупредительных ремонтов (ППР).
В зависимости от объема выполняемых
работ и периодичности их выполне-
ния ППР подразделяются на ежене-
дельные, ежемесячные, квартальные,
полугодовые и годовые. Возможные
варианты распределения фонда вре-
мени для выполнения ППР представ-
лены в табл. 7.
Показатели производительности
27
Особое внимание необходимо обра-
тить иа проведение еженедельных ППР
продолжительностью, в полсмены, ко-
торые выполняют после остановки
АГЛ иа выходные и праздничные
дни.
Для АГЛ системы ЕС УГАЛ можно
принимать Кп. п. р = 0,87.
2. Коэффициент Ат. 0 учета затрат
времени на выполнение ежедневного
технического обслуживания (ТО). Ои
зависит от сложности АГЛ и от объема
работ по наладке оборудования при
смене технологических процессов.
Ориентировочные фонды времени на
выполнение ТО приведены в табл. 8.
Для АГЛ принимается Ат 0 =
= 0,894-0,95.
Ббльшие значения Ат. 0 относятся
к линиям с одним роботом, имеющим
до четырех вариантов технологических
программ; меньшие значения отно-
сятся к линиям с тремя-четырьмя
роботами при большем числе про-
грамм.
3. Коэффициент Ат. п учета затрат
на запуск технологического процесса
в начале рабочего дня и после переры-
вов, остановок или переключений про-
грамм (для традиционных АГЛ). Вре-
мя на запуск АГЛ равно длительности
первого технологического процесса:
Тт = 0,54-2 ч.
Остановки линии иа периоды обе-
денных перерывов приводят к значи-
тельным потерям времени иа четыре
запуска в сутки (при двухсменной
работе).
Для традиционных АГЛ Ат п =
= 0,544-0,89.
Для АГЛ, работающих без остано-
вок регулярно в течение двух смен,
Ат. п = 0,894-0,95.
4. Коэффициент Ат. в технического
использования АГЛ
Ат. и = Ап. П. рАт. оАт. П*
Для традиционных АГЛ Ат в =
= 0,424-0,73.
Для безостановочных АГЛ системы
ЕС УГАЛ Ат. и = 0,694-0,78.
5. Коэффициент Аг. п выхода год-
ной продукции учитывает неиспра-
вимый (Аг. п. н) и исправимый (Ар. п. и)
брак:
Аг. П = Аг. П. нАг. п. и-
С учетом Аг. п. н следует увеличи-
вать число направляемых на гальва-
нические покрытия деталей из пред-
шествующих цехов.
Аг. п. и характеризует дополнитель-
ные затраты химикатов иа снятие
бракованных покрытий и на допол-
нительные покрытия для исправления
брака.
Ориентировочно Аг. п = 0,874-0,98.
Этот коэффициент не нормируется.
В каждом конкретном случае его сле-
дует устанавливать для вариантов
покрытий с учетом качества приме-
няемых химикатов, технических воз-
можностей осуществления требуемой
технологической дисциплины, стабиль-
8. Ориентировочная продолжительность ежедневного
технического обслуживания ТТ, 0 гальванической линии, ч
Число роботов в линии Число изменений программ управления линией (за смену)
1 2 — 4 8—8 9 — 16 17—24 Св. 24
1 0,25 0,5 0,75 1,00 1,25 1,5
2 0,5 0,75 1,00 1,25 1,50 2,00
3 0,75 1,00 1,25 1,50 1,50 2,00
4 1,00 1,25 1,50 1,50 2,00 2,50
Св. 4 1,25 1,50 1,50 2,00 2,00 2,50
28
Гибкое безотходное автоматизированное производство
ности качества поверхности деталей,
поступающих на обработку из пред-
шествующих цехов. Меньшие значе-
ния коэффициента характерны для
первого года эксплуатации АГЛ.
6. Коэффициент Ко. п учета орга-
низационных потерь зависит от про-
стоев, вызванных временным отсут-
ствием необходимых энергетических
ресурсов, химикатов, запасных ча-
стей для АГЛ, а также временным
отсутствием обслуживающего персо-
нала или задержками поступления
деталей.
Ориентировочно Ко. п — 0,854-0,95
и принимается по статистическим дан-
ным для каждого конкретного слу-
чая.
7. Коэффициент Ко. о общей орга-
низации производства
Ко. о = Кг. ПКо. П -= 0,74 4- 0,93.
8. Коэффициент Кя. 8ф эффективно-
го использования суточного фонда
времени АГЛ, работающих в режиме
безостановочных многопредметных по-
точных линий (применяют вместо Кг. и
для традиционных линий).
9. Коэффициент Кп учета исполь-
зования годового фонда времени АГЛ.
Для традиционных АГЛ
кя = Кг. яКо. О -= 0,31 4- 0,68;
для ЕС УГАЛ
Кя = Ки. вфКо. б = 0,53 4- 0,85.
Средний баланс затрат фонда вре-
мени безостановочных АГЛ представ-
лен на рнс. 5 (схема II).
Производительность АГЛ следует
рассчитывать, исходя из заданных
конкретных значений параметров Тс,
7\, 'I'ct* Гг. о, Тп. п. р, Гр, а также
размеров единовременных загрузок.
Расчеты с использованием различ-
ных коэффициентов целесообразно про-
водить на стадиях разработки техни-
ческого задания, технического проек-
та, кроме рабочего проекта.
В миогопредметном производстве для
ускорения расчетов можно пользовать-
ся приведенным временем Тт. т дли-
тельностей локальных технологиче-
ских циклов Тт(:
т ____ VT Т Пг(
?| 1 Ti -J=j— ,
Г=1 11г
где Пг и Пг(- — общая и локальная го-
довая программа покрытий для дан-
ной линии соответственно.
Номинальную часовую производи-
тельность АГЛ целесообразно выби-
рать из нормального ряда значений Пч,
м2/ч: 1,0; 1,12; 1,25; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0;
2,24; 2,50; 2,80; 3,15; 3,60; 4,0; 4,50;
5,0; 5,6; 6,3; 7,1; 8,0; 9,0; 10,0; 11,2;
12,5; 14,0; 16,0; 18,0; 20,0; 22,4; 25,0;
28,0; 31,5; 36,0; 40,0; 45,0; 50,0; 56,0;
63,0; 71,0; 80; 90; 100; 112; 125; 140;
160; 180; 200.
Значение Пч обеспечивается разме-
ром единовременной загрузки и так-
том Гр работы АГЛ.
Единовременная загрузка ванн по-
крытий при обработке деталей на
подвесках приведена в табл. 9, при
обработке деталей в барабанах — в
табл. 10.
10. Коэффициент использования
подвески Ка или барабана Кп. б
представляет собой отношение катод-
ной (анодной) поверхности обрабаты-
ваемых деталей к двусторонней пло-
щади листа, ограниченного контура-
ми рамки подвески с деталями.
При хромировании, никелировании,
меднении Кп = 0,4 (0,354-0,45);
при цинковании, оловянироваиин
Кп = 0,63 (0,504-0,71);
при химических покрытиях и ано-
дировании алюминия Кл= 1,0(0,94-
1,25).
При обработке мелких деталей в
одинарных двойных барабанах или
корзинах Кп. б = 0,94-6,3.
Значение Кп g, по существу, пока-
зывает, во сколько раз загрузка ба-
рабана превышает загрузку на под-
весках.
При проектировании АГЛ таблич-
ную загрузку следует умножать на
поправочный (ведомственный) коэф-
фициент Кв = 0,754-1,5, который уста-
навливается в каждом конкретном
случае в зависимости от местных усло-
вий с учетом экспериментов и уточ-
ненных математических моделей галь-
Показатели производительности
29
9. Единовременная загрузка ванн нанесении покрытий
при обработке деталей на подвесках, м2
Внутренние размеры ванны, мм Однорядная загрузка при КП Двухрядная загрузка при Кп
Длина Ширина Высока 0,4 0,63 . 1,0 0,4 0,63 1,0
500, 630, 800 0,40 0,63 1,00 0,80 1,25 2,00
1000 800 илн 1000 0,50 0,80 1,25 1,00 1,60 2,50
1000 1250 0,63 1,00 1,60 1,25 2,00 3,15
500 , 630, 800 0,50 0,80 1,25 1,00 1,60 2,50
1250 800, 1000 1000 0,63 1,00 1,60 1,25 2,00 3,15
или 1250 1250 0,80 1,25 2,00 1,60 2,50 4,00
1600 1,00 1,60 2,50 2,00 3,15 5,00
500, 630, 800 0,63 1,00 1,60 1,25 2,00 3,15
1600 800, 1000 1000 0,80 1,25 2,00 1,60 2,50 4,00
или 1250 1250 1,00 1,60 2,50 2,00 3,15 5,00
1600 1,25 2,00 3,15 2,50 4,00 6,30
630, 800, 1000 или 1250 1000 1,00 1,60 2,50 2,00 3,15 5,00
2000 1250 1600 1,25 1,60 2,00 2,50 3,15 4,00 2,50 3,15 4,00 5,00 6,30 8,00
2000 2,24 3,60 5,60 4,50 7,10 11,20
630, 800, 1250 1,60 2,50 4,00 3,15 5,00 8,00
2500 1000 или 1600 2,24 3,60 5,60 4,50 6,80 11,00
1250 2000 2,80 4,50 7,10 5,60 9,00 14,20
630 , 800, 1250 2,24 3,60 5,60 4,50 7,10 11,20
3150 1000, 1250 1600 2,80 4,50 7,10 5,60 9,00 14,00
нли 1600 2000 3,60 5,60 9,00 7,10 11,20 18,00
4000 630, 800, 1000, 1250 илн 1600 1600 2000 3,60 4,50 5,60 7,10 9,00 11,20 7,10 9,00 11,20 14,00 18,00 22,40
30
Гибкое безотходное автоматизированное производство
10. Единовременная загрузка ванны покрытия при обработке деталей
в барабанах
Внутренние размеры ванны, мм Средний диа- метр бараба- на *, мм чэ Едино- временная загрузка Внутренние размеры ванны, мм Средний диа- метр бараба- на *, мм ю Едино- временная загрузка
Длина | Ширина Высота м1 КГ Длина Ширина Высота м1 КГ
1000 800 800 200 0,9 0,9 9 2000 1000 1250 300Д 2,5 8,0 80
800 1000 200Д 1,25 1,8 18 1000 1000 400 2,5 7,2 72
1000 800 300 2,00 2,0 20 1000 1600 400Д 3,6 14,4 144
1000 1250 300Д 2,50 4,0 40 1250 1000 500 4,5 12,5 125
1000 1000 400 2,2 3,8 38 1250 1600 500Д 6,3 25,0 250
1250 800 800 800 1000 200 200Д 0,9 1,25 1,1 2,2 11 22 1250 1250 1250 2000 600 600Д 5,6 6,3 18,0 36,0 180 360
1000 1000 1000 1000 1250 1250 800 1250 1000 1600 1000 1600 300 300Д 400 400Д 500 500Д 2,0 2,5 2,2 3,2 4,5 6,3 2,5 5,0 4,0 8,0 8,0 15,4 25 50 40 80 80 154 2500 1000 1000 1250 1250 1250 1250 1600 1600 1250 2000 300 400 500Д 600 600Д 2,5 3,6 6,3 5,6 6,3 10,0 18,0 32,0 22,4 45,0 100 180 320 224 450
1250 1250 600 5,6 11,2 112 3150 1000 1250 300 2,5 12,5 125
1600 800 800 200 0,9 1,4 14 1000 1600 400Д 3,6 22,4 224
800 1000 200Д 1,25 2,8 28 1250 1600 500Д 6,3 40,0 400
юоо 800 300 2,0 3,2 32 1250 1250 600 5,6 28,0 280
1000 1250 300Д 2,5 6,3 63 1250 2000 600Д 6,3 56,0 560
1000 1000 400 2,5 5,7 57
1000 1600 400Д 3,6 11,4 114 4000 1000 1600 400Д 3,6 28,0 280
1250 1000 500 4,5 10,0 100 1250 1600 500Д 6,3 50,0 500
1250 1600 500Д 6,3 20,0 200 1250 2000 600 6,3 72,0 720
1250 1250 600 5,6 14,4 144
* Д- двойной барабан.
ванических операций. В общем слу-
чае Ав = 1,0.
Наиболее характерные значения так-
тов Тр работы АГЛ представлены в
табл. 11.
Заданный такт Тр работы АГЛ обе-
спечивается роботами-маиипулятора-
ми, число которых для каждого пря-
молинейного ряда ванн или техно-
логического модуля в зависимости от
числа технологических операций в мо-
дуле приведено в табл. 12.
Заданная продолжительность основ-
ных лимитирующих операций АГЛ
обеспечивается необходимым числом
ваии в зависимости от такта
(табл. 13).
Число загрузок АГЛ для миого-
предметных линий при двухсменной
работе в зависимости от Гц. о» Тт. о>
Гт, Тр (табл. 14).
Выбор размеров ваии по длине и
высоте в зависимости от требуемой
производительности подвесочных и ба-
рабанных АГЛ с учетом размера еди-
новременной загрузки, такта работы
Тр, вида покрытия Ап производится
по табл. 15 и 16.
Показателя производительности
31
11. Характерные значения тактов Тр работы для АГЛ системы ЕС УГАЛ
с допусками на Тр, мин
ГР Допуск ГР Допуек ГР Допуск
2,5; 2,7 0,05 6,0; 6,3; 6,7 0,25 12,0 0,50
3,0; 3,5; 3,7 0,10 7,5 0,30 13,5 0,55
4,0; 4,3; 4,7 0,15 8,5 0,35 15,0 0,60
5,0; 5,3; 5,7 0,20 9,5 0,40 17,0 0,65
10,5 0,45 20,0 0,70
12. Число манипуляторов для обслуживания одного прямолинейного ряде
(участка или одного модуля) ванн в зависимости от числа операций
в этом ряду и такта Тр работы АГЛ системы ЕС УГАЛ
Гр, мии Число операций в одном прямолинейном ряду (на участке нли в модуле)
3 4 5 6 7 1 8 | 9 10 11 12 13 14 15 16 17
2,5±0,05 2
2,7±0,05 2
3,0±0,10 1 2
3,5±0,10 1 2 2 3
3,7±0,10 1 2 2 3
4,3±0,15 1 1 2 2 3
4,7±0,15 1 1 2 2 2 3 __ .
5,3±0,20 1 1 1 2 2 2 3 3
5,7±0,20 1 1 1 2 2 2 2 3 3
6,0±0,25 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 .
6,3±0,25 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3
6,7±0,25 1 1 1 1 2 2 2 2 2 3 3 3 4 .
7,5±0,30 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 3 4
8,5±0,35 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 3 3 3 3
9,5±0,40 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2
Ю,5±0,45 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2
12,0±0,50 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2
13,5±0,55 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2
15,0±0,60 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2
17,0±0,65 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
13, Число позиций в лимитирующей группе ваии (в модуле) в зависимости от такта TV и продолжительности
лимитирующей операции
Продолжительность лимитирующей операции в модуле (в одном ряду вани). мин
Гр, мвн ю О ю О СО со О СО О О СО со L.O
сч СО со тГ 1О 1О 1О со о со со 00 О — сч СО ю со сч ю сч О со О О ю О «о
2,5 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 5 5 5 6 7 8 9 10
3,0 1 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 5 5 5 6 7 7 8 9 10
3,5 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 6 6 7 9 __
4,0 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 4 4 4 4 5 5 6 7 8 10
4,33 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 4 4 4 4 5 5 6 7 10 — —
4,67 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 . 3 4 4 4 4 4 6 7 9 -
5,00 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 4 4 5 6 6 8 10
5,33 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 5 5 5 6 8 10
5,67 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 4 4 5 6 7 9
6,00 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 4 5 5 7 9 10
6,33 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 5 5 7 8 10
6,67 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 4 5 6 8 9
6,75 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 4 5 6 8 9
7,00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 4 5 6 8 9
8,00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 4 4 5 7 8
9,00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 4 5 6 7
10,00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 4 5 6
11,00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 4 5 6
12,00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 3 3 4 5 5
13,00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 3 4 4 5
14,00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 3 3 4 5
15,00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 3 4 4
16,00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 3 4 4
18,00 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 4
20,00 1 1 1 1 1 1 I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3
Гибкое безотходное автоматизированное производство
Показатели производительности
33
14. Число загрузок АГЛ за сутки в различных режимах
миогопредметного потока (двухсменная работа)
О Ьч О Тст ва сутки •е- ^и. эф Число загрузок при Тр, мки, в режиме потока
непрерывного переменного
Ч 12 9,5 7,5 6 3 12 9,5 7,5 6 3
Т'п. о 0,5 ч
0,5 16,4 0,50 15,90 0,91 79 100 127 159 318 75 95 121 151 303
0,75 15,65 0,90 78 99 125 156 313 74 94 119 148 296
1,00 15,40 0,89 77 97 123 154 308 73 92 117 146 293
1,25 15,15 0,87 75 95 121 151 303 71 90 115 143 288
1,50 14,90 0,86 74 94 119 149 298 70 89 113 141 283
1,75 14,65 0,84 73 92 117 146 293 69 87 111 138 278
2,00 14,40 0,83 72 91 115 144 288 68 86 109 136 273
0,75 15,9 0,50 15,40 0,89 77 97 123 154 308 73 92 117 146 293
0,75 15,15 0,87 75 95 121 151 303 71 90 115 143 288
1,00 14,90 0,86 74 94 119 149 298 70 89 113 141 283
1,25 14,65 0,84 73 92 117 146 293 69 87 111 138 278
1,50 14,40 0,83 72 91 115 144 288 68 86 109 136 273
1,75 14,15 0,81 70 88 113 141 283 66 83 107 133 268
2,00 13,90 0,80 69 87 111 138 278 65 82 105 132 263
1,0 15,4 0,50 14,90 0,86 74 94 119 149 298 70 89 ИЗ 141 283
0,75 14,65 0,84 73 92 117 146 293 69 87 111 138 278
1,00 14,40 0,83 72 91 115 144 288 68 86 109 136 273
1,25 14,15 0,81 70 88 113 141 283 66 83 107 133 268
17,4 1,50 13,90 0,80 69 87 111 138 278 65 82 105 132 263
1,75 13,65 0,79 68 86 109 136 273 64 81 103 128 258
2,00 13,40 0,77 67 84 107 134 268 63 79 101 126 253
1,25 14,9 0,50 14,40 0,83 72 91 115 144 288 68 86 109 136 273
0,75 14,15 0,81 70 88 ИЗ 141 283 66 83 107 133 268
1,00 13,90 0,80 69 87 111 138 278 65 82 105 132 263
1,25 13,65 0,79 68 86 109 136 273 64 81 103 128 258
1,50 13,40 0,77 67 84 107 134 268 63 79 101 126 253
1,75 13,15 0,76 65 83 105 131 263 61 78 99 123 248
2,00 12,90 0,74 64 81 103 128 258 59 76 97 120 243
1,50 14,4 0,50 13,90 0,80 69 87 111 138 278 65 82 105 132 263
0,75 13,65 0,79 68 86 109 136 273 64 81 103 128 258
1,00 13,40 0,77 67 84 107 134 268 63 79 101 126 253
1,25 13,15 0,76 65 83 105 131 263 61 78 99 123 248
1,50 12,90 0,74 64 81 103 128 258 60 76 97 120 243
1,75 12,65 0,73 63 80 101 126 253 59 75 95 118 238
2,00 12,40 0,72 62 78 99 124 248 58 73 93 116 233
2 П/р В. Л. 3y64eHKoJ
34
Гибкое безотходное автоматизированное производство
Продолжение табл. 14
О Ьч О гст sa сутки СП Ьч эф Число загрузок при Гр, мин, в режиме потока
непрерывного переменного
Ч 12 9,5 7,5 6 з 12 9,5 7,5 6 3
Т'п. О = 0,75 ч
0,5 16,9 0,50 16,40 0,91 82 103 131 164 328 78 98 125 156 313
0,75 16,15 0,90 80 102 129 161 323 76 97 123 153 308
1,00 15,90 0,89 79 100 127 159 318 75 95 121 151 303
1,25 15,65 0,87 78 99 125 156 313 74 94 119 148 298
1,50 15,40 0,86 77 97 123 154 308 73 92 117 146 293
1,75 15,15 0,85 75 95 121 151 303 71 90 115 143 288
2,00 14,90 0,83 74 94 119 149 298 70 89 113 141 283
0,75 16,4 0,50 15,90 0,89 79 100 127 159 318 75 95 121 151 303
0,75 15,65 0,87 78 99 125 156 313 74 94 119 148 298
1,00 15,40 0,86 77 97 123 154 308 73 92 117 146 293
1,25 15,15 0,85 75 95 121 151 303 71 90 115 143 288
1,50 14,90 0,83 74 94 119 149 298 70 89 113 141 283
1,75 14,65 0,82 73 92 117 146 293 69 87 111 138 278
2,00 14,40 0,81 72 91 115 144 288 68 86 109 136 273
1,00 15,9 0,50 15,40 0,86 77 97 123 154 308 73 92 117 146 293
0,75 15,15 0,85 75 95 121 151 303 71 90 115 143 288
1,00 14,90 0,83 74 94 119 149 298 70 89 113 141 283
17,9 1,25 14,65 0,82 73 92 117 146 293 69 87 111 138 278
1,50 14,40 0,81 72 91 115 144 288 68 86 109 136 273
1,75 14,15 0,79 70 88 113 141 283 66 83 107 133 268
2,00 13,90 0,77 69 87 111 138 278 65 82 105 132 263
1,25 15,4 0,50 14,90 0,83 74 94 119 149 298 70 89 113 141 283
0,75 14,65 0,82 73 92 117 146 293 69 87 111 138 278
1,00 14,40 0,81 72 91 115 144 288 68 86 109 136 273
1,25 14,15 0,79 70 88 113 141 283 66 83 107 133 268
1,50 13,90 0,77 69 87 111 138 278 65 82 105 132 263
1,75 13,65 0,76 68 86 109 136 273 64 81 103 128 258
2,00 13,40 0,75 67 84 107 134 268 63 79 101 126 253
1,50 14,9 0,50 14,40 0,81 72 91 115 144 288 68 86 109 136 273
0,75 14,15 0,79 70 88 113 141 283 66 83 107 133 268
1,00 13,90 0,77 69 87 111 138 278 65 82 105 132 263
1,25 13,65 0,76 68 86 109 136 273 64 81 103 128 258
1,50 13,40 0,75 67 84 107 134 268 63 79 101 126 253
1,75 13,15 0,73 65 83 105 131 263 61 78 99 123 248
2,00 12,90 0,72 64 81 103 128 258 59 76 97 120 —£ 243
Показатели производительности
35
Продолжение табл. 14
О Ex’ Ьч I гст аа сутки Ьч Я Ьч ^и. эф Число загрузок при мин, в режиме потока
непрерывного переменного
ч 12 9,5 7,5 6 3 12 9,5 7,5 6 3
Т’п. о = 1,0 ч
0,50 17,4 0,50 16,90 0,92 84 106 135 169 338 80 101 129 161 323
0,75 16,65 0,90 83 104 133 166 333 79 99 127 158 318
1,00 16,40 0,89 82 103 131 164 328 78 98 125 156 313
1,25 16,15 0,88 80 102 129 161 323 76 97 123 153 308
1,50 15,90 0,86 79 100 127 159 318 75 95 121 151 303
1,75 15,65 0,85 78 99 125 156 313 74 94 119 148 298
2,00 15,40 0,84 77 97 123 154 308 73 92 117 146 293
0,75 16,9 0,50 16,40 0,89 82 103 131 164 328 78 98 125 156 313
0,75 16,15 0,88 80 102 129 161 323 76 97 123 153 308
1,00 15,90 0,86 79 100 127 159 318 75 95 121 151 303
1,25 15,65 0,85 78 99 125 156 313 74 94 119 148 298
1,50 15,40 0,84 77 97 123 154 308 73 92 117 146 293
1,75 15,15 0,82 75 95 121 151 303 71 90 115 143 288
2,00 14,90 0,81 74 94 119 149 298 70 89 113 141 283
1,00 16,4 0,50 15,90 0,86 79 100 127 159 318 75 95 121 151 303
0,75 15,65 0,85 78 99 125 156 313 74 94 119 148 298
1,00 15,40 0,84 77 97 123 154 308 73 92 117 146 293
18,4 1,25 15,15 0,82 75 95 121 151 303 71 90 115 143 288
1,50 14,90 0,81 74 94 119 149 298 70 89 113 141 283
1,75 14,65 0,79 73 92 117 146 293 69 87 111 138 278
2,00 14,40 0,78 72 91 115 144 288 68 86 109 136 273
1,25 15,9 0,50 15,40 0,84 77 97 123 154 308 73 92 117 146 293
0,75 15,15 0,82 75 95 121 151 303 71 90 115 143 288
1,00 14,90 0,81 74 94 119 149 298 70 89 113 141 283
1,25 14,65 0,79 73 92 117 146 293 69 87 111 138 278
1,50 14,40 0,78 72 91 115 144 288 68 86 109 136 273
1,75 14,15 0,77 70 88 113 141 283 66 83 107 133 268
2,00 13,90 0,75 69 87 111 138 278 65 82 105 132 263
1,5 15,4 0,50 14,9 0,81 74 94 119 149 298 70 89 ИЗ 141 283
0,75 14,65 0,79 73 92 117 146 293 69 87 111 138 278
1,00 14,40 0,78 72 91 115 144 288 68 86 109 136 273
1,25 14,15 0,77 70 88 113 141 283 66 83 107 133 268
1,50 13,90 0,75 69 87 111 138 278 65 82 105 132 263
1,75 13,65 0,74 68 86 109 136 273 64 81 103 128 258
2,00 13,40 0,72 67 84 107 134 268 63 79 101 126 253
2*
36
Гибкое безотходное автоматизированное производство
15. Производительность АГЛ
пч, м2/ч Единовременная загрузка *, м8 Тр, мик «п Размеры ванн (длина X высота), мм
0,4/0,8 0,5/1,0 6 7,5 0,4 0,63 1000X800 1000Х 1000 1250X800
0,63/1,25 9,5 0,4 0,63 1000Х 1250 1250Х 1000 1600Х 800 1000X800
4/8 0,8/1,6 12 0,4 0,63 1250X 1250 1600Х 1000 1000Х 1000 1250X800
1,0/2,0 15 0,4 0,63 1,0 1250Х 1600 1600Х 1250 2000X1000 1000Х 1250 1250Х 1000 1600X800 1000X800
1,25/2,5 19 0,4 0,63 1,0 1600Х 1600 2000X1250 1250Х 1250 1600Х 1000 1000Х 1000
0,4/0,8 0,5/1,0 4,8 6,0 0,4 0,63 1000Х 800 1000Х 1000 1250X800
5/10 0,63/1,25 7,5 0,4 0,63 1000Х 1250 1250Х 1000 1600Х 800 1000X800
0,8/1,6 9,5 0,4 0,63 1250Х 1250 1600Х 1000 1000Х 1000
Показатели производительности
37
Продолжение табл. 15
пч, м’/ч Едийовременная загрузка *, м2 Тр, нии «п Размеры ванн (длина X высота), мм
1,0/2,0 12 0,4 0,63 1,0 1250Х 1600 1600Х 1250 2000Х 1000 1000Х 1250 1250Х 1000 1600X800 1000Х 800
5/10 1,25/2,5 г 15 0,4 0,63 1,0 1600Х 1600 2000Х 1250 1250Х 1250 1600Х 1000 1000Х 1000 1250X800
1,6/3,15 19 0,4 0,63 1,0 2000Х 1600 2500Х 1250 1250Х 1600 1600Х 1250 2000X1000 1000Х 1250 1250Х 1000 1600X 800
0,4/0,8 3,8 0,4 1000Х 800
0,5/1,0 4,8 0,4 1000x1000 1250Х 800
0,63/1,25 6 0,4 0,63 1000Х 1250 1250Х 1000 1600X800 1000Х 800
6,3/12,5 0,8/1,6 7,5 0,4 0,63 1250X1250 1600Х 1000 1000Х 1000 1250X800
1,0/2,0 9,5 0,4 0,63 1,0 1250Х 1600 1600Х 1250 2000Х 1000 1000Х 1250 1250Х 1000 1600Х 800 1000Х 800
38
Гибкое безотходное автоматизированное производство
Продолжение табл. 15
пч, и’/’ Единовременная загрузка *, м3 Тр, нив Размеры ванн (длина X высота), мм
1,25/2,5 12 0,4 0,63 1,0 1600Х 1600 2000X1250 3450Х 1000 1250Х 1250 1600Х 1000 1000Х 1000 1250Х 800
6,3/12,5 1,6/3,15 15 0,4 0,63 1,0 2000X1600 2500Х 1250 3450Х 1000 1250Х 1600 1600Х 1250 2000Х 1000 1000Х 1250 1250Х 1000 1600Х 800
0,4/0,8 3 0,4 1000Х 800
0,5/1,0 3,7 0,4 1000Х 1000 1250X800
0,63/1,25 4,7 0,4 1000Х 1250 1250Х 1000 1600X 800
8/16 0,8/1,6 6,0 0,4 0,63 1250Х 1250 1600Х 1000 1000Х 1000 1250Х 800
1,0/2,0 7,5 0,4 0,63 1,00 1250Х 1600 1600Х 1250 2000Х 1000 1000Х 1250 1250Х 1000 1600Х 800 1000Х 800
1,25/2,5 9,5 0,4 0,63 1,00 2000Х 1250 1250Х 1250 1600Х 1000 1000Х 1000 1250Х 800
Показатели производительности
39
Продолжение табл. 15
Пч, м2/ч Единовременная загрузка ♦, ма Тр, мин «п Размеры ваии (длина X высота), мм
8/16 1,6/3,15 12 0,4 0,63 1,0 2000X1600 2500Х 1250 1250Х 1600 1600Х 1250 2000Х 1000 1000Х 1250 1250Х 1000 1600Х 800
2,24/4,5 17 0,4 0,63 1,0 2000Х 2000 2500Х 1600 3150Х 1250 2000Х 1600 2500Х 1250 1250Х 1600
0,4/0,8 2,4 0,4 1000X800
0,5/1,0 3,0 0,4 1000Х 1000 1250X800
0,63/1,25 3,7 0,4 0,63 1000X1250 1250X1000 1600Х 800 1000Х 800
10/20 0,8/1,6 4,8 0,4 0,63 1250Х 1250 1600X1000 1000Х юоо
1,0/2,0 6,0 0,4 0,63 1,00 1250Х 1600 1600X1250 2000Х 1000 1000Х 1250 1250X 1000 1600X800 1000Х 800
1,25/2,5 7,5 0,4 0,63 1,00 1600Х 1600 2000Х 1250 1250X 1250 1600Х 1000 1000Х 1000 1250X800
40
Гибкое безотходное автоматизированное производство
Продолжение табл. 15
пч, м’/ч Единовременная загрузка •» ма Гр, мин ка Размеры ваии (длина X высота), мм
10/20 1,6/3,15 9,5 0,4 0,63 1,00 2000X1600 2500Х 1250 1250Х 1600 1600Х 1250 1200Х 1000 1000Х1250 1250Х ЮОО
2,24/4,5 13,5 0,4 0,63 1.0 2000X2000 2500Х 1600 3150Х 1250 2000Х 1600 2500Х 1250 1250Х 1600 1600Х 1250 2000Х 1000
2,8/5,6 17 0,4 0,63 1.0 2500X2000 3150Х 1600 2000X1600 2500Х 1250 1600Х 1250 2000Х 1000
12,5/25 0,5/1,0 2,4 0,4 1000Х 1000 1250X800
0,63/1,25 3,0 0,4 0,63 1000Х 1250 1250Х ЮОО 1600X800 1000X800
0,8/1,6 3,7 0,4 0,63 1250Х 1250 1600Х ЮОО 1000Х 1000 1250X800
1,0/2,0 4,8 0,4 0,63 1,0 1250Х 1600 1600Х 1250 2000Х ЮОО 1000Х 1250 1250Х ЮОО 1600X800 1000Х 800
Показатели производительности
41
Продолжение табл. 15
Пч, м«/ч Единовременная вагрузка *, м* Тр, мин Размеры ванн (длинах высота)» мм
1,25/2,5 6,0 0,4 0,63 1,0 1600Х1600 2000Х 1250 1250Х 1250 1600Х 1000 1000Х юоо 1250X800
1,6/3,15 7.5 0,4 0,63 1.0 2000Х 1600 2500Х 1250 1250Х 1600 1600Х 1250 2000Х ЮОО 1000Х 1250 1250Х 1000 1600X800
12,5/25 2,24/4,5 10,7 0,4 0,63 1,0 2000X2000 2500Х 1600 3150Х 1250 2000Х 1600 2500Х 1250 1250Х 1600 1600Х 1250 2000Х 1000
2,8/5,6 13,5 0,4 0,63 1,0 2500X2000 3150Х 1600 2000Х 1600 2500Х 1250 1250Х 1600 1600Х 1250 2000Х 1000
3,6/7,1 17 0,4 0,63 1,0 3150X2000 4000Х 1600 2000X2000 2500X1600 3150X 1250 2000Х 1600 2500Х 1250
16/31,5 0,63/1,25 2,4 0,4 0,63 1000Х 1250 1250Х 1000 1600X800 1000X800
42
Гибкое безотходное автоматизированное производство
Продолжение табл. 15
пч, м’/ч Единовременная загрузка *, ма Гр, мин Размеры ванн (длина X высота), мм
0,8/1,6 3,0 0,4 0,63 1250Х 1250 1600Х 1000 1000Х 1000 1250X800
1,0/2,0 3,7 0,4 0,63 1,00 1250Х 1600 1600Х 1250 2000Х 1000 1000Х 1250 1250Х 1000 1600Х 800 1000X800
1,25/2,5 4,7 0,4 0,63 1,00 1600Х 1600 2000X1250 1250Х 1250 1600Х 1000 1000Х 1000 1250X800
16/31,5 1,6/3,15 6,0 0,4 0,63 1,00 2000X1600 2500Х 1250 1250Х 1600 1600Х 1250 2000X 1000 1000Х 1250 1250Х 1000 1600X800
2,24/4,5 8,4 0,4 0,63 1,00 2000X2000 2500Х 1600 3150Х 1250 2000X1600 2500Х 1250 1250Х 1600 1600Х 1250 2000X1000
2,8/5,6 10,5 0,4 0,63 1,00 2500X2000 3150Х 1600 2000X1600 2500Х 1250 1250Х 1600 1600X2500 2000X1000
Показатели производительности
43
Продолжение табл. 15
пч, м*/ч Единовременная загрузка *, м2 Тр, мин Размеры ванн (длина X высота), мм
16/31,5 3,6/7,1 13,5 0,4 0,63 1,00 3150X2000 4000X1600 2000X2000 2500Х 1600 3150X1250 2000Х 1600 2500Х 1250
4,0/8,0 15 0,4 0,63 1,00 4000Х 2000 3150X1600 2000X1600 2500Х 1250
0,8/1,6 2,4 0,4 0,63 1250Х 1250 1600Х 1000 1000X1000 1250X800
1,0/2,0 3,0 0,4 0,63 1,00 1250Х 1600 1600Х 1250 2000X800 1000Х 1250 1250X1000 1600X800 1000X800
20/40 1,25/2,5 3,7 0,4 0,63 1,00 1600Х 1600 2000Х 1250 1250Х 1250 1600X1000 1000X1000 1250X800
1,6/3,15 4,7 0,4 0,63 1,00 2000Х 1600 2500Х 1250 1250Х 1600 1600Х 1250 2000X1000 1000Х1250 1250Х 1000 1600X800
44
Гибкое безотходное автоматизированное производство
Продолжение табл. 15
пч, м‘/« Единовременная загрузка *, м2 Тр, мии Размеры ваии (длина X высота), мм
2,24/4,5 6,7 0,4 0,63 1,00 2000X2000 2500Х 1600 3150Х 1250 2000 X 1600 2500Х 1250 1250Х 1600 1600Х 1250 2000X1000
20/40 2,8/5,6 8,5 0,4 0,63 1,00 2500X2000 3150X1600 2000X1600 2500X1250 1250Х 1600 1600X1250 2000X1000
3,6/7,1 10,5 0,4 0,63 1,00 3150X2000 4000X1600 2000X2000 2500X1600 3150Х 1250 2000X1600 2500X1250
4,0/8,0 12 0,4. 0,63 1,00 4000X2000 3150Х 1600 2000X1600 2500Х 1250
25/50 1,0/2,0 2,4 0,4 0,63 1,00 1250Х 1600 16Q0X 1250 2000Х 1000 1000Х 1250 1250X1000 1600X800 1000X800
1,25/2,50 3,0 0,4 0,63 1,0 1600X1600 2000Х 1250 1250X 1250 1600X 1000 1000Х юоо 1250X800
Показатели производительности
45
Продолжение табл. 15
пч, м!/ч Единовременная вагрузка *, мя Гр, мин Размеры ванн (длина х высота), мм
1,6/3,15 3,7 0,4 0,63 1,00 2000Х 1600 2500X 1250 1250Х 1600 1600Х 1250 2000X1000 1250Х 1000 1600X800
2,24/4,5 5,4 0,4 0,63 1,00 2000Х 2000 2500X1600 3150Х 1250 2000X1600 2500X1250 1250Х 1600 1600Х 1250 2000Х 1000
25/50 2,8/5,6 6,7 0,4 0,63 1,0 2500Х 2000 3150X1600 2000Х 1600 2500Х 1250 1250Х 1600 1600Х 1250 2000Х 1000
3,6/7,1 8,6 0,4 0,63 1,00 3150X2000 4000X1600 2000Х 2000 2500Х 1600 3150X 1250 2000Х 1600 2500X1250
4,0/8,0 9,5 0,4 0,63 1,00 4000Х 2000 3150Х 1600 2000X1600 2500X1250
31,5/63 1,25/2,5 2,4 0,4 0,63 1,00 1600Х 1600 2000Х 1250 1250Х 1250 1600Х 1000 1000Х 1000 1250X800
46
Гибкое безотходное автоматизированное производство
Продолжение табл. 15
Пч, м!/ч Единовременная загрузка *, м2 Тр, мин Размеры ваин (длина X высота), мм
1,6/3,15 3,0 0,4 0,63 1,00 2000X1600 2500Х 125Q 1250Х 1600 1600Х 1250 2000Х 1000 1000Х 1250 1250Х 1000 1600X800
2,24/4,5 4,3 0,4 0,63 1,0 2000X2000 2500X1600 3150X 1250 2000X1600 2500Х 1250 1250Х 1600 1600Х 1250 2000Х 1000
31,5/63 2,8/5,6 5,4 0,4 0,63 1,0 2500X2000 3150Х 1600 2000X1600 2500Х 1250 1250Х 1600 1600Х 1250 2000X 1000
3,6/7,1 6,7 0,4 0,63 1,00 3150X2000 4000Х 1600 2000Х 2000 2500Х 1600 3150Х 1250 2000Х 1600 2500Х 1250
4/8 7,5 0,4 0,63 1,00 4000Х 2000 3150Х 1600 iooox 1600 2500Х 1250
40/80 1,6/3,15 2,4 0,4 0,63 1,00 2000Х 1600 2500Х 1250 1600Х 1250 2000Х 1000 1000Х 1250 125ОХ 1000 1600X800 I
Показатели производительности
47
Продолжение табл. 15
пп, м*/ч Единовременная загрузка *, м8 Тр, мин Размеры ванн (длина X высота), мм
2,24/4,5 3,4 0,4 0,63 1,00 2000X2000 2500Х 1600 3150X 1250 2000Х 1600 2500Х 1250 1250Х 1600 1600X 1250 2000X 1000
40/80 2,8/5,6 4,3 0,4 0,63 1,00 2500X2000 3150Х 1250 2000Х 1600 2500Х 1250 1250Х 1600 1600X 1250 2000X 1000
3,6/7,1 5,4 0,4 0,63 1,00 3150X2000 4000Х 1600 2000X2000 2500Х 1600 3150X1250 2000X1600 2500Х 1250
4/8 6 0,4 0,63 1,00 4000Х 2000 2500X2000 3150X 1600 2000X 1600 2500X1250
50/100 2/4 2,4 0,4 0,63 1,00 2000X2000 2500Х 1600 3150Х 1250 1600X 1600 2000Х 1250 1250Х 1250 1600Х 1000
2,8/5,6 3,4 0,4 0,63 1,00 2500X2000 3150X 1600 2000Х 1600 2500Х 1250 1250Х 1600 1600Х 1250 2000X 1000
48
Гибкое безотходное автоматизированное производство
Продолжение табл. 15
Пч, М*/Ч' Единовременная загрузка *, м2 Гр, мин Размеры ваии (длинах высота)» мм
50/100 3,6/7,1 4,3 0,4 0,63 1,00 3150X2000 4000Х 1600 2000X2000 2500Х 1600 3150X 1250 2000Х 1600 2500Х 1250
4/8 4,8 0,4 0,63 1,00 4000X2000 2500X2000 3150X1600 2000Х 1600 2500Х 1250
2,5/5 2,4 0,4 0,63 1,00 2500X2000 3150X 1600 2000Х 1600 2500Х 1250 1250Х 1600 1600X 1250 2000X1000
63/125 2,8/5,6 2,7 0,4 0,63 1,00 2500X2000 3150X 1600 2000Х 1600 2500Х 1250 1250Х 1600 1600Х 1250 2000Х 1000
3,6/7,1 3,4 0,4 0,63 1,00 3150X2000 4000Х 1600 2000X2000 2500Х 1600 3150X1250 2000Х 1600 2500Х 1250
4/8 3,7 0,4 0,63 1,00 4000Х 2000 2500X2000 3150X1600 2000X 1600 2500Х 1250
Показатели производительности
49
Продолжение табл. 15
Пч, м’/ч Едииовремеииая загрузка *, м* Тр, мии Размеры ваии (длина X высота), мм
3,15/6,3 2,4 0,4 0,63 1,0 3150X2000 4000Х 1600 2000Х 2000 2500X1600 1600Х 1600 2000Х 1250
80/160 3,6/7,1 2,7 0,4 0,63 1,00 3150X2000 4000X1600 2000X2000 2500X1600 3150Х 1250 2000Х 1600 2500X1250
4/8 3 0,4 0,63 1,0 4000X2000 2500X2000 3150Х 1600 2500X2000 3150X1600
100/200 4,5/9 2,7 0,4 0,63 1,0 4000X2000 2500X2000 3150X1600 2000X2000 2500Х 1600 3150X1250
5,6/11,2 3,4 0,4 0,63 1,00 4000Х 2000 3150X2000 4000X1600 2000Х 2000 2500X1600 3150X1250
Примечания: 1. В числителе приведены данные для одноряд-
ной кассеты, в знаменателе — для двухрядной кассеты.
2. Приняты следующие коэффициенты Кп: 0,4 — для хромирования,
меднения, никелирования; 0,63 — для цинкования, оловянироваиия;
1,0 — для химических покрытий и анодирования алюминия. Другие виды
покрытий подбираются по группам на основании предварительных экс-
периментов.
3. Универсальным показателем является условная производитель-
ность: Пч.у=Пч/Кп; Пч. у показывает условную часовую производи-
тельность Пч линии при Кп= 1.
50
Гибкое безотходное автоматизированное производстве
16. Производительность барабанных АГЛ
Производи- тельность Едино- временная загрузка ГР- Мин КП. б Средний диаметр бараба- на» мм Рекомендуемые размеры ванны (длина X ширина X X высота), мм
м* ч КГ ч м« КР
2 20 0,9 9 27 0,9 200 ЮООХ 800X800
4 40 0,9 9 13,5 0,9 200 1000X800X800
1,8 18 27 1,25 200Д 1000Х800Х 1000
8 80 0,9 9 6,7 0,9 200 1000X800X800
1,8 18 13,5 1,25 200Д ЮООХ 800Х 1000
2,0 20 15 2,00 300 Ю00Х 1000X800
4,0 40 30 2,50 ЗООД ЮООХ Ю00Х 1250
16 160 0,9 9 3,5 0,9 200 ЮООХ 800Х 800
1,8 18 6,7 1,25 200Д 1000Х800Х 1000
2,0 20 7,5 2,00 300 1000Х 1000X800
4,0 40 15 2,50 ЗООД 1000Х Ю00Х 1250
32 320 2,2 22 4,3 1,25 200Д 1250Х800Х 1250
2,5 25 4,7 2,00 300 1250Х 1000X800
4,0 40 7,5 2,20 400 1250Х 1000Х ЮОО
5,0 50 9,5 2,50 300 1250Х Ю00Х 1250
8,0 80 15 3,20 400Д 1250Х Ю00Х 1600
8,0 80 15 4,50 500 1250Х 1250Х ЮОО
63 630 4,0 40 4,3 2,2 400 1250Х Ю00Х ЮОО
5,0 50 4,7 2,5 ЗООД 1250Х ЮООХ 1250
8,0 80 7,5 3,2 400Д 1250Х ЮООХ 1600
8,0 80 7,5 4,5 500 1250X 1250X 1000
11,2 112 10,5 5,6 600 1250Х 1250Х 1250
15,4 154 15 6,3 500 1250Х 1250Х 1600
125 1250 5,0 50 2,5 2,5 ЗООД 1250Х Ю00Х 1250
8,0 80 3,7 4,5 500 1250Х 1250Х 1000
8,0 80 3,7 3,2 400Д 1250Х ЮООХ 1600
11,2 112 5,3 5,6 600 1250Х 1250Х 1250
15,4 154 7,5 6,3 500 1250Х 1250Х 1600
20 200 9,5 6,3 ЗООД ЮООХ 1250Х 1600
25 250 12 6,3 500 2000Х 1250Х 1600
32 320 15 6,3 500 2500Х 1250Х 1600
250 2500 10 100 2,5 4,5 500 ЮООХ 1250Х ЮОО
14,4 144 3,5 5,6 600 ЮООХ 1250Х 1250
20 200 4,7 6,3 500Д ЮООХ 1250Х 1600
25 250 6,0 6,3 500Д 2000Х 1250Х 1600
32 320 7,5 6,3 500Д 2500Х 1250Х 1600
40 400 9,5 6,3 500Д 3150Х 1250Х 1600
56 560 13,5 6,3 600Д 3150Х 1250X2000
50 500 12 6,3 500Д 4000Х 1250Х 1600
72 720 19 6,3 600Д 4000Х 1250X2000
* д- двойной барабан.
Основные принципы организации
51
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
ОРГАНИЗАЦИИ ГИБКОГО
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО
ПРОИЗВОДСТВА
Гибкое автоматизированное произ-
водство гальванических покрытий ха-
рактеризуется наличием следующих
признаков: высокая гибкость техно-
логических процессов; возможность
адаптации действующего производства
при переходе на выпуск новой про-
дукции; безлюдная работа в гальвани-
ческих залах; безлюдная работа галь-
ванического цеха во вторую или
третью смену; малоотходное и безвред-
ное производство с хорошо развитой
автоматизированной инфраструктурой;
энергосберегающее производство; на-
личие высокой культуры труда и про-
изводства;
Обеспечение гибкости технологи-
ческих процессов. Гибкость техноло-
гического маршрута, как это показано
на рис. 11, достигается изменением
пути следования обрабатываемых де-
талей через технологические модули
АГЛ.
Гибкость изменения продолжитель-
ности лимитирующей операции Тя
может быть получена путем назначе-
ния другого суммарного числа Ся за-
действованных лимитирующих ванн
при неизменном такте Тр работы АГЛ
(рис. 12). Гибкость Тя может быть до-
стигнута также путем изменения Тп
при постоянном Сл и неизменной
интенсивности лимитирующей опера-
ции.
Гибкость производительности АГЛ
достигается путем изменения Тр при
неизменном Тл, что может быть полу-
чено в широком диапазоне путем изме-
нения числа задействованных мани-
пуляторов, избыток которых может
быть направлен в «депо» (рис. 13).
Гибкость работы лимитирующей
группы ванн достигается установлением
порядка работы Рп. г и своего режима
работы на каждой позиции.
Гибкость циркуляции технологиче-
ских спутников в АГЛ связана с необ-
ходимостью закрепления ТС за опре-
деленными «предметами» и достигается
путем установки в АГЛ накопителей.
Рис. 11. Схема гибких технологических
маршрутов
Гибкость приоритетов обслужива-
ния АГЛ зависит главным образом от
гибкости технологических маршрутов
и гибкости лимитирующих операций.
Обеспечение адаптации гальваниче-
ского производства. На степень адапта-
ции действующего гальванического
производства к требованиям новой
продукции влияют переменные про-
изводственные факторы (ППФ), пред-
ставленные в табл. 17. В гибкой тех-
нологии заранее известно все мно-
жество вариантов технологических
процессов, изменение которых может
производиться с высокой частотой
(табл. 18). Гибкое производство таит
в себе элемент неизвестности в струк-
туре ППФ. От степени технологиче-
ской эквивалентности новой и старой
продукции зависит объем перестройки
производства. Степень адаптации мо-
жет быть повышена за счет производ-
ственного резервирования (табл. 19).
Обеспечение безлюдной работы
цеха. Для обеспечения безлюдной ра-
боты гальванического цеха в третью
смену необходимо заранее создать за-
дел технологических спутников с обра-
батываемыми деталями. Безостановоч-
ная работа АГЛ во время внутри-
сменных перерывов также может быть
обеспечена за счет заделов, которые
могут храниться в специальных накопи-
телях, вместимость которых выбирает-
ся по табл. 20. Работа с накопителями
позволяет также организовать произ-
водство со свободным скользящим гра-
фиком для рабочих, занятых на монта-
же и демонтаже ТС.
Инфраструктура гибких АГЛ. Галь-
ваническое производство получает на
входе (рис. 14) детали для обработки
52
Гибкое безотходное автоматизированное производство
Тл при С,
'р 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
2,5 1,5 4,0 6,5 9,0 11,5 19,0 16,5 19,0 21,5 29,0
3,5 2.5 6,0 9,5 13,0 16,5 20,0 23,5 27,0 30,5 39,0
4,7 3.7 8,9 13,1 17,8 22,5 27,2 31,9 36,6 91,3 96,0
6.0 5,0 9,0 17,0 23,0 29,0 35,0 91,0 97,0 53,0- 59,0
7,5 6,5 19,0 21,5 29,0 36,5 99,0 51,5 59,0 66.5 79,0
8.5 7,5 17,0 29,5 33,0 91,5 50.0 58,5 67,0 75,5 89,0
9,5 8,5 18,0 27,5 37,0 96,5 56,0 65,5 75,0 89,5 —
10.5 9,5 20.0 30,5 91,0 51,5 62,0 72.5 83,0 — -
12.0 11,0 23,0 35,0 97,0 59,0 71,0 83.0 — — —
13.5 12,5 26,0 39,5 53,0 66,5 80,0 - - - -
60
60
Рис. 12. Схема гибкого изменения продолжительности лимитирующей операции
ТР G при 1л
5 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22} 25 27,5
2,5 3 9 5 6 7 8 9 10 — —
5,5 2 3 9 9 5 6 6 7 8 9
V 2 2 3 3 4 6 5 5 6 7
6,0 1 2 2 3 3 9 4 4 5 5
7,5 1 2 2 2 3 3 3 4 4 4
9,5 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3
10,5 1 1 2 2 2 2 2 3 3 3
15,5 1 1 1 1 2 2 2 2 2 3
ГР6 'р* т Тр$
Tpj~^TP6 р5 ТР8
Тр2
Рис. 13. Схема гибкого изменения числа действующих лимитирующих позиций за
производительности АГЛ
60
счет
Вход
Выход
Детали на од работ к у Гтпьбаническое производство Детали готовые
Цветные металлы Сточные воды
Химикаты Шлам (80% химикатов/
вода чистая Воздух загрязненный
Воздух атмосферный
Энергия Тепло Вросовое (50%)
Рис. 14. Схема материальных и энергетических потоков в гальваническом производстве
Основные принципы организации
53
17. Переменные производственные факторы (ППФ)
Наименование переменного производ- ственного фактора Влияние на структуру производства
Вид покрытия Производительность Толщина покрытия Габариты обрабаты- ваемых деталей Состояние поверхно- сти под покрытие (обез- жиривание, травление) Состав финишных операций Полное число опера- ций Степень агрессивно- сти среды Интенсивность вы- полнения операций Замена электролита (старый электролит слить в запасную емкость) Меняется такт работы, что требует изменения циклограммы: изменения числа манипуляторов и числа лимитирующих ванн; может изменяться ин- тенсивность выполнения операций (см. ниже) Меняется число лимитирующих ванн покрытий, может измениться интенсивность выполнения опе- раций Могут изменяться габариты гальванических ванн, установка других технологических спутни- ков (подвески, барабаны), может измениться расстояние между электродными штангами Могут изменяться: общее число операций (см. ниже), их продолжительность и параметры, число лимитирующих ванн для операций подготовки, концентрация растворов, интенсивность операций Могут изменяться: общее число операций (см. ниже), их продолжительность и параметры; по- требуются нейтрализация и слив растворов на очистку, организация приготовления и заливка новых растворов, может измениться интенсивность операций Изменяется длина линии, для чего может по- требоваться дополнительная производственная пло- щадь Может потребоваться применение ванн из более устойчивых к агрессивной среде материалов, фу- теровка промывочных и функциональных ванн Изменяются расходы энергоносителей, могут потребоваться дополнительные виды и энергоре- сурсы
18. Интенсивность изменения ППФ
Интервал времени Число изменений
Показатель Обозначение 0 1 2—4 5-9 10—16 Св. 16
1 ч А АО А1 А2 А5 А10 А17
Пол смены Б БО Б1 Б2 Б5 Б10 Б17
Смена В ВО В1 В2 В5 В10 В17
Сутки Г ГО Г1 Г2 Г5 Г10 Г17
54
Гибкое безотходное автоматизированное производство
Продолжение табл. 18
Интервал времени Число изменений
Показатель Обозначение 0 1 2—4 5-9 10—16 Св. 16
Неделя Месяц Квартал Полугодие Год Пятилетка д Е Ж 3 И К до ЕО жо 30 ио ко Д5 дю Д17 ' Е17
Д1 Е1 Д2 Е2 Ж2
Е5 Ж5 35 И5 ЕЮ жю 310 ИЮ
Ж1 31 И1 К1 f Ж17 317 И17
32 И2 К2 1она «г
К5 ибкого КЮ произволе К17 тв а»
Примечание. Обозначения: АО, БО ... КО — жесткое производ- ство; Ж1, 31, И1, К1, 32, И2, К2, К5, КЮ, К17 — гибкое производство; Д5, ДЮ, Д17, Е17 — гибкая технология; Д1, Е1, Д2, Е2, Ж2, Е5 ... И5, ЕЮ ... ИЮ, Ж17 ... И17 — производство промежуточной гибкости.
19. Производственное резервирование
Гибкая технология Гибкое производство
Функциональное резервирование
1. Технологическое резервирова- ние; растворы и электролиты 1. Конструктивное резервирование: ванны, гальванические манипулято- ры и т. д.
2. Организационное резервирова- ние: небольшие накопители загото- вок и готовых деталей 2. Организационное резервирова- ние: накопители технологических спутников различной емкости н рас- положения; наличие «депо» для ро- ботов-манипуляторов
Интенсификационное резервирование
Интенсивное (возможность форси- рования режимов операций) Экстенсивное (установка запасных модулей в технологической цепочке)
Основные принципы организации
55
Продолжение табл. 19
Гибкая технология Гибкое производство
Режимное резервирование
Горячий резерв (готовое к работе оборудование) Холодный резерв (медленный или быстрый)
Примечания. 1. При интенсивном резервировании резерв по- вышения интенсивности операции должен быть не менее = 1,25. 2. При экстенсивном резервировании: в модулях СТМ целесообразно предусматривать резервные ванны (для технического и профилактического обслуживания), составляющие 20—30 % от их общего числа; длину ванн следует принимать с коэффициентом Кг = 1,25 (резерв для случая увеличения габаритов обрабатываемых деталей); ширину ванн с коэффициентом К3 = 1,25 (резерв иа случай увеличения ширины обра- батываемых деталей); число манипуляторов должно приниматься на 20—30 % больше рас- четного. Резервные манипуляторы располагаются в «депо»; общий экстенсивный резерв производительности составляет Ко = 1,8- 3. Полный резерв расчетной производительности гибких АГЛ со- ставляет не менее ХП10 = 2,04-2,2.
20. Вместимость накопителей кассет, шт
Продолжи- тельность накопления кассет, ч Одинарные кассеты при Гр, МИИ Двойной комплект кассет при Гр, мин
12 9,5 7,5 6 3 2,5 12 9,5 7,5 6 3 2,5
0,5 3 4 4 5 10 12 6 8 8 10 20 24
0,75 4 5 6 8 15 18 8 10 12 16 30 36
1,00 5 7 8 10 20 24 10 14 16 20 40 48
4,1 21 26 33 41 82 99 42 52 66 82 164 198
8,4 42 52 66 82 164 198 84 104 132 164 328 396
56
Гибкое безотходное автоматизированное производство
21. Технические характеристики роботизированных
складских комплексов (РСК) конструкции ВПТИэлектро
Модель
Параметр О ю О о РСК-1000 исполнений
сч £ ю £
О & О & 1—4 5—9 10—14
Кран-штабелер
Грузоподъемность, кг Скорость, м/мин: 250 500 1000 1000 1000
гор изонталь ного дви- жения 60/6 0—132 0—160 0—160 0—160
подъема каретки 9/6 0—32 0—32 0—32 0—32
выдвижения грузоза- квата 8 16 16 16 16
Мощность, кВт 2,7 24 28 28 28
Стеллажи
Число поддонов в ячейке 1 4 2 2 2
Высота яруса, мм 510 880 880 880 880
Число ярусов по высоте 9 8 7; 8; 9 7; 8; 9 7; 8; 9
Длина ячейки, мм Число по длине: 550 2940 2940 2940 2940
ячеек 30 10 10 22 30
ПОДДОНОВ 30 40 20 44 60
Общее число поддонов 540 640 280—520 616—1144 840—1560
в стеллажах
Поддоны
Грузоподъемность, кг 250 500 1000 1000 1000
Длина вдоль стеллажей, 420 640 1260 1260 1260
ММ
Ширина в глубину стел- лажей, мм Высота, мм 620 840 860 860 860
435 750 750 750 750
Склад 6 целом
Длина, м 20,4 38,5 39 74,5 97,8
Ширина, м 2,2 2,9 2,9 2,9 2,9
Высота, м 5,8 8 7,1 8; 10,7; 8—9
12,4
Площадь, м3 45 112 113 216 284
Основные принципы организации
57
Рис* 16. Схема компоновки техноло-
гических модулей гибкого производ-
ства:
1 — технологические модули; 2 — нако-
пители технологических спутников; 3 —
механизм поперечной передачи технологи-
ческих спутников; 4 — площадки для уста-
новки энергетического оборудования; 5 —
установка ЭЛИОН для очистки стоков?
6 — оборудование для очистки ано-
дов
Рис. 17. Схема расхода тепла в гальвани-
ческом производстве:
а — традиционное производство; б — энер-
госберегающее производство; 7\ — период
разогрева ванн в традиционном произ-
водстве (1,5—3,0 ч); Ti — период разо-
грева вани в гибком тцюнзводстве (1 —
1,5 ч); Тв — период стабильного расхода
тепла; Т4 — период постепенного отклю-
чения потребителей тепла (1—1,5 ч);
74 — отключение последних потребителей
тепла; Тс — продолжительность потреб-
ления тепла в сутки; Т9 — включение
первых потребителей тепла; 7'CMj, Т'см2 —
Продолжительность первой и второй смен
работы; PTi — расход теплоты на разо-
грев вани в традиционном производстве?
PTS — расход теплоты на разогрев ваии
в энергосберегающем производстве; Р74 —
расход теплоты иа работу оборудования
58
Гибкое безотходное автоматизированное производство
(табл. 21), цветные металлы, химикаты,
чистую воду, атмосферный воздух и
энергию. На выход поступают гото-
вые детали, сточные воды и шлам,
содержащие 70—90 % исходного
сырья, отработанный (загрязненный)
воздух с большим содержанием тепла.
Работоспособность АГЛ обеспечи-
вают следующие системы: энергети-
ческая, водного хозяйства, микрокли-
мата, транспортно-складской ком-
плекс (ТСК) и система обеспечения
химической технологии (рис. 15). Ком-
поновка гибкой АГЛ показана на
рис. 16.
Схема организации рационального
теплоиспользования в гибких АГЛ
показана на рис. 17.
ГЛАВА 2
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ ЛИНИИ
КЛАССИФИКАЦИЯ АГЛ
В зависимости от видов применяе-
мых манипуляторов АГЛ делятся на
два основных типа: с подвесными или
портальными манипуляторами. В мень-
шей степени для гибких АГЛ целе-
сообразно применение консольных ма-
нипуляторов.
Другим важным признаком АГЛ
является тип используемых в них
технологических спутников или кас-
сет: подвески, барабаны, корзины или
их комбинации.
Все гибкие АГЛ в организационном
отношении являются переменно-поточ-
ными и разделяются на однопредмет-
ные и многопредметные. При этом
многопредметные АГЛ могут быть как
однопроцессными, так и многопро-
цессными.
Среди гибких АГЛ находят приме-
нение линии как с регламентирован-
ным, так и со свободным тактом ра-
боты 7р.
Конструктивной особенностью гиб-
ких АГЛ является применение мо-
дульного принципа в изготовлении
оборудования: из навесных модулей и
корпуса формируется модуль (ванна)
целевого технологического назна-
чения. Из модулей ванн форми-
руются модули более высокого уровня
и т. д.
Компоновка гибких АГЛ может быть
линейной (однорядной) или многоряд-
ной с поперечной передачей техноло-
гических спутников между рядами с
помощью передаточных миогозонных
ванн, где совмещается транспортиро-
вание технологических спутников с
попутной струйной (аэрозольной) про-
мывкой.
Гибкие АГЛ должны обеспечивать
переменную производительность за
счет изменения числа манипуляторов,
вводимых в работу. Освободившиеся
манипуляторы должны отводиться в
специальное депо за пределами рабо-
чей зоны АГЛ.
ПРИЗНАКИ ГИБКИХ АГЛ
Современные гибкие АГЛ имеют сле-
дующие признаки.
1. Высокая технологическая спе-
циализация типовых автоматизирован-
ных модулей:
обезжиривание по видам материа-
лов деталей и степени загрязнения;
травление и активирование по видам
материалов, деталей и состояния по-
верхности;
регенерация щелочных и кислых рас-
творов;
нанесение различных покрытий в
специализируемом модуле типа «галь-
ванообрабатывающий центр»;
регенерация цветных металлов;
регенерация электролитов;
финишная обработка покрытий;
локальная очистка стоков;
накопители различной вместимости
для технологических спутников (пу-
стых, с заготовками или готовыми де-
талями);
накопление и утилизация отходов.
Каждый типовой специализирован-
ный технологический модуль помимо
основных ванн содержит ванны для
улавливания, промывки и корректи-
ровки, а также резервные ванны в ко-
личестве 20—30% от их общего числа
для выполнения профилактического
обслуживания.
2. Типовые специализированные тех-
нологические модули (ТСТМ) строят-
ся по принципу многопредметных пе-
ременных потоков (переналаживае-
мые).
3. ТСТМ должны обеспечить пере-
менную производительность, обслужи-
ваются универсальными многофунк-
циональными гальваническими робо-
60
Автоматизированные гальванические линии
тами-манипуляторами с командоаппа-
ратами программного управления.
4. Связь между последовательно рас-
положенными в линии ТСТМ обеспечи-
вают гальванические манипуляторы.
Связь между параллельными ТСТМ
может быть обеспечена с помощью пе-
редаточной многосекцнонной ванны
струйной (аэрозольной) промывки или
«сухой» ванны, или тележки для по-
перечной передачи, илн с помощью
манипуляторов с поперечной переда-
чей кассет.
5. Наличие накопителей различного
назначения, вместимости и расположе-
ния в пространстве цеха.
6. Возможность вводить в работу
необходимое число манипуляторов, вы-
зывая их из депо (или направляя лиш-
ние манипуляторы в депо).
7. Централизация монтажа и де-
монтажа деталей на технологических
спутниках на специализированном
участке (с комфортным климатом).
8. Широкое применение средств пер-
вичной регенерации рабочих раство-
ров, позволяющих уменьшить их вы-
нос с деталями в 3—4 раза.
9. Механизированное обслуживание
анодных штанг, возможность быстрой
установки оптимального расстояния
между анодными и катодными штан-
гами с учетом свойств электролитов и
характера обрабатываемых деталей.
10. Сушка барабанов с обрабатывае-
мыми деталями (без их перегрузки) в
сушильной камере.
11. Высокая степень механизации
загрузки и выгрузки деталей.
12. Оптимальный расход энергоре-
сурсов и воды, наличие контроля рас-
хода воды.
13. Зоны работы манипуляторов в
АГЛ могут пересекаться.
14. Наличие станции механизиро-
ванной очистки анодов и технологи-
ческих спутников.
15. Трубопроводы промышленных
стоков специализированы по видам
металлов.
16. Шаг ванн в ТСТМ может быть
переменным.
17. Наличие открытого доступа к
воздуховодам и трубопроводам АГЛ,
возможность легкого перемонтажа мо-
дулей воздуховодов и трубопро-
водов.
18. Возможность установки АГЛ иа
пол цеха без специального фундамента.
19. Высокая степень проработки тех-
нологических процессов: водоподготов-
ка; регенерация растворов и металлов;
утилизация шламов; наличие паспор-
тов на все операции; наличие мате-
матических моделей на химические и
электрохимические операции; выпол-
нение необходимых экологических рас-
четов и обоснований.
20. Высокие профессиональная под-
готовка обслуживающего персонала
АГЛ и культура труда, гарантирую-
щие строгое соблюдение технологи-
ческой дисциплины.
21. Анодные и катодные штанги
являются унифицированными и взаи-
мозаменяемыми. Грузоопоры элек-
тродных штанг быстросъемные, токо-
приемники самоустанавливающиеся и
самозачищающиеся.
22. Навесные модули гальваниче-
ских ванн, включая электродные штаи-
ги, имеют свои опоры, расположен-
ные на специальных направляющих
за пределами ванн; на корпусах ванн
не должно крепиться никакого спе-
циального оборудования.
23. Бортовые отсосы гальванических
ванн в необходимых случаях имеют
встроенные фильтры, головки борто-
вых отсосов имеют легкий доступ для
чистки; число удаляемого воздуха
регулируется в зависимости от интен-
сивности выполнения операции.
24. Система управления АГЛ обла-
дает высокой надежностью, помехо-
защищенностью, возможностью управ-
лять параметрами технологических
операций по заданной программе и по
математическим моделям; контроль над
процессом производства по уровню
превосходит контроль готовой про-
дукции.
25. Возможность безлюдной работы
АГЛ во вторую или третью смену.
КОМПОНОВКА ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ
ЦЕХОВ
Институтом «Гипродвигатель» Ми-
нистерства автомобильной промыш-
ленности СССР совместно с рядом
проектных институтов других отраслей
промышленности разработаны и
Компоновка гальванических цехов
61
утверждены «Общесоюзные нормы тех-
нологического проектирования пред-
приятий машиностроения, приборо-
строения и металлообработки. Цехи
металлопокрытий (ОНТП 05—86)».
В нормах содержится классифика-
ция гальванических цехов по серий-
ности производства и приведены ре-
комендации по следующим вопросам
проектирования: расчет количества
оборудования и рабочих мест; расчет
численности работающих; объемно-
планировочные решения; материало-
емкость и энергоемкость; механизация
и автоматизация; организация склад-
ского хозяйства; охрана природы; спе-
циальные требования технологическо-
го процесса к зданиям, сооружениям
и оборудованию; техника безопасности,
промышленная санитария, пожарная
безопасность; производительность тру-
да и трудоемкость; практические ре-
комендации для проектных рас-
четов.
Производственные подразделения
гальванических цехов включают сле-
дующие участки или отделения:
окончательной подготовки поверх-
ности и получения покрытий в АГЛ
(гальванические залы);
предварительной подготовки по-
верхности, включая шлифование и
полирование, виброабразивную обра-
ботку сложных деталей, травление
черных и цветных металлов, дробе-
струйную и гидропескоструйную очи-
стку, обезжиривание в органических
растворителях и ультразвуковое обез-
жиривание;
централизованного монтажа и де-
монтажа деталей;
преобразователей тока;
пультов и щитов управления;
ультразвуковых генераторов;
снятия некачественных покрытий;
централизованного приготовления,
корректировки, фильтрации, аварий-
ного слива;
регенерации растворов и извлече-
ния металлов;
холодильных установок;
сбора и перекачки сточных вод;
приточной и вытяжной вентиляции;
ремонта и изоляции подвесок;
контроля качества обработки;
изготовления и накатки кругов;
склейки шлифовальных лент;
приготовления мастик и паст;
турбовоздуходувок;
приготовления обессоленной воды;
вычислительной техники и АСУ ТП;
ремонтные участки электриков и
механиков;
склады (кладовые) деталей;
кладовая химикатов;
кладовая вспомогательных материа-
лов;
кладовая растворителей;
кладовая кислот;
кладовая инвентаря и оборудова-
ния для механизированной уборки
помещений;
экспресс-лаборатория;
кладовая инструмента, оснастки,
чертежей и эталонов покрытий;
трансформаторные подстанции.
Помимо перечисленных выше
централизованные службы предприя-
тий должны обеспечить гальваниче-
ское производство следующими вида-
ми работ и услуг:
разработка управляющих программ
и математического обеспечения для
АСУ ТП и циклограмм АГЛ;
техническое обслуживание и все
виды ремонтов оборудования;
изготовление и капитальный ремонт
оснастки, инструмента и приспособле-
ний (кроме накатки кругов, ремонта
и изоляции подвесок);
поддержание в рабочем состоянии
зданий и сооружений;
выполнение всех видов транспорт-
ных и погрузочно-разгрузочных ра-
бот, связанных с перемещением обору-
дования, материалов, химикатов, по-
луфабрикатов и готовой продукции
в цех и из цеха металлопокрытий;
постоянное технологическое обеспе-
чение производства, совершенствова-
ние технологических процессов, повы-
шение экологической защиты окру-
жающей среды и улучшение условий
труда персонала цеха;
удовлетворение биологических, меди-
цинских, социально-культурных и
бытовых потребностей работающих в
процессе производства, а также свое-
временное их снабжение всеми необ-
ходимыми технологическими материа-
лами, химикатами, покупными инстру-
ментами, приборами и запасными ча-
стями.
62
Автоматизированные гальванические линии
Изложенная выше структура гальва-
нических цехов призвана обеспечить
стабильное. функционирование гибких
АГЛ.
СТРУКТУРА И КОМПОНОВКА
ГИБКИХ АГЛ
Структуру гибкой АГЛ можно услов-
но разделить на четыре блока: техно-
логическое оборудование; система
управления; оборудование обеспече-
ния химической технологии; специаль-
ное оборудование (рис. 1).
Технологическое оборудование
включает: промышленные роботы (ма-
нипуляторы), ванны, сушильные уст-
ройства, технологические спутники;
технологические трубопроводы.
Система управления АГЛ является
автономной и состоит из трех под-
систем: управления промышленными
роботами; управления параметрами
операций; управления регенерацией
и очисткой стоков. Система управле-
ния АГЛ связана с системой управле-
ния цеховым транспортно-складским
комплексом.
Оборудование для обеспечения хи-
мической технологии предназначено
для регенерации концентрированных и
разбавленных электролитов и раство-
ров, регенерации металлов, локаль-
ной очистки стоков, а также для во-
доподготовки и водоиспользования
(включая контроль и у чет расхода воды).
В специальную группу оборудова-
ния входят преобразователи энергии,
Рис. 1. Структурная схема гибких АГЛ
Структура и компоновка гибких АГЛ
63
Схема А
Схема 6
Схема В
Рис. 2. Схемы расположения вытяжных воздуховодов и трубопроводов АГЛ:
А — напольный вариант лннин с расположением вентиляционного канала в подвальном
помещении. Ось вентиляционного канала смещена относительно осн лнннн. Пути дви-
жения манипулятора установлены на металлоконструкциях, прикрепленных к перекры-
тию. Трубопроводы расположены сбоку от АГЛ в вертикальной плоскости; Б — наполь-
ный вариант лнннн с расположением вентиляционного канала в нижнем помещении (по
осн линнн). Пути движения манипуляторов крепятся к П-образным стойкам; В — под-
нятый вариант лнннн с расположением вентиляционного канала под ваннами. Пути
движения манипулятора крепятся к перекрытию цеха; Г — напольный вариант линнн
с боковым расположением вентиляционного канала; Д — напольный вариант лннин
с верхним боковым расположением вентиляционного канала; 1 — ванна; 2 — пути дви-
жения манипулятора; 3 — бортовой отсос; 4 — манипулятор; 5 — вентиляционный ка-
нал; 6 *=- трубопровода
64
Автоматизированные гальванические линии
оборудование для создания микро-
климата в цехе и на рабочих местах,
оборудование для механизированной и
автоматизированной загрузки АГЛ,
а также различные металлоконструк-
ции, связывающие АГЛ со строитель-
ными конструкциями цеха.
Количество и параметры перечис-
ленного оборудования, его располо-
жение в пространстве цеха зависят от
характера поточного производства,
предназначенного для АГЛ. Компоно-
вать технологические модули АГЛ
можно в один или в несколько рядов
в зависимости от степени подобия
технологических процессов.
Большое влияние на конструкцию
АГЛ оказывает расположение эле-
ментов вытяжной вентиляции и тех-
нологических трубопроводов. В прак-
тике проектирования АГЛ этому во-
просу долгое время не уделялось долж-
ного внимания. На рис. 2 представ-
лены схемы компоновок в АГЛ
вытяжных воздуховодов и тех-
нологических трубопроводов. Схе-
мы Г и Д являются предпочтитель-
ными.
Конструкция и расположение ванн
в линии оказывают решающее влия-
ние на гибкость АГЛ. На рис. 3 пока-
зана примерная схема установки ванн
в гибкой АГЛ с портальным манипу-
лятором Установочные размеры ванн
гибкой АГЛ при работе с подвесными
(рамками) приведены в табл. 1.
1. Установочные размеры ванн гибкой АГЛ с портальным манипулятором
(см. рис. 3)
Bt в, в. в* в а» В,
1250 1000 800 1800 500 800 1120 160 200
710 1000 1400 160 200
900 1250 1600 160 250
1250 1600 2000 160 250
1600 1250 1000 2240 500 800 1120 180 200
710 1000 1400 180 200
900 1250 1600 180 250
1250 1600 2000 180 250
1800 1600 1400 2500 500 800 1120 180 200
710 1000 1400 180 200
900 1250 1600 180 250
1250 1600 2000 180 250
2240 2000 1800 2800 710 1000 1400 200 200
900 1250 1600 200 250
1250 1600 2000 200 250
1600 2000 2500 250 250
2800 2500 2240 3600 710 1000 1400 200 200
900 1250 1600 200 250
1250 1600 2000 200 250
1600 2000 2500 250 250
3600 3150 2800 4500 710 100 1400 200 200
900 1250 1600 200 250
1250 1600 2000 200 250
1600 2000 2500 250 250
4500 4000 3600 5600 710 1000 1400 200 200
900 1250 1600 250 250
1250 1600 2000 250 250
1600 2000 2500 250 250
Подобие технологических процессов в АГЛ
65
Грузоопоры технологических спут-
ников и электродных штанг крепятся
к специальной: грузонесущей направ-
ляющей (см. рис. 3). К этой же
направляющей монтируются навесные
модули гальванической ванны: на-
греватели, перемешиватели, датчики
и др., которые могут быть снабжены
транспортными кронштейнами, что по-
зволяет легко маневрировать этими
модулями при изменении компоновки
линии. Для гибкой АГЛ требуется
два-три типа унифицированных кор-
пусов (узкий, широкий, теплостойкий),
на базе которых из навесных модулей
можно компоновать ванны широкого
технологического назначения. Корпу-
са ванн на регулируемых ножках-
домкратах устанавливаются непосред-
ственно на пол цеха без специального
фундамента. Это решение было про-
верено на практике в сейсмоопасном
регионе СССР.
В. Н. Лагунова (завод «Кокандтек-
стильмаш») предложила устанавливать
электродные штанги выше уровня бор-
товых отсосов, что позволяет улуч-
шить работу вытяжной вентиляции,
а также применить передув на ваннах
АГЛ (см. гл. 8).
ПОДОБИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССОВ В АГЛ
Определение подобия технологиче-
ских процессов имеет существенное
значение при формировании автома-
тических поточных линий. Коротко
охарактеризовать подобие можно сле-
дующим образом.
Технологические процессы могут
быть либо совершенно одинаковы,
либо в какой-то степени подобны.
Например, у тех процессов, которые
отличаются только длительностью ли-
митирующей операции, степень подо-
бия очень высока.
Рассмотрим подобие технологиче-
ских процессов. Технологические про-
цессы, если их рассматривать начиная
от операций получения заготовки Де-
тали До поступления готовой детали
на сборку, будем считать полными.
Отдельные технологические процессы
или группы однородных процессов
(например, гальванохимическая обра-
3 П/р В. Л. Зубченко
ботка деталей) будем считать «локаль-
ными».
Коэффициент подобия технологи-
ческого процесса. Как полные, тан
и «локальные» технологические про-
цессы могут быть однотипными или
«подобными». У однотипных процес-
сов коэффициент подобия технологи-
ческого процесса (КПТП) равен еди-
нице. Для «подобных» процессов КПТП
меньше единицы. Коэффициент подо-
бия полного технологического про-
цесса
S кптпл,
КПТПп = ,
где КПТПлг — коэффициент подобия
i-ro локального технологического про-
цесса, например гальванохимическо-
го; п — полное число действующих
иа данном предприятии технологи-
ческих процессов; i= 1, 2, 3, ..., п
(п — целые числа).
Приближенный метод. Можно рас-
смотреть коэффициент подобия пол-
ного цехового технологического про-
цесса КПТПц, где коэффициенты ло-
кальных технологических процессов
принимают дискретные значения: ли-
бо единицу при наличии локального
технологического процесса, либо
ноль — при его отсутствии. КПТПц
66
Автоматизированные гальванические линии
дает приближенное значение подобия
технологических процессов:
S кптпл2
кптпц = ——-----------,
где КПТПлг = 1 или 0.
Более точное значение подобия тех-
нологических процессов получается
при детальном расчете коэффициентов
локальных технологических процессов.
Метод подобия локального техно-
логического процесса. На величину
коэффициента подобия двух сравнивае-
мых локальных технологических про-
цессов влияют следующие факторы:
общее число операций;
число операций, совпадающих по
наименованию;
число операций, совпадающих по
последовательности их выполнения;
число одноименных операций с совпа-
дающими длительностями их выпол-
нения;
число одноименных операций с
совпадающими длительностями их вы-
полнения, у которых одинаковы пре-
дельные временные интервалы дли-
тельности;
число одноименных операций с
совпадающими длительностями их вы-
полнения, у которых одинакова интен-
сивность их выполнения.
Таким образом, коэффициент подо-
бия локального технологического про-
цесса определяется по значениям це-
лого ряда признаков:
кптп= 2 KIIjCl,
1—а
где КПj — коэффициент подобия по
/-му признаку, j = а, б, в, ..., т —
целые числа или буквы.
Коэффицвент подобия полного
технологического процессам
п.
S КПТПЛ,
КПТПп = -
И
п ( т \
S П КП;
п
п т
s П кпо
Гальваиохимическая обработка.
Коэффициент подобия локального тех-
нологического процесса для гальвано-
химической обработки строится в за-
висимости от характера выполнения
операции в зонах: А — предпроцесса;
Б — ядра процесса; В— постпроцесса.
Вид подобия технологических про-
цессов гальванохимической обработ-
ки определяется в соответствии с
табл. 2, где представлены шесть ха-
рактерных групп подобия.
2. Подобие технологических процессов
Характер выполнения (пост — неизменный; пер — переменный) операций в зонах Вид подобия технологических процессов Наименование подобия технологических процессов
А Б В
Пост Пост Пост АБВ Однотипный
Пер Пост Пер Б Подобие первого рода
Пост Пер Пост АВ Подобие второго рода
Пост Пост Пер АБ Подобие третьего рода
Пер Пост Пост БВ Подобие четвертого рода
Пост Пер Пер А Подобие пятого рода
Пер Пер Пост В Подобие шестого рода
Пер Пер Пер — Подобие отсутствует
Подобие технологических процессов в АГЛ
67
При компоновке многопредметных
поточных гальванических линий сле-
дует учитывать вид и степень подобия
технологических процессов. Не сле-
дует смешивать подобие технологи-
ческих процессов с динамическим подо-
бием и моделированием явлений.
Коэффициент подобия локальной
гальванохимической обработки с уче-
том подготовительных, лимитирующих
и финишных операций может быть
определен следующим образом:
КПТПЛ. г. х =
кпд+КПВ+КПВ
----------3
где КПД — коэффициент подобия
подготовительных операций; КПВ —
коэффициент подобия основных опе-
раций; КПВ — коэффициент подобия
заключительных (финишных) опера-
ций.
КПД, КПВ и КПВ являются част-
ными коэффициентами подобия галь-
ванохимической обработки (предпро-
цесс, ядро, постпроцесс), например!
кпд = кпдг КПДа X
X кпд3-КПД4. кпд5...;
КПВ = КПВгКПВа X
X КПВ3-КПВ4-КПВ5...;
КПВ = КПВгКПВ, X
X кпв3-кпв4-кпв5....
Структура частных коэффициентов
подобия одинакова.
1. КПД!, КПВ1, КПВ4 — отноше-
ние числа пар совпадающих одноимен-
ных операций к среднеарифметической
сумме чисел операций в сравниваемых
зонах.
Например, в зоне А какого-либо
технологического процесса имеется Л
операций.В зонеД сравниваемого с ним
технологического процесса произво-
дится М операций. При этом в сравни-
ваемых зонах совпадает Н пар одно-
именных операций.
Факторный коэффициент подобия
2Н
^ = -л + м<1-
2. КПД2, КПВ2, КПВ2 — отношение
числа операций, совпадающих по по-
3*
следовательиости их выполнения, н
среднеарифметической сумме чисел опе-
раций в сравниваемых зонах.
Например, в зоне 5 какого-либо
технологического процесса имеется Л
операций, пронумерованных 1, 2, ...
..., Л. В зоне Б сравниваемого с ним
технологического процесса производит-
ся М операций, пронумерованных 1,
2, ..., М. Число пар операций, у ко-
торых номера и наименования совпа-
дают, составляет Н.
Факторный коэффициент подобия
КПБ‘-тггм^'-
3. КПД3, КПВ3, КПВ3 — отношение
числа операций с совпадающими зна-
чениями длительности одноименных
операций к среднеарифметической сум-
ме чисел операций в рассматриваемых
зонах.
Например, в зоне В какого-либо
технологического процесса имеется Л
операций, пронумерованных 1,2..Л,
В зоне В сравниваемого с ним тех-
нологического процесса производится М.
операций, пронумерованных 1, 2, ...
..., М. Число пар однотипных опера-
ций, у которых совпадают их длитель-
ности, составляет Н.
Факторный коэффициент подобия
4. КПД4, КПВ4, КПВ4 — отноше-
ние числа пар одноименных операций,
у которых совпадают значения преде-
лов длительности у одноименных опе-
раций, к общему числу пар одноимен-
ных операций в сравниваемых зонах.
Например, в зонах А сравниваемых
технологических процессов имеется Н
пар одноименных операций с совпадаю-
щими длительностями. Из этого числа
у П операций совпадают пределы дли-
тельности.
Факторный коэффициент подобия
КПД4 = П/Н < 1.
5. КПД5, КПВ5, КПВв — отно-
шение числа пар одноименных опера-
ций, у которых совпадают технологи-
ческие режимы (интенсивность), к об-
щему числу пар одноименных опера-
ций в сравниваемых зонах.
68
Автоматизированные гальванические линии
Рис. 4. Схема погружения подвески в ванн
иу (к расчету минимальной длительности
обработки)
Подобие технологических процессов
учитывается при расчетах поточного
производства.
Пример. Определить КПТП двух
процессов цийкования, где длитель-
ности цинкования соответственно рав-
ны 30 и 60 мин. За цинкованием сле-
дуют операции улавливания и про-
мывки. Допуск на длительность опе-
рации в обоих случаях составляет
±5 мин. При этом КПД = 1, КПВ =
= 1, КПВ = ?
КПВ = КПВрКПВ, X
X КПВ3-КПВ4-КПВв.
Определяем коэффициенты подобия
по зонам.
1) KnBj: Л = М = 3; И = 3.
2 3
КП51=з + з = 1-
2) КПВа : Л = М = 3; Н = 3.
кп^ = ^Гз = 1-
3) КПВ3 : Л = М = 3; Н = 2.
КПБз = = 0.67.
4) КПВ4 : Л = М = 3; Н = 3.
КП£‘=зТз--к
5) КПВв: Л = Л4 = 3; Н = 3.
2.3
КПВв = у-ру = 1.
Отсюда КПВ = 1-1-0.67-1-1 =
= 0,67 (частный коэффициент подобия).
Коэффициент подобия локального
технологических процессов гальвано-
химической обработки
КПТПл.г.х =
= l.+ 0f + l = O,89.
О
Вывод. Целесообразно объединять
в одной поточной линии технологиче-
ские процессы с коэффициентом подо-
бия КПТПЛ > 0,5.
НАИМЕНЬШАЯ ДЛИТЕЛЬНОСТЬ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОПЕРАЦИИ
При автоматизации процессов на-
несения металлических покрытий осо-
бое внимание следует обращать на
операции с минимальной длнтельно-
'стью (пассивирование, осветление, ак-
тивирование, травление и др.).
На рис. 4 представлена схема по-
гружения подвески в ванну. На схеме
видно, что верхняя а и нижняя в
точки подвески совершают одинаковые
вертикальные перемещения А. Од-
нако после соприкосновения с раство-
ром нижняя точка кассеты проходит
при опускании и подъеме расстояние
h + АД (попадает в положение Ьг),
а верхняя точка — только расстоя-
ние А (попадает в положение аЦ.
После пребывания в неподвижном
погруженном состоянии в течение вре-
мени t0 (плановая длительность опе-
рации) подвеска поднимается на вы-
соту Д. По завершении подъема под-
вески перед началом горизонтального
перемещения необходимо дать вы-
держку не менее 0,2 мин — период
активного стекания раствора с поверх-
ности деталей, чтобы предотвратить
большой вынос раствора. Следует иметь
в виду, что 1 м2 поверхности деталей
в зависимости от сложности их кон-
фигурации уносит от 50 до 650 мл
раствора. Это время вместе с временем
подъема и опускания следует включать
во время фактической химической об-
работки деталей.
Ниже представлены зависимости оп-
ределения верхних и нижних точек
Длительность технологической операции
69
3. Зависимость длительности нахождения деталей в растворе
от плановой длительности операции
t0, МИИ *nb *па *cb ?са to ^фа ?фЬ — ^фа V ^фЬ ^фа ?пЬ *па
Ml |И
0,1 3,50 1,420 2,70 3,70 0,62 0,51 6,20 5,10 1,215 2,465
0,5 1,50 1,084 0,54 0,74 1,02 0,91 2,04 1,82 1,120 1,383
1,о 1,25 1,042 0,27 0,37 1,52 1,41 1,52 1,41 1,078 1,200
1,5 1,17 1,028 0,18 0,245 2,02 1,91 1,34 1,27 1,055 1,138
2,0 1,125 1,021 0,135 0,185 2,52 2,41 1,26 1,21 1,041 1,101
3,0 1,080 1,014 0,090 0,123 3,52 3,41 1,17 1,14 1,026 1,065
5,0 1,050 1,008 0,054 0,074 5,52 5,41 1,10 1,08 1,019 1,041
10,0 1,025 1,004 0,027 0,037 10,52 10,41 1,05 1,04 1,009 1,021
20,0 1,0125 1,002 0,0135 0,018 20,52 20,41 1,03 1,02 1,009 1,010
30,0 1,008 1,001 0,009 0,012 30,52 30,41 1,02 1,01 1,009 1,006
нахождения подвески в погруженном
состоянии 1 и указана полная факти-
ческая длительность химической
обработки в зависимости от планового
времени обработки. Имеем:
, h 4- АЛ h 4- АЛ
tn6-----— 4- —-— 4-10..
1а= Л-0 + Л.)
v3
_ Л-АЛ .
lca------------г‘к- • •>
v2
2фЬ — tnb 4- ^cb- • •»
^фа = ^па 4" ^Са • • • >
где t0 — плановая длительность опе-
рации, мин, tnb, tna — длительность
погружения точек b и а, мин; /сь,
/Са — длительность нахождения то-
чек & и а в обильно смоченном состоя-
нии (от момента выхода из раствора до
начального горизонтального движе-
ния); tK = 0,2 — время активного
каплепадения, мин; t$a— полная
фактическая длительность операции
в точках b н а; о1( оа — скорость соот-
х Впервые обратил внимание на
рассматриваемые зависимости М. Г. Да-
нилюк (Киевский завод «Точэлектро-
прибор»).
ветственно опускания и подъема,
м/мин.
Зависимости, представленные в
табл. 3, рассчитаны для следующих
условий: Л = 1,4 м; АЛ = 120 мм;
h = 750 мм; t>i = v2 = 7,2 м/мин.
Как видно из таблицы, при плановой
выдержке 0,1 мин (6 с) верхние детали
будут находиться в погруженном со-
стоянии 8,5 с, нижние — 21 с, т. е.
в 2,5 раза дольше верхних. Полная
фактическая длительность химической
обработки для верхних деталей будет
30,6 с, для нижних — 37,2 с, т. е.
на 21,6% больше, чем для верхних.
Нижние детали при этом проходят
обработку в 6,2 раза больше плановой.
Такое различие между плановой и
фактической длительностями, а также
разница в длительности обработки
деталей, находящихся в верхних и
нижних точках подвески, приводят
к браку в первую очередь нижних де-
талей.
При плановой длительности опера-
ции 1 мин разница времени обработки
для верхних и нижних деталей ста-
новится уже менее разительной. В этом
случае полная фактическая длитель-
ность обработки нижних деталей пре-
вышает обработку верхних всего на
7,8 % и составляет 1,52 мин.
Таким образом, чем короче и ин-
тенсивнее химическая операция, тем
существеннее различие в обработке
70
Автоматизированные гальванические линии
верхних и нижних деталей подвески.
Это различие тем больше, чем выше
подвеска и меньше скорость вертикаль-
ного перемещения. Например, для
подвесок, нижняя точка которых на-
ходится на расстоянии не более 0,9 м
от поверхности раствора, интенсивность
операции должна подбираться такой,
чтобы ее продолжительность пре-
вышала 1 мин (при скорости верти-
кального перемещения 7—8 м/мин).
При удалении нижней части подвес-
ки от поверхности раствора более
чем на 1 м и меньших скоростях верти-
кального перемещения плановую ми-
нимальную длительность химической
операции следует назначать более
1,5 мин.
Приведенный анализ показывает, что
с учетом экологической вредности при-
меняемых растворов, разработчикам
технологий следует создавать менее
концентрированные растворы с опти-
мальной длительностью обработки. На-
ряду с повышением качества обработки
это позволит уменьшить вынос с рас-
творами ценных компонентов и снизить
количество вредных веществ в атмо-
сфере цеха.
Продолжительность промывочных
операций следует назначать от 0,5
до 3,0 мин.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЧИСЛА
ЛИМИТИРУЮЩИХ ПОЗИЦИЙ
От правильности определения числа
лимитирующих позиций в группе за-
висит пропускная способность авто-
матической линии. Особенно важно
правильно определить число позиций
в лимитирующих группах многопред-
метных линий, имеющих различную
продолжительность лимитирующих
операций.
Число лимитирующих позиций гал
в каждой лимитирующей группе опре-
деляется по формуле (при известном
или предполагаемом Тр):
где Тл. п — приведенное время ли-
митирующей операции, мин; Тр —
время такта, мни.
Приведенное время лимитирующей
операции для наиболее распростра-
ненного в практике проектирования
случая = const определяется по
формуле
гр ^7ч1 гр | ЛЧ2 гр |
/л-п—пГJm + ~nT Л2 +
+ -+4гГл4’
где Пч — часовая производительность
(общая) линии, м2/ч; — часовая
производительность линии по отдель-
ной i-й толщине покрытия, м2/ч;
Tni — время нанесения отдельной
i-й толщины покрытия, ч; i = 1, 2,
3 ... — любое целое число.
Результат расчета лимитирующих
позиций округляется до целого числа,
после чего значение приведенного вре-
мени лимитирующей операции кор-
ректируется.
Экологические аспекты,
рассматри ваемы е
ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ ГИБКИХ
АГЛ
Экологическая чистота гальвани-
ческого производства может быть
достигнута при соблюдении следующих
условий.
1. Применение малоотходных тех-
нологий с использованием слабокон-
центрироваиных растворов и электро-
литов.
2. Применение первичной регене-
рации, в том числе с помощью много-
функциональных манипуляторов, а
также локальной регенерации слабо-
концентрированных и концентриро-
ванных растворов и электролитов.
3. Применение локальной очистки
стоков в каждой АГЛ. Использование
для целей очистки и регенерации ма-
териалов и сорбентов высокого ка-
чества.
4. Соблюдение технологической дис-
циплины.
5. Обеспечение высокой культуры
труда и производства.
Локальная регенерация. Вопросы
регенерации электролитов и металлов
рассмотрены в гл. 11. Из новых матери-
алов для очистки и регенерации необ-
Станция механической очистки анодов
71
ходимо отметить разработки ЭНИН
им. Г. М. Кржижановского. Сов-
местно с рядом отечественных инсти-
тутов и предприятий ЭНИН создал
эффективные сорбенты БКЗ и АБД,
предназначенные для очистки сточных
вод от органических примесей, нефте-
продуктов, ПАВ и ионов тяжелых
металлов для их повторного исполь-
зования.
Вопросы очистки сточных вод рас-
смотрены в гл. 12. В качестве встроен-
ного в АГЛ оборудования могут быть
использованы модернизированные ус-
тановки модульного типа «ЭЛИОН»,
разработанные Научно-инженерным
центром «Потенциал» при Украинском
институте инженеров водного хозяй-
ства (УИИВХ, г. Ровно). Установки
«ЭЛИОН» могут быть также исполь-
зованы централизованно для всего
цеха.
Локальная очистка в барабанном
гальванокоагуляторе. Метод предло-
жен институтом «Казмеханообр», про-
шел промышленную проверку на ряде
предприятий страны. Барабанный ко-
агулятор КБ-1 передан для серийного
изготовления на «Востокмашзавод».
Упрощенная схема метода представ-
лена на рис. 5. Сущность процесса
очистки заключается в загрузке ко-
агулятора железным скрапом и коксом
или железным и медным скрапом в оп-
ределенных соотношениях, где за счет
разности электрохимических потенциа-
лов загружаемых материалов возни-
кает гальваническая пара и одновре-
менно протекают процессы катодного
осаждения металлов, восстановления
поливалентных элементов, образова-
Воздук
Осадок
Рис. 5. Упрощенная схема метода локаль-
ной очистки в барабанном гальванокоагу-
ляторе:
1 — гальванокоагулятор; 2— модуль филь-
трации раствора; 3 — модуль обезвожи-
вания осадков
Рис« 6. Барабанный коагулятор:
1 — привод. 2 — пульт управления; 3 —
рама; 4 — корпус; 5 — опорные ролики
ния ферритов, клатратов, коагуляции,
сорбции на свежеобразованных кри-
сталлах магнетита, гетита, лепидо-
крокита, которые обеспечивают вы-
сокую степень очистки сточных вод
от различных примесей.
Техническая характеристика бара-
банного коагулятора КБ-1 (рис. 6)
приведена ниже.
Производительность при
восстановлении шести-
валентного хрома, м3 . . 25
Степень восстановления
хрома, %............... 100
Производительность при
удалении ионов цветных
металлов, м3/ч .... 2—4
Степень удаления цвет-
ных металлов, % ... 95—99
Установленная мощ-
ность, кВт................ 0,75
Удельный расход желез-
ного скрапа, кг/(м3-ч-1) 0,1—0,5
Удельный расход элек-
троэнергии,
кВт-ч/(м3-ч-1).........0,03—0,37
Габаритные размеры, мм 2678Х 1600>
Х1738
Масса в незагруженном
состоянии, кг.......... 1530
СТАНЦИЯ МЕХАНИЧЕСКОЙ
ОЧИСТКИ АНОДОВ
Станция механической очистки мо-
жет обслуживать одну или несколько
АГЛ, производит очистку медных,
цинковых, никелевых, свинцовых и
72
Автоматизированные гальванические линии
других анодов. Станция состоит из
накопителя анодных штанг, манипу-
лятора загрузки, блока очистки, вклю-
чающего камеру механической очистки
с двумя вращающимися горизонталь-
но расположенными цилиндрическими
щетками, камеры струйной промывки
и пульта управления.
Техническая характеристика стан-
ции механической очистки анодов при-
ведена ниже.
Режим работы .... Полуавто-
матический
Производительность,
комплектов/ч.............. 10
Частота вращения очист-
ного инструмента, мин-1:
первая ступень . . . 307,6
вторая ступень . . . 400
Скорость перемещения
каретки, м/с ............ 0,114
Скорость подъема и
опускания, м/с........ 0,09
Установленная мощ-
ность, кВт............ 2,1
Масса штанги (пол-
ная), кг .................. 100
Габаритные размеры
обрабатываемых ано-
дов, мм............... 300X 50X 800
Диаметр очистного ин-
струмента, мм......... 115—160
Габаритные размеры
станции, мм........... 2055Х 2000Х
Х2720
Масса станции, кг . . . 720
Применение механической станции
позволило исключить ручной труд
при очистке штанг, крючков, анодов,
улучшить условия труда работающих,
а также сократить расход технологи-
ческих материалов.
АВТОМАТИЗАЦИЯ ЗАГРУЗКИ АГЛ
Загрузка деталей в барабаны (осо-
бенно качающегося типа) менее трудо-
емка и лучше поддается автоматиза-
ции, чем монтаж деталей на подвески.
На рис. 7 показано загрузочное
устройство, разработанное НПО
«НЙИтракторсельхозмаш» к авто-
матической линии цинкования на
Харьковском тракторном заводе. Для
снижения трудоемкости монтажа де-
талей на подвесочные приспособления
их переводят на обработку в бараба-
нах, которая легче поддается автома-
тизации.
При больших объемах гальваниче-
ского производства монтаж-демонтаж
деталей осуществляется, как пра-
вило, на специальных участках, от-
куда технологические спутники пода-
ются к АГЛ с помощью подвесных
конвейеров или манипуляторов. Для
перегрузки подвесок с конвейера в АГЛ
применяют специальные перегрузоч-
ные манипуляторы.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ТРУБОПРОВОДЫ ГИБКИХ АГЛ
Трубопроводы в АГЛ применяются
для подачи пара, отвода конденсата
пара, подвода воды, технологических
растворов, сжатого воздуха, удаления
сточных вод и для других целей.
Рис. 7. Автоматизированная загрузка АГЛ:
1 — опрокидыватель тары; 2 — приемный бункер; 3 — элеватор; 4 — моечная машина;
5 — загрузочный конвейер; 6 — ковш; 7 — барабан; 8 — транспортные кронштейны
барабана
Конструкции гибких АГЛ
73
Трубы изготовляют из углеродистой и
коррозионно-стойкой стали, про-
пилена, стекла и других материалов.
В настоящее время в гальваническом
производстве расширяется применение
стеклянных трубопроводов, обладаю-
щих высокой химической стойкостью.
Для решения задач, связанных с вне-
дрением стеклянных трубопроводов, в
СССР создан трест «Союзстекломон-
таж».
Стеклянные трубы выпускают диа-
метром 50—200 мм, с толщиной стенки
5—11,5 мм. Для обеспечения быстрого
монтажа и демонтажа труб целесооб-
разно изготовлять модули технологи-
ческих трубопроводов АГЛ длиной
3 м.
КОНСТРУКЦИИ ГИБКИХ АГЛ
Рассмотренные выше требования
к гибкому производству наложили
определенные особенности иа конст-
рукции гибких АГЛ. На рис. 8 пока-
зан вид АГЛ с торца. Грузоопоры 5
технологических спутников 6 распо-
ложены на продольной направляю-
щей 16 за пределами корпуса 11 галь-
ванической ванны. Трубопроводы 8
укреплены иа внешнем каркасе АГЛ
в вертикальной плоскости. Корпус
ванны 11 устанавливается на опорах 12
непосредственно на пол цеха без спе-
циального фундамента. Коробы бор-
товых отсосов 14 крепятся к воздухо-
сборнику 15, имеющему хороший до-
ступ для осмотра. Корпус ваины ос-
вобожден от крепления навесных мо-
дулей и содержит раствор для по-
гружения обрабатываемых деталей.
Регулирование положения анодных
штанг. В многопредметных линиях
при обработке деталей различных га-
баритов может потребоваться изме-
нение расстояния между анодными
штангами. На рис. 9 дана схема галь-
ванической ванны с регулируемыми
анодными штангами. Изменять рас-
стояние между анодами можно также
в процессе нанесения покрытия.
Грузоопора технологического спут-
ника. На рис. 10 изображена грузо-
опора технологического спутника,
которая крепится к плоскости на-
правляющей 5 с помощью винта 8.
Рнс. 8. Гибкая АГЛ (вид с торца):
1 — манипулятор; 2 — путь перемещения
манипулятора; 3 — транспортные крон-
штейны технологического спутника; 4 —
грузозахваты манипулятора; 5 — грузо-
опора; 6 — технологический спутник (кас-
сета, электродная штанга); 7 — шино-
провод; 8 — трубопроводы; 9 — сливной
коллектор; 10 — внешний грузонесущнй
каркас; 11 — корпус ванны; 12 — опора
ванны; 13 — пластинчатая цепь центра-
лизованного привода вращения бараба-
нов; 14 — короб бортового отсоса; 15 —•
воздухосборник; 16 — продольная направ-
ляющая грузонесущего каркаса; В —
ширина ванны; В, расстояние между
грузоопорами
Такую опору легко устанавливать
и регулировать при монтаже и реконст-
рукции линии.
Опора ванны. На рис. 11 изображена
регулируемая по высоте и самоуста-
навливающаяся на неровностях пола
ножка-домкрат с неразъемной подош-
вой-изолятором 7.
Многосекциоииая ваииа. В усло-
виях производства из-за неритмичности
поступления деталей производитель-
ность АГЛ может меняться в широких
пределах. На рнс. 12 изображена ван-
на, состоящая из баков 5—7 различных
габаритов, вместимости которых мо-
гут относиться между собой в соотно-
шении, например 1:3: 6. Одновре-
менно можно загружать любые два
бака или все три — в зависимости от
наличия деталей. При этом не требу-
74
Автоматизированные гальванические линии
Рис. 9. Схема гальванической
ванны с передвижными анодны-
ми штангами:
а — привод перемещения гру-
зоопор анодных штанг; б н в —
положение анодных штанг при
обработке плоских и сложных
деталей соответственно; li — ми-
нимальное расстояние между
анодными штангами; /2 — рас-
стояние между анодными штан-
гами при обработке сложных
деталей; /8 — максимальное рас-
стояние между анодными штан-
гами; / — привод перемещения
электродных штанг; 2 — опоры
винтов; 3 — направляющая для
перемещения опор электродных
штанг; 4, 4' — винты с левой
н правой резьбой соответственно;
5 — передвижные опоры элек-
тродных штанг; 6 — неподвиж-
ная опора катодной штанги; 7 —
катодная штанга; 8 — анодная
штанга; 9 — рамка с деталями;
10 — анод; 11 — корпус ванны
Рнс. 10. Грузоопора технологического
спутника:
1 — призма; 2 — технологический спут-
ник; 3 — упор; 4 — пластина (изолятор);
5 — направляющая грузонесущего кар-
каса; 6 — упор; 7 •=• скоба; 8 — винт
Рнс. 11« Самоустанавлнвающаяся опора
ванны:
1 — дно ванны; 2 — втулка; 3 — винт;
4 — гайка; 5 — опора; 6 — втулка; 7 —*
подошва-изолятор; 8 — планка
ется изменения циклограммы АГЛ
или параметров операции. Управление
режимами в каждом баке независимое.
Отношение минимальной и макси-
мальной производительностей в этом
случае может составлять 1 : 10. На
рис. 13 показан технологический спут-
ник с подвесками разной высоты для
секционной ванны, а иа рис. 14 —
анодная штанга для этой ванны.
Распылитель. На рис. 15 показан
распылитель воды или воздуха, кото-
Конструкции гибких АГЛ
75
Рнс. 12. Секционная ванна:
1 — каркас; 2 — грузоопора; 3 — опора
каркаса; 4 — опоры баков; 5—7 — баки
разных габаритов
1 — магистральный трубопровод подачн
воды нлн сжатого воздуха; 2 — счетчик
расхода воды (или воздуха); 3 — мано-
метр; 4 — вентиль запорный; 5 — клапан
обратный; 6 — вентиль водяной с электро-
магнитным приводом; 7 — вентиль об-
водной; 8 — регулятор расхода воды (воз-
духа); 9 — рукав гибкий резинотканевый;
10 — коллектор раздачи воды (воздуха);
11 — форсунка распылительная; 12 —•
заглушка; 13 — заглушка торцовая
его осмотр и промывку. В системе уста-
новлены фильтр 22 и форсунка 5
для промывки системы водой или па-
ром.
Рнс. 13. Секционный технологический
спутник:
1 — транспортный кронштейн; 2—4
подвески разной высоты
рый применяется для струйной (или
аэрозольной) обработки деталей пос-
ле промывки погружением.
Система удаления воздуха от ванн.
В традиционных АГЛ засорение бор-
товых отсосов—наиболее частое и не-
благоприятное явление, ухудшающее
эффективность работы вентиляции. На
рис. 16 показана схема удаления воз-
духа от гальванической ванны. Съем-
ная головка 1 бортового отсоса позво-
ляет при необходимости производить
Рис. 14. Анодная штанга:
1 — штаига; 2 — транспортные кронштей-
ны; 3—5 — аноды разных габаритов
23 22 27 2013 10 17 16 15 131312
Рис. 16. Система удаления воздуха от
гальванических ванн:
1 — верхняя съемная секция (головка)
бортового отсоса; 2 — опорный изолятор-
уплотнитель; 3 — заслонка поворотная;
4 — уплотнение; 5 — форсунка распыли-
тельная; 6 — рукав гибкий резиноткане-
вый теплостойкий; 7 — регулятор рас-
хода пара; 8 — вентиль паровой с элек-
тромагнитным приводом; 9 — вентиль об-
водной; 10 — клапан обратный; 11 — вен-
тиль запорный; 12 — магистраль отвода
кислотно-щелочных стоков; 13 — маги-
страль подачн пара; 14 — клапан конден-
сата; 16 — манометр; 17 — рукав гибкий
резинотканевый химически стойкий; 18 —
короб воздушный магистральный; 19 —
фланец присоединения короба бортового
отсоса; 20 — сборный короб бортового
отсоса; 21 — ножка опорная регулируе-
мая; 22 — фильтр пластинчатый гофри-
рованный (вииипластовый); 23 — крышка
фильтра
76
Автоматизированные гальванические линии
1 I 345 6 7 6 9 4
Рис. 17. Нагреватель паровой:
7 — трубопровод отвода конденсата водя-
ного пара; 2 — трубопровод подвода на-
сыщенного пара; 3 — вентиль запорный;
4 — клапан обратный; 5 — вентиль па-
ровой с электромагнитным приводом; 6 —
вентиль обводной; 7 — регулятор подачи
пара; 8 — кран пробно-спускной воздуш-
ный; 9 — рукав гибкий резинотканевый
теплостойкий; 10 — змеевик паровой; 11 —
конденсатоотводчнк; 12 — манометр
Рис. 18. Гальванический манипулятор
шведской фирмы GALVOUR
Нагрев гальванических ванн. Под-
робно вопрос нагрева гальванических
ванн рассмотрен в гл. 8. Ниже предста-
влены малоизвестные решения.
4. Примеры исполнения ванн с индукционным нагревом
Назначение ванны
Параметр Обезжири-, ванне Горячая промывка Оксидирова- ние магния Оксидирова- ние стали Промасли- вание Горячая промывка
Внутренние размеры, мм 800X800X700 700Х Х700Х Х600 600Х Х300Х Х400 700Х Х700Х Х600
Объем, м? 0,45 0,3 0,07 0,25
Материал корпуса 12Х18Н9Т СтЗ —
Толщина стенки, мм 10 —
Температура нагрева раствора, °C 70 80 70 150 ПО 60—80
Число витков обмотки 100 80 100 40 80 100
Потребляемый ток, А 42 50 42 65 10 42
Марка провода ММ АПББО
Диаметр, размер прово- да, мм 8 7 4 4,IX 13,5
Примечания. 1. Индукционная обмотка ванны питается от
сети без промежуточного трансформатора, напряжение 220 В, 50 Гц,
ток однофазный.
2. Число слоев обмотки — 3; предусмотрено автоматическое регу-
лирование температуры.
Технический дровень АГЛ
77
Рнс. 19. Гальванические линии шведской фирмы GALVOUR:
1 — манипулятор; 2 — пути передвижения манипулятора; 3 — технологические спут •
ннкн; 4 —стойка монтажная; 5 —барабан; 6 —дозатор загрузки барабана
На рис. 17 показана схема нагрева
гальванической ванны перегретым па-
ром с помощью погружного змеевика.
Такой змеевик можно погружать не-
посредственно в раствор или в водяную
рубашку ванны.
Традиционный электрический или
паровой нагрев ванн обладает рядом.
недостатков: сложный металлоемкий
энергоподвод с большим количеством
дефицитной и ненадежной арматуры',;
обрастание нагревателей коркой со-
ли, что снижает теплоотдачу и ухуд-
шает экономику; сами теплонагре-
ватели занимают объем ванны и уве-
личивают массу нагрева, что также
ухудшает экономические показатели.
Для устранения перечисленных не-
достатков на некоторых заводах для
нагрева гальванических ванн и су-
шильных установок применяют по-
верхностный индукционный нагрев то-
ками промышленной частоты (50 Гц).
На корпусе ванны устанавливается
индукционная обмотка из медного или
алюминиевого провода или прямо-
угольной шииы. Между витками и слоя-
ми обмоток прокладывается асбест.
С целью гидроизоляции обмотку пропи-
тывают, как правило,эпоксидной смо-
лой . В табл. 4 приведены примеры изгото-
вления ванн с индукционным нагревом.
Промышленные роботы (манипуля-
торы). Конструкции промышленных
роботов рассмотрены в гл. 3. Наряду
с другими конструкциями там же
рассмотрены многофункциональные ро-
боты (манипуляторы) системы ЕС УГА Л.
На рис. 18 изображен гальваниче-
ский манипулятор шведской фирмы
GALVOUR. Гальванические линии
этой фирмы имеют накопители для
хранения электродных штанг. Анод-
ные и катодные штанги унифициро- •
ванны. Линия для обработки деталей
в барабанах снабжена весовым доза-
тором (рис. 19), установлена на авто-
матизированном участке предприятия
«Сальво» (г. Таллинн).
ТЕХНИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ АГЛ
Современные гибкие линии должны
удовлетворять требованиям, ука-
занным в табл. 5, где приведены три
5. Технический уровень АГЛ
Наименование Категория
показателя В Б А
Конструкция манипулятора нлн робота-мани- пулятора Конструкция командоаппарата нлн системы уп- равления Компоновка АГЛ । Характер по- Манипулятор кон- сольного или тель- ферного типа Командоаппарат дистанционного уп- равления в последо- вательном режиме Размещение ванн в порядке следова- ния операций; нали- чие ходовых насти- лов вдоль ванн ли- нии; размещение трубопроводов под ходовыми настила- ми; размещение ванн над полом на металлоконструк- циях Эднопредметные Подвесной четырехколесный, кра- новый или портальный многоско- ростной манипулятор на устойчивой платформе Локальный командоаппарат про- граммного управления повышенной надежности, работающий в перемен- но-поточном параллельно-последо- вательном режиме; локальные аппа- раты управления технологическими параметрами Одно- или двухрядная модульная компоновка с накопителями техно- логических спутников на входе и вы- ходе; отсутствие ходовых настилов вдоль ванн; размещение трубопрово- дов с открытым к ним доступом; установка ванн на регулируемых по высоте ножках-изоляторах непосред- ственно на пол цеха; установка сек- ционных сборных воздуховодов с от- крытым доступом Многопредметные непрерывные Многоскоростной робот-манипу- лятор с расширенными функциональ- ными возможностями (устройство первичной регенерации, обслужива- ние анодов, устройство изменения расстояния между электродными штангами) Система комплексного управления АГЛ: управление роботами-манипу- ляторами в режиме переменно-по- точной параллельно-последователь- ной АГЛ; централизованное управ- ление технологическими параметра- ми АГЛ Многорядная, ступенчатая компо- новка модулей ванн с поперечной передачей технологических спутни- ков между модулями; наличие нако- пителей технологических спутников на входе и выходе технологических модулей или между ними; отсутствие ходовых настилов вдоль ванн; раз- мещение модулей трубопроводов с удобным для обслуживания досту- пом; установка ванн на регулируе- мых ножках-домкратах с изолятора- ми непосредственно на пол цеха; установка секционных модулей сбор- ных воздуховодов с удобным для обслуживания доступом Многопредметные перс по
Автоматизированные гальванические линии
точного произ- переменные после- параллельно-последовательные р аллельно-последовательные потоки
водства довательные или па- раллельно-последо- вательные сквозные потоки сквозные и замкнутые потоки повышенной технологической гиб- кости
Характер тех- Технологические Комплектные технологические Комплектные малоотходные тех-
пологи ческих операции по процессы: водоподготовка и водоис- нологические процессы; паспортиза-
процессов ГОСТ 9.305—84 или по отраслевым стан- дартам пользование; подготовка поверхно- сти; регенерация растворов обезжи- ривания и травления, нанесение по- крытий по ГОСТ 9.305—84; регене- рация электролитов; регенерация металлов; утилизация недоиспользо- ванных материалов и шламов; очист- ка стоков; наличие паспортов основ- ных операций ция всех химических и электрохими- ческих операций; наличие математи- ческих моделей (статических и дина- мических) для целей управления ка- чеством покрытий; наличие расчет- ных материально-энергетических балансов технологических процессов
Система водно- Отсутствие средств Замкнутый цикл водоиспользова- Замкнутый цикл водоиспользова-
го хозяйства контроля расхода воды; превышение расхода воды по сравнению с норма- тивными значениями ния с возвратом не менее 50 % воды на повторное использование; кон- троль расхода воды по нормативам ния с возвратом не менее 75 % воды, иа повторное использование; автома- тическое дозирование воды по нор- мативам (с обоснованием экономиче- ской эффективности)
Система очнст- Общецеховая си- Централизованная система без- Локальная система безреагентной
ки стоков и ути- стема реагентной реагентной очистки гальваностоков очистки гальваностоков от одной ли-
лизации отходов очистки гальвано- стоков без утилиза- ции шламов от группы линий с утилизацией сме- си цветных металлов нии с раздельной утилизацией всех цветных металлов и твердой фазы отходов при наличии централизован- ной системы очистки (с обоснованием экологической эффективности)
Система реге- Без регенерации, Периодическая регенерация рас- Непрерывная регенерация раство-
нерации электро- периодическая филь- творов обезжиривания, травления, ров и электролитов для обеспечения
литов, растворов трация электроли- электролитов и цветных металлов их постоянной работоспособности;
и металлов тов (из промывных вод); первичная ре- генерация до исходной концентрации компонентов растворов при обработ- ке деталей на подвесках первичная регенерация до исходной концентрации компонентов раство- ров при отработке деталей на подвес- ках и в барабанах; возможность вы- борочного включения и отключения блоков регенерации
CO
Технический уровень АГЛ
Продолжение табл. 5
Наименование Категория
показателя в в А
Устройство вы- тяжной вентиля- ции Сушка деталей после обработки в барабанах Комплектность поставки Горизонтальные или опрокинутые бортовые отсосы Ручная перегруз- ка деталей на сушку Комплект гальва- нических ванн с бор- товыми отсосами; ма- нипуляторы; пульт управления линией; трубопроводы; филь- тры; выпрямители; металлоконструкции; эксплуатаци онн ая документация Бортовые отсосы со встроенными сменными фильтрами Сушка обработанных деталей не- посредственно в барабанах с после- дующей ручной разгрузкой Комплект гальванических ванн; гальванические манипуляторы; ко- мандоаппарат управления манипу- ляторамн;жлокальные системы управ- ления технологическими параметра- ми; сушильная установка; накопи- тель технологических спутников; технологические спутники (штанги, барабаны); источники питания по- стоянным током; система трубопро- водов; бортовые отсосы; фильтры; система локальной очистки сточных вод; устройство автоматической за- грузки и разгрузки барабанов; си- стема водоподготовки с устройства- ми измерения расходов воды; ме- таллоконструкции; эксплуатацион- ная документация (с паспортами тех- нологических операций) Специализированная локальная двухскоростная вентиляция с филь-’ трами в бортовых отсосах ванн на- несения покрытий и в воздуховодах, с отводом конденсата на нейтрали- зацию Сушка обработанных деталей не- посредственно в барабанах с последу- ющей механизированной разгрузкой Модули подготовки поверхности; модули регенерации растворов обез- жиривания и травления; модули на- несения покрытий с источниками по- стоянного тока с программным уп- равлением и со встроенными счетчи- ками ампер-часов; модули регенера- ции электролитов или модули утили- зации цветных металлов из гальва- ностоков (т. е. изготовление метал- лических материалов для других производств); модуль встроенной или локальной очистки гальваностоков с модулем централизованной очист- ки; модуль сушки (подвесок и бара- банов без их разгрузки); модули на- копителей технологических спутни- ков; модуль водоподготовки с доза- торами и контрольными устройства- ми; модули приготовления и раздачи электролитов, растворов, кислот и щелочей; манипуляторы (промыш- 1
Автоматизированные гальванические линии
Монтаж и на- Монтаж и наладка Монтаж н наладка осуществляют- ленные роботы); командоаппараты управления манипуляторами; моду- ли автоматического регулирования технологических параметров; модуль автоматической загрузки линии кас- сетами с обрабатываемыми деталями (перегрузка с транспортного устрой- ства в линию); система трубопрово- дов; система вытяжной вентиляции с локальными и центральными филь- трами и отводом конденсата на ней- трализацию; технологические спут- ники (штанги, подвески, барабаны); металлоконструкции; эксплуатаци- онная документация (с математиче- скими моделями и паспортами тех- нологических операций) с четким пе- речнем работ по техническому обслу- живанию механизмов и электроли- тов); модуль подготовки воды для промывочных и технологических опе- раций Монтаж и наладка осуществляются
ладка АГЛ осуществляются си- лами заказчика ся силами проектной организации совместно с заводом-изготовителем исключительно силами специализиро- ванной организации с участием шеф- монтажной проектной организации
Подготовка Самостоятельное Инструктаж обслуживающего АГЛ Подготовка кадров по специаль-
кадров изучение эксплуата- ционной документа- ции персонала по эксплуатационной до- кументации завода-изготовителя и проектной организации ным программам с выдачей удосто- верений: эксплуатация систем управ- ления АГЛ; эксплуатация роботов- манипуляторов; эксплуатация элек- тролитов и рабочих растворов; экс- плуатация систем водного хозяйства; защита окружающей среды; ком- плексная эксплуатация АГЛ
Гарантирован- ный срок безава- рийной эксплуа- тации АГЛ Один год Два года Не менее трех лет
Технический уровень АГЛ
82 Автоматизированные гальванические линии
категории технического уровня АГЛ
и дан перечень показателей, харак-
теризующий комплекс маркетинго-
вых характеристик автоматических
линий.
Современные гибкие АГЛ должны
обладать показателями по категории
А. К категории Б относятся тради-
ционные автоматические линии. По-
казатели категории В характеризуют
базовые линии, все еще имеющие ши-
рокое применение. В практике эксп-
луатации, однако, линии могут иметь
различные показатели, относящиеся
к различным категориям технического
уровня. В этом случае для оценки тех-
нического уровня линий удобно поль-
зоваться балльной оценкой. Для этого
каждому показателю категории А при-
сваиваетси шесть баллов, категории
Б — три балла, В — один балл.
Полное число баллов, таким образом,
для АГЛ категории А составит (при
14-ти показателях) 84 балла, для ка-
тегории Б — 42 балла, а для катего-
рии В — всего 14 баллов. Для АГЛ
смешанной категории оценка техниче-
ского уровня будет соответствовать
числу баллов между 14 и 84. Прием-
лемым можно считать технический
уровень с оценкой 60 баллов, т. е.
не менее 70 % от максимально воз-
можного значения. В будущем но-
менклатура показателей технического
уровня будет пополняться и совершен-
ствоваться.
ГЛАВА 3
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ МАНИПУЛЯТОРЫ
(ПРОМЫШЛЕННЫЕ РОБОТЫ)
НАЗНАЧЕНИЕ МАНИПУЛЯТОРОВ,
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ
Главным признаком гибкой АГЛ
является наличие в ней одного или
нескольких манипуляторов — авто-
матизированных подъемно-транспорт-
ных средств, управление которыми
осуществляется с помощью перепро-
граммируемых устройств управления
(командоаппаратов).
Основное назначение манипулято-
ра — транспортирование деталей
(подъем, перенос, опускание) по по-
зициям гальванической линии в по-
следовательности, определяемой тех-
нологическим процессом нанесения по-
крытия и реализуемой в цикло-
грамме.
По способу захвата и отпуска под-
весок манипуляторы могут быть с
верхним или нижним холостым ходом
в зависимости от того, в каком поло-
жении находятся свободные грузо-
захваты при перемещении к следующей
позиции. Выполнение верхнего хо-
лостого хода требует дополнительных
вертикальных перемещений грузо-
подъемного органа, усложняет кон-
струкцию грузозахватов, снижает
производительность линии. Такие ма-
нипуляторы в настоящее время при-
меняют крайне редко.
В манипуляторах с нижним холо-
стым ходом (рис. 1) места соприкосно-
вения манипулятора 1 с подвесками 5
выполняют в виде упора 2 на подвес-
ках и грузозахватов 4 на манипуля-
торе, которые располагаются ниже
упоров подвески. При извлечении из
ванн 6 подвесок 5 грузозахваты 4
манипулятора сначала выбирают за-
зор h, образовавшийся после погруже-
ния подвесок в ванну. Затем, двигаясь
еще некоторое время вверх и пройдя
без груза расстояние Н, они доходят до
упоров 2, после чего начинается подъ-
ем деталей из ванны до тех пор, пока
между поднятыми подвесками 5 и
упорами 2 не образуется безопасный
зазор s.
Грузоподъемные органы манипулято-
ров выполняют с вертикальными на-
правляющими или без направляющих
(для грузонесущих траверс). Верти-
кальные направляющие расположены
попарно в направлении движения ма-
нипулятора или поперек его движе-
ния, а также могут иметь комбини-
рованное расположение. Тяговый эле-
мент грузоподъемного органа может
быть гибким или жестким. В качестве
гибкого тягового элемента исполь-
зуют цепь, трос или резинотканевую
ленту. Жесткий тяговый привод вы-
полняют с использованием реечной или
винтовой передачи.
Гибкотяговые и жесткотяговые ма-
нипуляторы без вертикальных направ-
ляющих могут успешно применяться
в АГЛ с переменной производитель-
ностью, когда часть манипуляторов мо-
жет быть выведена за пределы рабочей
зоны в специальное депо (при этом
освобождается пространство в средней
по высоте части АГЛ).
Еще одной конструктивной особен-
ностью грузоподъемных органов яв-
ляется расположение грузозахватов
относительно опор грузонесущих тра-
верс, которые могут выполняться цен-
тральными или консольными.
Гибкотяговые манипуляторы без на-
правляющих для грузонесущих тра-
верс более компактны по высоте,
чем жесткотяговые. Для высоких по-
мещений предназначены манипуляторы
с двумя разновысотными платфор-
мами, где на верхнем этаже установлен
механизм горизонтального переме-
щения, а на нижнем — привод
подъема.
Применение манипуляторов позво-
ляет строго соблюдать последователь-
84
Гальванические манипуляторы
Рис. 1. Манипулятор с нижним холостым
ходом:
1 — манипулятор; 2 — упор подвески; 3 —
катодная штанга; 4 — захват манипуля-
тора; 5 — подвеска с деталями; 6 — ванна;
s — зазор между верхом упора подвески
и нижней частью подвески в транспортном
положении; h — зазор между низом упора
подвески и верхом захвата манипулятора;
Н — микроход захвата манипулятора
иость перемещения деталей по ван-
нам и точно выдерживать нремя на-
хождения в них, избавляет рабочего
от присутствия в зоне интенсивных
вредных испарений, улучшает ка-
чество покрытий, увеличивает произ-
водительность труда.
Появление в последние годы галь-
ванических манипуляторов с расши-
ренными функциональными возмож-
ностями, позволяющими активно участ-
вовать в формировании сточных вод
по концентрации н объему, в значи-
тельной степени уже сегодня способ-
ствует созданию и успешному внедре-
нию малоотходных и безотходных тех-
нологических процессов нанесении
покрытий.
По расположению путей горизон-
тального перемещения манипуляторы
классифицированы на три типа (по
ГОСТ 23739—85): подвесные (с путя-
ми передвижения сверху); портальные
(спутями передвижения снизу); кон-
сольные (с путями передвижения
сбоку).
Для каждого типа манипулятора в
зависимости от его грузоподъемности
стандарт устанавливает следующие
максимальные параметры: высоту подъ-
ема груза, длину обслуживаемых ванн,
удельную массу (отношение массы
автооператора к его грузоподъемности).
КЛАССИФИКАЦИЯ
манипуляторов
На рис. 2 приведена классификация
манипуляторов в зависимости от числа
совершаемых ими движений.
Наиболее распространенной и пер-
спективной является группа манипу-
ляторов с двумя движениями: гори-
зонтальным перемещением самого ма-
нипулятора над ваннами и вертикаль-
ным движением его грузоподъемного
органа.
Первый уровень классификации ма-
нипуляторов этой группы соответст-
вует ГОСТ 23739—85 за исключени-
ем радиусных манипуляторов, гори-
зонтальное движение которых осу-
ществляется путем поворота относи-
тельно вертикальной колонны.
Консольные и портальные манипуля-
торы могут иметь исполнение «дуп-
лекс-автооператор». Отличительной
особенностью этих манипуляторов яв-
ляется наличие двух независимых син-
хронно работающих грузоподъемных
органов (один на подъем, другой —
на опускание груза).
Подвесные манипуляторы подраз-
деляются на тельферные и тележечные
в зависимости от своей конструкции и
конструкции путей горизонтального
перемещения.
Тельферный манипулятор — это
стандартная электрическая таль, под-
вешенная на самоходной тележке (тель-
Классификация
85
Специализированные | | Многофункциональные
Манипуляторы
Рис. 2. Схема классификации манипуляторов
фере), которая передвигается по моно-
рельсовому пути.
Основой тележечных манипулято-
ров является устойчивая четырехко-
лесная тележка, которая передвига-
ется по параллельно расположенным
балкам.
Эти манипуляторы в зависимости
от вида тягового элемента могут быть
с гибким или с жестким тяговым эле-
ментом.
Менее распространенной в совре-
менном гальваническом производстве
является группа манипуляторов с тре-
мя движениями. Третье движение у ма-
нипуляторов этой группы — перенос
подвесок с деталями из одного ряда
ванн в другой. Манипуляторы этой
группы в зависимости от траектории
третьего движения подразделяются на
поперечно-кареточные и поворотно-кон-
сольные.
В поперечно-кареточных манипу-
ляторах траектория переноса де-
талей из одного ряда в другой прямо-
линейна и перпендикулярна к направ-
лению движения самого манипуля-
тора.
В поворотно-консольных манипуля-
торах перенос деталей в другой ряд
осуществляется поворотом консоли на
180°.
Разновидностями поперечно-каре-
точных манипуляторов являются
мостовые (на базе подвесных гибкотя-
говых манипуляторов), поперечно-
портальные (на базе портальных
манипуляторов) н поперечно-крано-
вые.
Манипуляторы с двумя и тремя
движениями являются универсаль-
ными, т. е. они могут быть применены
практически в любой АГЛ, в которой
подъем, перенос и опускание деталей
не ограничивается никакими допол-
нительными условиями.
Манипуляторы третьей группы (спе-
циализированные) конструктивно при-
способлены для переноса только оп-
ределенного вида деталей и технологи-
ческих спутников или обеспечивают
дополнительное движение покрывае-
мых деталей (поворот, вращение, ка-
чание и т. п.).
Манипуляторы четвертой группы
(многофункциональные) выполняют
целый ряд новых для них функций и
в условиях современного гальваниче-
ского производства являются наи-
более перспективными.
Технические характеристики галь-
ванических манипуляторов приведены
в табл. 1.
86
Гальванические манипуляторы
1. Технические характеристики гальванических манипуляторов
Тип и модель манипулятора (страна, фирма) Грузо- подъем- ность (ПВ = = 25 %), не более, кг Скорость горизон- тального движения, м/с Скор ость вертикаль- ного движения гру- зозахватов, м/с Ход грузе захватов, мм
Подъем Опускание
Тельферный гиб- котяговый ГООЗ.ООО—03 400 0,3 0,133 0,133 1300—2100
Подвесной теле- жечный гибкотяго- вый 50 0,26 0,13 0,13 1000
150 *» 0,58/0,29 0,13 0,13 1500
250 0,45/0,15 0,105 0,105 1500
400 *3 0,5/0,25 0,12 0,12 1300—21(
400 0,36/0,12 0,14 0,14 1400
1000 0,40/0,19 0,13 0,13 1700—1880
Подвесной теле- жечный штанговый 125 *з 0,415/0,2 0,13 0,13 1400
250 0,36/0,18 0,13 0,13 1400 (1500)
Консольный 50 0,26 0,13 0,13 1100
Портальный 500 0,26 0,14 0,14 1600
Дуплекс-автоопе- ратор 100 — — — —
Классификация
87
Мощность электродвигателей приьодов, кВт Наибольшая длина об- служивае- мых ванн, мм Габариты манипулятора (длинах шири- нах высота), мм Масса, кг Номер рисунка, примечание
Движение Подъем
0,12X2 0,85 2240 1160Х840ХН 261—276 Рис. 3 Наименьший радиус поворота 1,3 м
0,18 0,18 800 1050Х 500Х Х1830 170 Рис. 4 Грузозахват подвешен кон- сольно
0,9/0,75 0,6 1250 1330Х 700Х Х2300 350 Рис. 5 Предназначен для высоких по- мещений
0,18/0,06 0,75 2000 1450Х 760Х Х2050 260 Рис. 6
0,45/0,75 0,8 1120—2240 1400Х900Х X (1996—2706) 314—332 Рис. 7
0,75 (постоян- ный ток) 1,1 3150 (4000) 1350Х 1750Х Х2610 590 Рис. 8
1,7/1,0 3,0 4000—6300 2790Х 1900Х Х2770 1120 Рис. 9, 10
0,8/0,6 0,6 1600 800Х 755Х 1985 300 Предназначен для высоких по- мещений
0,9/0,45 0,8 2000 1710Х 1300Х Х1850 450 Рис. 11, 12
0,18 0,18 800 1640X1100Х Х1840 170 Рис. 13, 14
Полная мощность 2,0 1600 1350Х2562Х Х2600 710 Рис. 15
— — — — — Рис. 16, 17
88
Гальванические манипуляторы
Тип и модель манипулятора (страна, фирма) Грузо- подъем- ность (ПВ « = 25 %), не более, кг Скорость горизон- тального движения, м/с Скорость вертикаль- ного движения гру- зозахватов, м/с Ход грузе- захватов, мм
Подъем Опускание
Радиусный 50 1 мин”® вокруг вер- тикальной осн 0,1—0,12 0,1—0,13 —
Поперечно-тель- ферный 500 0,067—0,43 0,13 0,13 1100—3000
Поперечно-пор- тальный 250 0,66 0,26 0,26 1300
Поперечно-крано- вый 100—150 — — — —
Специализирован- ный — — — — —
Многофункцио- нальный 200 0,36/0,18 0,13 0,13 1400
750 0,4/0,2/0,14 0,13 0,13 1750
400 0,375/0,18 0,13 0,13 1750
Классификация
89
Продолжение табл. 1
Мощность электродвигателей приводов, кВт Наибольшая длина об- служивае- мых вани, мм Габариты манипулятора (длина X шири- на х высота), мм Масса, КР Номер рисунка, примечание
Движение Подъем
— — — — — Рис. 18
Полная мощность 1,9 2000 (6600—7800) X Х2385Х X (2580—4480) 1278—1373 Рис. 19, а, б
Полная мощность 6,25 3150 2800Х4425Х Х2050 1200 Рис. 20, 21 Скорость пере- мещения попе- речной каретки 0,26 м/с Колея 3760 мм
— — 1120 — — Рис. 22
— — — — — Рис. 23
1,7/1,0 1,3 1600 1860X1300Х Х2160 650 Рис. 24, 25 Предназначен для низких по- мещений
2,1/1,5/1,4 2,2 2000—3150 1960Х (1600— 2000) X 2760 1040 Ряс. 26 Имеется два грузозахвата для технологических спутников. Мо- жет транспорти- ровать три анод- ные штанги
ж. 1,7/1,0 2,4 2240 2160Х 1400Х Х2730 Рис. 27, 28 Движение гру- зозахватов про- исходит со ско- ростью 0,02 м/с Амплитуда встряхивания грузозахватов 0—5 мм
90
Гальванические манипуляторы
Тип и модель манипулятора (страна, фирма) Грузо- подъем- ность (ПВ = = 25 %), не более, кг Скорость горизон- тального движения, м/с Скорость вертикаль- ного движения гру- возахватов, м/с Ход грузо- захватов, мм
Подъем Опускание
Консольные мани- пуляторы НРБ: К-25 25 0,22/0,11 0,22/0,11 0,11 1050
К-50 50 0,22/0,11 0,22/0,11 0,11 800
Манипуляторы ГДР: консольный 200 0,5/0,1 0,3/0,07 0,3/0,07 —
подвесной 400 0,41/0,14 0,3/0,15 0,3/0,15 —
1000 0,41/0,14 0,3/0,15 0,3/0,15 —
Манипуляторы ЧССР фирмы «Ково- финиш» модели «Ха- рон» в семи испол- нениях 400 0,88/0,22 0,3/0,15 0,3/0,15 1500—2700
Подвесной теле- жечный гнбкотяго- вый модели Н22 фирмы Kamschulte 300 0,55/0,13 0,32/0,16 0,16 —
Классификация
91
Продолжение табл. 1
Мощность электродвигателей приводов, кВт Наибольшая длина об- служивае- мых ваин, мм Габариты манипулятора (длина X шири- нах высота), мм Масса, KF Номер рисунка, примечание
Движение Подъем
0,6/0,45 0,6/0,45 0,6/0,45 0,6/0,45 — 800X 1500Х Х2210 690Х 1290Х Х1300 — Рис. 29 Применяют мо- тор-редукторы со встроенными тор- мозами. Комаи- доаппараты элек- тромеханические или электронные
— — 1000 — — —
— — 2140—7100 — —
— — Тележечные гибкотяговые с консольным гру- зозахватом
Максимальная потребляемая мощ- ность 4,0 — — 560—635 Подвесные те- лежечные гибко- тяговые манипу- ляторы с кон- сольными грузо- захватами База — 7500 мм, колея — 1824 мм
— — 3000 — — Наибольшая глубина ванны 2500 мм
92
Гальванические манипуляторы
Тип и модель манипулятора (страна, фирма) Грузо- подъем- ность (ПВ = == 25 %), не более, кг Скорость горизон- тального движения, м/с Скорость вертикаль- ного движения гру- зозахватов, м/с Ход грузо- захватов, мм
Подъем Опускание
1 Портальный Н23 200 0,55/0,13 0,32/0,16 0,16 —
Подвесной Н24 500 0,55/0,13 0,32/0,16 0,16 —
Мостовой моде- ли Р 2500 0,55/0,13 0,32/0,16 0,16 —
Консольный 100 Двухскоростной привод
Тельферный мани- пулятор с раздвиж- ными грузозахвата- ми фирмы Blasberg (модель PR 41/1) 375 0,52/0,13 0,26/0,065 0,26/0,065 1800
Подвесной теле- жечный гибкотяго- вый манипулятор с консольным гру- зозахватом. Модель PR 41/5 750 0,52/0,13 0,26/0,13 0,26/0,13 2000
Мостовой мани- пулятор модели PR 42/1 1500 0,52/0,13 0,52/0,13 0,52/0,13 3000
Классификация
93
Продолжение табл. 1
Мощность электродвигателей приводов, кВт Наибольшая длина об- служивае- мых ванн, мм Габариты манипулятора (длинах шири- нах высота), мм Масса, кг Номер рисунка, примечание
Движение Подъем
— — 2000 — — Грузозахваты поднимаются с помощью двух гибких лент, ко- торые изматы- ваются иа гори- зонтальный ба- рабан привода подъема груза
— — 5000 — — Подвесные ма- нипуляторы снаб- жены четырьмя парами роликов с неметалличе- скими бандажами
— — 8000 — —
Питающий ка- бель подвешен снизу направля- ющей балки и пе- редвигается иа каретках по спе- циальному же- лобу
— — 2800 — — Рис. 30, а Скорость изме- нения расстоя- ния между грузо- захватами 0,05 м/с
0,4/0,1 3,3/1,8 3600 — — Рис. 30, б Опускание гру- зозахвата вниз происходит ПОД действием соб- ственного веса
— — 5000 — — Рис. 30, в
94
Гальванические манипуляторы
Тип и модель манипулятора (страна, фирма) Грузо- подъем- ность (ПВ = = 25 %), не более, кг Скорость горизон- тального движения, м/с Скорость иого движ зозахваз Подъем ертикаль- ения гру- ов, м/с Опускание Ход грузо захватов, мм
Консольный мани- пулятор модели PR 44 в шести ис- полнениях 25; 50; 100; 200; 400; 800 0,17—0,68 (13 ско- ростей) 0,06—0,41 (18 ско- ростей) 0,06—0,41 2500
Мостовой манипу- лятор модели PR 45 3000 — — 4000
Портальный ма- нипулятор фирмы Sell—Rees (Англия) Двухэтажный. *2 ГОО1.000-07. *8 ЭГА-125 (двухэ 350—500 гажный). 0,167—0,67 0,058— 0,22 0,058— 0,22
МАНИПУЛЯТОРЫ
С ДВУМЯ ДВИЖЕНИЯМИ
Принято считать, что манипуляторы
с двумя движениями могут применять-
ся только в однорядных АГЛ, так как
передавать подвески с деталями из
одного ряда ванн в другой они не
могут. Однако появление в конце ли-
нии механизированных ванн с про-
мывочным раствором или струйной
промывкой сняло это ограничение.
3 настоящее время эти манипуляторы
могут применяться в линиях практи-
чески с любым числом рядов ванн.
Подвесные манипуляторы. Жесткая
устойчивая конструкция манипулято-
ров этой группы (за исключением тель-
ферных) имеет грузоподъемность до
2500 кг и позболяет обслуживать ван-
ны длиной до 6 м (под длиной ванны
подразумевается ее размер, перпенди-
кулярный к оси гальванической ли-
нии).
Автоматические линии с подвесными
манипуляторами занимают относи-
тельно небольшую производственную
площадь, обеспечивают свободный до-
ступ к ваннам и трубопроводной ар-
матуре, особенно при путях движения
манипуляторов, закрепленных на пере-
крытиях цеха. Недостатки этих АГЛ
следующие: большая высота; распо-
ложение механизмов непосредственно
над зеркалом ванн; необходимость
предотвращения попадания машинного
масла в ванны; необходимость уста-
новки специальных площадок для об-
служивания манипуляторов; повышен-
ная металлоемкость конструкций для
подвески ходовых путей.
Тельферные манипуляторы. На
рис. 3 показан тельферный манипуля-
тор грузоподъемностью 400 кг. К ра-
Манипуляторы с двумя движениями
95
Продолжение табл. 1
Мощность электро- двигателей приво- дов, кВт Наибольшая длина обслуживае- мых ванн, мм Габариты манипулятора (длинаХшири- наХвысота), мм Масса, КР Номер рисунка, примечание
Двгжеиие Подъем
— — 4500 — —’ Рис. 30, г
— — Св. 5000 — — —
В двухско- ростных приво- дах движения и подъема приме- няется электро- динамическое торможение
ме 1 крепятся иа шарнирах 14 ка-
ретки (ведущие 2 и ведомые 12), с по-
мощью которых манипулятор передви-
гается по монорельсовому пути. Для
увеличения устойчивости имеется
кронштейн 16 с поддерживающими
роликами 13. Привод горизонтального
передвижения состоит из электродви-
гателей 18, редукторов 19 и ведущих
колес 22. Привод подъема груза вклю-
чает стандартную электроталь 23,
трос 20, который перекинут через
блок 9, расположенный иа крон-
штейне 10, прикрепленном к грузо-
подъемной траверсе 8. Вертикальное
перемещение грузоподъемной тра-
версы осуществляется по направляю-
щим 21, закрепленным на раме 1.
Для стабилизации траверсы служат
ограничительные ролики 26 и 27. Ро-
лики 26 расположены на регулировоч-
ном кронштейне 28.
Для точной остановки грузоподъем-
ной траверсы в верхнем и нижнем
положении служат выключатели 24
и 11, а также включающие их пласти-
ны точной остановки 6. Устройство 3
точной остановки останавливает ма-
нипулятор над центром позиции с по-
мощью выключателей (на рисунке не
показаны). В случае столкновения
манипулятора с препятствием сраба-
тывают устройства аварийной оста-
новки 15 и отключают привод пере-
движения. Достоинствами тельфер-
ных манипуляторов являются про-
стота конструкции, малая масса, воз-
можность передвигаться по криво-
линейному пути. Недостатком этой
конструкции является ее небольшая
устойчивость.
Тележечные манипуляторы. От-
личительным признаком манипулято-
ров этой группы является четырех-
96
Гальванические манипуляторы
Рис. 3. Подвесной тельферный гнбкотяговый манипулятор!
1 — рама; 2 — каретка ведущая, 3 — устройство точной остановки; 4 — распредели-
тельная коробка; 5 — выключатель аварийной остановки грузоподъемной траверсы;
6 н 7 — пластина точной н аварийной остановки грузоподъемной траверсы соответст-
венно, 8 — грузоподъемная траверса. 9 — блок, 10 — кронштейн блока, 11 — выклю-
чатель нижнего положения грузоподъемной траверсы, 12 — каретка ведомая; 13 — ро-
лики поддерживающие, 14 — шарнир, 15 — устройство аварийной остановки Манипу-
лятора; 16 — кронштейн; 17 — выключатель аварийной остановки, 18 — электродви-
гатель ведущей каретки, 19 — редуктор, 20 — трос, 21 — направляющая; 22 — колесо
ведущее, 23 — электроталь; 24 — выключатель верхнего положения грузоподъемной
траверсы; 25 — пульт наладочного управления, 26, 27 — ролики ограничительные;
28 — кронштейн регулировочный; h — ход грузоподъемной траверсы; Н — высота ма-
нипулятора
колесная тележка, иа которой смон-
тированы приводы исполнительных ме-
ханизмов. Эти приводы состоят из
асинхронных электродвигателей и чер-
вячных самотормозящихся редукто-
ров, соединенных тормозными шки-
вами-муфтами, которые охватываются
колодками электромагнитных или
электрогидравлических тормозов.
Тележечные манипуляторы подразде-
ляются на гибкотяговые и штанговые.
Подвесной гибкотяговый манипулятор
грузоподъемностью 50 кг показан иа
рис. 4.
Тележка 1 имеет две пары колес —
ведущие 3 и ведомые 7. Привод гори-
зонтального передвижения 19 и при-
вод подъема груза 20 имеют нестандарт-
ные малогабаритные электромагнит-
ные тормоза, заключенные в блок 17.
Механизм подъема груза состоит из
каретки 14, ведущей звездочки 5
Манипуляторы с двумя движениями
97
цепи 6 и оборотной звездочки 15.
Каретка 14 перемещается на роликах
по направляющим S, изготовленным из
швеллера, и содержит кронштейн 16,
на конце которого закреплен грузо-
захват 23.
На рис. 5 показан двухэтажный
гибкотяговый манипулятор грузо-
подъемностью 150 кг. Конструктивной
особенностью этого манипулятора яв-
ляется перенос привода 7 подъема
груза с тележки 1 на нижнюю плат-
форму 8, т. е. двухэтажная компо-
новка. Тележка 1 и платформа 8 жест-
ко соединены связками 6, длина ко-
торых может изменяться в зависимо-
сти от высоты помещения. Механизм
подъема груза включает две синхронно
работающие вертикальные цепные пе-
редачи 12, соединенные с кареткой 15,
которая передвигается по четырем
трубчатым направляющим 11. Вы-
ключатель 14 служит для выполнения
операции «полоскание» в промывоч-
ных ваннах, что усиливает эффект
промывки поверхности деталей.
Далее в описаниях конструкций
подвесных манипуляторов во избежа-
Рис. 4. Подвесной тележечный гнбкотяговый манипулятор грузоподъемностью 50 кг!
1 — тележка, 2 — устройство аварийной остановки манипулятора, 3 — колесо ведущее}
4 — кожух, 5 — звездочка ведущая, 6 — цепь; 7 — колесо ведомое, 8 — направляющая;
9 — выключатель верхнего положения каретки; 10 — держатель; 11 — кожух, 12 —
пластина, 13 — выключатель нижнего положения каретки; 14 — каретка; 15 — звез-
дочка оборотная, 16 — кронштейн; 17 — блок электромагнитов тормозов, 18 — ролик
поддержки троса, 19 — привод передвижения, 20 — привод подъема груза; 21 — крон-
штейн устройств точной остановки манипулятора; 22 — устройство точной остановки;
23 — грузозахват
4 П/р В. Л. Зубченко
98
Гальванические манипуляторы
1330
Рис. 5. Двухэтажный подвесной тележечный гибкотяговый манипулятор грузоподьем-*
ностыо 150 кг:
1 — тележка; 2 — колесо ведущее; 3 — привод движения; 4 — устройство аварийной
остановки; 5 — ролик поддержки троса питающего кабеля; 6 — связка; 7 — привод
подъема груза; 5 — платформа подъема груза; 9 — выключатель верхнего положения
каретки; 10 — тяга; 11 — направляющая; 12 — цепь; 13 — кожух защитный; 14 —
выключатель для выполнения операции «полоскание»; 15 — каретка; 16 — рама ка-
ретки; 17 — ролик; 13 — пластина переключения скоростей; 19 — выключатель точной
остановки манипулятора; 20 — натяжное устройство; 21 — звездочка
иие повторения будут упоминаться
только основные составные части и
отличительные особенности конструк-
ций.
На рис. 6 показан подвесной гибко-
тяговый манипулятор грузоподъем-
ностью 250 кг.
Грузоподъемная траверса 12 подве-
шена на четырех синхронно движу-
щихся цепях 13, проходящих внутри
направляющих 11. Применение четырех
направляющих увеличивает попереч-
ную устойчивость грузоподъемной тра-
версы, но усложняет механизм подъ-
ма, так как требует двух дополнитель-
ных горизонтальных цепных передач 5,
одна из которых показана на виде А.
Редуктор привода подъема груза 6
Манипуляторы с двумя движениями
99
имеет тихоходный вал с внутренним
сквозным шлицевым отверстием, в ко-
торое с обеих сторон входят валы 28
ведомых колес 7 (см. сечение В—В).
Крутящий момент от редуктора пе-
редается блокам ведущих звездочек 29,
а через цепи 5 — блокам ведомых
ввездочек 21. Через вторые зубчатые
венцы этих блоков перекинуты цепи 13
подъема грузоподъемной траверсы 12.
Отличительной особенностью этой кон-
струкции является то, что опорными
элементами зубчатых блоков 21 и 29
являются ведомые и ведущие валы
колес. Крутящий момент от редуктора
привода 3 горизонтального движения
через валы 20 (см. сечение Б—Б)
передается иа фланец 24, а через ком-
пенсаторы 25 — ступицам 27 веду-
щих колес 2 (см. сечение Г—Г), что
обеспечивает плавность пуска и оста-
новки манипулятора. Электродвига-
тели обоих приводов оборудованы
встроенными тормозами.
Основой манипулятора, показан-
ного на рис. 7, является сварная рама 1
с направляющими 2, по которым пере-
двигается грузоподъемная траверса 6.
Несмотря на наличие всего двух на-
правляющих, грузоподъемная тра-
верса имеет хорошую поперечную ус-
тойчивость. Достигается это тем, что
ролики 17, которые катятся по направ-
ляющим, разнесены по высоте на до-
статочно большое расстояние. В при-
водах горизонтального движения 10
и подъема груза 11 установлены не-
стандартные малогабаритные электро-
магнитные тормоза. Манипулятор обо-
рудован устройствами фиксации об-
рыва цепей 8, которые в случае об-
рыва воздействуют иа выключатели,
отключающие электродвигатель при-
вода подъема груза.
Манипулятор грузоподъемностью
400 кг, представленный иа рис. 8,
отличается от предыдущего прежде
всего тем, что плоскость, в которой
расположены его направляющие 8,
параллельна осям колес. Поэтому да-
же при двух направляющих обеспечи-
вается устойчивость грузоподъемной
траверсы 9, несущей грузозахваты.
Недостатком такой конструкции яв-
ляется то, что кронштейны техноло-
гических спутников должны обяза-
тельно находиться в створе направляю-
4*
щих, т. е. колея, а следовательно, и
габариты манипулятора связаны с раз-
мером обслуживаемых ванн. В при-
воде 7 горизонтального движения име-
ется цепная передача 18, которая пе-
редает крутящий момент от редуктора
к валу 1 ведущих колес. Барабан 17,
сидящий на выходном валу редуктора
привода 6 подъема груза при вращении
наматывает на себя два троса 5, за-
крепленных на концах грузоподъем-
ной траверсы. Грузоподъемная тра-
верса опускается вниз под действием
собственного веса, что является не-
достатком конструкции, так как в
случае нарушения параллельности не-
жестких направляющих возможны пе-
рекосы грузоподъемной траверсы.
В приводе горизонтального движения
установлен электродвигатель постоян-
ного тока, что обеспечивает плавное
движение манипулятора при трога-
нии с места и остановке.
Тяжелый подвесной гибкотяговый
манипулятор грузоподъемностью
1000 кг показан иа рис. 9. К раме 1
крепятся четыре трубчатые направ-
ляющие 9, внутри которых проходят
холостые ветви вертикальных цепных
передач 16. Силовые ветви через на-
тяжные устройства крепятся к грузо-
подъемным траверсам 12, которые сое-
диняются грузозахватом 21. Пласти-
на 15, перемещаясь вместе с грузо-
подъемной траверсой 12, воздействует
иа бесконтактные конечные выключа-
тели 14 и 19 и останавливает ее
в нижнем или в верхнем положении.
Особенностью этого манипулятора яв-
ляется наличие карданных соединений,
служащих для передачи крутящих
моментов от тихоходных валов редук-
торов к исполнительным механизмам.
Применение таких передач компенси-
рует возможные перекосы рамы 1 и
облегчает сборку манипулятора.
Кинематическая схема манипулятора
показана на рис. 10. На раме 1 смон-
тированы все устройства и механизмы
манипулятора. Электродвигатель 7
привода горизонтального движения че-
рез шкив-муфту 8, которая охвачена
колодками электромагнитного тор-
моза 6, связан с червячным редукто-
ром 5. Этот редуктор имеет тихоходный
вал с двумя выходными концами.
Посредством карданных передач 4
100
Гальванические манипуляторы
2050
1500
Манипуляторы с двумя движениями
101
концы этого вала соединяются с ва-
лами lull, на которых жестко
посажены шестерни 2, входящие в за-
цепление с зубчатыми венцами ходо-
вых колес 3. Две пары катков 15
являются ведомыми. Электродвига-
тель 18 привода подъема груза двумя
шкивами-муфтами 17 соединен с чер-
вячными редукторами 9 и 19. Муфты
охвачены колодками электромагнит-
ных тормозов 16. Концы выходного
вала редуктора 19 соединены кардан-
ными муфтами 20 с валом III и валом V,
иа других концах которых на шпонках
закреплены грузовые звездочки 14.
Выходные концы тихоходного вала
редуктора 9 через карданные валы со-
единены с зубчатыми редукторами 21
и валами IV и VI. На других концах
этих валов закреплены такие’же гру-
зовые звездочки 14. Введение в кине-
матическую схему двух зубчатых ре-
дукторов 21 необходимо для синхрони-
зации направления движения грузо-
вых ветвей цепей 13. В каждую из
четырех вертикальных цепных пере-
дач входят натяжные звездочки 12.
Для натяжения цепей служат винто-
вые натяжные устройства 10. Ролики 11
грузоподъемных траверс перекаты-
ваются по вертикальным трубчатым
направляющим. Все вращающиеся эле-
менты установлены на подшипниках
качения.
Другой разновидностью подвесных
тележечных манипуляторов являются
штанговые манипуляторы, т. е. мани-
пуляторы с жестким тяговым органом.
На рис. 11 представлен манипулятор
этой группы грузоподъемностью
250 кг. На плите 1, отлитой из алю-
миниевого сплава АЛЗ, установлены
приводы подъема груза 6 и горизон-
тального перемещения манипулятора 8.
Крутящий момент от редуктора в
приводе подъема груза через проме-
жуточные валы передается зубчатым
колесам 15 (см. сечение Б—Б). Эти
колеса находятся в зацеплении с зуб-
чатыми рейками 10 круглого сечения,
на концах которых установлены грузо-
захваты 12. Каждая зубчатая рейка
скользит в двух направляющих 17 —
бронзовых втулках, имеющих смазоч-
ные канавки. Все эти элементы уста-
новлены в корпусах 16. Держатель 2
несет выключатели точной остановки
реек в трех положениях, которые вклю-
чаются от пластины, укрепленной на
конце одной из реек.
Манипулятор показал себя на-
дежным, работающим в течение многих
лет в двухсменном режиме работы на
многих предприятиях. Недостатком
конструкции является необходимость
в большом надманипуляторном про-
странстве для возможности поднятия
верхних концов реек.
Кинематическая схема этого мани-
пулятора приведена на рис. 12. Двух-
скоростной электродвигатель 4 с
помощью муфты 5 соединен с червяч-
ным редуктором 6. Выходные концы
тихоходного вала этого редуктора с
помощью муфт 7 связаны с ведущими
катками 10. Катки 15 являются ведо-
мыми. Электродвигатель 8 через муф-
ту 9 связан с редуктором 14 механиз-
ма подъема груза. Тот, в свою очередь,
с помощью муфт 12 вращает валы,
на которых установлены шестерни 3,
входящие в зацепление с зубчатыми
рейками 1. Муфты 5 и 9 охвачены
колодками электромеханических тор-
мозов 11. Пластина 13 служит для
переключения скоростей движения ма-
нипулятора, а выключатель 2 точно
останавливает его над позициями галь-
ванической линии. Выключатель 16,
упор 18 и пружина 17 составляют уст-
Рис. 6. Подвесной тележечный гибкотяговый манипулятор грузоподъемностью 250 кг:
1 — основание; 2 — колесо ведущее; 3 — привод горизонтального движения; 4 —
кронштейн натяжного устройства; 5 — цепь распределения крутящего мо-
мента привода подъема груза; 6 — привод подъема груза; 7 — колесо ведомое; 8 —
устройство аварийной остановки манипулятора; 9 — пластина устройства точной оста-
новки; 10 —- устройство поддержки питающего кабеля; 11 — направляющая; 12 — гру-
зоподъемная траверса; 13 — цепь; 14 — выключатель; 15 — кожух; 16 — звездочка
оборотная; 17 — выключатель нижнего положения грузоподъемной траверсы; 18 — вы-
ключатель верхнего положения грузоподъемной траверсы; 19 — буфер; 20 — вал веду-
щих колес; 21 — блок звездочек ведомых; 22 — подшипник; 23 — корпус; 24 — фланец;
25 — компенсатор; 26 — подшипник; 27 — ступица ведущего колеса; 28 — вал ведомых
колес; 29 — блок звездочек ведущих
102
Гальванические манипуляторы
Рис. 7. Подвесной тележечный гибкотяговый манипулятор грузоподъемностью 400 кг!
1 — рама; 2 — направляющая; 3 — звездочка ведущая; 4 — ролик поддержки троса
кабеля питания; 5 — пульт управления; 6 — грузоподъемная траверса; 7 — датчик
загрузки позиций; 8 — устройство фиксации обрыва цепи; 9 — колесо ведущее; 10 —
привод горизонтального перемещения; 11 — привод подъема груза; 12 — коробка рас-
пределительная; 13 — устройство аварийной остановки манипулятора; 14 — выключа-
тель аварийной остановки; 15 — оборотная звездочка; 16 — выключатель аварийной
остановки грузоподъемной траверсы; 17 — ролнк; 18 — выключатель ннжнего поло-
жения грузоподъемной траверсы
Манипуляторы с двумя движениями
103
Рис. 8. Подвесной тележечный гибкотяговый манипулятор грузоподъемностью 400 кг?
1 — вал ведущих колес; 2 — рама: 3 — блок; 4 — колесо ведомое; 5 — трос; 6 — при-
вод подъема груза; 7 — привод горизонтального движения; 5 — направляющая; 9 —
грузоподъемная траверса; 10 — кожух; 11 — пластина остановки грузоподъемной тра-
версы; 12 — выключатель нижнего положения грузоподъемной траверсы; 13 — пульт
управления: 14 — выключатель для выполнения операции «полоскание»; 15 — направ-
ляющая; 16 — выключатель верхнего положения грузоподъемной траверсы; 17 — бара-
бан; 18 — цепная передача; 19 — устройство аварийной остановки манипулятора
ройство аварийной остановки мани-
пулятора в случае столкновения с
препятствием.
Консольные манипуляторы. На-
правляющие для горизонтального пере-
мещения консольных манипуляторов
располагаются с одной стороны ванн
гальванической линии, что увеличи-
вает занимаемую линией производ-
ственную площадь, затрудняет об-
служивание ванн и трубопроводной
арматуры. Ввиду консольного рас-
положения грузозахватов манипуля-
торы этой группы имеют небольшую
грузоподъемность. Достоинства этих
манипуляторов следующие: удобство
ремонта и обслуживания; доступность
элементов электроавтоматики; не-
большая по высоте металлоконструк-
ция направляющих горизонтального
движения.
Консольный манипулятор грузо-
подъемностью 50 кг, показанный на
рис. 13, состоит из корпуса 1, в кото-
ром смонтированы привод 4 горизон-
тального перемещения и привод 15
подъема груза. Манипулятор по го-
ризонтальным направляющим пере-
двигается на колесах — ведущем 2
и ведомом 18. К корпусу 1 крепятся
направляющие 3, по которым передви-
гается каретка 22 с консолью 11 и
грузозахватами 9. На нижнем конце
направляющих на кронштейне зак-
реплены ролики 10, которые вместе
с верхними роликами 7 обеспечивают
Манипуляторы с двумя движениями
Рнс. 10. Кинематическая схема подвесного тележечного гнбкотягового манипулятора грузоподъемностью 1000 кг:
1 — платформа (рама); 2 — шестерня; 3 — зубчатое колесо-каток, 4 — карданные передачи; 5 — редуктор червячный?
6 — электромагнитный тормоз; 7 — электродвигатель; 8, 17 — шкив-муфта; 9 — редуктор червячный; 10 — регулятор
натяжения цепи; 11 — ролик направляющий; 12 — звездочка натяжная; 13 — цепь пластинчатая; 14 — звездочка гру-
зовая; 15 — каток холостой, 16 — тормоз электромагнитный; 18 — электродвигатель; 19 -= редуктор червячный; 20
карданная муфта; 21 — редуктор зубчатый; I — VI — валы соединительные
сл
104
Гальванические манипуляторы
Рис. 9. Подвесной тележечный гнбкотяговый манипулятор грузоподъемностью 1000 кг:
1 — рама; 2 — колесо ведомое; 3 — привод подъема груза; 4 — звездочка ведущая; 5 —•
колесо ведущее; 6 — привод горизонтального перемещения; 7 — ролик поддержки троса
питающего кабеля; 8 — устройство аварийной остановки манипулятора; 9 — направля»
ющая; 10, 11 и 18 — кожух; 12 — грузоподъемная траверса; 13 — оборотная звездочка}
14 — выключатель нижнего положения грузоподъемной траверсы; 15 — пластина; 16 —
цепь; 17 — держатель; 19 — выключатель верхнего положения грузоподъемной траверсы}
20 - устройство точной остановки манипулятора} 21 —• груаоаахват
устойчивость конструкции. В приво-
дах манипулятора установлены не-
стандартные малогабаритные электро-
магнитные тормоза 5 и 16.
Фиксированное положение каретки
22 (см. сечение А—Л) относительно
направляющих обеспечивают ограни-
чительные ролики 24.
На рис. 14 показана кинематическая
схема консольного манипулятора.
Крутящий момент от электродвига-
теля 4 через шкнв-муфту 2 передается
червячному редуктору 1, на выходном
валу которого закреплена звездочка
21. Звездочка 21 с помощью цепи 20
вращает звездочку 19, сидящую на
одном валу с ведущим колесом 17,
Колесо 13 является ведомым. Две
пары верхних роликов 18, а также ниж-
ние ролики 16 вращаются в подшип-
никах скольжения и обеспечивают ус-
тойчивость манипулятора на направ-
ляющих.
В приводе подъема груза крутящий
момент от односкоростного электро-
двигателя 8 посредством шкива-муф-
ты 10 передается червячному редук-
тору 11, на выходном валу которого
закреплена звездочка 12. Цепью 7
вращение от этой звездочки переда-
ется звездочке 6, на одном валу с ко-
торой установлена звездочка 5, обра-
зующая с оборотной звездочкой 15
и цепью 14 вертикальную цепную
передачу. Одна ветвь цепи 14 разор-
вана и ее концы соединены с кареткой.
Шкивы-муфгы 2 и 10 охвачены колод-
ками малогабаритных нестандартных
электромагнитных тормозов 3 и 9.
Подвесные манипуляторы нашли наи-
более широкое распространение и
составляют в настоящее время ос-
новную часть парка манипуляторов
как в отечественном, так и в зару-
бежном гальваническом производ-
стве.
Портальные манипуляторы. Пор-
тальные манипуляторы относятся и
менее распространенной группе ма-
нипуляторов.
106
Гальванические манипуляторы
1400 1650
Рис. 11. Подвесной тележечный штанговый манипулятор грузоподъемностью 250 кг:
/ — плита; 2 — держатель; 3 — кронштейн ролика поддержки кабеля; 4 — колесо
ведомое, 5 — пластина переключения скоростей; 6 — привод подъема груза; 7 — уст-
ройство аварийной остановки манипулятора, 8 — привод горизонтального перемещения;
9 — корпус, 10 — рейка, 11 — колесо ведущее; /2 — грузозахват; 13 — датчик точной
остановки; 14 — коробка распределительная; 15 — зубчатое колесо; 16 — корпус;
17 — направляющая
Рнс. 12. Кинематическая схема
подвесного тележечного штан-
гового манипулятора грузоподъ-
емностью 250 кг:
1 — рейка зубчатая; 2 — дат»
чик точной остановки; 3 — ше-
стерня, 4, в — электродвига-
тель, 5, 7, 9 — муфта, 6 — ре-
дуктор червячный, 10 — каток
приводной, 11 — тормоз элек-
тромеханический, 12 — муфта;
13 — пластина датчика положе-
ния; 14 — редуктор червячный;
15 — каток холостой; 16 — дат-
чик аварийный; 17 — пружина;
18 — упор
Манипуляторы с двумя движениями
107
<57/7
Рнс. 13. Консольный манипулятор
грузоподъемностью 50 кг:
1 — корпус; 2 — колесо ведущее?
3 — направляющая, 4 — привод го-
ризонтального движения; 5 — тор-
моз; 6 — звездочка ведущая; 7 и
tO — ролик; 8 — цепь; 9 — грузо-
захват; 11 — консоль; 12 — выклю-
чатель; 13 — кронштейн подвески
кабеля; 14 — выключатель точной
остановки; 15 — привод подъема
груза; 16 тормоз, П — звездочка
ведущая; 18 — колесо ведомое; 19
цепь; 20 — звездочка ведомая; 21 **
цепная передача; 22— каретка; 25—*
звездочка оборотная; 24— ролики
ограничительные; 25 и 26 — направ-
ляющая; 27 — тяга; 28 —* натяжное
устройство
Основными достоинствами манипу-
ляторов являются жесткость конст-
рукции, большая грузоподъемность,
малая высота гальванических линий,
удобство ремонта и обслуживания ме-
ханизмов, расположенных на неболь-
шой высоте. Пути горизонтального
перемещения манипуляторов находя-
тся на уровне бортов ванн и распола-
гаются на специальной металлоконст-
рукции, которая обвязывает гальва-
ническую линию с обеия сторон.
Портальные манипуляторы приме-
няются только при прямолинейной
компоновке линии.
На рис. 15 показан портальный ма-
нипулятор грузоподъемностью 500 кг.
Он состоит из верхней поперечины 1,
опирающейся на две боковые стой-
ки — направляющие 2 и 3. Эти три
элемента конструкции, скрепленные
вместе, составляют портал, который
нижними концами опирается на две
горизонтальные балки 8. Для жест-
108
Гальванические манипуляторы
Рис. 14. Кинематическая схема консоль»
ного манипулятора грузоподъемностью
50 кг (I н II — валы приводов соответ-
ственно движения и подъема)
кости всей конструкции эти балки сое-
динены по концам двумя стяжками 7.
Манипулятор передвигается на че-
тырех колесах — ведущих 10 и ведо-
мых 11. Каждое ведущее колесо при-
водится во вращение своими приво-
дами 5 или 6, которые работают син-
хронно. По направляющим 2 переме-
щается грузоподъемная траверса 4
с грузозахватами. Привод 12 подъема
груза передает крутящий момент двум
звездочкам (на рисунке не показаны),
сидящим на концах промежуточных
валов 13. Эти валы вращаются в опо-
рах 14. Внутри каждой из направляю-
щих 2 находится вертикальная цепная
передача, грузовые ветви которых
поднимают грузоподъемную травер-
су 4.
Применение в гальванических ли-
ниях портальных манипуляторов за-
трудняет подход к ваннам и трубопро-
водной арматуре из-за обвязки ванн
.элементами металлоконструкции, на
которые опираются направляющие. В
результате нахождения манипулятора
непосредственно над ваннами он по-
стоянно подвергается вредным воз-
Рис. 15. Портальный манипулятор грузоподъемностью 500 кг:
1 — поперечина; 2,3 — направляющие; 4 — грузоподъемная траверса; 5,6 — приводы
передвижения; 7 — стяжка; 8 —- балка; 9 — кронштейн; 10 — колесо ведущее; // —
колесо ведомое; 12 — привод подъема груза; 13 — вал; 14 — опора
Манипуляторы с двумя движениями
109
действиям испарений гальванических
растворов.
Дуплекс-автооператоры. Все опи-
санные выше манипуляторы имеют
один или два грузозахвата. Два от-
дельных грузозахвата применяются
при обслуживании пятирядных ванн
(с двумя катодными рядами) — по
одному грузозахвату на каждую ка-
тодную штангу. Вертикальное движе-
ние обоих грузозахватов осуществля-
ется одновременно (подъем или опу-
скание).
Недостатком автоматических линий
с такими манипуляторами является
большое число горизонтальных пере-
мещений без груза. Для уменьшения
темпа выхода подвесок до 3—4 мин
и упрощения схемы командоаппарата
применяются дуплекс-автооператоры,
не имеющие холостых ходов.
Дуплекс-автооператор яри работе в
линии движется в одну сторону. Он
имеет дополнительную каретку 4 с
консолями (рис. 16), которая может на
небольшое расстояние (шаг) смещаться
в горизонтальном направлении по на-
правляющим тележки 6. Реверсивный
привод 2 горизонтального движения
манипулятора вращает ведущее ко-
лесо 8, которое вместе с ведомым коле-
сом (на рисунке не показано) катится
по направляющим. Устойчивость ма-
нипулятора в плоскости, перпендику-
лярной к направлению его движения,
обеспечивается верхними 7 и нижними 5
роликами. Привод 1 обмена подвесок
имеет на выходе два кривошипно-
шатунных механизма, один из которых
предназначен для вертикального дви-
жения консолей, другой — для при-
вода механизма смещения. Основу
этого механизма, предназначенного для
поперечного смещения каретки 4 в одно
из двух крайних положений, состав-
ляет мальтийская пара, которая пре-
рывает кинематическую цепь смещения
и включает ее в нужный период.
Принцип работы дуплекс-автоопера-
тора заключается в следующем. Дуп-
лекс-автооператор с находящимся в
нижнем положении свободным грузо-
захватом, расположенным на оси его
симметрии, останавливается на пози-
ции, поднимает из ванны подвеску
с деталями. Затем происходит сме-
щение дополнительной каретки в сто-
Рис. 16. Консольный дуплекс-автоопера»
тор:
1 — привод обмена подвесок; 2 — привод
горизонтального движения; 3 — консоль
с грузозахватом, 4 — каретка с консо-
лями; 5 — ролики нижние; 6 — тележка;
7 — ролики верхние; 8 — колесо веду-
щее
рону извлеченной подвески. Новая
подвеска с деталями оказывается те-
перь над только что освободившейся
ванной и опускается в нее. После та-
кого обмена загруженной оказывается
уже другая консоль, находящаяся
в противоположном крайнем положе-
нии, а среднее положение вновь за-
нимает освободившаяся консоль. За-
тем дуплекс-автооператор перемеща-
ется на другую позицию, где вновь
происходит обмен подвесок с дета-
лями. Дуплекс-автооператор движется
по позициям линии по простейшей
циклограмме. Путь, проходимый дуп-
лекс-автооператором в течение ритма
работы линии, составляет не более
2,2 длины обслуживаемого участка
с учетом возврата автооператора на
исходную позицию. Это в 1,5—2 раза
меньше пути традиционного манипу-
лятора, который расцепляется с под-
веской.
Схема работы дуплекс-автооперато-
ра показана на рис. 17. В автоматиче-
ских гальванических линиях с дуп-
лекс-автооператорами ванны должны
no
Гальванические манипуляторы
Ду плене -оператор
Рис. 17. Схема работы дуплекс-опера*
тора
Рис. 18. Радиусный манипулятор:
1 — нижняя колонна; 2, 5 — поворачиваю-
щиеся консоли; 3, 6 — гибкие питающие
кабели; 4 — привод подъема и опускания
груза; 7 — устройство точной остановки
консоли; 8 — привод поворота консоли;
9 — телескопическое устройство подъема и
опускания груза; 10 — электромагнитный
вахват; 11 — ванна; 12 — верхняя колонка
быть расположены строго в последо-
вательности, которая определяется тех-
нологическим процессом нанесения
покрытия. При этом нарушаются
универсальность и гибкость автомати-
ческой линии. Дуплекс-автооператоры
могут быть на базе не только консоль-
ных, но и других типов манипуляторов
(портальных и др.).
Радиусные манипуляторы. Радиус-
ные манипуляторы по своей конструк-
ции отличаются от остальных мани-
пуляторов с двумя движениями. Они
предназначены для обслуживания
ванн, расположенных по окружности,
т. е. круглых автоматических линий.
Так же как и линии прямолинейной
компоновки, круглые автоматические
линии могут иметь один или несколько
манипуляторов.
На рис. 18 показан сдвоенный
радиусный манипулятор, базовой де-
талью которого является нижняя ко-
лонна 1. Эта колонна жестко закреп-
лена на фундаменте в центре ванн 11.
К ней крепится верхняя колонна 12,
на которой на подшипниках установ-
лены поворачивающиеся консоли 2
и 5. На концах этих консолей уста-
новлены телескопические устройства 9
подъема и опускания груза, оборудо-
ванные электромагнитными захва-
тами 10. На каждой консоли установ-
лен привод 4 подъема и опускания
груза н привод поворота консоли от-
носительно колонны 12, Напротив
Манипуляторы с тремя движениями
111
центра каждой позиции неподвижно
установлены устройства 7 точной оста-
новки манипулятора — бесконтактные
выключатели привода поворота кон-
соли, которые срабатывают от воз-
действия пластины, перемещающейся
вместе с консолью.
Кроме телескопических устройств
для подъема груза в радиусных авто-
операторах используют цепь, которая
наматывается иа барабан. Горизон-
тальные перемещения (поворот) осу-
ществляются с помощью жестко за-
крепленных на оси колони зубчатых
или червячных колес, в зацеплении
с которыми находятся соответственно
зубчатое колесо или червяк привода.
Скорость подъема и опускания груза
составляет 0,1—0,13 м/с, а поворота—
1,0—1,1 mhh_j. Радиусные манипуля-
торы, имеющие консоль, не обладают
большой грузоподъемностью.
МАНИПУЛЯТОРЫ
С ТРЕМЯ ДВИЖЕНИЯМИ
Манипуляторы с тремя движениями
применяются в двухрядных (много-
рядных) автоматических гальваниче-
ских линиях. Третьим движением у
них является перенос подвесок с дета-
лями из одного ряда ванн в другой.
По траектории третьего движения ма-
нипуляторы этой группы разделены
на два вида: поперечно-кареточные и
поворотно-консольные.
В настоящее время стараются избе-
гать применять в двухрядных линиях
манипуляторы с тремя движениями
ввиду сложности их конструкции (до-
бавляется еще один привод), неудоб-
ства в обслуживании и эксплуатации
манипулятора и путевой электроавто-
матики, так как манипулятор пере-
двигается между рядами ванн. Кроме
того, при переносе подвесок с деталями
из одного ряда ванн в другой безвоз-
вратно теряется часть гальванических
растворов. Эти недостатки манипуля-
торов с тремя движениями явились
причиной поиска альтернативных ре-
шений. Для обслуживания двухряд-
ных линий все шире стали применяться
манипуляторы с двумя движениями,
каждый из которых обслуживает
только один ряд ванн, а передача
подвесок с деталями в другой ряд
осуществляется в конце обоих рядов
ванн с помощью самодвижущихся те-
лежек, включенных в систему авто-
матического управления линией.
Поперечно-кареточные манипуля-
торы. Для совершения третьего дви-
жения — переноса подвесок из одного
ряда ванн в другой поперечно-кареточ-
ные манипуляторы имеют дополни-
тельную карегку с приводом, которая
совершает движение, перпендикуляр-
ное к движению манипулятора. По
конструктивному исполнению в за-
висимости от взятой базовой модели
соответствующего манипулятора с
двумя движениями они разделены на
поперечно-тельферные (мостовые), по-
перечно-портальные и поперечно-кра-
новые.
Мостовые манипуляторы. На рис. 19
показан поперечно-тельферный, или
мостовой, манипулятор. Основными
частями его являются мост 6 и карет-
ка 5, которая перемещается по мосту
на четырех катках поперечного пере-
мещения 4. Одна пара катков является
ведущей. На каретке 5 имеется при-
вод вертикального движения грузо-
захватов 1, которые поднимаются или
опускаются с помощью цепных пере-
дач. Мост 6 перемещается над рядами
ванн 8 на катках 3 по направляющим 7,
смонтированным на вертикальных ко-
лоннах. В наладочном или ручном ре-
жимах манипулятором управляют с
пульта ручного управления 2.
Поперечно-портальные манипуля-
торы. Базовой моделью этого вида
манипуляторов являются портальные
манипуляторы с двумя движе-
ниями.
На рис. 20 приведена кинематиче-
ская схема поперечно-портального ма-
нипулятора с гидравлическим при-
водом его исполнительных механиз-
мов. Манипулятор выполнен в виде
сборной несущей конструкции, состоя-
щей из двух ходовых балок 15 и 25
на четырех колесах, скрепленных стяж-
ками 12 и 19-, двух колонн 10 и 28,
установленных на ходовых блоках;
балки 8, расположенной на колоннах,
и траверсы 11 с кареткой 20. Траверса
перемещается по направляющим ко-
лонн. К колонне 28 на кронштейне
крепится маслонасосная станция 27,
112
Гальванические манипуляторы
Рис. 19. Мостовой манипулятор:
а — схема компоновки в АГЛ; б — конструктивное исполнение; 1 — грузозахватв:!
2 — пульт ручного управления; 3 — катки продольного перемещения манипулятора над
ваннами; 4 — катки поперечного перемещения каретки; 5 — каретка; 6 —• мост; 7 —
направляющая; 8 — ванны
Кинематическая схема поперечно-портального манипулятора
Рис. 20.
Вдоль гальванической линии мани-
пулятор передвигается по направляю-
щим рельсам 13 с помощью привода
продольного перемещения. Привод
продольного перемещения состоит из
гидромотора 22, передающего враща-
тельное движение на червячный ре-
дуктор 24, с которого через цепную
передачу 26 вращение передается иа
кодовое колесо 23, а через вал 18
Манипуляторы с тремя движениями
ИЗ
и цепную передачу 16 — на ходовое
колесо 17.
Привод вертикального перемещения
служит для подъема и опускания тра-
версы и работает следующим образом.
От гидромотора 1 вращательное движе-
ние передается на конический редук-
тор 2 и винт 29, а также на вал 5,
конический редуктор 9 и винт 14.
При вращении винтов 29 и 14 по иим
передвигаются «маточные» гайки, рас-
положенные на траверсе, в результате
осуществляется ее подъем или опуска-
ние в зависимости от направления вра-
щения гидромотора.
Привод поперечного перемещения
каретки с грузозахватом расположен
на траверсе и состоит из гидромото-
ра 21, передающего вращение через
вал 3 на редуктор 4, который вращает
винт 7. При вращении винта происхо-
дит движение каретки 20, в которой
имеется маточная гайка, передвигаю-
щаяся по винту вместе с кареткой 20.
Каретка движется по направляющим
рельсам траверсы. Кроме этого мани-
пулятор снабжен стояночным тормо-
зом 6,
Принципиальная гидравлическая
схема поперечно-портального ма-
нипулятора показана на рис. 21.
При включении насоса НП1 масло
поступает двумя независимыми пото-
ками, проходя очистительные фильтры
Ф1 и Ф2, к предохранительному бло-
ку БП1. Рабочий поток масла от на-
соса производительностью Q =
= 18 л/мин проходит обратный кла-
пан К01 и предохранительно-загрузоч-
ный клапан КП1. При выключенном
электромагните ЭМ12 происходит раз-
грузка иасоса через разгрузочно-пре-
дохранительный клапан. При включе-
нии электромагнита ЭМ12 масло по-
ступает в систему. Давление масла
в системе настраивается предохрани-
тельным клапаном. Рабочее давление
в системе 5 МПа.
Поток масла от иасоса производи-
тельностью Q = 5 л/мин — поток
давления системы управления — про-
ходит обратный клапан К02 и пре-
дохранительно-разгрузочный клапан
КП2. Разгрузка иасоса происходит
при выключенном электромагните
ЭМ13. При включении электромагнита
ЭМ13 масло поступает в систему.
Давление управления в системе
1 МПа.
От блока БП1 масло управляющего
потока поступает к дроссельным бло-
кам БД1, БД2, БДЗ, где подводится
к реверсивным золотникам Р2. При
включении электромагнитов ЭМ5,
ЭМ8, ЭМИ золотника Р2 давление
системы управления подводится к дрос-
селю ДР. Масло рабочего потока от
блока БП1 поступает к дроссельному
блоку БД1 и при выключенных элект-
ромагнитах проходит через все три
дроссельных блока иа слив.
Рассмотрим работу дроссельного
блока БД1. При включении электро-
магнита ЭМ9 масло поступает в по-
лость подвода гидромотора Ml. Из
полости отвода гидромотора масло
сливается через золотники Pl, Р2
и блоки БД2, БДЗ.
Переключение направления враще-
ния гидромотора происходит при вклю-
чении электромагнита ЭМ10.
Скорость торможения гидромотора,
а также время торможения регулиру-
ются дросселем ДР. При этом вклю-
чается электромагнит ЭМИ.
Аналогично работают блоки БД2
и БДЗ.
Слив масла в бак происходит через
теплообменник ATI.
Поперечно-крановые манипулято-
ры. Поперечно-крановый манипуля-
тор показан на рис. 22.
Грузозахваты 1 располагаются на
каретке 2, которая имеет свой привод
горизонтального перемещения по на-
правляющим траверсы 3. Эта каретка
переносит подвески 7 с деталями из
одного ряда ванн в другой. Основа-
нием манипулятора служит корпус 5,
в котором расположены привод гори-
зонтального движения и привод
подъема траверсы 3. Манипулятор
передвигается на опорных катках 4
по направляющим, расположенным
между рядами ванн. Траверса 3 под-
нимается и опускается телескопиче-
скими устройствами 6. Данную конст-
рукцию отличают высокие металло-
и энергоемкости.
Поворотио-консольные манипуля-
торы. Манипуляторы проектируются
на базе консольных манипуляторов
114
Гальванические манипуляторы
Рис. 21. Принципиальная гидравлическая схема поперечно-портального манипулятора
небольшой грузоподъемности. Пово-
ротная консоль устанавливается в
верхней части каретки на подшипни-
ках качения и может поворачиваться
на 180°. Поворот ее осуществляется
от отдельного привода через червяч-
ную передачу, червячное колесо кото-
рой закреплено на поворотной кон-
соли. Угол поворота фиксируется в
крайних положениях конечными вы-
ключателями и подпружиненными
упорами.
Специализированные манипуляторы
115
Рис. 22. Поперечно-крановый манипуля-
тор:
1 — грузозахват; 2 — каретка; 3 — тра-
верса; 4 — опорные катки; S — корпус
манипулятора; 6 — телескопическое уст-
ройство подъема траверсы; 7 — подвеска
динен с равноплечим рычагом 14.
Этот рычаг вместе с вертикальными
тягами 15 и рамками 16 составляет
шарнирный параллелограмм, закреп-
ленный на раме 9. При включенном
приводе рамки 16 с деталями совер-
шают качательное движение.
Специализированные манипуляторы,
работающие в автоматических линиях
для цинкования длинных труб, имеют
пневматический механизм наклона од-
ного конца подвески для слива галь-
ванических растворов из внутренних
полостей труб при извлечении их
из ванн.
В линии хромирования поршневых
колец третье движение специализи-
СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫЕ
МАНИПУЛЯТОРЫ
Специализированные манипуляторы
применяют в следующих случаях: для
переноса деталей или технологических
спутников определенного вида, а так-
же для обеспечения наклона, покачи-
вания или поворота их.
Некоторые манипуляторы этой
группы имеют третье движение, но
оно не используется для переноса де-
талей или технологических спутников
в другой ряд ванн. В качестве привода
дополнительного движения могут при-
меняться электромеханический, пнев-
мо- или гидропривод. На рис. 23 по-
казан специализированный порталь-
ный манипулятор, дополнительным
движением у которого является пока-
чивание рамок 16 с технологическими
спутниками — корзинами.
На каретке подъема груза 8, кото-
рая с помощью цепей 3 перемещается
в направляющих 4, установлен элект-
ромеханический привод 5 механизма
покачивания, состоящий из электро-
двигателя и червячного редуктора,
соединенный муфтой. Тормоз в при-
воде отсутствует. На выходном конце
червячного редуктора установлен кри-
вошип 11, сообщающий возвратио-
качательное движение шатуну 10,
нижний конец которого шарнирно сое-
Рис. 2S. Специализированный манипуля-
тор:
1 — привод подъема груза; 2 — звездочка
грузоподъемная; 3 — цепь; 4 — направ-
ляющая; 5 — привод механизма покачи-
вания; 6 — корпус манипулятора; 7 —
колесо ведомое; 8 — каретка подъема гру-
за; 9 — рама; 10 — шатун; 11 — криво-
шип; 12 — привод механизма продоль-
ного перемещения; 13 — колесо ведущее;
14 — равноплечий рычаг; 15 — верти-
кальная тяга; 16 — рамка
116
Гальванические манипулятор1,
рованного манипулятора использу-
ется для непрерывного вращения ко-
лец в течение всего времени обработки.
МНОГОФ УН КЦИОНАЛЬНЫЕ
МАНИПУЛЯТОРЫ
Многофункциональные манипуля-
торы, так же как и специализирован-
ные, имеют одно или несколько до-
полнительных движений. Различие
между ними заключается в следующем.
В специализированных манипуляторах
дополнительные движения имеют тех-
нологический характер, они непо-
средственно влияют на технологиче-
ский процесс, без них нанесение галь-
ванического покрытия крайне за-
труднено или невозможно совсем.
Дополнительные движения много
функциональных манипуляторов на
правлены на реализацию малоотхо^
ных и ресурсосберегающих технологи
ческих процессов, нанесения покры-
тий, а также иа механизацию трудоем-
кого процесса чистки и замены ано-
дов. Для этого они имеют ряд допол-
нительных механизмов, устройстг
приспособлений, позволяющих умень
шить вынос электролитов из гальвани-
ческих ванн, сократить расход про-
мывочной воды, формировать стоки
гальванических линий по концен-
трации и объему, которые удобны
для очистки. Применение этих мани-
пуляторов позволяет обслуживать
узкие вспомогательные ванны, что
дает возможность уменьшить общую
длину гальванической линии, умень-
1560
Рнс. 24. Многофункциональный манипулятор грузоподъемностью 200 кг:
1 — устройство аварийной остановки; 2 — колесо ведущее; 3 — звездочка ведомая;
4 — пластина; 5,7 — выключатели остановки груза; 6 — звездочка ведущая; 8 — зуб
чатый сектор; 9 — кронштейн безопасности; 10 — колесо ведомое; 11 — датчик точной
остановки манипулятора; 12 — пластина переключения скоростей; 13 — привод гори-
зонтального перемещения; 14 — привод подъема груза; 15 — цепь; 16 — грузоподъемная
траверса; 17 — колесо зубчатое; 18 — грузозахват; 19 — дополнительные грузозахваты;
20 — пульт; 21, 22 — рамка; 23 — ролик поддержки питающего кабеля
Многофункциональные манипуляторы
117
Рис. 25 Кинематическая
схема многофункциональ-
ного манипулятора гру-
зоподъемностью 200 кг
шить расход химикатов, сократить за-
траты иа нагрев растворов и вентили-
рование (из-за уменьшения «зеркала»
ванн).
На рис. 24 показан многофункцио-
нальный манипулятор грузоподъем-
ностью 200 кг, спроектированный иа
базе подвесного тележечного манипу-
лятора. Дополнительной функцией у
него является встряхивание поднимае-
мой из ванн подвески с деталями.
Встряхивание происходит непосред-
ственно иад ванной только при подъеме
груза и осуществляется следующим
образом.
Стабилизация грузоподъемной тра-
версы 16 в пространстве обеспечивает-
ся пантографом, состоящим из рамок
21 и 22, шарнирно соединенных меж-
ду собой. Верхние концы рамок 22
вращаются в подшипниках скольже-
ния, закрепленных иа иижией сторо-
не тележки манипулятора. На концах
этих рамок жестко закреплены зубча-
тые сектора 8, находящиеся в за-
цеплении. к нижним концам рамок 21
прикреплена грузоподъемная тра-
верса 16. К иим жестко крепятся зуб-
чатые колеса 17, находящиеся в за-
цеплении. Остановка грузозахватов в
иижнем и верхнем положениях осу-
ществляется выключателями 5 и 7, в
паз которых входит пластина 4, ук-
репленная иа ведомой звездочке 3,
получающей вращение через цепь от
звездочки 6, сидящей иа выходном ва-
лу редуктора. Дополнительные грузо-
захваты 19 устанавливаются для извле-
чения анодов из гальванических вани.
Недостатком конструкции является
ограниченное время встряхивания, ко-
торое определяется временем подъема
подвесок, а также встряхивание иад
каждой позицией, а не выборочно.
На рис. 25 представлена кинемати-
ческая схема этого манипулятора.
118
Гальванические манипуляторы
1360
Многофункциональные манипуляторы
119
В приводе горизонтального перемеще-
ния крутящий момент от электродвига-
теля 3 через муфту 27 передается чер-
вячному редуктору 1, который через
промежуточные валы и муфты 25
соединен с ведущими колесами 24.
В приводе подъема груза крутящий
момент от электродвигателя 12 и
муфту 7 передается червячному ре-
дуктору 26 с тихоходным валом, имею-
щим два выходных конца.
В обоих приводах имеются электро-
гидравлические тормоза 2 и 18. На
одном конце тихоходного вала уста-
новлена ведущая звездочка 22, от
иее вращение передается ведомой звез-
дочке 23, иа одной оси с которой уста-
новлена пластина, включающая вы-
ключатели 20, которые останав-
ливают грузоподъемную траверсу 14
в крайних положениях. Другой конец
тихоходного вала редуктора вращает
вал, на котором закреплена грузовая
звездочка 4. Пластина 5 служит для
переключения скоростей движения ма-
нипулятора, а выключатель 6 — для
точной остановки. Ведомые 8 и веду-
щие 24 колеса вращаются иа подшип-
никах качения. Упор 9, пружина 10
и выключатель 11 составляют устрой-
ство аварийной остановки манипуля-
тора. Грузозахват 15 установлен в
грузоподъемной траверсе 14 на
пружинах 13. Для стабилизации в про-
странстве грузоподъемной траверсы 14
служат зубчатые колеса 16 и зубчатые
сектора 19.
Выключатели 20 срабатывают и ос-
танавливают грузозахваты в случае
отказа рабочих выключателей 21.
На рис. 26 представлен многофунк-
циональный манипулятор грузоподъем-
ностью 750 кг. Дополнительной функ-
цией этого манипулятора является
автоматическое изменение расстояния
между грузозахватами 22, которое мо-
жет изменяться от 250 до 920 мм.
На раме 28 грузоподъемной травер-
сы (см. сечение А—Л) смонтированы
направляющие, по которым могут пе-
ремещаться иа несущих роликах 34
пары кареток 33, к которым прикреп-
лены грузозахваты 22. Сама грузоподъ-
емная траверса 4 передвигается верти-
кально по направляющим 7 роликами
26. На раме 28 установлены блок 24 ве-
дущих звездочек, блок 29 ведомых
звездочек и оборотные звездочки 35,
которые совместно с цепями 27 и 30,
а также отклоняющими роликами 25
образуют три цепные передачи. Каж-
дая из цепей 30 прервана в двух ме-
стах и концы ее присоединены к ка-
реткам 33. Звездочка 24, имеющая
квадратичное отверстие в ступице,
получает вращение от вала квадрат-
ного сечения привода 12 раздвиже-
ния грузозахватов. Находящаяся в
блоке с ней звездочка передает враще-
ние на свою оборотную звездочку 35,
образуя горизонтальную цепную пе-
редачу. От звездочки 24 вращение
передается одновременно и звездоч-
ке 29. Находящаяся под ней звездочка
образует с оборотной звездочкой 35
вторую горизонтальную цепную пе-
редачу. Каретки 33 с грузозахватами
попарно присоединены к таким вет-
вям этих горизонтальных цепных пе-
редач, которые имеют одинаковое на-
правление движения. Выключатели 37
служат для остановки грузозахватов
в четырех положениях и срабатывают
от пластины 38. От пластин 36 сраба-
тывают выключатели аварийной оста-
новки 31 и 32 кареток.
Рис. 26. Многофункциональный манипулятор грузоподъемностью 750 кг:
1 — кронштейн крепления центрального грузозахвата; 2 — кронштейн пульта наладоч-
ного управления: 3 — выключатель ннжнего положения грузозахватов; 4 — грузо-
подъемная траверса: 5 — пульт наладочного управления; 6 — выключатель для выпол-
нения операции «полоскание»; 7 — направляющая; 8 — держатель; 9 — выключатель
верхнего положения грузозахватов; 10 — рама; 11 — колесо ведомое; 12 — привод
раздвижения грузозахватов; 13 — привод подъема и опускания груза; 14 — привод
движения; 15 — колеса ведущие; 16 — устройство аварийной остановки манипулятора;
17 — ролик поддержки троса питающего кабеля; 18 — вал квадратного сечения; 19 —
грузоподъемная звездочка; 20 — защитный кожух; 21, 27 и 30 — цепь; 22 — грузо-
захват; 23 — устройство точной остановки манипулятора; 24 — блок ведущих звез-
дочек; 25 — ролик отклоняющий; 26 — ролик направляющий; 28 — рама грузоподъемной
траверсы; 29 — блок ведомых звездочек; 31, 32 — выключатели аварийной остановки
кареток: 33 — каретка; 34 — ролик несущий: 35 — звездочка оборотная; 36, 38 — пла-
стина; 37 — датчик промежуточных положений грузозахватов
120
Гальванические манипуляторы
Рнс. 27. Многофункциональный манипулятор грузоподъемностью 400 кг:
1,9 — звездочки грузоподъемные; 2 — колесо ведущее; 3 — кронштейн безопасности;
4 — привод горизонтального движения; 5 — плита; 6 — привод подъема груза; 7 —
колесо ведомое; 8 — привод изменения расстояния между грузозахватами; 10 — устрой-
ство аварийной остановки манипулятора; 11 — ролик поддержки троса питающего ка-
беля; 12 — направляющая; 13 — вертикальный вал квадратного сечения; 14 — грузо-
подъемная траверса; 15 — датчик точной остановки манипулятора; 16 — цепь; 17 —
выключатель верхнего положения грузозахватов; 18 — выключатель для выполнения
операции «полоскание»; 19 — пульт наладочного управления; 20 — выключатель ниж-
него положения грузозахватов; 21 звездочка оборотная; 22 грузозахват
На рис. 27 представлен многофунк-
циональный манипулятор, у которого
две дополнительные функции: встря-
хивание подвесок с деталями и изме-
нение расстояния между грузозахва-
тами. Для изменения расстояния меж-
ду грузозахватами манипулятор имеет
отдельный привод 8. От этого привода
вертикальный вал 13 квадратного се-
чения передает крутящий момент на
звездочку, имеющую ступицу с от-
верстием квадратного сечения. Эта
звездочка расположена иа грузоподъем-
ной траверсе 14. Механизм изменения
расстояния и механизм встряхивания
подвесок показан на кинематической
схеме (рис. 28). Все приводы манипу-
лятора смонтированы на платформе —
плите, отлитой из алюминиевого спла-
ва АЛЗ.
В приводе горизонтального движе-
ния крутящий момент от электродвига-
теля 3 через муфту 4 с электрогидравли-
ческим тормозом 5 передается червяч-
ному редуктору 6, а через него по-
средством муфт 2 и промежуточного
вала // — валам I и III ведущих
колес 1. Колеса 14 и 35 являются
ведомыми, вращаются на осях VII
и X.
В приводе подъема груза электро-
двигатель 38 через муфту 39 с электро-
гидравлическим тормозом 40 вращает
вал червячного редуктора 9, а через
него звездочку 13. Цепь 11 передает
крутящий момент звездочке 8. Звез-
Многофункциональные манипуляторы
121
дочке 18 крутящий момент передается
через пару зубчатых колес 12, сидя-
щих на валах V и VI, звездочку 13
и цепь 58. Зубчатая пара 12 введена
в кинематическую цепь для синхро-
низации работы грузовых ветвей вер-
тикальных цепей 22 и 57. Звездочки 16
являются натяжными. На валах IV
и VIII жестко сидят грузовые звез-
дочки 7 и 19. Вертикальные цепи 22
и 57 соединены соответственно с ка-
ретками 25 и 56. Звездочки 33 явля-
ются натяжными. Каждая из этих
кареток соединена с грузоподъемной
траверсой и имеет по четыре ограни-
чительных ролика, с помощью кото-
рых перемещается по направля-
ющим.
При подъеме или опускании грузо-
подъемной траверсы ролнк 26 каретки
перемещается по гребенке 29, к кото-
рой он постоянно прижимается под-
пружиненным роликом 55 противо-
положной каретки. Грузозахваты вме-
сте с грузоподъемной траверсой полу-
чают горизонтальные колебания в
ностью^400^кг*еМаТИ,,еСКаЯ схема многоФУИкциональиого манипулятора грузоподъем-
122
Гальванические манипуляторы
Рис. 29. Консольные манипуляторы К-25 и К-50:
1 — привод подъема груза; 2 — ведущая звездочка; 3 — направляющая; 4 — каретка
с консолью; 5 — грузозахваты; 6 — каток ведущий; 7 — привод горизонтального пере-
мещения; 8 — корпус; 9 — цепь; 10 — пульт наладочного управления; И — звездочказ
12 — каткн ограничительные
направлении движения манипуля-
тора.
Крутящий момент в приводе изме-
нения расстояния между грузозахва-
тами от электродвигателя 17 переда-
ется валу квадратного сечения IX.
Муфта 37 с электромагнитным тормо-
зом 36 соединяет электродвигатель
с редуктором. Вал IX проходит через
ступицу звездочки 52, имеющую квад-
ратное отверстие, и вращает эту звез-
дочку. Нижним концом этот вал опи-
рается на регулируемую шаровую
опору 34. Ведущая звездочка 52,
натяжные звездочки 46, отклоняющие
звездочки 49 и цепь 50 образуют гори-
зонтальную цепную передачу, к вет-
вям которой присоединены левая и
правая каретки, на которых установ-
лены грузозахваты. При движении
цепи 50 эти каретки сближаются или
удаляются, передвигаясь по направля-
ющим грузоподъемной траверсы на
несущих роликах 44, сидящих на
осях 43.
Стабилизируют положение кареток
на направляющих ролики 45 и 53.
Четыре выключателя 51 служат для
остановки кареток в одном из четырех
положений, а выключатели 42 и 48
являются аварийными.
В этом манипуляторе встряхивание
грузозахватов в горизонтальной пло-
скости происходит над каждой пози-
цией линии, а не выборочно.
На рис. 29 и 30 показаны мани-
пуляторы НРБ и ФРГ соответ-
ственно.
Рекомендации по проектированию
123
РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ
Как видно из описания приведенных
выше разнообразных конструкций оте-
чественных и зарубежных гальвани-
ческих манипуляторов общими струк-
турными элементами для большинства
из них являются: несущая рама с ко-
лесами для горизонтального передви-
жения, закрепленные на раме верти-
кальные направляющие, по которым
передвигается вверх и вниз, как пра-
вило, с помощью гибкого тягового
органа грузоподъемная траверса, не-
сущая грузозахваты.
Приводы механизмов манипуля-
тора. Манипуляторы, как правило,
имеют по два привода (за исключением
специализированных и многофункцио-
нальных): один — для горизонталь-
ного перемещения над рядами ванн
самого манипулятора, другой — для
вертикального движения грузоподъем-
ной траверсы, несущей грузозахваты.
Самым распространенным приводом
исполнительных механизмов манипуля-
торов является электромеханический
привод; гидравлический привод встре-
чается реже, а пневматический — край-
не редко (в основном для вертикальных
движений). Ниже рассмотрены электро-
механические приводы.
Электромеханический привод со-
стоит из электродвигателя, червяч-
ного редуктора, шкива-муфты, соеди-
няющей их валы, и тормоза.
Электродвигатели. В приводах
манипуляторов устанавливаются
асинхронные двигатели трехфазного
тока единой серии 4А как основного
исполнения, так и электрические мо-
дификации — многоскоростные двига-
тели и двигатели с повышенным сколь-
жением.
Двигатели основного исполнения
устанавливаются в основном в при-
водах механизмов подъема груза, не
предъявляющих особых требований к
пусковым характеристикам, сколь-
жению. В приводах механизмов подъе-
124
Гальванические манипуляторы
ма и опускания груза манипуляторов
рекомендуется устанавливать двух-
скоростные двигатели, позволяющие
смягчить динамические нагрузки при
соприкосновении технологических
спутников с опороловнтелямн ванн
и предотвращающие расплескивание
электролитов и падение объемных по-
лых деталей при погружении их в
электролит.
В случае выполнения манипулято-
ром операции «полоскание», т. е.
неоднократного непрерывного извле-
чения и погружения деталей в промы-
вочную ванну, в привод подъема груза
рекомендуется устанавливать двига-
тель с повышенным скольжением, пред-
назначенный для работы н повторно-
кратковременном режиме с частыми
пусками и реверсами. В обозначении
двигателей с повышенным скольже-
нием после серин указывается буква
«С». Например, двигатель 4АС80В6УЗ.
В случае необходимости могут уста-
навливаться двигатели с двумя вы-
ходными концами вала. В приводах
горизонтального движения манипуля-
торов, имеющих расчетную скорость
движения не более 15 м/мнн, допуска-
ется установка односкоростных двига-
телей основного исполнения. Если же
манипулятор рассчитан на скорость
движения 25—30 м/мнн, в приводе
горизонтального движения необходимо
устанавливать двухскоростной двига-
тель с таким расчетом, чтобы предоста-
новочная скорость движения не пре-
вышала 12—15 м/мнн. На такой же
скорости обеспечивается точность ос-
тановки манипулятора над центром
позиции ±20 мм.
Редукторы. В приводы механизмов
подъема и опускания груза манипуля-
торов устанавливаются одноступенча-
тые универсальные червячные редук-
торы, имеющие самотормозящуюся
червячную пару. Наиболее всего под-
ходят червячные редукторы общепро-
мышленного применения марок Ч или
РЧУ.
Условия работы редукторов:
температура окружающей среды
—40 ± +40 °C;
не требуется специальной защиты от
пыли н агрессивной спеды;
вращение валов должно осущест-
вляться в обе стороны с частотой враще-
ния быстроходного вала до 1500 мни-1.
Универсальность редуктора за-
ключается в том, что благодаря нали-
чию съемных лап он может быть уста-
новлен в привод в следующих положе-
ниях: червяк горизонтальный под
колесом, над колесом нлн сбоку ко-
леса, червяк вертикальный.
В случае расположения червяка иад
колесом паспортные значения нагруз-
ки необходимо снижать до 20 % ввиду
недостаточного смазывания трущихся
поверхностей червячной пары.
Передаточные числа редукторов име-
ют следующий вид: 8; 10; 12,5; 16;
20; 25; 32; 40; 50; 63 (64); 80.
Редукторы и соединенные с ними
механизмы должны устанавливаться
на жестком основании и быть сцентри-
рованы. Прн установке редукторов
необходимо обеспечивать свободный
доступ к масломерной игле.
Редукторы имеют четыре схемы
сборки:
с двумя выходными концами тихо-
ходного вала;
с одним выходным концом тихоход-
ного вала, расположенным справа;
с одним выходным концом тихоход-
ного вала, расположенным слева;
с внутренним сквозным шлицевым
отверстием в тихоходном валу.
В последней схеме сборки отпадает
необходимость в муфтах, что удешев-
ляет привод. Габариты привода умень-
шаются, однако н этом случае требу-
ется более точная установка присоеди-
няемого вала. Межцентровые расстоя-
ния редукторов располагаются в сле-
дующий ряд: 40, 63, 80, 100, 125, 160.
Муфты. Муфты, соединяющие валы
двигателя и редуктора имеют следую-
щую особенность: одна нз полумуфт
должна иметь гладкую цилиндриче-
скую поверхность, которую сжимают
прн торможеннн колодки тормоза.
Диаметр этой тормозной полумуфты
определяется размером выбранного тор-
моза. Например, если выбран тормоз
ТКТ-100, то диаметр тормозной полу-
муфты должен быть 100 мм.
Тормозная полумуфта должна на-
ходиться на валу редуктора, так как
прн этом упругие элементы муфты
во время торможения освобождаются
от действия грузового момента н срок
службы их удлиняется. В этом случае
Рекомендации по проектированию
125
упругие элементы муфты подвергаются
воздействию только момента ротора
двигателя.
Торможение механизмов манипуля-
тора. Торможение механизмов мани-
пулятора осуществляется, как пра-
вило, механическим путем. Электри-
ческое торможение применяется редко.
Тормоза в приводах механизмов подъ-
ема груза манипулятора должны уста-
навливаться обязательно, так как са-
мотормозящиеся червячные передачи
не заменяют тормозов: по мере изна-
шивания червячная пара теряет свой-
ства самоторможения.
В приводах горизонтального дви-
жения манипуляторов установка тор-
мозов необходима ввиду жестких тре-
бований к точности остановки мани-
пулятора над позициями. Для умень-
шения тормозного момента, а значит,
и габаритных размеров тормоза его
необходимо устанавливать на привод-
ном валу механизма или возможно
ближе к приводному валу. В этом
случае тормоз работает с минималь-
ным моментом от груза и уменьшает
влияние инерционных усилий на звенья
кинематической цепи.
В приводах механизмов манипу-
ляторов применяются тормоза с элек-
тромагнитным приводом (ТКТ) и элек-
трогидравлическим приводом (ТКГ).
Наибольшее распространение полу-
чили в настоящее время электромаг-
нитные тормоза. В этих тормозах
электромагниты включаются в цепь
питания двигателей так, что размы-
кание тормоза происходит одновре-
менно с пуском двигателя, т. е. эти
тормоза являются нормально замкну-
тыми механизмами. При отключении
электропитания механизмы манипуля-
тора должны быть заторможены. В за-
висимости от диаметра тормозного
шкива они имеют следующие обозна-
чения: ТКТ-100, ТКТ-200/100,
ТКТ-200, ТКТ-300/200, ТКТ-300 с тор-
мозными моментами при ПВ 40 %
соответственно: 2000, 4004, 16 000,
24 000, 50 000 Н-см.
Недостатком тормозов с электро-
магнитным приводом являются: шум-
ность работы (характерные щелчки
при включении); небольшое число
включений в час; невозможность ре-
гулировать процесс торможения в же-
лаемом направлении.
Приводом в электрогидравлических
тормозах являются электрогидравли-
ческие толкатели, дающие возможность
получить практически любую степень
плавности торможения, так как они
имеют устройства для регулирования
времени хода поршня.
Электрогидравлические толкатели
могут работать с частотой до 4000 вклю-
чений в час в зависимости от величины
хода и внешней нагрузки на шток.
Чем больше ход и нагрузка, тем мень-
шее число включений в час допускает
толкатель.
Тормоза с электрогидравлическими
толкателями имеют следующее обозна-
чение: ТКГ-160, ТКГ-200, ТКГ-300
с тормозными моментами соответ-
ственно 10 000, 25 000, 80 000 Н-см.
Преимущества этих тормозов — плав-
ность торможения, большое число
включений в час, бесшумность ра-
боты, большие тормозные моменты —
делает применение электрогидравли-
ческих тормозов в приводах манипуля-
торов более предпочтительным.
Оба вида тормозов могут работать
только при горизонтальном положе-
нии осн тормозного шкива.
Гибкие тяговые элементы. Из гибких
тяговых элементов для подъема груза
в манипуляторах наибольшее приме-
нение нашли цепи.
Они применяются в основном тогда,
когда грузоподъемная траверса ма-
нипулятора передвигается по верти-
кальным направляющим. В этом слу-
чае не исключены перекосы ее иа
направляющих и прекращение дви-
жения вниз под действием собствен-
ного веса. Для предотвращения ава-
рийной ситуации необходимо, чтобы
гибкий тяговый элемент имел замкну-
тый вертикальный контур — две ветви,
одна из них разорвана и концы ее
присоединены к грузоподъемному ор-
гану, который в этом случае будет
двигаться вниз принудительно. Для
создания тягового усилия применение
троса потребовало бы установки спе-
циального барабана с винтовой ка-
навкой для намотки бесконечного
троса, усложнило бы конструкцию
и увеличило ее габаритные размеры.
В этом случае удобнее иметь верти-
126
Гальванические манипулятора
кальную цепную передачу и ведущую
звездочку.
Применение троса в качестве гиб-
кого тягового элемента целесообразно
там, где нет вертикальных направля-
ющих, а положение грузоподъемного
органа в пространстве стабилизирует-
ся, например, четырехзвенным меха-
низмом. Трос во время эксплуатации
не требует смазывания. В механизмах
подъема груза применяются цепи двух
видов: грузовые пластинчатые по
ГОСТ 191—82 и приводные роликовые
по ГОСТ 13568—75. Практика экс-
плуатации этих цепей в условиях
гальванического производства пока-
зала, что при ограниченном смазыва-
нии (для предотвращения попадания
их в гальванические растворы) гру-
зовые пластинчатые цепи работают
гораздо хуже приводных роликовых
цепей, применение которых является
пр едпочтител ьным.
В механизмах подъема груза мани-
пуляторов находят применение и свар-
ные цепи (типа якорных). Они прочны,
надежны, не нуждаются в смазывании.
Такие цепи требуют применения спе-
циальных барабанов со сложной ка-
навкой. Для сигнализации об обрыве
цепи в цепных контурах должны уста-
навливаться специальные устройства.
Элементы электроавтоматики. Ма-
нипуляторы должны иметь с обеих
сторон по ходу движения устройства
аварийной остановки. Эти устройства
отключают привод движения манипу-
лятора в аварийной ситуации, когда
происходит столкновение с другим
манипулятором, работающим в линии,
или наезда на упоры, расположенные
в концах путей движения.
Электроблокировочные устройства
(как правило, выключатели контакт-
ного действия) должны также устана-
вливаться в обоих крайних положе-
ниях поступательно движущихся рабо-
чих органов манипулятора (грузо-
подъемной траверсы, грузозахватов,
расстояние между которыми изменя-
ется) и останавливать их приводы
в случае несрабатывания основных
выключателей. Эти выключатели долж-
ны срабатывать от кулачков, рабо-
тающих «на проход», а не «в упор».
Основными (рабочими) выключателями
необходимо выбирать бесконтактные
конечные выключатели, которые на-
дежны в работе, так как выдерживают
практически неограниченное число
включений, и не подвержены корро
зии.
В аварийной ситуации — при сходе
колес манипулятора с направляющих
путей движения — кроме механич*
ских кронштейнов безопасности необ
ходимо предусматривать и электри-
ческие блокировочные устройства, от-
ключающие привод горизонтального
движения.
Рабочие выключатели и блокиро
вочные устройства должны распола
гаться так, чтобы к ним был обеспечен
свободный доступ.
Разводка проводов внутри манипу-
лятора от распределительной коробки,
расположенной на плите, к приемни-
кам тока должна производиться в гиб-
ких металлических рукавах.
На манипуляторе необходим пульт
наладочного (ручного) управления для
работы манипулятора в период пуско-
наладочных работ, работ по обслужи-
ванию анодов и др. Пульт наладочного
управления во избежание использо-
вания его при нанесении покрытш
в ручном режиме работы, разрушь
ющем технологический процесс, дол-
жен быть механически и электрически
быстросъемным.
Прочие конструктивные элементы.
Плита основания нли рама — базовая
деталь, на которой крепятся все остал!
ные узлы и устройства манипул?
тора, — может выполняться сварной
из стандартных профилей, литой из
алюминиевого сплава АЛЗ или из
прокатанного листа из алюминиевых
сплавов.
Выполнение плиты из алюминиевы-
сплавов считается более предпочтг
тельным, так как такие плиты, ка
правило, легче сварных рам, не под
вергаются коррозии, легко обрабаты-
ваются, сборка механизмов манипу-
лятора на таких плитах облегчается
тем, что базовой поверхностью после
обработки является вся поверхность
плиты.
Колеса манипулятора имеют одну
или две реборды в зависимости от
того, по каким направляющим они
катятся. Для бесшумного хода они
могут выполняться из двух частей
Кинематический расчет
127
с залитым резиновым слоем между
ободом и ступицей. Дли плавности
при трогании с места и остановке
колеса могут быть оснащены пру-
жинными компенсаторами.
При удаленности выходных концов
редукторов от валов исполнительных
механизмов, особенно при примене-
нии сварных рам, необходимо шире
применять для передачи крутящего
момента карданные передачи, облегча-
ющие сборку и компенсирующие воз-
можные деформации рамы от нагрузки.
Защита гальванических манипуля-
торов от коррозии должна осуществ-
ляться путем применения коррози-
онно-стойких материалов (алюминий
и его сплавы, коррозионно-стойкая
сталь, пластмассы) и окраски его
частей, подверженных коррозии, хи-
мически стойкими эмалями ХВ-785
по ГОСТ 7313—75.
КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
Описание кинематической схемы.
Для расчета выбран подвесной гибко-
тяговый манипулятор грузоподъем-
ностью 400 кг, кинематическая схема
которого представлена на рис. 31. Гру-
зоподъемная траверса 1, имеющая на
концах ограничительные ролики 4,
вертикально перемещается по двум
направляющим с помощью двух вер-
тикальных цепных контуров. Каждый
контур состоит из ведущей грузовой
звездочки 9, цепи 3 и оборотной звез-
дочки 2. Грузовые ветви каждого
цепного контура разъединены и при-
соединены к траверсе 1. Звездочка 9
насажена на вал Z. На другом конце
этого вала закреплена звездочка 10,
составляющая со звездочкой 8,
цепью 13 и натяжной звездочкой 11
горизонтальную цепную передачу.
Звездочка 8 закреплена иа валу //.
На другом конце этого вала одно из
зубчатых колес 14 закреплено жестко
и входит в зацепление с другим ко-
лесом, установленным на валу III.
Оба они составляют зубчатую переда-
чу, служащую для синхронизации
вращения грузовых звездочек 9 и 20
обоих вертикальных цепных контуров.
Крутящий момент в механизме подъема
груза от электродвигателя 7 через
шкив-муфту 6 передается червячному
редуктору 5, а от него — через кар-
данную передачу 15 и зубчатую па-
ру 14 звездочкам 8. Для натяжения
горизонтальных цепных передач слу-
жат звездочки 11. Горизонтальное
перемещение манипулятора осуществ-
ляется посредством четырех колес —
ведущих 18 и ведомых 12. Привод
горизонтального перемещения состоит
из двухскоростного электродвигате-
ля 16, шкива-муфты 17, червячного
редуктора 19 и колес 18. Шкивы-
муфты обоих приводов охвачены ко-
лодками электромагнитных тормозов.
Пример кинематического расчета
манипулятора. Кинематический рас-
чет манипулятора заключается в опре-
делении параметров кинематических
элементов (передаточных чисел, ша-
гов, чисел зубьев, делительных окруж-
ностей и др.), а в итоге — в подборе
редукторов и электродвигателей при-
вода подъема груза и привода гори-
зонтального движения, а также в рас-
чете и выборе их тормозов.
Расчет привода подъема груза. Опре-
делить мощность Л'э (кВт) электродви-
гателя 7 (рис. 32) и подобрать червяч-
ный редуктор 5 манипулятора, под-
нимающего груз Q массой 400 кг
со скоростью v = 0,13 м/с (7,8 м/мин).
Масса грузоподъемной траверсы Qj =
= 100 кг. Гибким тяговым элементом
для подъема груза выбрана втулочно-
роликовая цепь. Подобрать тормоз.
Масса поднимаемого груза Q и
грузоподъемной траверсы Qj равно-
мерно распределяется на оба верти-
кальных цепных контура.
Определяем окружное усилие Р иа
грузовой ветви каждого цепного кон-
тура:
= _400_+ ю = 2500 Н.
Крутящий момент (Н-м) на валу I
грузовой звездочки 9
М = Pr, (1)
где г — делительный радиус грузовой
звездочки, м.
Для дальнейшего расчета необхо-
димо определить значение г. Исходя
128
Гальванические манипулятор^
Рис. 31. Кинематическая схема подвесного гибкотягового манипулятора грузоподъ ем-
иостью 400 кг
из нагрузки Р сначала подбираем
цепь. Принимаем приводную ролико-
вую однорядную цепь ПР-19,05-3180
по ГОСТ 13568—75. Проверяем цепь
на износ по давлению в шарнирах:
Pk ,
= —СМ,
(2)
где р — давление в шарнирах цепи,
МПа; [р ] = 34,3 МПа — допускаемое
давление в шарнирах цепи с числом
зубьев звездочки 15—30 при частоте
вращения не более 5 с-1; k — расчет-
ный коэффициент нагрузки; F — про-
екция опорной поверхности шарнира,
м2.
Коэффициент k определяется по фор-
муле
k == k^k2kat (3)
где = 1,25 (при нагрузке с толч-
ками); k2 — 1,5 (при периодическом
смазывании); ka = 1,25 (при двух-
сменной работе). Имеем:
k = 1,25-1,5-1,25= 2,325.
Кинематический расчет
129
Определяем:
F = d(BBH+2s), (4)
где d — 5,96 мм — диаметр соедини-
тельного валика цепи, мм; Ввв =
= 12,7 мм — расстояние между пла-
стинами; s = 2 мм — толщина пла-
стины.
Имеем:
F = 5,96 (12,7 + 2-2) = 99,5 м№ =□
= 99,5-10-° м2.
По формуле (2)
/ _ 2500-2,325 _
Р~ 99,5.10-в
= 58,5.10е Па = 58,5 МПа >
>34,3 МПа,
т. е. давление в шарнирах цепи пре-
вышает допускаемое.
Выбираем цепь ПР-25,4-6000, у ко-,
торой d = 7,95 мм, Ввв = 15,88 мм
и s = 3 мм.
По формуле (4) находим;
F = 7,95 (15,88+ 2-3) »
= 174-Ю-6 м2.
По формуле (2) определяем;
_ 2500-2,325
Р~ 174-10-в
= 33,4-10° Па = 33,4 МПа < [р].
В заключение определяем расчет-
ный коэффициент запаса прочности
цепи:
рД + р/^ь V
где Pj == 60 000 Н — разрушающая на-
грузка цепи; = 1,25; Р = 2500 Н;
Pf — дополнительное усилие от про-
висания цепи, Н; Рц — усилие от
центробежной силы, Н;
где q = 26 Н/м — удельное усилив
цепи; о = 0,13 м/с — скорость дви-
жения цепи; g = 10 м/с2 — ускорение
свободного падения.
Значением Рц пренебрегаем из-за
малой скорости движения цепи.
г
Рис. 32. Элемент кинематической схема
Усиление от провисания цепи
Pt = kqA, (6)
где k = 1 (передача вертикальная);
А = 1,8 м — межосевое расстояние
(выбирается конструктивно), откуда
Pt= 1-26-1,8 = 46,8 Н.
По формуле (5) определяем коэф-
фициент запаса прочности цепи:
_ 60000
° 1,25-2500 + 46,8
60000 _ to Гя1 _ 7
3125 + 46,8 J 7'
Принимаем цепь ПР-25,4-6000 (по
ГОСТ 13568—75).
Выбрав цепь, возвращаемся к опре-
делению делительного радиуса звез-
дочки. Принимаем число зубьев звез-
дочки 2=13, исходя из жестких
требований к ее габаритам, а также
малой скорости движения цепи.
Определяем делительный диаметр
звездочки:
п 1 - 25-4 -
, 180° ~ sin 13°48' “
sin-----
z
25,4
0,2385 106 мМ'
Откуда г = 53 мм — 0,053 м.
5 П/р В. Л. Зубченко
130
Гальванические манипуляторы
Конструктивно такой делительный
диаметр звездочки приемлем, так как
позволяет в ее ступице выполнить
отверстие и разместить шпоночный
паз для вала диаметром 40—45 мм,
способного передать крутящий момент
и выдержать консольную нагрузку
(в расчете на прочность это необхо-
димо проверить). Такой же диаметр
принимаем и для оборотной звез-
дочки 2.
По формуле (1) определяем крутя-
щий момент на валу I грузовой звез-
дочки:
Л1Т = Рг = 2500-0,053 = 132 Н-м.
С учетом трения в шарнирах цепи
и подшипниках качения крутящий
момент на валу I, Н-м:
где tjf = 0,9 и т]2 = 0,99 — соответ-
ственно КПД открытой цепной пере-
дачи и пары подшипников качения.
Имеем:
= 0,9-0,99 ~ 149 Н‘М‘
Такой же крутящий момент будет
и на валу IV.
Исходя из равномерной загрузки
подвесок с деталями и незначительных
усилий в результате этого на ролики 4,
трением в них пренебрегаем.
По заданной скорости подъема груза
определяем частоту вращения звез-
дочки 9, с'1
соО
2 ’
откуда
где v = 0,13 м/с —
груза; D = 0,106
диаметр звездочки.
Имеем:
2-0,13
0,106
скорость подъема
м — делительный
= 2,45 а“».
Принимаем (см. рис. 31) /д = 1 и
13 = 1 — передаточные числа соответ-
ственно горизонтальной цепной пере-
дачи 13 и зубчатой пары 14.
(9)
Тогда частота вращевия тихоход-
ного вала редуктора 5
шт = ш = 2,45 с'1.
Паспортное значение частоты вра-
щения быстроходных валов выпускае-
мых червячных редукторов не превы-
шает 157 с-1 (1500 об/мин). Поэтому
выбираем электродвигатель 7 с ча-
стотой вращения вала соэ = 147 с-1
(1400 об/мин).
Определяем передаточное число чер-
вячного редуктора
шэ 147
2,45
Выбираем ближайшее паспортное
значение /р = 63.
Определяем крутящий момент Л1Т
на тихоходном валу редуктора.
Крутящий момент на валу // с уче-
том потерь на трение в цепной пере-
даче 13 и паре подшипников качения
(оборотной 2 и натяжной 11 звездочек)
м;
Л4ц =-----1-.
т Ч1Ч2
Имеем
149
= 168 Н-м.
Такой же крутящий момент будет
иа валу ///.
Крутящий момент (Н-м) на тихо-
ходном валу редуктора с учетом по-
терь на трение в карданной пере-
даче 15, зубчатой паре 14 и ее подшип-
никах качения
Л4Т = 2-^-
Ч2П3П4
где Т)д = 0,87 и Т)4 = °.94 — КПД
соответственно карданной передачи
при угле наклона а = 15° и открытой
зубчатой передаче.
Имеем:
м 9 168
т 0,992-0,87-0,94 ~
336 ,оп „
= — = 420 Н-м.
По крутящему моменту Л!т и пере-
даточному числу /р выбираем червяч-
ный редуктор 4-125, у которого допу-
скаемый крутящий момент на тихо-
ходном валу составляет 610 Н-м.
149
и
(Ю)
Кинематический расчет
131
Определяем крутящий момент (Н-м)
на входном валу редуктора, а значит,
и на валу электродвигателя
Л1Э =
ilplp
(И)
где т]р = 0,76 и ip = 63 — соответ-
ственно КПД и передаточное число
выбранного редуктора.
Имеем
М 420 -
8 0,76-63
= ^ = 8,78 Н-м.
По крутящему моменту на валу
электродвигателя определяем его мощ-
ность, Вт:
(12)
Мэ = Л4эсоэ,
где соэ — 147 с-1.
Имеем:
N„ = 8,78-147 = 1290 Вт = 1,29 кВт.
По частоте вращения вала и мощ-
ности выбираем электродвигатель
4А804УЗ, имеющий мощность 1,5 кВт
и частоту вращения вала 150 с-1
(1415 об/мин). Вследствие небольшого
различия между расчетной частотой
вращения и выбранной (соответствен-
но 147 с-1 и 150 с-1) скорость подъема
груза незначительно отличается от
заданной.
Подбираем тормоз привода подъема
груза.
Тормозной момент должен обеспе-
чивать удержание груза массой Q =
= 400 кг в статическом состоянии на
весу с коэффициентом запаса тор-
можения
Мс ’
(13)
откуда
M=kMc,
где М — тормозной момент, создавае-
мый поднимаемым грузом на затормо-
женном валу с учетом потерь в меха-
низме подъема груза, Н-м; k = 1,75 —
коэффициент запаса торможения для
механизмов с машинным приводом
среднего режима работы (согласно
правилам Госгортехнадзора).
Определяем Мс (Н-м) из выражения
Ыв = Л4сшэ, (14)
откуда
Л4С = ^>
где Na = 1290 Вт и со9 = 147 с-1
соответственно мощность электродви-
гателя и частота вращения его вала.
Имеем:
.. 1290 _ , „
Мо =-^- = 8,7 Н-м.
Определяем тормозной момент тор-
моза, Н-м:
М = 1,75-8,7 = 15,23 Н-м.
Выбираем тормоз ТКТ-100, имеющий
тормозной момент 20 Н-м при ПВ =
= 40%.
Расчет привода горизонтального дви-
жения. Определить мощность Na (кВт)
электродвигателя 16 и подобрать чер-
вячный редуктор 19 в приводе гори-
зонтального движения манипулятора
массой (?2 — 750 кг, движущегося со
скоростью Oj = 0,5 м/с (30 м/мин)
и имеющего скорость перед останов-
кой и2 = 0,25 м/с (15 м/мии). Масса
поднимаемого груза Q — 400 кг, масса
грузоподъемной траверсы Q1 = 100 кг.
Подобрать тормоз.
Принимаем диаметр колес 18 и 12
манипулятора D = 0,12 м. Опреде-
ляем частоту вращения (с-1) колес из
выражения
сой
откуда
где и, = 0,5 м/с — скорость движения
манипулятора; £> = 0,12 м — диаметр
колес.
Имеем:
—i>'/r-8-34rt
Определяем передаточное число чер-
вячного редуктора. Исходя из пас-
портных данных червячных редукто-
ров частота вращения их быстроход-
ных валов не должна превышать
157 с-1 (1500 об/мин).
Принимаем частоту вращения вала
электродвигателя to = 150 с-1
(143 об/мин).
132
Гальванические манипулятор
Определяем передаточное число ре-
дуктора
= V К34 18- (16)
Принимаем ближайшее паспортное
значение ip — 16.
По формуле (16) пересчитываем ча-
стоту вращения колес
соэ 150
®i = ~г~ = -Jr— = 9.38 с *.
jp 10
По формуле (15) вычисляем измени-
вшийся диаметр колес при условии
сохранения заданной скорости
= 4^- = °>106 м-
C£>i У,оо
Принимаем диаметр колес манипу-
лятора Dj = 106 мм.
Определяем сопротивление от сил
трения передвижению манипулятора
с полной нагрузкой, Н:
(17)
где Q = 400 кг, <+ = 100 кг, (?2 =
= 750 кг — масса соответственно под-
нимаемого груза, грузоподъемной тра-
версы и манипулятора; g = 10 м/с2 —
ускорение силы тяжести; k = 0,05 X
X 10~2 м — коэффициент трения ка-
чения; р. = 0,015 — коэффициент тре-
ния качения в подшипниках; d =
= 4,5-10 м~2—диаметр вала колеса
(принимается конструктивно); Dr =
— 10,6 • 10-2— диаметр колеса; (} =
— 3 — коэффициент, учитывающий до-
бавочное сопротивление движению от
трения реборд колес о направляющие,
а также состояние самих направля-
ющих.
Имеем;
F = (400 + 100 + 750) 10Х
2-0,05-10-2 + 0,015-4,5-10"2 _
X ---------, „ „ ; ----------о =
F
10,6-Ю"2
_,25ОО«^3_
= 37500*0,0158 = 593 Н.
Момент на валу колеса, необход
мый для преодоления сопротивлею
от сил трения при движении маиин'
лятора
.. FDi 593-0,106 „
М = —---------------------- 31,4 Н м.
Приводим этот момент (Н-м) и ва.
эл ектр сдвиг ателя
М' = ¥-, (18)
«Ч v
где i = 16 и 8 — передаточное число
механизма горизонтального движения;
Ч — его КПД;
Ч = Прл!, (19)
где Чр = 0,76 и 41 = 0,99 — КПД
соответственно червячного редуктора
и пары подшипников качения.
Имеем:
Ч = 0,76-0,992 = 0,745.
По формуле (18) определяем момент
на валу электродвигателя, необходи-
мый на преодоление сил трения:
31,4 31,4
М 16-0,745 11,9 2.64 Н'М-
Определяем сопротивление движе-
нию манипулятора при сдвиге с места.
Оно складывается из сил инерции
поступательно движущихся масс Q,
Qi, (?2 и сил инерции вращающихся
масс привода
Мин = Mj’ + М2, (20)
где MJ — момент, необходимый для
преодоления сил инерции поступатель-
но движущихся масс в период пуска,
приведенный валу электродвигателя,
Н-м; М2 — момент, необходимый для
преодоления сил инерции вращаю-
щихся частей, Н-м.
Определяем момент на валу колеса,
необходимый для преодоления сил
инерции поступательно движущихся
масс в период пуска, Н-м:
+ (21)
где t = 0,5 с — время пуска.
Кинематический расчет
133
Имеем:
м (400+ 100 + 750) 0,5-0,106
2-0,5
= 1250^106 = 6613 Нм.
1
Затем определяем момент, необхо-
димый на преодоление сил инерции
поступательно движущихся масс, при-
веденный к валу электродвигателя,
Н-м;
(Q + Qi + Q2) ®э
М. = ---------!-----, (22)
39,25/^ п
где соэ = 150 с“х — частота вращения
вала электродвигателя.
Имеем;
, (400 + 100 + 750) 0.1062 • 150 _
М'~ 39,25-0,5-162-0,745 ~
-И-1-»'1"-
Определяем момент, необходимый
на преодоление сил инерции масс вра-
щающихся частей, Н-м:
м —ъ GD2(i>a
2 1 39,25/
где А] = 1,14-1,2 — коэффициент, учи-
тывающий влияние маховых масс на
валах механизма, кроме масс ротора
двигателя и шкива-муфты; GD2 — ма-
ховой момент ротора электродвигателя
и шкива-муфты, Н-м.
Имеем:
GD2 = GjD| + °2Dl,
(23)
(24)
где GDI — 0,35 Н-м2 — маховой мо-
мент ротора электродвигателя (при-
нимается предварительно и уточня-
ется после выбора электродвигателя);
G2 — сила тяжести шкива-муфты; D3 —
= 0,1 м — диаметр инерции массы
шкива-муфты.
Определяем силу тяжести шкива-
муфты:
G2 = mgH, (25)
где т = 3,5 кг — масса шкива-муфты;
g = 10 м/с2 — ускорение свободного
падения.
Имеем:
G2 = 3,5-10 = 35 Н.
Определяем маховой момент шкива-
муфты:
G2D23 = 35-0,12 = 0,35 Н-м2.
По формуле (24)
GD2 = 0,35 + 0,35 = 0,7
По формуле (23)
„ , „ 0,7-150
М*~ 1,2'39,25-0,5 “
Н-м.
= 5-36 Н-м.
Н-м.
сопро-
__ 105
“ 19,6
По формуле (20)
Л4ИН = 0,564 + 5,36 = 5,92
Определяем полный момент
тивления движению манипулятора от
сил трения и сил инерции:
Ма — М' + М Ин —
= 2,64 + 5,92 = 8,56 Н-м.
Перегрузочная характеристика элек-
тродвигателя
Ф = = 3.24 < №1 = 2.5 - 33-
Мощность электродвигателя (Вт), не-
обходимая для передвижения манипу-
лятора в период установившегося дви-
жения,
Мэ = ЛГсоэ = 2,64-150 = 396 Вт.
Выбираем электродвигатель
4А90Е8/4УЗ (ввиду отсутствия двух-
скоростных электродвигателей мень-
шего габарита) с номинальной .мощ-
ностью 0,63 кВт при со = 73,25 с-1
(700 об/мин) и 1,0 кВт при со = 150 с-1
(1430 об/мин).
Тормозной момент ориентировочно
равен:
МТ = Л4П = 8,56 Н-м.
Коэффициент запаса торможения,
равный 1,5, в формулу не введен,
так как торможение манипулятора
осуществляется при скорости п2 =
= 0,25 м/с, т. е. вдвое меньшей, чем
расчетная.
Выбираем тормоз ТКТ-100 (за не-
имением тормозов меньшего габарита),
имеющий при ПВ = 40 % тормозной
момент 20 Н-м.
ГЛАВА 4
ВАННЫ И СУШИЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Набор различных по назначению
ванн, установленных в определенном
порядке, — основная составляющая
часть любой автоматической гальва-
нической линии.
Ванны представляют собой емкости
прямоугольной формы, которые яв-
ляются «держателями» гальванических
растворов. Они предназначены для
проведения процессов нанесения по-
крытий, а также для подготовитель-
ных и окончательных операций.
Ванны проектируются по принципу
агрегатирования и компонуются из
унифицированных узлов (корпус, на-
греватель, барботер и др.).
Подготовительные операции выпол-
няются в ваннах химического или элек-
трохимического обезжиривания, тра-
вления, декапирования, холодной и
горячей промывки.
В основных ваннах осуществляется
нанесение на подготовленную поверх-
ность деталей защитной, декоративной
или защитно-декоративной пленки
того или иного металла.
Заключительные (финишные) опе-
рации выполняются в ваннах горячей
промывки перед сушкой, а также
в ваннах сушки. Кроме того, для
улучшения внешнего вида покрытий
защитную пленку при анодировании
алюминия насыщают красителем.
Несмотря на огромное разнообразие
применяемых ванн, к ним предъяв-
ляется ряд общих требований: герме-
тичность, отсутствие химического вза-
имодействия раствора с корпусом
ванны, поддержание теплового режима,
удобство и безопасность обслужива-
ния и др.
Внутренние размеры ванн зависят
от размеров покрываемых деталей,
требуемой производительности галь-
ванической линии, установки внутри
ванн тех или иных модулей.
На выбор внутренних размеров ванн
для ианесеиия покрытий оказывает
влияние также число электродны
рядов и расстояние между нимч
На практике наибольшее распростр
нение получили электролитичесю
ваины с тремя или пятью электродш
ми рядами, имеющие соответствен)
две анодные и одну катодную ил
три анодные и две катодные штанп
Расстояние между лежащими ряде
анодной и катодной штангами прин
мается в пределах 150—300 мм
зависит от размеров покрываемых д
талей. Чем меньше расстояние меж/
электродами разной полярности, тс
?уже первичное распределение ток
для объемных деталей. От расстояни
покрываемой детали до анода зависи>
качество и толщина покрытия,
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ
И РАЗМЕРЫ ВАНН
Внутренние размеры ванн опред;
ляются ГОСТ 23738—85 «Ванны автс
операторных линий для химической
электрохимической обработки поверх
ности и получения покрытий. Основны
параметры и размеры». В нем не регл<
ментируются конструкция и внутре!
нее устройство ванн, а приводят;
схемы четырех типов корпусов ва!
и указываются их внутренние ра
меры — длина, ширина, высота.
На рис. 1—4 показаны различии,
типы корпусов, каждый из которы
имеет несколько исполнений в зав;
симости от наличия карманов, ели
ных патрубков и направления i
выхода. Диапазон внутренних разм;
ров ванн, приведенных в
ГОСТ 23738—85, от 320X320X320 до
8000X2000X2500 мм. Наиболее чао
встречающиеся в гибком гальванич
ском производстве внутренние размеры
ванн следующие: длина L = 1000
4000 мм, ширина В = 500-=-1400 м:
глубина Н — 800-5-2000 мм.
Основные параметры и размеры ванн
135
Рис. 1. Корпус ванны без кармана
Рис. 2. Корпус ванны с карманом
136
Ванны а сушильное оборудование
Исполнение 1
Исполнение 2
промывки
Рис. 8. Корпус ванны двухступенчатой
Рис. 4. Корпус ванны трехступенчатой промывки
Устройство корпусов ванн
137
УСТРОЙСТВО КОРПУСОВ ВАНН
Назначение корпусов ванн. В зави-
симости от назначения ванн приме-
няются различные типы корпусов.
Показанный на рис. 1 корпус ванны
без кармана применяется для сле-
дующих технологических операций:
электролитического нанесения покры-
тий, травления, улавливания, дека-
пирования, пассивирования, осветле-
ния, оксидирования, окрашивания
алюминия, нейтрализации, химическо-
го и электрохимического полирования,
редукции, удаления некачественных
покрытий, сатинирования, снятия
шлама.
Корпус ванны с карманом, пока-
занный на рис. 2, применяется в основ-
ном для ванн холодной и горячей
промывки, химического и электрохи-
мического обезжиривания и травления
алюминия.
Корпуса ванн, показанных на рис. 3
и 4, предназначены для ванн двух-
и трех ступенчатой противоточной про-
мывки.
Расположение карманов в корпусах
ванн, показанных на рис. 2—4,
ГОСТ 23738—85 допускается как с
правой, так и с левой стороны сек-
ции.
В гальваническом производстве
встречаются ванны, имеющие более
трех ступеней промывки. Эти ванны
применяют при покрытии деталей дра-
гоценными металлами. Объясняется
это тем, что при большем числе сту-
пеней промывки в канализацию выно-
сится, т. е. теряется, меньше иоиов
соответственного металла.
В ваннах многоступенчатой про-
тивоточной промывки чистая вода по-
ступает сначала в секцию, наиболее
удаленную от кармана, переливается
в следующую секцию и так до тех пор,
пока не попадает в карман, а из
него —• на очистку. Промываемые де-
тали движутся навстречу потоку воды,
т. е. сначала попадают в наиболее
«грязную» секцию с карманом, по-
том — в следующую и так до тех пор,
пока не попадут в последнюю «чистую»
секцию. Применение противоточной
каскадной промывки сокращает рас-
ход воды, регламентируется
ГОСТ 9.305—84 «Покрытия металли-
ческие и неметаллические неоргани-
ческие».
Конструкция корпусов. Кроме кор-
пусов ванн, представленных на
рис. 1—4, на практике встречается це-
лый ряд корпусов ванн другой конст-
рукции, предназначенных в основном
для промывки.
На рис. 5 показан корпус трех-
секционной ванны двухступенчатой
противоточной каскадной промывки,
позволяющий разместить в одном кор-
пусе две ванны двухступенчатой про-
тивоточной каскадной промывки в хо-
лодной воде. Общей для обоих ванн
в таком корпусе является средняя
«чистая» секция, в которую подается
вода из цеховой водопроводной сети.
Из средней секции вода равномерно
переливается через специальные кар-
маны 1 и 2 в нижние части крайних
секций, вытесняя в канализацию через
карманы 3 и 4 верхние более грязные
слои воды. Детали для промывки
поступают сначала в крайние секции
с более грязной водой из ванн, рас-
положенных слева и справа от этой
ванны, а после — в среднюю секцию.
Применение таких ванн экономит про-
изводственную площадь, сокращает
расход конструкционных материалов,
упрощает схемы подвода воды и сжа-
того воздуха.
На рис. 6 показан совмещенный
корпус двух ванн двухступенчатой
противоточной каскадной промывки:
в холодной и горячей воде. Общей
секцией в таком корпусе также яв-
ляется средняя секция с холодной
водой, от которой секция промывки
в горячей воде отделена теплоизоли-
рующей перегородкой 1. В этом слу-
чае стенки секции горячей промывки
имеют теплоизоляцию 2. Схема дви-
жения деталей в этой ванне такая же,
как и в ванне, показанной на рис. 5.
Недостатком ванн, показанных на
рис. 5 и 6, является малая длина
переливной кромки 3 (см. рис. 6) кар-
манов, из-за чего в случае значитель-
ного повышения уровня воды в сред-
ней секции (например, при опускании
в нее объемных деталей), через карман
переливается только часть чистой во-
ды, другая же ее часть переливается
через перегородку 1 нли 4 и смеши-
вается с грязным верхним слоем.
138
Ванны и сушильное оборудование
Рнс. 5. Корпус ванны двухсту-
пенчатой противоточной про-
мывки холодной водой:
1,2 — карманы для перелива
чистой воды; 3,4 — карманы
для слнва в канализацию гряз-
ной воды; 5 — разделительные
планкн (стрелками показано
направление движения чистой
воды)
Устройство корпусов ванн
139
Качество промывки при этом ухуд-
шается.
Для устранения этого недостатка
при промывке крупных деталей при-
меняют ванну, корпус которой пока-
зан на рис. 7. В таком корпусе для
сообщения средней секции с сосед-
ними применяются не карманы, а
перегородки 1 и 2 по всей длине ванны.
Такой корпус и схема движения воды
показаны на рис. 7. Эти перегородки
устанавливаются на расстоянии 50 мм
от разделительных стенок 3 и 4 сек-
ций (несколько выше их). Габаритные
размеры этого корпуса немного уве-
личиваются за счет размещения допол-
нительных перегородок, так как ши-
рина В секции при этом сохраняется.
Недостатком корпусов ванн, пока-
занных на рис. 5—7, является их
громоздкость. Это вызывает ряд не-
удобств при их изготовлении, монтаже
или демонтаже. Для устранения этого
недостатка корпус ванны двухступен-
чатой противоточной каскадной про-
мывки изготавливают составным. На
рис. 8 показан корпус такой ванны,
состоящий из двух частей, соединен-
ных между собой трубами. При уста-
новке справа еще одной секции с кар-
маном можно получить корпус трех-
секционной ванны двухступенчатой
противоточной каскадной промывки,
аналогичный корпусу, показанному
на рис. 7. Перелив воды из средней
«чистой» секции в крайние с более
грязной водой осуществляется по тру-
бам 1 и карманам 2 (см. рис. 8).
Такие ванны занимают в линии больше
места, так как в этом случае между
секциями размещается верхняя об-
вязка 3 из уголков или другого про-
ката, однако преимущества таких кор-
пусов очевидны. Более детально уст-
ройство корпусов таких ванн показано
на рис. 9 и 10.
Корпуса ванн свариваются из лис-
тов 1 и 3 стали (боковые стенки)
толщиной 4—5 мм, которые устана-
вливаются встык (см. сечение В—В,
рис. 10). Листы из углеродистой стали
сваривают газовой или электросвар-
кой сплошным двусторонним швом.
Дно 6 корпуса имеет уклон 1 : 100
или 1 : 50 в сторону патрубка донного
слива. Для уменьшения потери полез-
ной высоты Н в ваннах длиной 2 м
и более уклон дна рекомендуется при-
нимать 1 : 100.
Для увеличения жесткости дна 6
снизу по линии установки опор (но-
жек) 15 или 16 к дну приваривают
гнутые швеллеры 4. Под опорные
поверхности ножек к дну ванны при-
варивают пластины 7, а для фиксиро-
вания корпуса на ножках — втулки 8.
Для увеличения жесткости верхних
краев боковых стенок производят об-
вязку их по периметру равнобоким
уголком размером от 50X50X5 до
100Х 100Х 10 мм (см. рис. 9, 11) или
гнутым швеллером высотой от 80 до
120 мм (см. рис. 9, I). При этом об-
вязку из уголков приваривают на 5 мм
выше кромок боковых стенок для
размещения сварного шва. Обвязка
бортов ванн уголками считается более
предпочтительной из-за отсутствия
сварных швов на внутренних стенках,
которые мешают футеровке. Кроме
того, борта из уголков служат для
установки на них комплектующих
агрегатных сборочных единиц (бар-
ботеров, нагревателей и др.), особенно
для крепления их быстродейству-
ющими устройствами — струбцинами,
эксцентриками и пр.
Для ванн высотой Я= 1250 мм
и выше для предотвращения образова-
ния «бочкообразное™» рекомендуется
обвязывать корпус примерно по сере-
дине высоты дополнительными пояса-
ми 2 и 5 гнутого швеллера. Для ванн
длиной 2,5 м и более корпуса ванн
рекомендуется обвязывать дополни-
тельно вертикальными стойками 14.
Конструкция сливных патрубков и
карманов ванн представлена на
рис. 2—4. Высота сливного кармана
должна занимать ие менее 10—20 %
высоты ванны.
Для выведения при монтаже в галь-
ванической линии бортов ванн в одну
плоскость корпуса устанавливаются
на регулируемые опоры 15 или 16
(см. рис. 10) с диапазоном регулиро-
вания 100—120 мм.
Корпуса электролитаческих ванн,
подключенных к источникам питания
постоянного тока, во избежание утечки
тока, а также для защиты от блужда-
ющих токов следует устанавливать
на изолирующие опоры 15. Корпуса
остальных ваин устанавливают на
140
Ванны и сушильное оборудование
А
Устройство корпусов ванн
141
//
Рис. 9. Корпус ванны с теплоизолирован-
ными стенками:
1 *— корпус ванны; 2 — минеральная вата)
8 — устройства для крепления теплоизо-
ляции; 4 — лист; 5 — обвязка бортов из
гнутых швеллеров; 6 — обвязка бортов
из уголков; 7 ” рамка
Б~Б (вариант)
Рис. 10. Устройство корпусов
ванн:
/, 3 — боковые стенкн корпуса)
2, 5 — пояс из гнутого швелле-
ра; 4 — швеллеры; 6 — дно кор-
пуса; 7 — пластина; 8 — втул-
ка; 9 — вннт; 10 — стальная
втулка; 11, 22 — прокладка;
12 — фарфоровый изолятор;
13 — опора; 14 — вертикальная
стойка; 15, 16 — регулируемая
опора; 17 — винт грузовой; 18 —
гайка; 19 — контргайка; 20 —
сферический подпятник грузо-
вого винта; 21 — изолятор фар-
форовый; 23 — пята; 24 — кол-
пачок с резьбой; 25 — дно ван-
ны; 26 — втулка
142
Ванны и сушильное оборудование
металлические опоры 16. Одна из
конструкций регулируемых изолиру-
ющих опор представлена иа рнс. 10
(см. сечение А—Л). Винт 9 своей
сферической головкой входит в цен-
трирующую втулку 8 и опирается на
пластину 7. Нижний резьбовой конец
его входит в стальную втулку 10,
которая своей рифленой торцовой
поверхностью опирается на проклад-
ку 11 из мягкого металла (алюминия,
меди). Эта прокладка препятствует
повороту втулки 10 при вращении
виита 9. Втулка 10 центрируется
в фарфоровом изоляторе 12 своим
цилиндрическим полым хвостовиком.
Марка изолятора — СН6 (изоляторы
опорные внутренней установки).
Устройство опоры для неэлектро-
литических ванн показано на рис. 10
(см. сечение Б—Б).
Для уменьшения потерь тепла ванны,
в которых рабочая температура рас-
творов превышает 60 °C, теплоизоли-
руют (дно ванны, а также карманы
теплоизоляции не имеют).
На рис. 9 представлена ванна с теп-
лоизолированными боковыми стенка-
ми. На эти стенки в несколько рядов
по высоте с определенным шагом при-
вариваются специальные устройства 3
(по ГОСТ 17314—81 «Устройства для
крепления тепловой изоляции сталь-
ных сосудов и аппаратов. Конструкция
и размеры. Технические требования»).
На эти же стенки приваривают рам-
ки 7 из стандартного уголка. На
устройства 3 навешивается минераль-
ная вата 2 (по ГОСТ 4640—84. «Вата
минеральная. Технические условия»).
Эта вата закрывается затем листами 4,
которые винтами крепятся к рам-
кам 7. При наличии на боковых стен-
ках сливных патрубков, карманов
и др. в теплоизоляции для них де-
лаются вырезы.
Материалы для изготовлении ваин.
Для изготовления корпусов ванн хо-
лодной промывки, декапирования, цин-
кования, улавливания, осветления,
пассивирования применяют СтЗ.
Внутренние стороны стенок ванн
желательно футеровать винипластом
или пластикатом, что предохраняет
растворы ванн от попадания в них
загрязнений материала стенок. ।
Для изготовления корпусов ванн
обезжиривания и горячей промывки
применяют сталь Х18Н9Т. Допускает-
ся заменять эту сталь сталями следу-
ющих марок: 12Х18Н10Т, 0Х18Н10Т,
Х18Н12Т, 0Х18Н12Б, 0Х21Н15Т,
0Х17Т, Х25Т, 08Х22Н6Т. Футеровка
этих материалов в ваннах обезжири-
вания и горячей промывки не тре-
буется.
Добавка в сталь титана предохра-
няет ее от межкристаллитной кор-
розии, наиболее опасного вида кор-
розии, которая, не разрушая зерен
металла, продвигается внутрь по их
менее стойким границам. Почти не
оставляя следов на поверхности, эта
коррозия может привести к полной
потере прочности н разрушению де-
тали или конструкции.
Для изготовления корпусов ванн
хромирования применяют титановые
сплавы следующих марок: ВТО,
ОТ4—0, ВТ1, ОТ4, ВТ1—0
(ГОСТ 19807—74). Футеровка стенок
ванн не требуется.
Из всех относительно доступных
металлов титан наиболее коррозионно-
стоек. Сравнительно высокая его стои-
мость оправдывается большим эконо-
мическим эффектом, химической стой-
костью его к воздействию различных
сред.
Для изготовления ванн хромирова-
ния может применяться коррозионно-
стойкая сталь с последующей футе-
ровкой свинцовым листом.
Сварка корпусов. Подготовка к свар-
ке включает следующие операции:
вырезку заготовок из материала,
указанного на чертеже, с допускаемым
отклонением размеров от номинала
±1 мм;
очистку от наплывов и неровностей
до чистого металла кромок заготовок,
полученных автогенной резкой;
рихтовку (придание заготовкам пра-
вильных геометрических форм);
пескоструйную (дробеструйную) об-
работку заготовок;
тщательную очистку мест сварки
от загрязнений (ржавчины, окалины,
краски, масла и т. п.);
сборку корпуса в специальном кон-
дукторе, обеспечивающем правильное
взаимное положение заготовок.
Защита корпусов ванн
143
Для получения качественных швов
сварку необходимо производить сплош-
ным двусторонним швом (по
ГОСТ 5264—80) с высотой катета 5 мм
(точность ±1 мм).
Сварку корпусов из СтЗ следует
производить электродами Э38 по
ГОСТ 9467—75 «Электроды покрытые
металлические для ручной дуговой
сварки конструкционной и теплоустой-
чивой сталей. Типы», сварку корпусов
из коррозионно-стойкой стали
12Х18Н10Т— стальными проволоч-
ными электродами ЦЛ-11 (по
ГОСТ 9466—75) по ГОСТ 2246—70
«Проволока стальная сварочная».
Режим сварки коррозионно-стойкой
стали: род тока — постоянный; по-,
лярность на электроде -f-; среднее
значение рекомендуемого тока, А: 70—
90 — для электродов диаметром 3 мм;
130—150 — диаметром 4 мм; 150—
180—диаметром 5 мм; 180—200 —
диаметром 6 мм.
Для сварки в вертикальном поло-
жении сила тока должна быть умень-
шена на 10—15%. После сварки
необходимо выполнить следующие ме-
роприятия: зачистить от шлака свар-
ные швы, визуально проверить внеш-
ний вид шва (шов должен иметь
равномерную чешуйчатую поверхность
по всей длине). Дефекты, обнаружен-
ные при визуальном осмотре швов
(шлаковые включения, пористость,
подрезы, иепроваренные места, тре-
щины, раковины), вырубить до основ-
ного металла и проварить вновь.
Контроль сварных швов. Контроль
сварных швов должен осуществляться
сразу по окончании сварки.
На наличие микротрещин сварные
швы проверяют методом цветной де-
фектоскопии специальной жидкостью
НИИхиммаш, которая имеет следу-
ющий состав, %: 80 — керосин; 15 —
трансформаторное масло; 5 — скипи-
дар. Контроль производят в следую-
щей последовательности. На контро-
лируемый шов в течение 10—15 мин
наносят три-четыре слоя жидкости,
после чего промывают шов 5%-ным
раствором кальцинированной соды и
протирают его насухо. На сухую
поверхность шва пульверизатором на-
носят раствор каолииа (600—700 г
иа 1 л воды) и подсушивают шов
теплым воздухом.
Крупные трещины начинают про-
являться через 5 мии, мелкие — через
20—25 мин.
ЗАЩИТА КОРПУСОВ ВАНН
Футеровка, т. е. облицовка внутрен-
них поверхностей корпусов гальвани-
ческих ванн химически стойкими ма-
териалами, выполняет двоякую роль:
защищает стенки ванн от разрушения
при воздействии растворов и предо-
храняет раствор от загрязнений про-
дуктами растворения материала сте-
нок.
Выбор футеровочного покрытия.
В каждом конкретном случае мате-
риал для футеровки выбирается в за-
висимости от агрессивности раствора,
его температуры, размеров ванны и
других эксплуатационных условий.
Для футеровки применяют пласт-
массовые или металлические материа-
лы, резину или керамические плитки.
В настоящее время наибольшее при-
менение в практике защиты корпус-
ного гальванического оборудования
находят пластмассовые и металличе-
ские материалы, а также резина.
Объясняется это менее трудоемкой
по сравнению с облиповкой керамиче-
ской плиткой технологией нанесения
покрытия, позволяющей применять
средства механизации при подготовке
поверхности и нанесении покрытия,
менее строгими требованиями к жест-
кости корпуса ванны, возможностью
защищать оборудование, имеющее не
только плоские внутренние поверх-
ности.
Из металлических футеровочных ма-
териалов для защиты ванн применяют
листовой свинец марок С1 или С2
(по ГОСТ 9559—75). Он выпускается
листами толщиной 0,2—15 мм, ши-
риной 500 и 600 мм и длиной 750—
1200 мм. Свинец стоек к растворам
концентрированной серной кислоты и
ее солей, к концентрированным щаве-
левой, уксусной и винной кислотам,
к сернистой, хромовой, плавиковой
(холодной) и фосфорной кислотам.
Свинец нестоек к азотной и соляной
кислотам, а также в очень мягкой во-
144
Ванны а сушильное оборудование
1. Виды футеровочных покрытий
Характеристика раствора ванны Темпе- ратура эксплуа- тации, °C Вид футеровочного покрытия Толщина слоя по- крытия, мм
Слабые растворы серной, соляной и азотной кислот Растворы (до 70 %) серной, соляной и азотной кислот Растворы солей мине- ральных кислот Н изкомолекуляр ные жирные кислоты (уксус- ная, муравьиная) Шеточи (до 20 %) Фтористоводородная кис- лота (до 50 %) Органические раствори- тели 20—60 60—70 70—90 20—60 До 60 50—70 18—30 Винипласт Гуммирование Пластикат Кислотоупорная плитка Пластобетон Кислотоупорная плитка Фаолит Полиэтилен низкого дав- ления Гуммирование Полиэтилен Винипласт Пластикат Гуммирование Полиэтилен Винипласт Пластикат Фаолит 4—10 4,5-6 2—5 40 10—15 40 5—15 4—5 4,5—6 4—5 4—10 2—5 4,5 4—5 4—10 2—5 5—15
допроводной воде, ограниченно стоек
в едких щелочах, сильно растворяется
в известковой воде. Теплопроводность
свиица в 2 раза ниже, чем у железа.
Свинец не подвержен температурному
воздействию гальванических раство-
ров.
Свинец применяется в основном для
футеровки ванн хромирования. Для
футеровки ванн с температурой рас-
творов не более 60 °C (за исключением
концентрированной серной, соляной
и плавиковой кислот) применяют ви-
нипласт, пластикат или резину. Пла-
стикат может использоваться при тем-
пературе растворов до 70 °C.
Футеровку ванн можно осуществ-
лять газопламенным напылением по-
липропилена, который выдерживает
температуру до 90 °C. В табл. 1 при-
ведены данные подбора футеровки
оборудования в зависимости от усло-
вий эксплуатации.
Футеровка винипластом. Для футе-
ровки гальванических ванн приме-
няется в основном винипласт марки ВН
по ГОСТ 9639—71. Он представляет
собой окрашенный или неокрашенный
непластифицированный поливинилхло-
рид, изготовленный методом прессо-
вания, имеющий плотность 1,38 г/см3.
Выпускается листами толщиной 1—
20 мм, шириной 500 мм, длиной ие
менее 1,3 м. Винипласт хрупок, хо-
рошо обрабатывается прн точении и
фрезеровании.
Листовой винипласт ие является
токсичным материалом, поэтому его
использование в нормальных усло-
виях (20 °C) не требует мер предо-
сторожности. При работе с листами
винипласта при температуре свыше
170 °C возможно выделение хлори-
стого водорода, поэтому работы в этом
случае должны проводиться в помеще-
ниях, оборудованных вытяжной и при-
точной вентиляцией.
Для футеровки гальванических ванн
применяются вкладыши из листового
винипласта (рис. 11). Вкладыши из-
готавливаются гибкой и сваркой. Для
увеличения прочности ванн ее заго-
товки рекомендуется стыковать так,
чтобы иа углах вкладыша не было
Защита корпусов ванн
143
сварных швов. Сварка листов вини-
пласта может осуществляться в самой
ванне или вне ее по предварительно
подготовленным кромкам, срезанным
под углом 70° (рис. 12) винипластовым
прутком диаметром 2,6 мм в струе
горячего воздуха температурой 220—
260 °C под давлением 100—200 кПа.
Нагретый до этой температуры При-
садочный .пруток слегка вдавливается
в нагретые свариваемые листы. При
остывании образуется плотный сва-
рочный шов. При сварке пруток
следует держать по отношению к сва-
риваемым листам перпендикулярно к
шву или с наклоном в сторону шва,
не превышающим 5—10° (см. рис. 12, а
и б). В положении, показанном на
рис. 12, е, пруток мешает прогреву
листа, что ухудшает качество сварки.
При сварке струю горячего воздуха
необходимо направлять больше на
листы, так как пруток размягчается
быстрее. На каждый шов рекомев-
дуется укладывать не менее трех-
четырех прутков для компенсации
меньшей, чем у листов, механической
прочности шва. На дно ванны следует
укладывать и приваривать к нему
дополнительный лист винипласта во
избежание проникновения раствора к
Рис. 11. Расположение швов при сварке
вкладыша из винипласта:
а — неправильное; б — правильное
ч) S)
>)
Рис. 12. Сварка заготовок из винипласта
корпусу в случае образования тре-
щин от падения деталей или других
посторонних предметов. Для удобства
сварки размеры донного листа должны
быть на 40—50 мм (на сторону) меньше
дна ванны.
Футеровка пластикатом. Для футе-
ровки гальванических ванн приме-
няется в основном окрашенный
или неокрашенный прокладочный
пластикат марки ПП-КЭ (по
ОСТ 6-19-503—79) и пл астик атП57-40 КЗ
(по ТУ 6-05-1146—75). Пластикат пред-
ставляет собой термопластичный ма-
териал, полученный переработкой по-
ливинилхлоридной композиции мето-
дом вальцевания, каландирования или
экструзии. Верхний температурный
предел эксплуатации составляет 70 °C.
Пластикат выпускается в виде листов
или рулонов, в рулонах он имеет ши-
рину не менее 600 мм (ПП-КЭ) и
1200 мм (П57-40КЭ) и толщину 0,5;
1; 2; 3 мм.
Работа с пластикатом в обычных
условиях не требует особых мер пред-
осторожности. Работу с пластикатом
при температуре выше 100 °C необ-
ходимо проводить в помещении, обору-
146
Ванны и сушильное оборудование
Рис. 13. Футеровка корпуса ваины пла«
стикатом:
1 — корпус ванна; 2, 4 —• полоски пла-
стиката шириной 20 мм; 3 — торцовый
лист пластиката; 5 — основной лист пла-
стиката; 6 — боковые стенки корпуса;
7 — сульфатостойкий цемент; в — слой
клея № 88Н; 9 — лист пластиката; 10 —•
борт ванны (Л — линии изгиба листов
пластиката; Б — стык основных н тор-
цовых листов; В, Г — внутренние стыки
торцовых листов; В — угол ванны)
дованном приточно-вытяжной венти-
ляцией.
При футеровке винипластом вкла-
дыш не имеет сцепления с корпусом
ванны, он только опирается на стенки,
поэтому качество футеровки опреде-
ляется в основном герметичностью
сварных швов. Подготовке внутрен-
них поверхностей стенок корпуса ван-
ны при этом большого внимания не
уделяется.
При футеровке пластикатом вкла-
дыш ввиду пластичности материала
не в состоянии «держать» форму ванны
и должен быть приклеен к внутренним
поверхностям стенок корпуса (рис. 13).
Применяемый иногда способ свобод-
ной установки вкладыша из пласти-
ката в корпус ванны (в расчете на
то, что раствор прижмет его к стенкам)
может привести к нежелательным ре-
зультатам: появлению между вкла-
дышем и стенками ванны Воздушных
пузырей, объем которых при нагре-
вании увеличивается; вытягиванию
свободно висящего на стенках пласти-
ката от воздействия температуры, что
может привести к нарушению герме-
тичности сварных швов.
Процесс футеровки ванн пластика-
том включает следующие операции:
раскрой пластиката, подготовку склеи-
ваемых поверхностей, футеровку сте-
нок, закрепление пластиката на бор-
тах ванны, заделку углов на бортах
корпуса, заварку стыков, кон-
троль качества заварки стыков, опре-
ссовку.
Раскрой пластиката. Раскрой пла-
стиката производится так, чтобы стыки
листов не приходились на углы кор-
пуса ванны 1 (см. рис. 13). Для этого
лист 5 (листов может быть несколько,
учитывая ширину выпускаемых руло-
нов) должен частично покрыть дно
и две боковые стенки ванны, не доходя
до других боковых стенок на расстоя-
ние, удобное для заварки стыков.
Для торцовых стенок вырезаются ли-
сты 3, которые частично переходят на
боковые стенки до стыка с листом 5.
Вырез под угол в местах перехода
листов 3 со стенок на дно произво-
дится по месту так, чтобы образовались
стыки Г. При раскрое направление
проката пластиката должно быть пер-
пендикулярно к стыкам листов.
Подготовка склеиваемых поверхно-
стей. При футеровке пластикатом под-
готовке склеиваемых поверхностей уде-
ляется особое внимание. Внутренние
поверхности стенок и дна корпуса
ванны необходимо очистить от ржав-
чины, окалины, жировых и других
загрязнений. Для этого применяют
дробеструйную обработку и после-
дующее обдувание сухим сжатым воз-
духом. Углы, образованные стенка-
ми 6, заполняются сульфатостойким
цементом 7 (по ГОСТ 22266—76),
затем высушиваются и обезжирива-
ются вместе с остальными поверхно-
стями стенок бензиновыми раствори-
телями (по ГОСТ 443—76 или
ГОСТ 3134—78).
Поверхность пластиката зачищается
шлифовальной шкуркой № 58—80, об-
дувается сухим сжатым воздухом и
Защита корпусов ванн
147
Рнс. 14. Электрогорелка для сварки винипласта:
1 — сопло; 2 — наконечник; 3 — корпус; 4 — керамический вкладыш; 5 — гайка;
6 — изоляция (бусинки); 7 — штуцер; 8 — кожух; 9 — спираль; 10 — ручка; 11 —
электрошнур к сети; 12 — кран регулирования подачи воздуха; 13 — шланг подачн
сжатого воздуха
обезжиривается теми же раствори-
телями.
Футеровка стенок (см. рис. 13). По-
сле полного высыхания на склеивае-
мые поверхности наносится в одном
направлении тонкий равномерный
слой 8 клея № 88Н (по
ТУ 38-1051-061—82). Перед нанесением
клея на склеиваемые поверхности не-
обходимо еще раз убедиться в отсут-
ствии на них посторонних частиц.
После высыхания клея до «отлипа»
руки (через 1,5—2 ч) наносится второй
слой клея, перпендикулярно к пер-
вому, и сушится также в течение
1,5—2 ч.
Наклеивание пластиката начина-
ется с листов 5: сначала на одну из
боковых стенок, потом на дно, а затем
иа другую боковую стенку. Пласти-
кат накладывается постепенно участ-
ками 500—600 мм до полного приле-
гания его к корпусу, что достигается
тщательным приглаживанием или при-
катыванием. Качество прилегания
проверяется визуально иа отсутствие
воздушных пузырей или осветленных
участков.
В том же порядке аккуратно встык
с соседними листами постепенным при-
глаживанием нлн прикатыванием на-
клеиваются листы иа торцовые стенки
корпуса.
Заделка пластиката на бортах.
Для закрепления пластиката на бор-
тах 10 корпуса ванны (см. рис. 13)
поверхность бортов подвергается за-
чистке и обезжириванию. Наклеива-
ние пластиката осуществляется после
двухкратного промазывания и высы-
хания склеиваемых поверхностей.
Для предотвращения преждевремен-
ного отгиба загнутых на борта концов
пластиката силами упругости их необ-
ходимо через планки прижать струб-
цинами к бортам до полного склеи-
вания.
Заделка углов на бортах ванн. После
футеровки стенок корпуса футеруются
оставшиеся углы В. Для этого по
месту вырезаются заготовки из того же
пластиката, промазываются клеем, на-
клеиваются на эти углы и прижимают-
ся до полного склеивания.
Заварка стыков. Заварка стыков —
ответственная операция, так как в слу-
чае их негерметичности раствор может
проникнуть к клею № 88Н, который
нестоек в агрессивных средах.
Для заварки стыков поперек про-
ката пластиката нарезаются полоски 2
и 4 шириной 20 мм. Завариваемый
стык должен быть очищен от возмож-
ного попадания клея или других
посторонних включений.
Полоски накладываются иа стык,
края их прогреваются горячим воз-
духом из специальной горелки (рнс. 14)
с электронагревательной спиралью и
прокатываются гладилкой.
Сварка происходит при давлении
воздуха 50 кПа, нагретого До темпе-
ратуры 270—300 °C, выходящего из
сопла горелки диаметром 2,5—3 мм;
скорость сварки 0,3—0,4 м/мнн.
Контроль качества заварки стыков.
Проверка качества сварных швов (их
герметичность) производится при иа-
148
Ванны и сушильное оборудование
Рис. 15. Схема контроля сварного шва
футеровки с помощью дефектоскопа:
1 — индукционная катушка; 2 — конден-
сатор; 3 — молоточковый прерыватель; 4—»
винт для регулирования прерывателя; 5 -*»
клемма к металлической пластинке; 6 —*
металлическая пластина; 7 — сварной
шов; 8 — щетка-искатель; 9 — штепсель**
ные гнезда для провода высокого напря-
жения; 10 — электроды; 11 — ручка ре-
гулирования длины линии искры
пряжении 50—100 кВ электроискро-
вым дефектоскопом (рис. 15).
Ток высокого напряжения подво-
дится одним полюсом к корпусу ван-
ны, а другим — к щетке-искателю 8.
При передвижении этой щетки по
сварному стыку в непроваренньгх ме-
стах проскакивают искры.
Опрессовка. После проверки свар-
ных швов . ванну заливают горячей
(60 °C) водой, при которой выдер-
живают 10—12 ч. После охлаждения
воды естественным путем до 20 °C
воду сливают, ванну протирают на-
сухо, просушивают ее внутреннюю
поверхность и осматривают ваниу
с целью обнаружения вздутия пласти-
ката и затеков воды.
Места обнаружения этих дефектов
прокалывают и выдавливают воздух
или воду. Место прокола заваривается
и проверяется на герметичность де-
фектоскопом.
Перспективным для футеровки галь-
ванических ванн является пластикат
ПХ-2 (по ТУ 6-19-051-130—80), кото-
рый обладает высокой химической
стойкостью при температурах до 90 °C
в растворах и электролитах хромиро-
вания, блестящего кислого меднения
и никелирования, электрохимического
и химического обезжиривания, ки-
слотах серной, соляной и азотной,
щелочах, окиси хрома и других средах.
Пластикат ПХ-2 нестоек в хлори-
стом железе и азотно-кислом натре.
Выпускается пластикат ПХ-2 листами
толщиной (2,4±0,3) мм, шириной
1,450 м и длиной 6 м.
Крепить пластикат ПХ-2 к стенкам
гальванических ванн рекомендуется
полиуретановым клеем ГИПК-2111 (по
ТУ 6-05-251-39—83) по грунту
ГИПК-2110 (по ТУ 6-05-251-38—83),
который кистью наносится тонким
слоем на внутреннюю поверхность
ванны и сушится в течение 10—12 ч.
В остальном технология футеровки
пластикатом ПХ-2 аналогична изло-
женной выше для пластикатов ПП-КЭ
и П57-40КЭ.
Футеровка свинцом. Для сварки
вкладыша из свинцового листа тол-
щиной 2—3 мм изготавливается кар-
кас из досок в виде ящика. Этот кар-
кас может иметь не сплошные стенки,
а только угловые ребра и вертикаль-
ные стойки в местах расположения
швов. Размеры ящика-каркаса (длина
н ширина) должны быть на 30—40 мм
мецыпе внутренних размеров ванны,
а высота — на 100—150 мм больше
высоты ванны.
Листы свинца накладываются вна-
хлестку по 40—60 мм. С наружной
стороны они свариваются, потом вкла-
дыш опускается в ванну, где проис-
ходит приварка листов с другой сто-
роны нахлеста. Верхние кромки ли-
стов отгибаются на борта ванны.
Места сварки должны быть механи-
чески зачищены до блеска. Газопла-
менная (водородно-воздушным пламе-
нем) сварка свинца осуществляется
с применением присадочного прутка
из свинца.
Герметичность швов проверяется за-
ливкой воды между стенками ванны
и футеровки. После проверки герме-
тичности швов из листа по месту вы-
резают пластинки и закрывают ими
незащищенные углы бортов ваниы,
после чего их приваривают.
Гуммирование. Гуммирование — за-
щита внутренних стенок корпуса ван-
ны с помощью резины. Для гуммиро-
вания выбирается мягкая кислотоще-
лочестойкая резина.
Стенки корпуса перед гуммирова-
нием необходимо обработать метал-
лическим песком, обезжирить бензи-
ном, промазать двумя-тремя слоями
клея № 88Н. Время сушки каждого
слоя 1,5—2 ч. Затем наносят три слоя
Нагревательные устройста
149
невулканизированной резины. Толщи-
на каждого слоя 1,5 мм. В таком виде
корпус ванны помещается в вулкани-
зационный котел, где острым насы-
щенным паром осуществляется вул-
канизация резины. Время вулканиза-
ции 1—3 ч.
Вулканизацию ванн большого раз-
мера осуществляют открытым спосо-
бом. Покрытие из трех слоев (мягкая
резина — эбонит—мягкая резина) вул-
канизируют в растворе (1 : 2,5) хлори-
стого кальция при температуре ки-
пения раствора не ниже 100° в течение
25—30 ч. Нагрев раствора осуществ-
ляется подвешенным паровым змее-
виком, расстояние между змеевиком
и покрытием должно быть не менее
300 мм.
Такое покрытие выдерживают тем-
пературу растворов 70—90 °C.
Защита наружных поверхностей.
Для защиты наружных поверхностей
корпусов ванн наибольшее приме-
нение находит эмаль X В-785 (по
ГОСТ 7313—75), следующих групп:
7/1—для агрессивных паров, газов,жид-
костей; 7/2 — для растворов кислот;
7/3 — для растворов щелочей.
НАГРЕВАТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА
Теплоносители. В гальванических
цехах для нагрева растворов в ваннах
используют в качестве теплоносителя
насыщенный и перегретый пар, элек-
троэнергию, горячую воду.
При рабочих температурах раство-
ров 80—90 °C и ниже применение
пара является предпочтительным как
наиболее дешевого и безопасного спо-
соба нагрева. При отсутствии пара
или его нехватке, а также при тем-
пературе раствора 100 °C и выше
применяют электронагрев. Электро-
нагрев является достаточно эффектив-
ным способом нагрева, но менее удоб-
ным, так как использование напря-
жения свыше 36 В требует принятия
дополнительных мер безопасности.
При наличии перегретого пара рас-
творы в ваннах можно нагревать до
температуры 100 °C и выше.
В обычных паровых змеевиках пар
отдает 90 % своего тепла при конден-
сации в воду. При необходимости же
нагрева раствора свыше 100 °C конден-
сацию пара допускать нельзя, его
следует выпускать наружу при тем-
пературе, которая выше рабочей тем-
пературы раствора ванны. Это основ-
ной недостаток данного способа на-
грева. Перегретый пар с температурой
210—240 °C поступает в заводскую
сеть, а до гальванического цеха дохо-
дит при температуре 160—180 °C.
Нагрев растворов в гальванических
ваннах с помощью перегретого пара
или горячей воды осуществляется
крайне редко ввиду их низкой эконо-
мичности, поэтому рассматриваться в
этой главе не будет.
Независимо от теплоносителя нагрев
гальванических ванн осуществляется
двумя способами: нагревательным эле-
ментом, помещенным непосредственно
в раствор, и нагревательным элемен-
том в водяной рубашке, передающим
тепло через металлическую стенку
рабочему раствору ванны.
В случае, если раствор нейтрален по
отношению к материалу греющей по-
верхности нагревательного элемента,
применяют первый способ нагрева,
если же агрессивен — используют вто-
рой способ.
Нагрев насыщенным паром. При
нагреве ванн нагревательным элемен-
том, помещенным в раствор, исполь-
зуется змеевик. Змеевики могут вы-
полняться сварными из отдельных
отрезков труб или гнуться нз одной
трубы. Радиус изгиба груб должен
быть по возможности наименьшим при
условии минимальной деформации диа-
метра трубы на изогнутом участке.
Для изготовления змеевиков при-
меняют различные материалы в за-
висимости от состава нагреваемых рас-
творов со следующими характеристи-
ками:
низкоуглеродистая сталь — устой-
чива в щелочных растворах и доста-
точно устойчива в водопроводной
воде;
коррозионно-стойкая сталь — устой-
чива в растворах агрессивных мине-
ральных кисло г при наличии в рас-
творе некоторого количества азотной
кислоты и при отсутствии соляной
или плавиковой кислоты;
свинец — нестоек в присутствии
азотной и соляной кислот;
150
Ванны и сушильное оборудование
Рис. 16. Дойный паровой нагреватель
титановые сплавы — стойки в боль-
шинстве гальванических растворов, не-
стойки при травлении в горячей сер-
ной кислоте концентрацией 10—20 %.
В соляной кислоте разрушаются за
10—15 дней работы;
латунь — устойчива в растворах фос-
форно-кислых солей.
Донный змеевик (рис. 16) имеет бо*
лее высокую теплоотдачу, чем змее-
вик, расположенный у боковых сте-
нок ванны (рис. 17), однако затруд-
няет расположение на дне ванны бар-
ботеров, водоподводов, препятствует
извлечению упавших деталей, ухуд-
шает условии чистки дна ванны,
поэтому располагать его непосред-
ственно на дне ванны не рекомен-
дуется во избежание взмучивания воз-
можного осадка, накопившегося в ван-
не. Нахождение помещенных в ванну
деталей в непосредственной близости
к донному змеевику вызывает подгар
их нижних концов.
Змеевик, расположенный у боковой
стенки ванны, лишен упомянутых вы-
ше недостатков, однако установка на
ванне и снятие, как правило, двух
таких змеевиков вызывают дополни-
тельные затруднения.
Змеевики должны быть легкосъем-
ными для выполнения их ремонта или
чистки и ремонта самой ванны. Концы
труб змеевиков, выходящие из рас-
твора, имеют вертикальные участки,
огибающие борт ванны и крепящиеся
к нему. Удаление конденсата из вер-
тикальной трубы змеевика не вызы-
вает затруднения: для этого при
глубине ванны 1 м необходимо давле-
ние пара всего 10 кПа.
Змеевики подключаются к сети че-
рез вентили с тем, чтобы в случае их
демонтажа не требовалось отключать
общецеховую сеть подачи пара. В элек-
тролитических ваннах змеевики нагре-
вателей должны быть изолированы от
магистральных трубопроводов с целью
предотвращения утечки тока через
них.
Основным достоинством способа на-
грева ванн водяной рубашкой (рис. 18)
является вывод материала греющей
поверхности нагревателя из зоны не-
посредственного контакта с агрессив-
ной средой. В этом случае гальвани-
ческий раствор нагревается промежу-
точным теплоносителем — водой, ок-
ружающей боковые стенки и дио
гальванической ванны 10. Вода, в свою
очередь, нагревается от змеевика 5,
изготовленного из низкоуглеродистой
стали (водогазопроводной трубы). Во-
дяная оболочка (рубашка) размещает-
ся в промежутке между стенками
Нагревательные устройства
151
вспомогательной (внешней) ванны 9
и рабочей гальванической ванны 10,
выполненной из коррозионно-стойкого
материала. Для заполнения водой
промежутка между ваннами, а также
для равномерного пополнения его хо-
лодной водой служит полузамкнутая
труба 1 с отверстиями, концы которой
заглушены. Уровень воды в рубашке
должен быть- несколько выше уровня
гальванического раствора и поддер-
живается нижней кромкой сливного
патрубка 12, из которого излишки
воды короткой свободной струен сте-
кают через воронку 11 в канализацию.
По изменению цвета стекающей воды
в этом случае можно обнаружить течь
в рабочей ванне 10. Эта ванна нож-
ками 6 опирается на дно ванны 9,
а верхней обвязкой из уголков 7 —
на верхние кромки боковых стенок
ванны 10. Места контакта обеих ванн
по верху завариваются во избежание
выброса горячей воды, или между
ними устанавливается герметическая
прокладка. Доступ внутрь рубашки
для ремонта трубопроводов не тре-
буется. Слив содержимого рубашки
осуществляется через донный патру-
бок 3. Освобождение ванны 10 от рас-
твора производится, как правило, с по-
мощью насоса, выполненного из хими-
чески стойких материалов, или через
патрубок донного слива, приваренный
к дну или стенке ванны и проходя-
щий через дно или стенку вспомога-
тельной ванны через специальное
уплотнение.
Регулирование температуры нагрева
осуществляется следующим образом.
Для разогрева раствора до заданной
температуры в змеевик 5 подается
пар, который отдает тепло водяной
рубашке, конденсируясь в воду. Вода
уходит через другой конец змеевика
в конденсатопровод. При достижении
заданной температуры или превыше-
нии ее погружной датчик электро-
контактного термометра подает сигнал
на электромагнитный клапан, прекра-
щающий подачу пара в змеевик. При
понижении температуры тот же дат-
чик подает команду на подачу пара
в змеевик.
В некоторых ваннах, работающих
при большой объемной плотности тока
(сила тока, приходящаяся на 1 л
Д-Д
Рис. 18. Вайна с водяной рубашкой:
1 — труба подачи воды в рубашку; 2 —
тройник; 3 — патрубок слива воды из
рубашки; 4 — опора; 5 — змеевик; 6 —
ножка рабочей ванны; 7 — верхняя об-
вязка из уголков; 8 — изолирующая нож-
ка; 9 — внешняя ванна; 10 — рабочая
ванна; 11 — воронка; 12 — сливной па-
трубок
объема раствора), например в ваннах
хромирования, при прохождении тока
через электролит выделяется тепло,
которое дополнительно нагревает элек-
тролит. В этом случае со змеевиком 5
соединяется через тройник 2 еще и
трубопровод подачи холодной воды.
Соединение обоих трубопроводов с
фланцами змеевика осуществляется
через изолирующие прокладки, пре-
пятствующие прохождению электри-
ческого тока. С повышением темпера-
туры электролита подача пара пре-
кращается и в змеевик подается холод-
ная вода до тех пор, пока температура
раствора не установится в пределах
з'аданной. Места входа труб в стенки
ванны 9 должны быть герметично
проварены.
152
Ванны и сушильное оборудование
Рис. 19. Ванна с пароводяной рубашкой:
1 — внешняя ванна; 2 — рабочая * ванна;
3 — тройник; 4 — барботер; 5 — патру-
бок слива воды из рубашки; 6 — ножка
ванны; 7, 10 — обвязка иа уголков; 8 —
ножка рабочей ваниы; 9 — опора; И —
воронка; 12 —• патрубок
Разновидностью нагрева раствора
водяной рубашкой является нагрев
пароводяной рубашкой (рнс. 19). При
таком способе нагрева раствора пар
н вода поступают в тройннк 3 одно-
временно, смешиваются в нем н в бар-
ботер 4 поступает горячая вода, кото-
рая через отверстия попадает в ру-
башку и нагревает в ней воду. Верх-
ний, более холодный слой воды при
этом сливается в канализацию через
патрубок 12 к воронку 11. Сечение
патрубка 12 принимается примерно
в 4 раза большим, чем диаметр бар-
ботера. Отверстии в барботере рас-
положены несколькими группами.
Диаметр этих отверстий в небольших
по длине ваннах принимается 2—4 мм,
а в более длинных ваннах — 3—6 мм.
Диаметр этих отверстий увеличивается
по мере их удаления от начала бар-
ботера. Для более равномерного на-
грева водяной рубашки барботер мо-
жет иметь две параллельные трубы,
расположенные под дном ванны 2.
Пароводяная рубашка нагревает
ванну медленнее, чем паровой змее-
вик. Однако при правильно выбран-
ном объеме она гораздо точнее под-
держивает заданную температуру рас-
твора в рабочей ванне. Объем рубашки
должен составлять 40—60 % от обьема
раствора в рабочей ванне, а уровень
растворов в обеих ваннах принимается
примерно одинаковым или немного
ббльшим в рубашке. Температуру рас-
твора в ванне хромирования при таких
соотношениях можно поддерживать с
точностью ±1 °C.
Нагрев трубчатыми электронагре-
вателями (ТЭН). Для проектирования
блоков • электронагревателей и пра-
вильной установки их в ванны необ-
ходимо знать требования к их мон-
тажу и эксплуатации.
Трубчатый электронагреватель, по-
казанный на рис. 20, состоит из тонко-
стенной металлической оболочки 1,
которая может иметь различную кон-
фигурацию. Внутри нее помещается
спираль 2 из проволоки высокого
удельного электрического сопротивле-
Е-Е
Рис. 20. Устройство трубчатого электро-
нагревателя :
1 — тонкостенная металлическая оболоч-
ка; 2 — спираль; 3 — контактный стер-
жень; 4 — наполнитель; 6 — герметик;
6 — изолятор; 7 — гайка; 8 — крепеж-
ное устройство
Нагревательные устройства
153
иия, концы которой соединены с кон-
тактными стержнями 3. Пространство
между спиралью и оболочкой запол-
нено наполнителем 4 с высокими ди-
электрическими характеристиками, как
правило, периклазом (кристалличе-
ской окисью магния). Контактные
стержни 3 заделаны в изоляторы 6.
Торцы электронагревателей заполня-
ются влагозащитным термостойким ла-
ком 5 (герметиком). Герметик предо-
храняет наполнитель 4 от проникнове-
ния влаги и сохраняет его электро-
изоляционные свойства при темпера-
туре в зоне герметизации до 120 °C.
Некоторые ТЭН имеют крепежные
устройства 8 в виде штуцеров или
планок, соединенных с оболочкой раз-
личными способами: сваркой, пайкой,
опрессовкой. Крепление ТЭН, не име-
ющих крепежной арматуры, показано
на рис. 21. Крепить ТЭН за контакт-
ные стержни категорически запре-
щается.
Для нагрева воды, слабых растворов
щелочей и кислот оболочки ТЭН
изготавливают из меди, латуни, угле-
родистой или коррозионно-стойкой
стали. Для нагрева агрессивных сред
трубчатые электронагреватели выпол-
няют в жаропрочной коррозионно-
стойкой оболочке.
ТЭН должен обязательно соответ-
ствовать той среде, для работы в ко-
торой он предназначен.
Перед монтажом трубчатых элек-
тронагревателей необходимо выпол-
нить следующие подготовительные опе-
рации: удалить с оболочки антикор-
розионный смазочный материал; очи-
стить поверхность изоляторов и на-
ружные части контактных стержней;
проверить сопротивление изоляции в
холодном состоянии и, если оно ока-
жется меньшим 1 МОм (ио не ниже
0,1 МОм), нагреватель необходимо
просушить при температуре 100—120 °C
в течение 4—6 ч.
Разгибать готовые нагреватели и
сгибать с новым радиусом, привари-
вать или припаивать крепежную арма-
туру, производить обрезку контактных
Стержней запрещается, так как изме-
нение конфигурации связано с обя-
зательным отжигом оболочки при тем-
пературе 900—950 °C для стали 10
или 1050—1100 °C для стали
12Х18Н10Т. При такой температуре
неизбежно произойдет нарушение узла
герметизации. При гибке ТЭН без
предварительного отжига в его обо-
лочке могут появиться трещины, вы-
вывающие падение сопротивления изо-
ляции и пробой.
Подтягивать контактные гайки сле-
дует осторожно, не допуская прово-
рачивания контактных стержней. По-
падание влаги на эти стержни не
допускается. При проектировании уз-
лов крепления ТЭН необходимо обес-
печить температуру в зоне узла гер-
метизации не более 120 °C. Для улуч-
шения съема тепла с поверхности
нагревателя ТЭН не должен сопри-
касаться друг с другом. Минимальное
расстояние между оболочками должно
быть 30—50 мм. При эксплуатации
ТЭН, работающих в жидкой среде,
уровень нагреваемой жидкости должен
быть выше границы активной части
электронагревателя на величину, га-
рантирующую отсутствие контакта ра-
бочей части нагревателя с газообраз-
ной средой. В противном случае ТЭН
быстро перегревается и выходит из
строя.
Форма и размеры ТЭН, наиболее
пригодные для работы в гальваниче-
ских ваннах, показаны иа рис. 20
и приведены в табл. 2.
Пример условного обозначения труб-
чатого электронагревателя с развер-
нутой длиной 140 см, длиной контакт-
ных стержней в заделке 100 мм (ката-
лог Информэлектро «Трубчатые элек-
тронагреватели ТЭН» № 12.15.04—77)
диаметром 16 мм, мощностью 3,5 кВт
для нагрева слабого раствора щелочи,
с оболочкой из углеродистой стали,
на номинальное напряжение 220 В:
ТЭН-140 В16/3,5Р220 (см. табл. 2).
Нагрев ванн погружением ТЭН не-
посредственно в раствор. Установка
электронагревателей на ванне при
таком способе нагрева растворов пока-
зана на рис. 21.
На верхней обвязке ваниы 2, име-
ющей теплоизоляцию 4, установлены
блоки 3 электронагревателей 8. Каж-
дый блок состоит из корпуса 5, в дно
которого вварены втулки 13 с вну-
тренней резьбой. Каждый ТЭН встав-
ляется своими контактными концами
в пару резьбовых втулок 13, имеющих
2. Техническая характеристика трубчатых электронагревателей (см. рис. 20) для нагрева воды,
слабых растворов щелочей и кислот
Номер по каталогу 12.15.04—77 Условное обозначение । Номинальная мощ- ность, кВт Удельная поверх- ностная мощность, Вт/см Размеры, мм Крепежная арма- тура по каталогу 12.15.04—77 Номер рисунка по каталогу 12.15.04—77
Габаритные Устано- вочные Активная длина Lr R а di
А Б г Д
59 ТЭН-100В13/2Р220 2,0 6,12 519 95 65 465 800 389 26 13 М5 Н-2 8
62 ТЭН-100Б13/3.5Р220 3,5 9,86 519 95 65 465 870 423 26 13 М5 Н-2 8
66 ТЭН-100А13/4Р220 4,0 10,65 512 117 87 452 920 442 37 13 М5 Н-2 8
73 ТЭН-120Б13/2.5Р220 2,5 5,72 611 86 73 — 1070 521 30 13 М4 1 4
79 ТЭН-140Б13/2.5Р220 2,5 4,82 711 86 73 — 1270 621 30 13 М4 — 4
80 ТЭН-140В13/3,15Р220 3,15 6,43 718 95 65 665 1200 588 26 13 М5 Н-2 8
81 ТЭН-140Б13/3.15Р220 3,15 6,08 711 86 73 — 1270 621 30 13 М4 — 4
82 ТЭН-140В16/3.5Р220 3,5 5,81 715 96 60 661 1200 585 32 16 М5 н-з 14
89 ТЭН-170Б13/2.5Р220 2,5 3,90 881 86 73 — 1570 771 30 13 М4 — 4
90 ТЭН-170Б13/3.15Р220 3,15 4,92 861 86 73 — 1570 551 30 13 М4 II 4
94 ТЭН-170Б16/4П220 4,0 5,07 870 96 80 — 1570 770 32 16 М5 — 4
95 ТЭН-170В16/6,ЗП220 6,3 8,36 865 96 50 II 1500 773 32 16 М5 II 15
98 ТЭН-200Б13/3.15Р220 3,15 4,13 1011 86 73 — 1870 921 30 13 М4 — 4
101 ТЭН-200Б13/4Р220 4,0 5,24 1011 86 73 1 1870 921 30 13 М4 — 4
111 ТЭН-240Б13/3,15Р220 3,15 3,40 1206 86 73 2270 1116 30 13 М4 II 4
112 ТЭН-240Б13/4Р220 4,0 4,32 1206 86 73 — 2270 1116 30 13 М4 — 4
123 ТЭН-280Б13/3.15Р220 3,15 2,89 1410 86 73 ’2670 1320 30 13 М4 II 4
124 ТЭН-280Б13/4Р220 4,0 3,67 1410 86 73 — 2670 1320 30 13 М4 —— 4
Ванны и сушильное оборудование
Нагревательные устройства
155
Рис. 21. Ванна с электронагревателями!
1 — крышка; 2 — ванна; 3 — блок электронагревателей; 4 — теплоизоляция; 5 — кор-
пус; 6 — стальная шайба; 7 — свинцовая шайба; 8 — электронагреватель; 9, 10 — тру-
бопроводная арматура; И — уплотнительная прокладка; 12 — нажимная гайка; 18 —
резьбовая втулка; 14 — гайка; 15 — уплотнительная прокладка; 16 — резьбовая втулка
внутреннюю торцовую коническую по-
верхность. На оболочку электронагре-
вателя нанизываются две свинцовые
шайбы 7, а затем — стальная шайба 6,
имеющая также коническую поверх-
ность. После правильной установки
электронагревателя 8 по отношению
к оптимальному уровню раствора в
ванне гайки 12 завинчиваются до
отказа, свинцовые шайбы 7 прн этом
под воздействием внутренних кониче-
ских поверхностей шайб 6 н резьбовых
втулок 13 корпуса 5 деформируются,
их внутренние диаметры уменьшаются
и уплотняют оболочки электронагре-
вателей.
Каждый блок электронагревателей
перед установкой на ванну должен
быть проверен на герметичность как
сварных швов, так и уплотнений элек-
тронагревателей.
Сверху блок электронагревателей
закрывается крышкой 1 через уплот-
нительную прокладку 11.
Для подвода питания к электро-
нагревателям, а также для крепления
их друг с другом служит трубопровод-
ная арматура 9 и 10.
Электронагрев вани водяной ру-
башкой. Способ установки электро-
нагревателей в водяной рубашке по-
казан на рнс. 22.
Для заполнения рубашки, а также
для равномерного пополнения ее хо-
лодной водой служит П-образная тру-
ба 3, вваренная в корпус наружной
ванны 1. Труба 3 по всей длине имеет
равномерно расположенные отверстия,
156
Ванны и сушильное оборудование
Рис. 22. Ванна с водяной рубащкой в
электронагревом:
1 — наружная ванна; 2 — рабочая ванна;
3 — труба подачи холодной воды в ру-
башку; 4 — патрубок сливЗ воды из ру-
башки; 5 — змеевик охлаждения; 6 —
электронагреватель; 7 — пластина; 8 —
уплотнительная прокладка; 9 — крышка;
10 — фланцы электронагревателей; 11 —
защитный козырек; 12 — воронка; 13 —
сливной патрубок
диаметр которых постепенно увеличн-
ваекя к ее заваренным концам. Под
дном рабочей ванны 2 установлены
блоки электронагревателей 6. Каж-
дый блок состоит из трех электро-
нагревателей, герметично закреплен-
ных на стальном фланце 10. В месте
установки блоков электронагревате-
лей к стенке ванны 1 для увеличения
жесткости приварена пластина 7, имею-
ющая резьбовые отверстия для кре-
пления фланцев 10 с электронагрева-
телями через уплотнительную про-
кладку 8. Перед началом эксплуатации
ванны должна быть проверена герме-
тичность соединения фланцев 10 с ван-
ной 1.
Для точного регулирования темпе-
ратуры раствора в ваннах, работа-
ющих при больших объемных плотно-
стях тока, в рубашке устанавливается
змеевик 5, по которому для охлажде-
ния раствора пропускается холодная
вода, уходящая из него в оборотную
систему водоснабжения. При таком
способе установки электронагревате-
лей на ванне должны быть: приварен-
ный к стенке ванны сплошным герме-
тичным швом защитный козырек 11
из материала, стойкого к воздействию
раствора ванны; надежная изолиро-
ванная внутри крышка 9, предохра-
няющая клеммы электронагревателей
от попадания раствора или случайного
касания их человеком.
При электронагреве ванн как по-
гружением нагревательных элементов
непосредственно в раствор, так и по-
мещением их в водяную рубашку кор-
пуса ванн, электронагреватели долж-
ны быть надежно заземлены (см. гл. 14).
При отсутствии стандартных ТЭН
(по ГОСТ 19108—73) ванны можно
нагревать самодельными электронагре-
вателями-плитами, которые жестко
крепятся к стенкам или дну ванны
с наружной стороны или установлены
под дном ванны и выдвигаются в слу-
чае необходимости. Такую плиту изго-
товляют следующим образом.
В прямоугольном поддоне из сталь-
ного листа толщиной 2—3 мм уклады-
ваются плашмя шамотные кирпичи
(размер каждого кирпича 250Х125Х
Х65 мм). На открытой части кирпи-
чей выполняется канавка глубиной
на 1—2 мм глубже диаметра уклады-
ваемой нихромовой электронагрева-
тельной спирали. Длина этой канавки
должна быть больше длины спирали
сплошной навивки. При укладке спи-
рали ее следует слегка растянуть
так, чтобы витки спирали не касались
ДРУГ друга. Концы спирали выводятся
к двум клеммам, закрепленным на
диэлектрическом материале. При жест-
ком креплении к стенкам или диу
ванны металлический поддон должен
иметь проушины, через которые про-
ходят вваренные в корпус ванны
шпильки и закрепляются гайками.
Прн таком способе крепления обяза-
тельным условием является наличие
изолирующего листа из асбеста тол-
щиной не менее 1 мм между корпусом
ванны и спиралью, а также защита от
влаги и надежное заземление корпу-
сов ваин и блоков нагревателей.
Конструктивные модули ванн
157
КОНСТРУКТИВНЫЕ МОДУЛИ
ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ВАНН
Конструктивные модули, использо-
вание которых совместно с различ-
ными корпусами гальванических ваии
позволит формировать ваины, блоки
ванн (специализированные технологи-
ческие модули) и АГЛ различного
целевого назначения, приведены в
табл. 3, рис. 23—39.
3. Конструктивные модули гальванических ванн
Наименование, номер рисунка Назначение, область применения Краткое описание
Гидравлический Пневматический (барботер), рис. 23, а, б Механические Катодные: круглого сече- ния — одноряд- ные и двухряд- ные, рис. 1 и 2, гл. 5 Перемешиватели рс Предназначен для перемешивания тех- нологических рас- творов с целью соз- дания однородной среды по всему объ- ему гальванической ванны То же » Электродные ии Для крепления подвесок (рамок) с обрабатываемыми деталями. Длина ванны не более 2000 мм гстворов Гидравлическое перемешива- ние чаще всего совмещается с фильтрованием электролитов и рабочих растворов В качестве пневматического перемешивателя применяется труба с отверстиями диаметром 1,1—1,5 мм с увеличением диа- метра по мере приближения к ее концу. Суммарная пло- щадь отверстий должна быть в 1,5—1,8 раза меньше площа- ди сечения трубы. На ванне длиной более 2 м укладывают параллельно две или три тру- бы, с отверстиями по ее длине Механические перемешива- тели снабжены крыльчаткой с электрическим или пневмати- ческим приводом. Применяют- ся редко панги Плотность тока 0,5 А/мма для латунных штанг и 1,5— 2,0 А/мм2 для медных. Штанги снабжены транспортными крон- штейнами для их переноса с по- мощью манипуляторов. Крон- штейны должны быть изолиро- ваны от штанги. Диаметр штан- ги 25—40 мм
158
Ванны и сушильное оборудование
Продолжение табл. 3
Наименование, номер рисунка Назначение, область применения Краткое описание
прямоугольного сечении, рис. 3, гл. 5 Анодные, рис. 5, гл. 5 Для штанг круг- лого сечения: токо- вая, рис. 26, 31; са- мозажимная токо- вая, рис. 27; бесто- ковая, рис. 29 Для штанг прямо- угольного сечения: самозажимная токовая, рис. 28; бестоковая, рис. 30; анод- ная, рис. 32; универсальная самоустанавли- вающаяся токо- вая, рис. 33 Для крепления под- весок (рамок) с об- рабатываемыми дета- лями. Длина ванны не более 2000 мм Для крепления анодов Опоры электродные Опоры служат для обеспечения точной установки электрод- ных штанг на ван- нах и для создания надежного электри- ческого контакта со штангами То же Предназначена для катодных и пе- реносных анодных штанг Превосходят по жесткости штанги круглого сечения. Кон- цы штанг выступают за габарит ванны по длине размещения в грузоопорах; один конец штанги дополнительно удли- няется для взаимодействия с датчиком загрузки. Для меха- нического крепления рамок (подвесок) с деталями на штан- ге с обеспечением надежного электрического контакта слу- жат устройства типа «ласточ- кин хвост» Преимущественно рекомен- дуются прямоугольные штанги, снабженные транспортными кронштейнами и устройствами типа «ласточкин хвост» для установки анодов штанг Опоры электродных штанг устанавливаются непосред- ственно на бортах ванн или на специальные металлоконструк- ции, стоящие отдельно от ванн. Токовые опоры и все опоры электрохимических ванн дол- жны изолироваться от их кор- пусов. Опоры крепятся к своим ос- нованиям посредством резьбо- вых соединений, что создает до- полнительные трудности при изготовлении и эксплуатации гальванических ванн. Более прогрессивным является реше- ние опоры с зажимом типа «струбцина» Самозачищающаяся токовая опора обеспечивает передачу на штангу тока до 2000 А. Кре- пится к изолированной бесто- ковой опоре
Конструктивные модули ванн
159
Продолжение табл. 3
Наименование, номер рисунка Назначение, область применении Краткое описание
Для подачи пита- ния к электродви- гателю барабана, рис. 34 Применяется в ба- рабанных АГЛ для барабанов с инди- видуальным приво- дом Масса индивидуального при- вода барабана составляет 25— 50 % от массы барабана. Аль- тернативными решениями яв- ляются АГЛ с централизован- ным приводом вращения бара- банов (а. с. СССР № 1162879)
Регулятор водоподвода
Устройство водо- подвода, рис. 35 Применяется для регулярной подачи воды в промывочные ванны и восполне- ния потерь в техно- логических ваннах Донный подвод имеет на вы- ступающем над уровнем воды вертикальном отрезке трубы воронку для приема водопро- водной воды. Горизонтальный отрезок трубы имеет перфора- цию для равномерного распре- деления воды вдоль ванны. Альтернативным решением яв- ляется душирующее устройство над уровнем воды в ванне, ко- торое включается в момент подъема деталей из ванны [а. с. № 1344821 (СССР)]
Регуляторы уровня раствора в ваннах
Поплавковое уст- ройство: рычажного типа с вертикаль- ным движением по- плавка, рис. 36 Электрический ре- гулятор-сигнализа- тор уровня, рис. 37 Предназначены для поддержания уровня раствора гальванических ванн в заданных преде- лах Поплавок через рычаг влияет на электроконтактное устрой- ство, управляющее подачей во- ды или раствора. В качестве устройств контроля уровня ис- пользуют герконы, установлен- ные возле стеклянной или ви- нипластовой трубы с поплавком Электрический регулятор- сигнализатор уровня ЭРСУ-3 выполняется с погружным элек- тродом из коррозионно-стойкой стали 12Х18Н10Т
Датчики загрузки ванн
Датчики загрузки ванн, рис. 38, 39 Предназначены для сигнализации о наличии электрод- ных штанг на галь- ванических ваннах В качестве электрического сигнализатора воздействия электродных штанг применяют бесконтактные путевые пере- ключатели типа БВК 201-24, БВК 231-24 или КВ Д-25
160
Ванны и сушильное оборудование
Рис. 24. Устройство для подачи сжатого
воздуха:
1 — опора; 2 — катодная штанга; 3 —
толкатель; 4—борт ванны; 5—П-образная
планка; 6 — микропереключатель; 7 —винт
Рис. 25. Механическое устройство для
подачи сжатого воздуха:
1 — втулка с уплотнением; 2 — скоба;
3 — барботер; 4 — корпус; 5 — пружина;
6 — крышка: 7 — ванна; 8 — уплотни-
тельное кольцо; 9 — уплотнение; 10 —
патрубок; 11 — шток; 12 — регулируе-
мый наконечник; 13 — штанга; 14 — опо-
ра; /5 — обвязКа ванны; 16 — уплотни-
тельная прокладка; 17 — гайка; 18 —
в нит крепления
6 П/р В- Л. Зубченко
рис. 26. Опора с подводом тока для кас*
ееТЫ со штангами круглого сечения:
1 — накладка; 2 — заклепка; 3 — кор-
пус; 4, 5 — изоляторы; б.-— обвязка ваины
Рис. 27. Самозажимная токовая опора:
/ — подвижная губка; 2 — плетеная гиб-
кая шина; 3 — прижим; 4 — кронштейн;
5 — ось; 6 — корпус; 7 — фигурная на-
кладка; 8 — накладка подвижной губки;
9 — 11 — изоляторы; 12 — выступ на-
кладки
Конструктивные модули ванн
Ряс. 28. Токовая опора для кассет со
штангамя прямоугольного сечения:
1 — корпус; 2 — контактная пластина;
3 — прижимная пластина; 4 — штанга;
5 — стойка; 6 — прижимная планка; 7 —
шина; 8 — гибкий токопровод; 9 — крон-
штейн; 10 — регулировочный винт; 11 —
пружина; 12 — изолирующая шайба
162
Ванны и сушильное оборудование
Рис. 29. Опора без подвода тока для кассет
со штангами круглого сечения:
/ — опора; 2 — компенсирующая про-
кладка; 3 •— обвязка ванны
Рис. 31. Анодная опора для штанг круг-
лого сечения:
/ — корпус; 2 — болт; 3 — токопроводя-
щая шина; 4 — резьбовая втулка; 5 —•
с орт ванны
Рис. 80. Опора без подвода тока для штанг
прямоугольного сечения:
1 — ловитель; 2 — ребро; 3 — опора; 4 **
основание; 5 — штанга
Рис. 32. Анодная опора для штанг прямо-
угольного сечения:
/ — сварной корпус; 2 — шина; 3 — резь-
бовая втулка; 4 — вннт; 5 — борт ванны;
6 — изолирующая прокладка; 7 — штанга
Конструктивные модули ванн
163
Рис. S3. Универсальная самоустаиавли-
вающаяся токовая опора для штанг
прямоугольного сечения:
/ — скоба; 2 — губки; 3 — изолятор; 4 —•
борт ванны; 5 — пластина; б — прижим-
ной винт; 7 — кронштейн токосъемника;
8 — винт; 9 — скоба токосъемника; 10 —
основание; 11 — регулировочные вннты;
12 — колпачок пружины; 13 — пружина;
14 — пластина токосъемника; 15 — выступ
центрирующий; 16 — коромысло; 17 — то-
копровод гибкий; 18 — шинопровод; 19 —
чехол пружины
Рис. 34. Опоры с подводом питания к дви-
гателю барабана:
1 — корпус опоры; 2 — дистанционная
втулка; 3 — контактный стержень; 4 —
корпус; 5 — пружина; 6 —шнна; 7, 9,
10 — контактные кольца барабана; 8 —*
барабан; 11 — опора
8
6*
Рнс. 85. Водоподвод!
/ дозирующий кран; 2 — патру-
бок; 3 — край; 4 — труба; 5 — во-
ронка; 6 — кронштейн; 7 — скоба
164
Ванны и сушильное оборудование
Рнс. 36. .Устройство регулирования
уровня с маятниковым движением по*
плавка:
/ — арматура сигнальной лампы; 2 —*
планка; 3 — корпус; 4 — микропере-
ключатель; 5 — стержень; 6 — поила-
вок; 7 — ось; 8 — винт
Минимальный уровень электролита
Рис. 37. Датчик регулятора-сигнализа-
тора уровня (а) с релейным блоком (tf):
/ — резиновый колпачок; 2 — зажим;
3 — корпус; 4 — уплотнение; 5 —- гай-
ка; 6 — электрод
66
“)
т, °C L, м d D Н S
ММ
200 0,8; 1,0; 1,6; 2,0; 2,5 М27Х1.Б 38 20 32
80 200 М27Х1.5 50 21 32
250 100 М16Х1.5 32 15 27
Сушильное оборудование
165
СУШИЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ
Для сушки деталей в автоматиче-
ских гальванических линиях приме-
няют открытые сверху сушильные
камеры, удобные для загрузки и вы-
грузки. Сушка в иих осуществляется
обдувом деталей горячим воздухом.
Сушильные камеры выполняются
двух видов: Для сушки деталей на
подвесках и насыпью.
Сушильные камеры для сушки дета-
лей иа подвесках. На рис. 40 показана
сушильная камера для сушки деталей
иа подвесках, которая устанавлива-
ется в линиях с ваннами длиной не
более 1250 мм. Она состоит из кор-
пуса 17 с теплоизоляцией 6, который
установлен иа регулируемых опорах 7.
Сбоку на раме 8 установлен вентиля-
торный’ агрегат 11, состоящий из вен-
тилятора и электродвигателя. Осевой
фланец вентилятора соединен с воз-
духоводом 4, а тот, в свою очередь,
с воздуховодами 1 и 5. Для предотвра-
щения передачи вибрации от вентиля-
торного агрегата к воздуховодам ме-
жду ними установлены брезентовые
вставки 18 и 19. При включении
вентиляторного агрегата 11 через воз-
духовод 4, а также воздуховоды 1
и 5 осуществляется отсос воздуха
из верхней части сушильной камеры
и нагнетание его по воздуховодам 9
и 12 в нижнюю часть камеры. Между
этими воздуховодами помещен элек-
трокалорифер 10, проходя через ко-
торый, воздух нагревается. Для регу-
лирования подачи горячего воздуха
в нижнюю часть камеры служат ши-
бера, управляемые рукоятками 16.
Горячий воздух, поднимаясь вверх
и осуществляя сушку деталей, заса-
сывается воздуховодами 1 и 5 снова
в вентиляторный агрегат и неодно-
кратно повторяет свой путь, двигаясь
в рециркуляционном режиме. Часть
отсасываемого из камеры горячего
влажного воздуха поступает через
патрубок 3 в общую вытяжную вен-
тиляционную систему гальванического
автомата. Количество его регулиру-
ется шибером, управляемым рукоят-
кой 14.
В воздуховоде 12 установлен термо-
метр 15, который поддерживает за-
данную температуру сушки, подавая
Рис. 38. Датчик загрузки ванны:
/ — ловитель; 2 — скоба; 3 — рычаг; 4 —
кронштейн; 5 — пластина; 6 — пружина;
7 — фиксатор; 8 — контрольная риска;
9 — стержень; 10 — лепесток; 11 — бес-
контактный путевой переключатель; 12 —
защитный кожух
Рис. 39. Датчик загрузки ванны:
1 — опора; 2 — штанга; 3 — бесконтакт-
ный путевой переключатель; 4 — пласти-
на; 6 — ВНИТ
сигнал на включение или отключение
ТЭН в электрокалорифере 10. Горя-
чий воздух поступает в нижнюю часть,
камеры через сетчатое дио 13, которое
позволяет быстро убрать упавшие с
подвесок детали.
В сушильных камерах гальваниче-
ских автоматов с ваннами длиной
более 1250 мм, для создания в камере
166
Ванны и сушильное оборудование
Рис. 40. Камера для сушки деталей на подвесках:
/, 4t 5 — отсасывающие воздуховоды; 2 — опора; 3 — патрубок; 6 — теплоизоляция;
7 — регулируемая опора; 8 — рама вентиляторного агрегата; 9, 12 — нагнетающие
воздуховоды; 10 — электрокалорнфер; 11 — вентиляторный агрегат; 13 — сетчатое дно;
14» 16 — рукоятка шибера; 15 — термометр; 17 —» корпус; 18» 19 — брезентовые вставки
Рис. 41. Камера для сушки деталей ва подвесках:
1 — рама вентиляторных агрегатов; 2 — вентиляторный агрегат; 3 *-* корпус камеры;
4 —• вытяжной, воздуховод; 5 — электрокалорнфер
Сушильное оборудование
167
4. Технические характеристики сушильных камер (см. рис. 41)
с температурой сушки 70—100 °C
Вариант исполнения Внутренние размеры, мм В„ мм Эл ектрокалорифер Номер вентиля- торного агрегата Ц4-70
L В н
1 1120 800 1120 1320 СФО-40/1Т 3, 2
2 1250 800 1120 1320 СФО-60/1Т 4
3 1600 800 1120 1320 СФО-4/1Т (2 шт.) 3, 2
4 2240 800 1250 1450 СФО-60/1Т (2 шт.) 4
5 3150 800 1400 1600 СФО-60/1Т (2 шт.) 4
более равномерного теплового режима
рекомендуется устанавливать по два
вентиляторных агрегата и калорифера.
Такая камера показана на рис. 41.
Устройство и принцип действия ее
аналогичны сушильной камере, по-
казанной на рис. 40. Наряду с элек-
трокалориферами в сушильных каме-
рах могут устанавливаться паровые
калориферы.
Основные размеры и техническая
характеристика камер для сушки
деталей иа подвесках приведены
в табл. 4.5.
Сушильные камеры для сушки дета-
лей насыпью. Эти камеры применяют
в гальванических автоматах при по-
крытиях деталей в барабанах или
корзинах. Сушка детален осуще-
ствляется иа сетчатом дне камеры.
На рис. 42 показана камера для
сушки деталей насыпью. Она состоит
из корпуса 5, установленного иа опо-
рах 6, вентиляторного агрегата 13,
системы воздуховодов 1, 3, 7 и 20,
калорифера 9, сетчатого дна 14, уста-
новленного иа поворотной раме 15,
пиевмоцилиндра 16 и мотор-редук-
тора 10. При включенном вентиля-
торном агрегате 13 воздух отсасывается
П-образным воздуховодом 1 из верх-
ней части сушильной камеры и по-
дается по воздуховоду 7, электрокало-
риферу 9, где он нагревается, и воз-
духоводу 20 к нижней части сетчатого
дна 14, иа которое высыпаются детали,
подлежащие сушке. Горячий воздух
пронизывает массу деталей и, подни-
маясь вверх, вновь поступает в возду-
ховод 1. Часть влажного воздуха от-
водится в вытяжную систему через
патрубок 2. Для изменения положения
деталей на сетчатом дне 14 с целью
ускорения сушки поворотная рама 15
с сетчатым дном встряхивается (под-
нимается путем поворота вокруг оси 19
иа небольшую высоту н резко опу-
скается) специальным кулачком,
который приводится во вращение мо-
тор-редуктором 10 и клиноремеиной
передачей, закрытой защитным кожу-
хом 8.
После окончания сушки мотор-
редуктор 10 отключается, сжатый воз-
дух подается в пневмоцилиндр одно-
стороннего действия 16 и рычаг 18,
жестко закрепленный иа оси 19, пово-
рачивает эту ось вместе с рамой 15
S. Габаритные размеры
сушильных камер (см. рис. 42), мм
Вариант испол- нения L В В St в.
1 1120 800 800 1050 1785
2 1120 800 900 1150 1985
3 1250 600 1120 1370 1570
4 1600 600 1120 1370 1570
168
Ванны а сушильное оборудование
Вид А
20 10 9 8 7
Рис. 42. Камера для сушки деталей иа»
сыпью:
Л 3 — вытяжные воздуховоды; 2 — па-
трубок; 4 — брезентовая вставка; 5 —•
корпус камеры; 6 — регулируемая опора;
7. 20 — нагнетающие воздуховоды; 8 —
кожух клнноременной передачи; 9 — элек-
трокалорифер; 10 — мотор-редуктор; 11 —
опоры с подводом питания к электродви-
гателю барабана; 12 — рама вентилятор-
ного агрегата; 13 — вентиляторный агре-
гат; 14 — сетчатое дно; 15 — подвижная
рама; 16 — пневмоцнлнндр; 17 — пру-
жина; 18 — рычаг; 19 — ось
7 1 9 8 6 5
Рис. 48. Установка фирмы
Schering (ФРГ) для сушки
деталей иепосредствеиио в
барабанах:
1 — внутренний корпус; 2 —
внешний корпус; 3 — нагре-
ватели; 4 — вентилятор;
5 — барабан; 6 — обраба-
тываемые детали; 7 — место
водачи подогретого воздуха
a) S)
Рис. 44. Универсальная установка для сушки деталей
в барабанах (б) и на подвесках (а) системы ЕС УГАЛ
[А, с. № 1162879 (СССР)]:
1 — внутренний корпус; 2 — внешний корпус; 3 — на-
греватели; 4 — вентилятор; 5 — барабан; 6 — детали;
7 — подвеска (рамка) с обрабатываемыми деталями; 8 —
эластичный уплотняющий баллон; 9 — гибкая планка
Передаточная ванна
169
по часовой стрелке на 35—40°. Вы-
сушенные детали ссыпаются с сетча-
того дна в тару. Через определенный
период времени подача сжатого воздуха
в пиевмоцилиндр 16 прекращается,
его поршень и шток под действием
пружины 17 возвращаются в ис-
ходное положение и рама 15 уста-
навливается в горизонтальном поло-
жении.
Специальные сушильные камеры.
В настоящее время получают распро-
странение сушильные камеры для
сушки деталей непосредственно в
барабанах без перегрузки. Устрой-
ство таких камер показано на рис. 43
н 44.
ПЕРЕДАТОЧНАЯ ВАННА
В многорядных АГЛ передача тех-
нологических спутников с обрабаты-
ваемыми деталями из одного ряда ванн
в другой производится при помощи
установленной поперек рядам пере-
даточной ванны струйной промывки,
разделенной на зоны. Вайна, позво-
ляющая производить многократную
передачу технологических спутников
между рядами в обоих направлениях
без опасения загрязнения деталей, по-
казана на рис. 45.
Ю 15 76 17 4 74 7 3 1 2 l/б 9
Рис. 45. Схема передаточной ванны гиб*
кой АГЛ:
1 — электродная штанга; 2 — рамка для
обрабатываемых деталей; 3 — транспорт*
ные кронштейны; 4 — подкрановые пути
манипуляторов; 6 — корпус передаточной
ванны; 6 — тележка; 7 — грузоопоры; 8 —
привод перемещения тележки; 9 — гибкая
передача привода движения тележкн; 10 —
трубопровод подачи чистой воды; 11-13-^
коллекторы; 14 — форсунки для распы*
ления воды; 15—23 — автоматические кла-
паны; 24 — наклонные стенки донных
карманов; 25—30 — трубопроводы
ГЛАВА 5
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СПУТНИКИ
КЛАССИФИКАЦИЯ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СПУТНИКОВ
Детали в автоматических линиях
переносятся по позициям в технологи-
ческих спутниках с помощью манипу-
ляторов. Технологические спутники
представляют собой кассеты двух ти-
пов: первый тип — переносные штанги
с подвесками, переносными бараба-
нами, корзинами или сетками; второй
тип — барабаны, имеющие цапфы для
посадки их на ванны в опоры и для
передачи тока к деталям и к приводу
бдрабана. Штанги и барабаны снаб-
жены транспортными кронштейнами,
которые служат для зацепления их
с захватами манипуляторов и переноса
кассет.
Для электрохимических процессов
штанги выполняют из меди или латуни,
а для химических процессов из угле-
родистой стали.
ЭЛЕКТРОДНЫЕ ШТАНГИ
Электродные штанги гальваниче-
ских ванн служат для подвода и равно-
мерного распределения тока к деталям
и анодам.
В большинстве случаев при катодном
процессе число катодных штанг на
одну меньше, чем анодных, при
анодном — наоборот. Штанги, на
которых монтируются детали и на-
ходятся между неподвижными ано-
дами (катодами), являются переноси-
мыми по технологическим пози-
циям.
В зависимости от числа катодных
рядов (один или два) в ванне манипу-
лятор переносит одновременно одну
или две таких кассеты. Две отдельные
кассеты иногда соединены в одну
конструкцию, называемую двухрядной
кассетой.
Однорядные кассеты со штангой
круглого сечения. На рис. 1 показана
однорядная кассета со штангой 2,
выполненной из круглого медного или
латунного прутка. Для переноса кас-
сеты манипулятором на штанге 2
через изолирующие втулки 7 уста-
навливаются и закрепляются свар-
ные кронштейны 9, имеющие на верх-
них концах захваты 1, выполненные
из стального листа, согнутого под
углом 60°.
Для установки кассеты на бортах
ванн и ориентирования кронштейнов 9
и цодвесок 5 в вертикальном положе-
нии на концах штанги 2 закрепляются
латунные или медные башмаки 3,
скошенные под углом 90° (сечение
Б—Б), которые ложатся на опоры 10.
На одном из концов штанги 2 через
изолирующую втулку 8 (сечение В—В)
установлен фиксатор 4, входящий при
опускании кассеты в специальный ло-
витель. Система из призматических
опор 10 и ловителя ориентирует кас-
сету иа бортах ванн в строго опреде-
ленном положении. На кассету на-
вешиваются подвески 5, концы которых
изогнуты по профилю сечения штанги 2
(сечение А—А). Для устранения рас-
качки подвесок при транспортировке
на штанге установлены кронштейны 6
с пазом, в который входит верхняя
стяжка подвески. В сечеиии Б—Б
показана опора 10 вспомогательной
ванны, не имеющей подвода тока от
выпрямителя.
Двухрядные кассеты со штангами
круглого сечения. На рис. 2 показана
кассета, состоящая из двух токоведу-
щих штанг 2, соединенных поперечи-
нами 6 с захватами 1. На концах
штанг 2 установлены медные или
латунные втулки 3, которыми кассета
ложится на четыре призматические
опоры, установленные на бортах ванн.
Концы обеих штанг с одной стороны
кассеты соединены стяжкой 4 с фикса-
Электродные штанги
171
Рис. 2. Двухрядная кассета со штангами круглого сечения
172
Технологические спутники
Рис. 3. Кассе га со штаигой прямоуголь-
ного сечения
тором 7. Стяжка 4 и поперечины 6
на штангах изолированы стеклотексто-
лнтовыми втулками На штангах уста-
новлены кронштейны 5 для предотвра-
щения раскачки подвесок с деталями.
Кассеты со штангами круглого сече-
ния диаметром 20—30 мм рекомен-
дуется применять для ванн длиной
не более 2000 мм. Вызвано это тем, что
сечение круглой штанги определяется
в основном не токовой, а механиче-
скими статической (от веса деталей)
и динамической (от соударения с опо-
рами ванн) нагрузками, которые вы-
зывают ее прогиб. Применение токо-
проводящих штанг круглого сечения
в длинных ваннах вызывает неоправ-
данный перерасход дефицитного
цветного металла.
Кассеты со штангами прямоуголь-
ного сечення. На рис. 3 показана одно-
рядная кассета со штангой 3 прямо
угольного сечения. Прямоугольная
штанга имеет момент сопротивления
изгибу в несколько раз больший, чем
штанга круглого сечения той же пло-
щади В этом случае площадь сечения
штанги определяется токовой на-
грузкой и ее бывает, как правило,
достаточно для восприятия статических
и динамических механических нагру-
зок. Для усиления жесткости таких
штанг в направлении действия сил
и в перпендикулярном направлении
применяют черный прокат стандартных
профилей, что конструктивно гораздо
проще по сравнению со штангами
круглого сечения.
Для переноса кассеты манипулято
ром на штанге 3 закреплены два свар
ных кронштейна 4 с захватами 5.
Каждый кронштейн состоит из двух
Электродные штанги
173
боковых стоек 7 с приваренной к ним
пластиной 6. Для придания жесткости
к штанге на болтах крепится неравно-
бокий уголок 2, концы которого ото-
гнуты под углом 60° и служат для
фиксирования кассеты на опорах 1
ванны. Кронштейны 4 крепятся к штан-
ге 3 через изолирующие втулки 10
и пластины 11, выполненные из стекло-
текстолита.
Для механического крепления под-
весок с деталями на штанге, а также
передачи электрического тока к ним
служат устройства типа «ласточкин
хвост». Эти устройства обеспечивают
быстрый монтаж и демонтаж подвесок
с деталями и надежный электрический
контакт. Они состоят из скошенных
латунных планок 8, закрепленных под
углом на штанге 3 с помощью заклепок.
В паз, образованный парой таких
планок, сверху вставляется латунная
пластина 9 со скосами, выполненными
под теми же углами, что и у планок 8.
Соединенная с пластиной 9 подвеска
с деталями под действием своего веса
опускается и плотно прижимает пла-
стину 9, имеющую форму «ласточкина
хвоста», к планкам 8.
Один из концов штанги 3 выполнен
длиннее и выступает за опору. Вы-
ступающий конец штанги при опуска-
нии кассеты на опоры заходит в паз
бесконтактного конечного выключате-
теля и подает сигнал о том, что ванна
занята.
Двухрядные кассеты с изменяющим-
ся межштанговым расстоянием. При-
менение таких кассет приводит к умень-
шению длины линии и соответственно
сокращению производственной пло-
щади и пути горизонтального пере-
мещения манипуляторов. При этом
обеспечивается достаточно большое
расстояние между электродами и
подвесками в электрохимических ван-
нах и минимальное расстояние между
подвесками на остальных позициях
линии.
На рис. 4 показана кассета с изме-
няющимся межштанговым рассто-
янием, состоящая из рамы 1 с двумя
подвижными штангами 2, связан-
ными между собой сдвоенным парал-
лелограммным механизмом 3—5, и
с шинами 6. Каждая шина смонтиро-
вана на роликах 7, которые пере-
мещаются по пазам 8 щек 9. На конце
Рис. 4. Кассета с изменяющимся межштанговым расстоянием
174
Технологические спутники
Рис. Б. Аиодиая штанга прямоугольного сечения
каждой подвижной штанги имеется
ролик 10, при воздействии иа который
боковых усилий штанги, а с ними
и шииы сдвигаются или раздвига-
ются.
Преимущества такой кассеты оче'
видны, хотя есть и недостатки, за'
ключающиеся в том, что в целом кои"
струкция несколько громоздка, а число
таких кассет должно быть равно числу
позиций. Кроме того, такая конструк-
ция обеспечивает лишь два опреде-
ленных расстояния между штан-
гами.
В гибких автоматических линиях
наиболее целесообразно применять
однородные кассеты и изменять меж-
штанговое расстояние с помощью ма-
нипулятора, который может задавать
любое желаемое расстояние. Такая
необходимость может иметь место
в ряде случаев, например при исполь-
зовании в гибкой линии нескольких
электролитов с различной рассеива-
ющей способностью или деталей с раз-
личной сложностью профиля.
Анодные штаиги. Анодные штаиги
предназначены для механического
крепления анодов и подвода к ним
постоянного тока.
Наиболее распространенными в на-
стоящее время в электролитических
ваннах автоматических гальваниче-
ских линий являются круглые анодные
штанги, свободно лежащие на токовых
опорах, изолированных от корпусов
ванн. На анодных штангах одним из
широко известных способов (крюк,
зажим и др.) подвешиваются аноды.
Неудобство такой системы заключается
в том, что во время эксплуатации аноды
необходимо периодически вручную
вынимать из ванн для очистки от
шлама или замены, т. е. выполнять
тяжелую физическую работу. Для
устранения этого недостатка анодные
штанги выполняются аналогично
однорядным кассетам и представляют
их упрощенный вариант. Это позволяет
использовать для выполнения опера-
ций по подъему и транспортированию
иа место очистки анодных штанг и
анодов работающие в линии манипу-
ляторы.
Анодная штанга круглого сечения
выполняется по аналогии с кассетой,
показанной на рис. 1. При этом кронш-
тейны 9 с захватами 1 устанавливаются
на штанге 2 без изолирующих втулок 7,
так как подъем анодных штанг осуще-
ствляется манипулятором при выклю-
ченных выпрямителях. Кронштейны 6
и фиксатор 4 могут отсутствовать,
так как транспортные операции с ано-
дами выполняются в ручном режиме
Подвесочные устройства
175
работы манипулятора под наблюде-
нием оператора.
Анодная штанга прямоугольного
седения показана на рис. 5. Конструк-
ция кронштейнов 1 с захватами 3
аналогична конструкции тех же дета-
лей кассет с прямоугольными штан-
гами, показанными на рис. 3. Кронш-
тейны 1 крепятся непосредственно к то-
копроводящей' штанге 2 без промежу-
точных изолирующих деталей (сече-
ние Б—Б). Крепление анодов осуще-
ствляется с помощью устройства типа
«ласточкин хвост», состоящего из дета-
лей 4 и 5.
КОНСТРУИРОВАНИЕ
ПОДВЕСОЧНЫХ УСТРОЙСТВ
Проектирование подвесочных уст-
ройств к гибким автоматизированным
гальваническим линиям и производ-
ствам имеет большое значение для
повышения надежности организации
производства и достижения высокого
качества выпускаемой продукции
Конструкция подвески во многом опре-
деляет также производительность
линии, экономию материалов и элек-
троэнергии.
Подвесочные устройства в зависи-
мости от токоподводящей электриче-
ской схемы подразделяют на два типа:
«елочного» и «рамного». «Елочный»
тип в АГЛ применяют в основном для
крупногабаритных деталей, например
бамперов автомобилей, которые чаще
в паре располагаются по обе стороны
токоподводящего и несущего стержня
(рис. 6). Основное применение нашли
подвески «рамного» типа (рис. 7).
И те и другие могут иметь по одному
или по два токоподводящих контакта
в зависимости от величины протека-
ющего через них тока и необходимой
жесткости подвески.
К конструкции главного токоподво-
дящего и несущего контактов под-
вески со штангой в гибких АГЛ предъ-
являются особые требования, кото-
рые наилучшим образом решены в кон-
струкции типа «ласточкин хвост»
(рис. 8). Во-первых, он обеспечивает
плотный контакт на большей (более
60 %) площади контактирующей по-
верхности крюка с трех сторон. Во-
Рис. 6. Подвеска «елочного» типа
Г)
Рис. 7. Подвески «рамного» типа с пру-
жинящими стальными или титановыми
токоподводамн:
а — пластинчатые; б — проволочные
176
Технологические спутники
Рнс. 8. Контакт подвески типа «ласточ-
кин хвост» :
/ — контакт; 2 — планка; 3 —• щтанга?
4 — заклепка; 5 — подвеска
вторых, каждый раз прн навешивании
и снятии подвески происходит зачистка
мест контакта за счет взаимного трения
между плоскостями. В-третьих, прн
движении манипулятора не возникает
раскачивания подвески по месту кон-
такта, а следовательно, и меньше
вероятность падения деталей нлн нару-
шения нх контакта. В-четвертых, что
особо выделяет данную конструкцию,
имеется возможность автоматизиро-
вать загрузку подвесок с транспортных
линий иа штанги кассет. В-пятых,
такая конструкция обеспечивает
постоянное местоположение подвески
в ванне относительно анодов и других
подвесок.
Аналогично подвескам необходимо
строго фиксировать на штанге и поло-
жение анодов, для чего также удобно
использовать контакт конструкции
типа «ласточкин хвост», изготовленный
методом литья из бронзы илн латуни.
Подвески для процессов нанесения
покрытий изготовляют из горячеката-
ной углеродистой стали, коррозионно-
стойкой стали, титана нли латуни
В основном круглого сечения диаме-
тром 5—20 мм. Желательно, чтобы
токоподводы к деталям обладали пру-
жинящими свойствами, для чего
используют сталь 65Г, 20X17, титан.
Применение коррозионно-стойких ста-
лей и титана, особенно в местах кон-
такта с деталями, снижает степень их
обрастании металлом и покрытия и
облегчает их очистку от дендритов
химическим или электрохимическим
способом.
При расчете поперечного сечения
материала для элементов подвески сле-
дует учитывать прочностные характе-
ристики и плотность протекающего
тока, при которой не происходит на-
грев металла. Для проводников из
различных металлов можно допускать
следующие значения плотности тока,
А/мм’: медь — 2,5; латунь — 0,9;
сталь углеродистая — 0,4; алюми-
ний — 2,0.
Подвески для анодного оксидиро-
вания следует изготовлять из чистых
титановых сплавов, которые для этой
цели являются идеальным материалом
по следующим причинам:
тонкая оксидная пленка, образу-
ющаяся на поверхности титана, обла-
дает электронной проводимостью;
тнтан имеет высокую коррозионную
стойкость в растворах серной и хромо-
вой кислот, благодаря чему подвески
могут служить длительное время и
исключается загрязнение электро-
лита;
отпадает необходимость в травлении
подвесок после каждой операции аноди-
рования, как это требуется в случае
изготовления нх из алюминиевых спла-
вов.
В целях экономии титана его часто
используют лишь для изготовления
токоподводов, а все другие элементы
рамы изготовляют из алюминия, при-
чем состав его также должен быть
более высокой чистоты, чем состав
материала детали, так как при этом
возможно перераспределение тока,
который повышается на элементах под-
вески.
Вследствие образования на титане
и алюмнини при анодировании слоя
оксида подвеска не нуждается в изо-
ляции.
Нанесение токонепроводящих за-
щитных покрытий иа конструктивные
Подвесочные устройства
177
элементы технологических спутников
производится как с целью защиты их
от коррозии и предотвращения загряз-
нения электролитов и растворов, так
и для предотвращения участия метал-
лических поверхностей в качестве элек-
тродов, т. е. осаждения на них покры-
тий в катодных процессах и окисления
металлоконструкций в анодных.
В практике 'гальванических произ-
водств нашли применение разные спо-
собы нанесения изоляционных по-
крытий:
липкой лентой из поливинилхлорида
или полиэтилена;
порошковыми материалами — поли-
этиленом, фторопластами, полиами-
дами и эпоксидными красками;
пластизольными материалами типа
Д2А.
Предпочтительней применять поли-
мерные материалы жидкого и порош-
кового типа.
Широкое использование для изо-
ляции подвесок нашел пластифициро-
ванный поливинилхлорид (пласти-
золь). Отечественный материал ди-
плазоль 2А-ОС (Д-2А-ОС).
Перед нанесением покрытия под-
вески обрабатывают дробью и обез-
жиривают, затем наносят грунт марки
АК-091 и сушат в естественных усло-
виях в течение 1 ч. Перед погружением
в пластизоль подвеску нагревают в пе-
чи до температуры 180 °C. В жидкой
массе пластизоля подвески выдержи-
вают до 4 мин, затем медленно извле-
кают и выдерживают над ванной в те-
чение 2—5 мин для стекания излишков
массы. При температуре 180 °C пласти-
золь желатинизирует в течение 0,5—
1,0 ч. При необходимости может на-
носиться таким же образом следующий
слой покрытия. Толщина первого слоя
обычно 0,5—1,5 мм, двух слоев 1,5—
3,0 мм. Места контактов перед нанесе-
нием пластизоля смазывают кремни-
стым вазелином типа КВ-3 для облег-
чения удаления покрытия механиче-
ским способом. Для удаления пласти-
золя при ремонте подвесок в качестве
растворителя используют этилацетат,
в котором в течение суток покрытие
набухает и размягчается, что позволяет
снимать его ножом. Облегчается отде-
ление пластизоля также после про-
грева в печи.
Полиэтилен по сравнению с пласти-
золем имеет несколько худшие эксплу-
атационные характеристики: низкую
температуру эксплуатации (до 60 °C),
склонность к растрескиванию и другие
недостатки.
Полиэтиленовые покрытия наносят
иа приспособление (предварительно на-
грев его в печи до 250—300 °C) окуна-
нием на 5 мин в ванну с псевдокипящим
слоем полиэтиленового порошка
и последующим прогревом в печи
до оплавления. После этого погружают
в ванну с проточной водой для при-
дания структуре полиэтилена большей
аморфности, что повышает эластич-
ность покрытия.
Эпоксидные покрытия малостойки
при повышенной температуре в ще-
лочных растворах.
Наиболее широко применяемые
при изготовлении подвесок материалы
приведены в табл. 1.
Размеры подвесок определяются
их весом и требованиями к располо-
жению в электролизере. Верхний край
деталей на подвеске должен быть
ниже уровня электролита на 50—
100 мм, а от дна ванны (или от нагре-
вателей и барботеров при их наличии)
подвеска должна отстоять не менее чем
на 150—200 мм. Расстояние от под-
вески до токонепроводящей стенки
должно быть 100—150 мм и несколько
больше до неизолированной стенки
или змеевиков и барботеров при не-
изолированной стенке. Между сосед-
ними подвесками при обработке одно-
типных деталей расстояние выбирается
таким, чтобы крайние детали находи-
лись на том же расстоянии, что и
соседние детали на подвеске. Ширина
подвесок между крайними точками
при двустороннем навешивании дета-
лей должна быть не более 250 мм (опти-
мально 150—200 мм).
При конструировании подвески
«рамного» типа возможно два ва-
рианта расположения стержней вну-
три рамы — вертикальное и горизон-
тальное (рис. 9), что определяется
в значительной степени условиями
монтажа деталей. С точки зрения
скорости стекания жидкости более
выгодно использовать вертикальное
расположение. При необходимости
применения горизонтального рас-
178
Технологические спутникь
1. Материалы для изготовления подвесок
Материал Назначение ГОСТ, ТУ
СтЗ 12Х18Н10Т 20X17 65Г Титан ВТ1, ВТ1—0 Латунь Л63 Бронза Медь Ml, М3 Алюминий АО, А1, АМГ Для изготовления рамы и стерж- ней подвески, непружинящих то- коподводов Для изготовления рамы и стерж- ней подвесок Для изготовления пружинящих токоподводов Для изготовления рам и стерж- ней подвесок при анодировании Для изготовления рамы и стерж- ней подвесок, контакта подвесок и анодов со штангой Для изготовления контакта под- весок и анодов со штаигой Для изготовления штанг, крю- ков, анодов и подвесок Для изготовления рам и стерж- ней подвесок при анодировании ГОСТ 380—71* ГОСТ 5632—72* ГОСТ 5632—72* ГОСТ 2283—79* ГОСТ 19807—74* ГОСТ 1000—80 ГОСТ 613—79 ГОСТ 859—78* ГОСТ 2685-75*
Пластизоль Д2А-ОС Полиэтилен НД Грунт А К-091 Для изоляции подвесок ТУ 6-01-895—74 ГОСТ 16338—85* Е ТУ 6-10-945—74
положения стержней их лучше изго-
товлять наклонными в сторону краев
подвески (рис. 10), что не только
ускорит стекание жидкости и уменьшит
ее вынос подвеской, ио и позволит
Рис. 9. Схема стекания жидкости с обыч-
ных подвесок «рамного» типа
избежать падения капель растворов
с верхней зоны подвески на детали,
находящиеся ниже. Ускорение стека-
ния жидкости и уменьшение ее выноса
Рис. 10. Схема стекания жидкости с под-
весок с наклонными к горизонтали стерж-
нями
Подвесочные устройства
179
Рис. 11. Сменные пружинящие токоподводы
может достигать 5—15 % и зависит от
диаметра горизонтально располо-
женных стержней и их числа.
Детали на подвески навешивают
иа контактные токоподводы, выпол-
ненные в виде крюков, зажимов,
стержней, полос с отверстиями, изго-
тавливаемых из проволоки, прутков,
полос — пружинящими и непружиня-
щими. Вследствие возможного об-
растания металлом покрытия, раство-
рения или потери пружинящих
свойств токоподводы целесообразно
выполнять сменными (рис. 11 и 12).
Качество покрытий во многом опре-
деляется конструкцией токоподводов
к деталям исходя из следующих тре-
бований. Токоподводы ие должны
Рис. 12. Сменные иепружинящие токо-
подводы :
а — с охватывающим контактом; б — с
врезным контактом
создавать больших экранов и задержи-
вать стекание жидкостей с деталей.
Желательно, чтобы их конструкция
обеспечивала плотный контакт за счет
пружинящих свойств в трех и бо-
лее точках с тем, чтобы исключить
колебание детали при движении под-
вески, электролита и потери заданной
плотности тока.
В случае слабого контакта при боль-
ших значениях плотности тока в кон-
тактных точках возможны искрение,
эрозия и даже растворение металлов,
а также соответственно либо непро-
крытие детали, либо получение мень-
шей толщины покрытия по сравнению
с соседними деталями.
При конструировании очень важно
учитывать условия монтажа и де-
монтажа деталей: монтаж должен быть
быстрым и с наименьшими усилиями;
тугой пружинный токоподвод удобнее
тянуть вниз, а ие вверх; целесооб-
разно иметь один пружинный токо-
подвод при двух непружинных, а не
наоборот и т. д. Способ крепления
деталей на подвеске должен исключать
случаи падения деталей. В связи с этим
желательно исключить свободно-
висящий контакт деталей на крючках.
Такой широко распространенный
способ навешивания деталей к тому же
ие обеспечивает плотного и одинако-
вого контакта на разных деталях из-за
наличия заусенцев по отверстиям и
краям деталей, а также из-за различ-
ной формы и наклона крючков, что
ведет к разбросу по толщине покрытия
иа деталях. На рис. 13 показаны раз-
180
Технологические спутники
рис. 13. Различные типы пружинящих
токоподводов и схема монтажа на них
деталей
личные типы токоподводов и схема
монтажа наиболее типичных деталей
с учетом указанных требований.
ПРИНЦИПЫ РАЦИОНАЛЬНОГО
РАЗМЕЩЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ
НА ПОДВЕСКАХ
При определении оптимального
размещения деталей на подвеске исхо-
дят из необходимости обеспечить:
максимально возможное число де-
талей на единице площади подвески
с учетом ее веса с деталями и токовой
нагрузки на токоподводящие элементы
подвески. Следует также учитывать
вес и габариты подвески нз-за необ-
ходимости обслуживания ее не только
иа позициях загрузки-разгрузки, но
и в процессах изготовления и ремонта;
наиболее оптимальный вариант
размещения деталей в электрическом
поле с точки зрения распределения
тока;
наилучшее расположение деталей
и элементов подвески с целью умень-
шения переноса жидкостей из ванны
в ванну путем исключения механиче-
ского захвата, создания условий для
быстрого стекания и т. д.;
наилучшее положение деталей
с точки зрения гидродинамики омыва-
ния ее газожидкостным потоком,
исключающее образование у поверх-
ности деталей «газовых мешков»,
водородных нли кислородных пузырей.
При стремлении обеспечить макси-
мальное заполнение подвески дета-
лями не следует допускать перегрузки
ее по прочности элементов, по току,
взаимного экранирования деталей.
Детали не должны быть экраниро-
ваны элементами подвески, кроме слу-
чаев, когда во избежание пригаров иа
острых углах и кромках следует искус-
ственно создавать участки с токо-
проводящими и изолирующими (токо-
непроводящими) экранами (см. рис. 6).
Особенно высокие требования к раз-
мещению деталей на подвеске и к токо-
подводам предъявляются при хроми-
ровании — процессе, отключающимся
низкой рассеивающей способностью
электролита и применением высоких
плотностей тока.
Детали следует располагать на под-
веске так, чтобы стекание жидкости
в нижней части деталей происходило
преимущественно с угла или ребра
(рис. 14). Эксперименты показывают,
Рис. 14. Схема рационального размещения д<. талей на подвеске для уменьшения выноса
раствороа
Размещение деталей на подвесках
181
что этим удается увеличить скорость
стекания раствора на 10—20 % и
уменьшить его остаточное (нестека-
емое) количество.
При невозможности избежать путем
конструктивного расположения дета-
лей или перемешивания электролита
появления «газовых мешков», а также
переноса жидкостей следует пред-
усматривать в деталях сверление спе-
циальных (технологических) отвер-
стий.
ЬДля улучшения распределения
силы тока на крупных деталях умень-
шают различие в сопротивлении элек-
тролита между анодом и различными
участками детали включением в этот
промежуток дополнительных анодов,
биполярных электродов, токопроводя-
щих или токонепроводящих экранов.
При выборе расстояния между дета-
лями учитывают рассеивающую спо-
собность (PC) электролитов и слож-
ность профиля деталей. Коэффициент
заполнения подвески Кп (отношение
площадей обрабатываемой поверх-
ности деталей к площади поверхности
плоскости, ограниченной крайними
деталями иа подвеске) изменяется от
0,35 до 0,7 для процессов нанесения
покрытий и тем больше, чем выше PC
и проще профиль покрываемой поверх-
ности деталей. Для процессов аноди-
рования алюминия и химических по-
крытий КП = 0,9ч-1,25.
Степень сложности профиля деталей
характеризуют отношением плотно-
стей тока в отдельных точках на по-
верхности детали в первичном поле.
Так, если отношение гтах/гтш <5 —
деталь относят к слабопрофилирован-
ным, при 5 < imaxA’mln <20 — к дета-
лям средней сложности профиля; при
imaxA'min >20 — к сложи спрофили-
рованным.
Выбор вариантов размещения дета-
лей в гальванической ванне и на под-
весках может быть обоснован соответ-
ствующими расчетами, например для
деталей средних размеров в подвеске
«елочного» типа. В такой конструкции
подвесочного устройства ток к по-
крываемым деталям подводится через
центральный стержень и токоподводы
(рис. 15, а). Распределение тока между
деталями определяется сопротивле-
нием конструктивных элементов под-
весочных устройств, силой тока, при-
182
Технологические спутники
Рис. 16. Алгоритм расчета распределения тока
ходящейся на каждую деталь, сопро-
тивлениями контактов и переходным
сопротивлением границы детали с элек-
тролитом. В этом случае могут быть
поставлены задачи оценки степени рав-
номерности распределения тока или
подбора параметров конструктивных
элементов подвесочного устройства,
которые отвечали бы определенному
критерию равномерности распределе-
ния тока между покрываемыми дета-
лями при заданном сочетании сопро-
тивлений: элементов подвески, кон-
такта и переходных сопротивлений
границы деталей с электролитом.
Электрическая схема, отвечающая
распределению тока в подвесочном
устройстве «елочного» типа, при-
ведена на рис. 15, б. Ее особенность
состоит в том, что поверхности всех
покрываемых деталей принимаются
экспотенциальными. Это позволяет
проводить расчет раи^.д^ления
тока независимо от геометрических
условий в гальванических ваннах.
Кроме того, приведенная схема пред-
полагает, что неконтактные места под-
вески надежно изолированы.
Характеристика поляризационного
сопротивления 7?п каждой рассчиты-
ваемой подвески зависит от вида поля-
ризационной кривой используемого
электролита и от поверхности покры-
ваемой детали S/. Другие элементы
эквивалентной схемы представляют
собой линейные сопротивления, соот-
ветствующие сопротивлениям контак-
тов сопротивлениям токоподводов
7?т от центрального токоведущего
стержня и сопротивлениям участков
самого стержня 7?с. При описанном
сочетании исходных данных может
быть реализована схема графиче-
ского расчета распределения тока и а
Нанесение покрытий в барабанах и корзинах
183
деталях подвески «елочного» типа. Гра-
фический расчет требует больших за-
трат времени и недостаточно точен при
некоторых сочетаниях параметров.
Алгоритм машинного расчета, раз-
работанный на основе графического,
позволяет избежать указанных не-
достатков. Алгоритм расчета для
подвесок «елочного» типа приведен на
рис. 16 (обозначения см. рис. 15, б).
Первая часть алгоритма обеспечивает
получение характеристик сопротив-
ления каждого участка электрической
схемы, которые определяются после-
довательно-параллельным • включе-
нием элементов схемы. При этом на-
пряжения на последовательных уча-
стках определяются сложением на-
пряжении при выбранных значениях
тока, а токи параллельных участков —•
сложением величин тока при выбран-
ных значениях напряжения. Исходной
информацией служат электрохими-
ческие характеристики электролита,
т. е. поляризационная кривая (г0,
£0, {), заданная таблично (с числом
точек, равным п), характеристика рас-
сматриваемой подвески, т. е. число
деталей т, поверхность каждой де-
тали Sj, сопротивления отдельных
элементов (7?п, 7?т, Rc} и величина
тока /а, протекающего через подвеску.
В результате выполнения этой части
алгоритма получают характеристики
отдельных участков схемы и полную
вольт-амперную характеристику под-
весочного устройства. Эти характе-
ристики во второй части алгоритма
используются для расчета распределе-
ния токов на деталях подвески. Для
вычисления промежуточных значений
таблично заданных функций исполь-
зуется линейная интерполяция.
Результаты расчетов, выполненных
для монотонной поляризационной
кривой, соответствующей процессу
цинкования в цианидном электролите,
приведены ниже.
Плотность 0,06 0,08 0,10 0,38 0,46
тока, А/дма
Потен- 0,04 0,08 0,12 0,16 0,20
цнал, В
Плотность 0,50 0,54 0,59 0,62 0,70
тока, А/дма
Потен- 0,24 0,28 0,32 0,36 0,40
циал, В
Плотность 0,89
тока, А/дма
Потен- 0,44
циал, В
1,16 1,63 2,42
0,48 0,52 0,56
Отсюда следует, что распределение
тока между деталями (рнс. 17) яв-
ляется сложной функцией зависимости
плотности тока не только от потен-
циала, числа мест т на подвеске, но
и от общего тока ja.
ОСОБЕННОСТИ НАНЕСЕНИЯ
ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПОКРЫТИЙ
В БАРАБАНАХ И КОРЗИНАХ
Условия формирования покрытий
на деталях во вращающихся и кача-
ющихся барабанах, сетках, качалках
принципиально отличаются от усло-
вий электроосаждения на подвесках.
Рис. 17. Распределение токов на деталях
подвески
(у = i/im; * = ity.
а — т = 5; б — m == 6; 1 — /j/Zm* *
184
Технологические спутники
Различие состоит в том, что в процессе
формирования осадков в этих условиях
имеют место периоды прерывания поля-
ризующего тока на разных участках
отдельных деталей вследствие пери-
одического попадания покрываемых
деталей либо на внешнюю поверх-
ность, либо в глубину загрузки. Кроме
того, при качании или вращении бара-
бана происходит механическое вза-
имодействие деталей друг с дру-
гом.
Экспериментальные данные находят-
ся в согласии с современной теорией
микрораспределения и показывают,
что во всех случаях в результате
перерывов поляризации покрытия
имеют сложную структуру, причем
наряду с эффектом макровыравнивания
имеет место и геометрическое выравни-
вание осадка в микроуглублениях.
Явление микрораспределения ме-
талла на микрорельефе наблюдается
в присутствии выравнивающей до-
бавки, оказывающей сильное вли-
яние на микрогеометрию поверхности
осадка при электроосаждении в ста-
ционарных условиях. Но вместе с тем
при нанесении покрытия на детали
в барабане ее действие частично ниве-
лируется. Наблюдаемое в эксперименте
относительно слабое влияние вырав-
нивающей добавки на формирование
микрорельефа поверхности деталей
в барабанах в отличие от электро-
осаждения в стационарных условиях
объясняется, вероятно, тем, что вслед-
ствие кратковременности пребывания
деталей во внешней поляризационной
части загруженных в барабан деталей
ве достигается диффузионный режим
предельной скорости доставки к по-
верхности как ионов осаждающегося
металла, так и молекул регулирующей
добавки. При перемещении деталей
внутри барабана происходят интен-
сивное перемешивание и обновление
раствора у покрываемой поверхности,
а также механическое воздействие на
некоторые участки поверхности при
работе вращающегося барабана, кото-
рое особенно заметно при электро-
осаждении мягких металлов (цинка,
олова и т. п.). При каждом новом
появлении детали на внешней поверх-
ности загрузки вновь происходит ее
поляризация, о результативности кото-
рой позволяет судить толщина отдель-
ных слоев осадка.
Заметные различия в структуре галь-
ванических осадков, получаемых
при обработке деталей в барабанах
и на подвесках не могут не сказываться
на защитной способности получаемых
покрытий.
Если эффекты, связанные с различи-
ями формирования микрорельефа
осадков на деталях в барабанах и на
подвесках относительно мало изучены,
то по распределению металла, выделя-
емого при электролизе, между дета-
лями, одновременно обрабатываемыми
в барабане, накоплен большой экспе-
риментальный опыт, уже созданы тео-
ретические основы технологической
точности процессов такого типа, поз-
воляющие достаточно обоснованно
проектировать технологические спут-
ники для этих целей, назначать ре-
жимы нх работы.
Для оценки влияния технологиче-
ских факторов и параметров враща-
ющегося барабана предложено ис-
пользовать формулу
S = ИгЦ
связывающую среднее квадратическое
отклонение (см. рис. 23) 3 (мкм) тол-
щины покрытия 6 (мкм) с продолжи-
тельностью процесса т с помощью
коэффициента k (мин), называемого
иногда фактором разброса. Условием
применения формулы является то
обстоятельство, что чаще всего распре-
деление толщины покрытия на одно-
временно обрабатываемых деталях
соответствует нормальному.
Значения коэффициента k, система-
тизированные или найденные на основе
экспериментальных данных, при-
ведены в табл. 2.
Коэффициент k является сложной
функцией свойств электролита и
параметров конструкции барабана.
Одним из факторов, влияющих на
численное значение k, является пара-
метр у, характеризующий распределе-
ние тока i в «активной» зоне:
i = /0 ехр (—ух).
Здесь /0 — ток на внешней поверх-
ности загрузки; расстояние от деталей,
находящихся на периферии, до дета-
Нанесение покрытий в барабанах а корзинах
185
лей, находящихся в центре загрузки;
у = (a/Ri)0.i,
где а — постоянная, характеризующая
геометрию покрываемых деталей
(отношение поверхности к объему по-
крываемых деталей); 7?/ — отношение
поляризуемости к удельному электри-
ческому сопротивлению раствора
(показатель рассеивающей способ-
ности электролита).
Возможность использования соот-
ношений, выведенных для вращающе-
гося барабана при оценке технологи-
ческой точности гальванической об-
работки в барабанах других типов
не показана.
Рассмотрим некоторые особенности
гальванической обработки деталей
технологических спутников барабан-
ного типа в отличие от подвесочных.
Электрический режим при гальва-
нической обработке в барабанах яв-
ляется существенно нестабильным:
вследствие пересыпания деталей за-
грузки с определенной частотой, опре-
деляемой частотой вращения бара-
бана и числом граней барабана, изме-
няется электрическое сопротивление
системы, что вызывает изменение элек-
трических параметров (тока или напря-
жения) работы ваниы с барабаном.
Это изменение может быть источником
ценной информации при диагности-
ровании функционирования ванны.
Качающийся барабан в отлячие от
вращающегося оказывает меньшее со-
противление протекающему току,
так как верхней открытой стороной
ои периодически оказывается обращен
то к одному, то к другому аноду.
И в этом случае при организации
управления процессом можно ис-
пользовать электрические параметры
работы барабана в качестве средства
непрерывного диагностирования ра-
боты технологического спутника с за-
груженными в него деталями в про-
цессе гальванической обработки.
Загрязнение электролита. Корро-
зионно-механическое изнашивание
покрываемых стальных деталей при
использовании вращающихся или
качающихся барабанов ведет к на-
коплению в электролите продуктов
коррозии железа и, как результат,
к ухудшению качества покрытий. До-
пустимое количество Fe(II) в слабо-
кислых электролитах цинкования не
должно превышать 0,5 г/л.
В каждом рабочем цикле барабанной
ванны загрязнение электролита может
идти в два этапа: относительно мед-
ленное бестоковое взаимодействие
деталей с электролитом с момента
погружения барабана в ванну и по-
следующее интенсивное коррозиоино-
мехавическое взаимодействие прн
включении привода, постепенно умень-
шаемое при включении поляризую-
щего тока. При длительной работе
ваииы объемом V концентрация С
продуктов коррозии покрываемого
металла в электролите будет зависеть
от общего числа п циклов ее работы.
На накопление продуктов коррозии
стали оказывают влияние многие фак-
торы, в частности состав электролита
и величина поляризующего тока, опре-
деляющая объем поляризационной
части загруженных в барабан деталей.
Распределение плотности тока
внутри загрузкн. Плотность тока вну-
три загрузки неравномерна — иа
периферии загрузки образуется «ак-
тивная зона». Это подтверждается дан-
ными исследований в специальном
устройстве, выполненном из органи-
ческого стекла (рис. 18), иа загружен-
ных в него шарах или цилиндрах
из стали ШХ15. С одной стороны ток
к деталям подводится с помощью
цинкового токоподвода, а с противо-
положной стороны, обращенной
К аноду, прохождение тока обеспечи-
вается сменной, перфорированной
крышкой.
Для изучения распределения плот-
ности тока в «активной зоне» измеряли
изменение потенциала в точках а — е,
удаленных в глубь загрузки. На рис. 19
приведены данные, полученные для
электролита цинкования состава, г/л:
30 — ZnO, 200 — NH4C1, 100 —
CH3COONH4, 20 — уротропина при
температуре 20 °C.
От правильности построения моде-
лей процесса осажденяя в барабанах
зависят его эффективность и качество
покрытий. В данном случае электролиз
проводили импульсио — 5с загрузка
находилась под током и 30с без тока.
Потенциал измеряли в момент им-
пульса. Такой режим обеспечивал ана-
2. Характеристика равномерности распределении металла при нанесении гальванопокрытий насыпью
в барабанах в различных электролитах
Номер электро- лита Состав электролита •, г/л Частота вращения барабана, покрываемые детали Степень загрузки бараба- иа, % Средняя плот- ность тока, А/дм> Средняя толщина слоя осадка, мкм Среднее квадра- тическое откло- нение, мкм Коэффи- циент разброса kt мни
1 ZnO CH3COONa NH4C1 Уротропин — 40,0 — 100,0 — 220,0 — 25,0 7,0 0 мин 1; шарики 12,0 мм 20 0,75 0,50 1,00 1,25 1,50 — — 0,720 1,480 0,530 0,500 0,350
30 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 — — 0,750 0,780 0,520 0,630 0,570
40 0,50 0,75 1,00 1,25 1,50 — — 0,690 0,660 0,600 0,590 0,640
50 0,50 0,75 1,00 1,25 : ,50 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0,800 0,850 1,290 0,730 0,650
Технологические спутники
1
2 ZnSO4-7H2O — 340,0 Na2SO4- ЮН2О — 40,7 ZnCla — 20,0 Н3ВО8 — 5,0 pH = 3,5 pH = 2,5 25 мни-1; шарики 0 8,7 мм 37,5 0,50 1,00 2,00 1,00 1,00 8,80 8,90 9,20 9,70 9,40 0,370 0,516 0,616 0,398 0,329 0,331 0,325 0,270 0,240 0,202
3 Нецианистый щелочной элек- тролит блестящего цинкования 1,00 8,40 0,14 0,099
4 Электролит для оловянного покрытия с блескообразовате- лем (смешанная загрузка) 25 мин'1; шарики: 0 10 мм 0 5 мм цилиндры 0 8 мм: цилиндрическая по- верхность плоскость торца 1,00 1,00 1,0 1,00 6,26 4,83 9,93 6,22 0,310 0,300 0,600 0,670 0,310 0,392 0,655 1,194
25 мин-1: винты МЗХ 16 мм шарики 0 5 мм 1,00 1,00 5,42 6,31 0,790 0,260 1,588 0,454
25 мин-1: ступенчатые валики 0 ЗХ 10 мм шарики 0 5 мм 1,00 1,00 6,80 7,24 1,170 0,240 1,883 0,361
25 мин-1: ступенчатые валики 0 6X23 мм шарики 0 5 мм 1,00 1,00 7,21 11,26 1,330 0,450 2,041 0,438
Нанесение покрытий в барабанах и корзинах
Продолжение табл. 2
Номер электро- лита Состав электролита •, г/л Частота вращения барабана, покрываемые i детали Степень загрузки ‘ бараба- на, % Средняя плот- ность тока, А/дм* Средняя толщина слоя осадка, мкм Среднее квадра- тическое откло- нение, мкм Коэффи- циент разброса k, мни
5 CuSO4-5H2O — H2SO4 — 187,5 73,5 25 мин"1; шарики 0 8,7 мм 37,5 1,00 1,00 1,00 1,00 15,90 12,70 15,50 21,60 0,300 0,400 0,300 0,400 0,240 0,210 0,160 0,170
- 20 30 50 1,00 1,00 1,00 8,40 9,20 11,30 0,300 0,300 0,300 0,220 0,210 0,190
Шарики 0 8,7 мм; ча- стота вращения бара- бана, мии-1:
6 12 50 1,00 1,00 1,00 12,00 11,20 9,60 0,800 0,400 0,400 0,500 0,260 0,280
6 CuSO4-5H2O — H2SO4 — 62,5 98,0 25 мин-1; шарики 0 8,7 мм 37,5 0,50 1,00 2,00 9,53 9,53 9,53 0,210 0,267 0,295 0,207 0,186 0,145
7 CuSO4-5H2O — H2SO4 — 125,0 98,0 0,50 1,00 2,77 9,53 9,53 9,53 0,314 0,362 0,467 0,309 0,252 0,230
8 CuSO4-5H2O — H2SO4- 187,5 98,0 0,50 1,00 2,00 9,53 9,53 9,53 0,200 0,429 0,477 0,197 0,298 0,235
9 CuSO4-5H2O — H2SO4 - 250,0 98,0 °>59 9,53 ду 9,5. 0,467 0/- 0,460 ^,'•26
Технологические спутник-
10 CuSO4-5H2O — 187,5 H2SO4 — 49,0
11 CuSO4-5H2O — 187,5 H2SO4 — 98,0
12 CuSO4-5H2O— 187,5 H2SO4 — 137,0
13 CuSO4-5H2O — 275,0 H2SO4 — 74,0 Температура 25—30 °C 13,7 мин-1; петли: на- ружный 0 4,91 мм; внутренний 0 2,45 мм; высота 2,6 мм
14 Cu2P2O7-3H2O — 90,0 K4P2O7 — 350,0 КзРО4 — 80,0 KNO3 — 15,0 NH4OH (концен- трированная) — 2,0 мл/л pH = 8,5 Температура 50°C 13,7 мин-1; петли: на- ружный 0 4,91 мм; внутренний 0 2,45 мм; высота 2,6 мм
15 Cu2P2O,-3H2O —82,0 K^O, — 442,5 (NH4)3 - 26,7 Температура 60 °C 25 мин-1; шарики 0 8,7 мм
16 Cu(BF4)2 — 177 HBF4— 12 H8BO3 — 12 pH = 0,8-=-1,0 Температура 30 °C 13,7 мин-1; петли: на- ружный 0 4,91 мм, внутренний 0 2,45 мм; высота 2,6 мм
37,5
\ \ \ \
1,00 9,53 0,400 0,278
1,00 9,53 0,295 0,205
1,00 9,53 0,219 0,152
25 ** 0,99 0,183 0,586
25 3,21 0,330 0,569
5 2,36 0,196 0,909
10 4,86 0,358 0,807
20 10,87 0,554 0,560
10 ** 5,09 0,224 0,484
5 2,56 0,106 0,464
25 2,81 0,168 0,328
25 1,04 0,103 0,315
10 0,45 0,050 0,356
0,50 11,70 0,390 0,35
1,00 11,20 0,310 0,20
1,50 10,60 0,340 0,10
2,00 11,80 0,440 0,18
25 ** 1,15 0,207 0,570
25 3,42 0,392 0,629
10 4,92 0,272 0,605
5 2,61 0,153 0,630
10 0,541 0,092 0,539
со
Нанесение покрытий в барабанах и корзинах
Продолжение табл. 2
Номер электро- лита Состав электролита •, г/л Частота вращения барабана, покрываемые детали Степень загрузки бараба- на, % Средняя плот- ность тока, А/дм* Средняя толщина слоя осадка, мкм Среднее квадра- тическое откло- нение, мкм Коэффи- циент разброса kt мни
17 NiSO4-7H2O — 300 NiCl2-6H2O — 45,0 Н3ВОз — 30,0 pH = 3,5 pH = 4,5 20 мин-1; шарики 0 8,7 мм 25 37,5 50 62,5 1,00 1,00 1,00 1,00 8,00 11,10 12,20 12,40 0,330 0,310 0,480 1,150 0,259 0,209 0,306 0,732
pH = 2,5 Температура 50 °C 0,50 2,00 1,00 1,00 11,20 12,70 11,20 10,60 0,210 0,510 0,330 0,240 0,201 0,225 0,224 0,160
18 Ni(NH2SO3)2-4H2O — 380,0 NiCl2-6H2O — 30,0 Н3ВО3 — 30,0 pH = 3,5 Температура 50 °C 37,5 0,50 1,00 2,00 10,90 10,70 12,50 0,230 0,250 0,430 0,219 0,168 0,190
19 NiCl2-6H2O — 250,0 Н3ВО3 — 25,0 pH = 2,0 Температура 50 °C 0,50 1,00 2,00 10,90 10,40 11,40 0,140 0,200 0,430 0,136 0,146 0,203
* Температура электролитов № 1—12 ** Ток на барабан. равна 20 °C.
Технологические спутни..
Нанесение покрытий в барабанах и корзинах
191
логию с режимом в барабане при ча-
стоте вращения 6—10 мин-1 при не-
прерывном протекании электролита со
скоростью 0,12 м^ч. Построение зави-
симостей t/t’max — х G'max — значение
плотности тока на внешней поверх-
ности загрузки) в полулогарифмиче-
ских координатах позволяет с доста-
точной точностью определить сред-
нюю глубину проникновения тока
в загрузку при всех выбранных зна-
чениях средней плотности тока для
данной геометрии деталей.
Распределение тока иа внешней по-
верхности загрузки хорошо иллюстри-
руется при использовании в качестве
модели устройства, представляющего
собой плоское, перпендикулярное
к оси вращения сечение погруженного
цилиндрического барабана (диа-
метром 220 мм со степенью перфориро-
вания 25 %) с плоскими сплошными
анодами (рис. 20, а). Картина распре-
деления тока в сульфатном никелевом
электролите (рис. 20, б) показывает,
что локальная плотность тока на дета-
лях сильно зависит от нх расстояния
до анодов. В связи с этим для повыше-
ния скорости процесса осаждения по-
крытий н снижения энергетических
потерь следует в нижней части бара-
бана, а лучше одновременно и в верх-
ней располагать аноды, копирующие
по форме окружность барабана
(рис. 21). При этом особое внимание
следует обращать на глубину загрузки
барабана в электролит: необходимо,
чтобы верхняя граница деталей в ба-
рабане находилась ниже уровня элек-
тролита более чем на 100 мм.
Осуществление указанных мер поз-
волит за счет уменьшения продолжи-
тельности обработки существенно
повысить выход металла по току,
в особенности для мягких металлов,
например, цинка, олова, кадмия, для
которых вследствие истирания в про-
цессе осаждения он может снижаться
до 40 %.
Степень перфорации стенок бара-
бана (отношение общей площади отвер-
стий к площади стенки) оказывает
влияние иа циркуляцию раствора че-
рез барабан и сопротивление про-
хождению тока от анода до деталей.
При малой степени перфорации стенок
барабана максимальная плотность
Рис. 18. Устройство для оценки распре-
деления плотности тока по глубине за-
грузки:
/ — корпус ячейки; 2 — перфорированная
крышка; 3 — загрузка! 4 — катодный то-
коподвод
Рис. 19. Распределение плотности тока
по глубине загрузки (детали — шарики диа-
метром 12 мм) при плотности тока на
ячейку, А/дм1:
1 — 0,15; 2 — 0,25; 3 — 0,40
192
Технологические спутники
Рис. 20. Распределение плотности тока на поверхности барабана в влектролнте никели-
рования:
а — схемы экспериментальной установки (/, 2 — зонды; 3 — перфорированная стенка;
4 — анод; 5 — загрузка); б — эпюры распределения локальной плотности тока при
средних расчетных значениях плотности тока, А/дм’: 1 — 0,25; 2 — 0.5; 3 — 0.75: 4 —
1.0
Рнс. 21. Схема расположения анодов относительно барабанов для интенсификации про»
цесса осаждения
тока оказывается не на всей поверх-
ностной площади загрузки. С увели-
чением степени перфорации до опти-
мальной (20—25 %) значительно сни-
жается напряжение на ванне при
заданном значении силы тока (рнс. 22).
Дальнейшее же увеличение степени
перфорации практически ие снижает
напряжения, одиако сказывается на
механической прочности барабана.
Конструкции барабанов
193
Рис. 22. Влияние коэффициента К загрузки стержня и степени перфорации барабана
иа напряжение U в электролитах цинкования:
а — аммиакатном; б — цианистом. Степень перфорации, %: 1 — 1,4; 2 — 5,7; 3
22, 8, 4 - 46,6
Рис. 23. Влияние коэффициента загрузки (в) и частоты вращения барабана (б) на про-
цесс цинкования в электролитах:
1 — цианистом; 2 — аммиакатном; 3 — серно-кислом
Коэффициент загрузки барабана
К влияет как на величину напряжения
на ванне (см рис. 22), так и на равно-
мерность покрытия в электролитах
цинкования. На рис. 23, а видно, что
наименьшее стандартное отклонение
достигается при коэффициенте за-
грузки барабана около 40 %.
Частота вращения барабана также
оказывает влияние на равномерность
получаемого покрытия. Данные за-
висимости, представленной на
рис. 23, б, показывают, что оптималь-
ная частота вращения барабана 9—
15 мин-1.
КОНСТРУКЦИИ БАРАБАНОВ
Конструкции барабанов, применя-
емые в промышленности для нанесе-
ния покрытий деталей насыпью в АГЛ,
весьма разнообразны. Детали в про-
7 П/р В.Л. Зубченко
цессе обработки перемещаются при
вращении или качении барабана.
Движение барабанов может осу-
ществляться от индивидуального мо-
тор-редуктора или от мотор-редук-
тора, общего для всех технологических
позиций. Различают барабаны
(рис. 24), жестко связанные с мотор-
редукторами, и барабаны (рис. 25),
для которых мотор-редукторы раз-
мещены на каждой технологической
позиции либо один мотор-редуктор
(или несколько мотор-редукторов)
на всей автоматической линии. В пер-
вом случае есть возможность пере-
мешивания деталей не только в ванне,
но и иад ней во время подъема и вы-
стоя, что способствует более полному
удалению растворов и промывной воды
с деталей и барабана. Недостатком
барабанов такого типа является под-
верженность мотор-редукторов кор-
розионному воздействию испарений
194
Технологические спутники
Рис. 24. Барабан-спутник для ианесеиия электрохимических покрытий с индивидуальным
приводом
Рис. 25. Барабан для нанесения электрохимических покрытий с приводом, находящимся
вне технологического спутника
ванн и остатков растворов, падающих
на них при переносе над ними других
барабанов.
Размещение мотор-редукторов сбо-
ку от ванн имеет следующие преиму-
щества:
масса технологического спутника
в целом меньше;
значительно увеличивается срок
службы мотор-редукторов;
можно придавать вращение бараба-
нам в другую сторону для обеспечения
их автоматической разгрузки и рас-
кручивания гибких токоподводов;
барабаны без мотор-редукторов
и устройств их защиты от растворов
проще в ремонте.
В гибких автоматических линиях
целесообразнее применять по одному
мотор-редуктору на каждом модуле,
Конструкции барабанов
195
расположение индивидуальных мотор-
редукторов на каждой технологической
позиции нерационально.
На рис. 24 представлен барабан-
спутник, состоящий из сварной рамы 1
с цапфами 2 и транспортными кронш-
тейнами 3. Рама жестко связана с несу-
щими щеками 4 с фторопластовыми
подшипниками 5, в которые установ-
лена перфорированная обечайка
(барабан) 6 с крышкой 7 и токоподвод 8.
Вращение барабана передается через
систему шестерни 9 от мотор-редук-
тора 10. Барабан снабжен также авто-
матом 11 для защиты электродвига-
теля, контактным устройством 12 для
передачи переменного трехфазного
тока напряжением 36 В к двигателю
и защитным кожухом 13 от воздей-
ствия агрессивной среды. Ток к токо-
подводам от опор-ловителей передается
через втулки 14 и пластины 15.
На рис. 25 представлен барабаи-
спутник с централизованным цепным
приводом 1, содержащий приводную
звездочку 2, связанную с металли-
ческой шестерней 4 с помощью втулки
3. Пластиковое зубчатое колесо 5
крепится к корпусу 6 барабана. Токо-
вая опора 7 связана посредством токо-
подвод ов 8 и 9 с бронзовыми подшип-
никами 10, в которых вращаются
валы 11, сопряженные с внутренними
12 и наружными 13 кольцами. Кольца
13 соприкасаются с загруженными
в барабан деталями. Для переноса
барабана служат транспортные кронш-
тейны 14. Фиксатор 15 центрирует
барабан на гальванической ванне. Ба-
рабаны такой конструкции с насыпной
массой до 30 кг, изготовленные из
текстолита, находятся в эксплуатации
иа Люберецком заводе торгового ма-
шиностроения в линии цинковании
модели УГАЛ более 15 лет.
Скорость осаждения и равномерность
покрытий в значительной степени опре-
деляются конструкцией токоподводов,
которые должны обеспечивать: не-
прерывную и равномерную передачу
тока к покрываемым деталям; макси-
мальное число точек контактиро-
вания.
Кроме того, токоподвод должен удо-
влетворять следующим требованиям:
быть долговечным н легко заменя-
емым; не оказывать физического воз-
7*
действия на стенки барабана и не
приводить к деформации деталей.
Существуют несколько типов токо-
подводов. Гибкие токоподводы из
медного кабеля с тяжелым наконечни-
ком недолговечны из-за возможности
обрыва медного кабеля около нако-
нечника. Кнопочные токоподводы,
расположенные в торцовых стенках,
требуют более 50 %-ного заполнения
барабана, имеют мало точек контакта,
а так же, как и в случае с дисковыми
токоподводами, расположенными с тор-
цов барабана, плотность тока на дета-
лях, находящихся в середине бара-
бана, ниже, чем на деталях около
токоподводов. Дисковые токоподводы
к тому же склонны к обрастанию
металлом на участках выше поверх-
ности деталей. Токоподвод из сталь-
ного троса, у которого один конец,
контактирующий с деталями, запаян,
а на другой конец надет медный на-
конечник, этих недостатков не имеет.
Часть троса, не контактирующая по-
стоянно с деталями, в таком токо-
подводе изолирована. Расположенные
с двух сторон барабана неизолирован-
ные части тросов обеспечивают равно-
мерный по всей длине барабана контакт
с деталями. Обрыва таких токоподво-
дов не происходит из-за отсутствия
в этом случае сцепления с деталями.
Тросы, находясь в основном внутри
загрузки деталей, мало обрастают по-
крытием и служат без замены не
один год.
Основное применение в автоматизи-
рованных линиях нашли перфориро-
ванные шести- или восьмигранные ба-
рабаны, реже — цилиндрической фор-
мы с внутренними ребрами. Для на-
несения электрохимических покрытий
обечайки барабанов, шестерни и мно-
гие другие детали изготовляют из
токонепроводящих химически стойких
материалов (винипласта, полипро-
пилена, текстолита), а для химических
процессов — в основном из корро-
зионно-стойкой стали 12Х18Н10Т
и стали 10Х17Н13М2Т.
Широкое применение нашли бара-
баны с разборной обечайкой
(рис. 26), состоящей из пластмассовых
панелей с квадратной перфорапией,
получаемых методом литья под давле-
нием беа последующей механической
196
Технологические спутники
Рис. 26. Барабан с разбор-*
ной обечайкой;
1 — зубчатый венец; 2 —
диск; 3 — панель; 4 — стяж-
ка; 5 — гайка; 6 •— щека;
7 — фторопластовый под-
шипник; 8 — втулка, 9 —
крышка
Рис. 27. Барабан для нанесения электро-
химических покрытий с дополнительным
внутренним нерастворимым анодом / и
перфорированным токонепроводящим ци-
линдром 2
обработки. Полученные методом
литья обечайки отличаются повы-
шенной прочностью при высокой сте-
пени перфорации. В случае поврежде-
ния какой-либо панели обечайки она
легко заменяется.
В гибких АГЛ целесообразно при-
менять сдвоенные или секционирован-
ные барабаны, что позволяет обраба-
тывать в них разнотипные детали при
производстве большой номенклатуры
деталей.
Хорошо зарекомендовали себя при
работе в тяжелонагружеиных условиях
для покрытия относительно крупных
деталей барабаны, многие детали кото-
рых, в том числе обечайки, шестерни,
щеки, выполнены из текстолита, а в ка-
честве токопровода (с двух сторон)
использованы диски.
Применение барабанов с дополни-
тельным внутренним нерастворимым
анодом (рис. 27) позволяет повысить
плотность тока при неизменном напря-
жении, что, в свою очередь, снижает
продолжительность процесса электро-
осаждения и энергозатраты за счет
уменьшения снижения падения на-
пряжения в электролите. Анод и детали
разделены перфорированной токо-
иепроводящей стенкой. В этом случае
Рис. 28. Качающийся барабан с централизованным приводом:
1 — цепной привод; 2 — корпус сушильной камеры; 3 — корпус барабана без крышки;
4 — эластичный уплотняющий элемент; 5 — повышающая передача; 6 — короткая
цепная передача; 7 — приводная звеэдочкз барабана; 8 — разгрузочная станция; а
и ₽ — соответственно углы отклонения барабана в сушильной камере и иа разгрузочной
станции; 0/а *= 2ч-2,5
Конструкции барабанов
197
удобно использовать дисковые токо-
подводы.
Более широкие возможности при-
менения в АГЛ по сравнению с враща-
ющимися должны найти качающиеся
барабаны. На рис. 28 представлена
схема работы качающегося барабана,
совершающего колебательные дви-
жения вокруг горизонтальной оси иа
определенный' регулируемый угол.
Его применение дает следующие пре-
имущества:
обрабатываемые детали находятся
под током иа 60 % дольше, чем во
вращающемся барабане, благодаря
чему продолжительность осаждения
снижается и уменьшается износ оса-
ждающегося покрытия в процессе ка-
чания барабана за счет сокращения
времени осаждения (в особенности для
мягких металлов);
легко обеспечиваются автоматиче-
ская загрузка и выгрузка деталей
ввиду отсутствия крышки;
улучшаются условия сушки и про-
мывки деталей (более экономное при-
менение струйной промывки);
можно наносить покрытия на легко
сцепляемые между собой детали, чув-
ствительные к деформации, которые
ранее покрывались только иа под-
весках.
ГЛАВА 6
ЗАЩИТА ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
ОТ КОРРОЗИИ
ОСНОВНЫЕ ВИДЫ
КОРРОЗИОННЫХ ПРОЦЕССОВ
И КОРРОЗИОННЫХ ПОРАЖЕНИЙ
ГОСТ 5272—68 определяет коррозию
как процесс самопроизвольного окис-
ления (разрушения) металлов вслед-
ствие химического или электрохими-
ческого взаимодействия их с корро-
зионной средой. Это взаимодействие
ведет к частичному или полному раз-
рушению металла (сплава). Корро-
зионная стойкость не является физи-
ческим свойством самого металла. В за-
висимости от природы коррозионной
среды и условий ее воздействия • (тем-
пература, влажность, скорость по-
тока и т. п.) стойкость металла может
значительно меняться.
Коррозионная стойкость — это хи-
мическое сопротивление металлов
(сплавов) коррозионной среде.
Процессы коррозии металлов ха-
рактеризуются протеканием окисле-
ния (растворения) металла на анодных
участках поверхности с определенным
значением силы тока коррозии, а также
катодного процесса восстановления
окислителя, чаще всего кислорода воз-
духа в нейтральных и щелочных средах
и катионов водорода в кислых средах.
Более устойчивым в процессе эксплу-
атации является окисленное (ионное)
состояние. Использование металла
в качестве конструкционного в кон-
кретной среде эксплуатации возможно
только при достаточном торможении
анодного (катодного) процессов, на
чем и основаны методы защиты от
коррозии. Процессы коррозии всегда
необратимы и приводят к выходу из
строя, отказу в работе или снижению
качества выполнения функциональ-
ных свойств изделий. Задачей кон-
структора и эксплуатационника долж-
ны быть профилактика коррозии, упре-
ждение отказов путем выбора и назна-
чения соответствующих мер защиты
и ограничений в рабочих чертежах
и при эксплуатации.
При проектировании и эксплуатации
АГЛ должны учитываться следующие
аспекты коррозии; собственно разру-
шение основных фондов (оборудование,
строительные конструкции, коммуни-
кации); защита поступающей на
гальваническую обработку и готовой
продукции. Многообразие метал-
лических материалов, коррозионных
сред и видов физико-химического вза-
имодействия между ними вызывает
необходимость введения в практику
стандартизированных понятий и
определений по коррозии и защите.
В ГОСТ 5272—68 приведены основные
понятия и виды коррозионных про-
цессов.
По механизму протекания различают
химическую и электрохимическую
коррозию. Коррозионные процессы
классифицируют также по условиям
(состав коррозионной среды и особен-
ности работы конструкции) и видам
протекания коррозии.
Химическая коррозия протекает
при отсутствии влаги на поверхности
изделия. Такая коррозия протекает:
в сухой атмосфере при относительной
влажности менее 0,4 % при комнатной
температуре (электроника); в сухих
газах при повышенных температурах
(внутренние и наружные поверхности
сушильных камер, наружные по-
верхности магистралей пара и конден-
сата, воздуховоды горячего воздуха);
в неэлектролитах (длительное действие
минерального масла и обезвоженного
топлива).
Электрохимическая коррозия про-
текает при наличии пленки влаги на
поверхности. Для нее характерны
следующие основные виды корро-
эии:
Виды коррозии и коррозионных поражений
199
атмосферная — коррозия оборудо-
вания, деталей, поступающих на
гальваническую обработку и готовой
продукции в сельской, промышленной,
приморской, тропической атмосфере
в состоянии эксплуатации и хранении
(наружные поверхности технологи-
ческого оборудования: ванн, борто-
вых отсосов, магистральных трубо-
проводов и отводов внутри производ-
ственных помещений; внутренние
поверхности шкафов, пультов управ-
ления, поверхности эстакад, метал-
лических ферм, колони, стоек, кронш-
тейнов в атмосфере гальванического
цеха; наружные поверхности воздухо-
водов, вентиляторов, расположенных
вне здания в атмосфере промышленных
предприятий и прочие);
коррозия в электролитах — в при-
родных водах, морской воде, в кисло-
тах, щелочах и в растворах солей,
в органических растворителях, в рас-
плавленных солях и щелочах (поверх-
ности гальванического оборудования,
постоянно работающего в воде и под-
вергающегося переменному воздей-
ствию воды и воздуха, воздействию
щелочных и кислых растворов до
температуры 60 °C и горячей воды
до 100 °C, воздействию паров щелочей
и кислот). В зависимости от условий
работы оборудования различают кор-
розию при полном, неполном и пере-
менном погружении, коррозию по ва-
терлинии, коррозию в потоке жидко-
сти, жидкостно-струйную и коррозию
при кавитации;
почвенная коррозия — в почвах и
грунтах (фундаменты строительных
конструкций и оборудования; комму-
никации, соприкасающиеся с почвой
и грунтом; коррозия под воздействием
внешнего источника тока и блужда-
ющих токов, особенно в условиях
утечки тока цехов электролиза);
коррозия под напряжением — кор-
розионная усталость, хрупкость,
коррозионное растрескивание (КР) при
одновременном воздействии корро-
зионной среды и постоянных или пере-
менных механических напряжений.
Критерием работоспособности мате-
риала является коррозионно-механи-
ческая прочность — допустимый пре-
дел статических или циклических на-
пряжений на заданной временной базе.
В атмосфере гальванического цеха
и при соприкосновении с растворами
гальванической обработки все сбор-
ные металлические конструкции
в условиях статических растягива-
ющих напряжений, а также знако-
переменной нагрузки, изготовленные
из высокопрочных материалов и корро-
зионно-стойких сталей, углеродистых
и низколегированных сталей, склон-
ны к охрупчиванию;
коррозия в узлах соединений кон-
струкций — щелях и зазорах (щеле-
вая), местах контакта разнородных
металлов (контактная), в нарах трения
фреттинг-коррозия); характерна для
различных узлов деталей оборудова-
ния, эксплуатирующихся в гальвани-
ческих цехах.
По характеру коррозионных пораже-
ний различают следующие виды:
общая коррозия — охватывает всю
поверхность, находящуюся под воз-
действием коррозионной среды,
и может быть равномерная или не-
равномерная (склонны низкоуглеро-
дистые и углеродистые стали, цинковые
и медные сплавы), определяется глу-
бинным показателем коррозии (мм/год),
изменением массы [г/(м2-год) ], ин-
дексом неравномерности (отношение
всей площади к площади, пораженной
коррозией). Доля данного вида раз-
рушения 27,7 %;
структурно-избирательная корро-
зия — избирательное разрушение
одной структурной составляющей
сплава (графитизация чугуна, обес-
цинкование латуни, обезалюмниива-
ние алюминиевой бронзы);
послойная (или расслаивающая) кор-
розия, распространяющаяся по менее
коррозионно-стойким фазам в на-
правлении пластической деформации
металла;
межкристаллитная коррозия
(МКК) — границы зерен подвер-
гаются быстрому избирательному раз-
рушению в некоторых условиях изго-
товления и ремонта оборудования из
хромоникелевых сплавов, хромистых
сталей, алюминия, никеля, коррозион-
но-стойких сталей;
ножевая коррозия сварных швов —
вид надреза в узкой зоне на границе
сплавного соединения хромоникеле-
200
Защита оборудования от коррозии
вых сталей с повышенным (более
0,06%) содержанием углерода;
локальные виды коррозии — ме-
стная, пятнами и язвами; характерна
для стали в почве, латуни в морской
воде;
щелевая — связана с усилением кор-
розии в щелях и зазорах (дно щели —
локальный анод), местах неплотности
контакта металла и покрытия, про-
кладок (склонны хромоникелевые
стали, алюминиевые сплавы);
точечная (питтинговая) — пред-
ставляет собой точечные поражения
поверхности, находящейся в пассивном
состоянии в присутствии депассивато-
ров, например хлор-иона (склонны
хромистые и хромоникелевые стали,
алюминий и его сплавы, титан, нио-
бий, цирконий в морской воде) с пока-
зателем — потенциалом питтингообра-
зования;
коррозионное растрескивание (КР)
характеризует транскристаллитное
разрушение высокопрочных матери-
алов, находящихся в пассивном со-
стоянии при одновременном воздей-
ствии коррозионной среды и статиче-
ских растягивающих напряжений.
Доля данного вида разрушения состав-
ляет 38 %;
биокоррозия происходит при участии
продуктов, выделяемых микроорга-
низмами чаще в почве с неравномерным
и локальным характером разрушений
(склонны углеродистые стали, титан,
алюминий, тантал, защитные метал-
лические и неметаллические по-
крытия). Доля разрушений состав-
ляет 5,1 %;
фреттинг-коррозия, коррозионная
эрозия представляют собой разру-
шение металла, вызванное одновре-
менными воздействиями коррозион-
ной среды и ударными, колебательны-
ми перемещениями или трением
(подвержены рабочие узлы из всех
конструкционных материалов).
СПОСОБЫ БОРЬБЫ С КОРРОЗИЕЙ
Воздействие иа металл. К этому
способу борьбы с коррозией можно
отнести коррозионно-стойкое леги-
рование, термическую обработку,
применение различных покрытий, ин-
гибиторов и смазочных материалов,
а также использование электрохими-
ческой защиты.
Промышленные коррозионно-стой-
кие сплавы на основе железа отно-
сятся главным образом к системе
Fe—Сг—Ni. Их отличает высокая
коррозионная стойкость, окалино-
стойкость, жаропрочность, хладо-
стойкость и особые физические свой-
ства. При легировании менее благород-
ными металлами, но склонными к само-
пассивированию (хромом, никелем,
алюминием, молибденом и титаном)
наблюдается скачкообразное появле-
ние границ устойчивости (по хрому
11,7; 23,7; 35,9 %). Вместе с тем чисто
хромистые стали Х13 и Х18 имеют
хрупкость сварного шва, а стали
с 30 % хрома отличаются хладолом-
костью. Применение сбалансирован-
ного состава стали типа Х18Н9 вслед-
ствие склонности к МКК, КР и пит-
тинговой коррозии в настоящее время
эксплуатационно не оправдано.
Устойчивость к МКК определяется
содержанием никеля, углерода и эле-
ментов стабилизаторов, связывающих
углерод в устойчивые карбиды: содер-
жание 0,8 % > %Ti > 5 (%С —
0,03), 0,3—0,8 % Nb полностью исклю-
чает МКК У сталей с 18 % Сг и
12 % Ni.
Увеличение содержания никеля
приводит к существенному увеличе-
нию предела длительной коррозион-
ной прочности (до 140—160 МПа).
Легирование вольфрамом, марган-
цем, молибденом и алюминием до
0,25 % положительно влияет на сва-
риваемость сталей типа 18-10, а леги-
рование медью и кремнием ухудшает
этот показатель.
Углерод упрочняет металл, но отри-
цательно влияет на склонность к МКК,
поэтому его содержание должно быть
минимальным. Если примесей угле-
рода и азота в стали будет до 0,01 %,
то содержание хрома можно повысить
до 30 % без склонности к хладолом-
кости и КР.
В промышленности применяются сле-
дующие коррозионно-стойкие стали
и сплавы (по ГОСТ 5632—72):
ферритные стали (доля в прокате
составляет 19 %) — 08X13, 12X17,
08Х18Т1, 15Х25Т, 15X28;
Способы борьбы с коррозией
201
аустенитные стали (доля в прокате
около 65 %) группы 18-10: 08Х18Н10Т,
12Х18Н10Т;
группа 17-13-3 — 10Х17Н13М2Т,
10X17H13M3T, 03Х17Н14М2;
аустенитно-ферритные стали (1:1) —
08Х22Н6Т, 08Х18Г8Н2Т,
08Х22Н6М2Т;
высокопрочные коррозионно-стой-
кие стали 04Х25Н5М2, 07Х12Н5АГ7,
12Х1779АНУ, 03Х14Н7В;
экономнолегированные по никелю —
04X21Н5М2 (двухфазная аустенитно-
ферритная); 05Х18АН5 (низколеги-
рованная, азотсодержащая); без-
никелевые 10Х14АГ15 и 07Х13АГ20.
Использование коррозионно-стой-
ких сталей в качестве плакирующего
слоя дает возможность получить круп-
ногабаритные двух-, трехслойные
листы. Двухслойную коррозионно-
стойкую сталь с плакирующим слоем
из сталей 08X13, 08Х18Н10Т,
12Х18Н10Т, 06ХН28МДТ и сплавов
ХН78Т, Н70МФ, ХН65МВ произ-
водят методом пакетной прокатки.
Двухслойную листовую сталь
с плакирующим слоем из цветных
металлов и сплавов (биметалл) —
никеля и монель-металла — изготов-
ляют методом пакетной прокатки, ти-
тана и меди — сваркой взрывом.
Трехслойный коррозионно-стойкий
лист имеет двустороннее плакирова-
ние сталью 08Х18Н10Т (толщина кор-
розионно-стойкого слоя 0,2—0,4 мм,
основа сталь 08кп). Выпускается и
сталь с комплексным диффузионным
хромоникелевым покрытием толщи-
ной 40—120 мкм, наносимым на полосу
в вакууме.
Наибольшее распространение для
изготовления оборудования АГЛ
получила сталь 12Х18Н10Т (С 0,12;
Si < 0,80; 17—19 Сг; 9—11 N1; 0,5—
0,8 Ti; до 0,035 Р и до 0,020 S).
Для повышения коррозионной стой-
кости детали подвергают закалке
с 1080 °C в воду при этом получают
следующие механические характери-
стики: временное сопротивление
550 МН/м2; предел текучести
220 МН/м2; относительное удлинение
40 % ; твердость НВ 140.
В связи с повышенными требова-
ниями по надежности гальванического
оборудования взамен футерованных
ванн и ванн из коррозионно-стойкой
стали целесообразно применение
ванн из титана. Титан незаменим
особенно для ванн обезжиривания
в ультразвуковом поле, так как этот
материал не подвергается кавитацион-
ным разрушениям. Для этого могут
быть использованы следующие спла-
вы: ВТ1—0; ВТ1—00; ОТ4—0; ОТ4—1;
ОТ4—00; ВТЗ; ВТ16; ВТ20 и др.
Для холодных электролитов (мед-
нения, цинкования, кадмирования,
латунирования, серебрения) могут
быть использованы стальные ванны
с антикоррозионным покрытием на
основе титанового порошка.
Из титана и его сплавов могут быть
также изготовлены: анодные корзины
для электролитов; подвески для ано-
дирования, электрополирования, го-
рячего цинкования и оловянирования;
теплообменники и змеевики; барабаны
для травления и пассивирования; ба-
ковая аппаратура для нейтрализа-
ционных установок; насосы для пере-
качивания агрессивных растворов;
фильтры (из титанового порошка); вен-
тиляционные установки; оборудова-
ние для обезвреживания сточных вод.
Указанное оборудование не может
быть использовано в растворах, со-
держащих соляную и серную кислоты
с массовой долей более 7—10 %, фто-
ристо-, борфтористо- и кремнефто-
ристоводородную кислоту и фториды,
так как титаи в указанных средах
малостоек.
Коррозионная стойкость сплавов
на основе железа в результате их
объемного легирования является
практически исчерпанной. Легиро-
вание ионной имплантацией (поверх-
ностное легирование) позволяет вво-
дить практически любые ионы в любые
мишени. Введение ионов кислорода
и хрома создает пассивные слои с по-
вышенными защитными свойствами;
ионов бора, углерода, фосфора —
аморфизирует поверхность, повышает
химическую устойчивость материала;
ионов вольфрама и молибдена — по-
вышает его стойкость к питтинговой
коррозии; ионов никеля и хрома (соот-
ношение как в коррозионно-стойкой
стали) придает ему коррозионную
устойчивость.
202
Защита оборудования от коррозии
бода
Рис. 1. Схема установки для деаэрации
воды
Воздействие на коррозиоиио-актив-
ную среду. Эта мера борьбы с корро-
зией также является достаточно эффек-
тивной. Методы по уменьшению со-
держания деполяризатора направ-
лены в основном на обработку воды.
Нейтрализация кислых сред (кислых
промывных вод) производили с помо-
щью Са(ОН)2 и NaOH. Обескислорожи-
вание, или деаэрацию, индустриальных
вод осуществляют следующими спо-
собами:
химическим путем (деактивация)
сульфидом натрия или отгонкой кис-
лорода (деаэрация) в соответствующих
аппаратах при повышенных темпера-
турах (термическая деаэрация) за
счет уменьшения растворимости кисло-
рода (рис. 1);
продуванием инертными газами
(десорбционное обескислороживание);
пропусканием воды через фильтр
со стальными стружками (химическое
обескислороживание).
Использование в качестве конструк-
ционных материалов пассивиру-
ющихся металлов предполагает на-
сыщение воды кислородом для созда-
ния оксидной пассивирующей пленки.
Если пленка не восстанавливается
(в щелях, в застойных зонах), в этом
случае имеет место коррозионный ло-
кальный процесс.
Для предотвращения выхода из
строя электрического и электронного
оборудования используют следу-
ющие технические средства: защитные
покрытия; капсулирование; откачку
воздуха с последующим герметичным
уплотнением; фильтрацию воздуха —
удаление газообразных загрязня-
ющих примесеи и твердых взвешенных
частиц; эффективную ликвидацию
влажности; кондиционирование воз-
духа.
В качестве влагопоглотителей мож-
но использовать силикагель, сннтеж-
ческие цеолиты (молекулярные си-
та — кристаллические алюмосиликаты
натрия или кальция), реактивные сме-
си типа BaO, Mg(OH)2H BaO, CaSO4X
Х1/2Н2О + ВаО, Н3ВО3 + ВаО, не-
обратимо поглощающие влагу.
Конденсация влаги предотвра-
щается поддержанием элементов кон-
струкции при температуре выше точки
росы. Относительная влажность
внутри герметизированного электрон-
ного оборудования должна быть
ниже 30 % при 20 °C. Для исключения
проникновения влаги в электрические
и электронные устройства используют
кожухи, герметизирующие составы,
прокладки и уплотнения. Наиболее
успешным методом герметизации яв-
ляется холодная сварка.
Современным средством защиты от
атмосферной коррозии металлических
полуфабрикатов и готовых изделий
в процессе их хранения и транспорти-
рования является ингибиторная за-
щита. В коррозионную среду или
в консервациоиные материалы вводят
незначительное (0,01 —1,0 г/л) коли-
чество органических или неограниче-
ских соединений (табл. 1) — замедли-
телей коррозии, называемых инги-
биторами. Их применение особенно
эффективно в замкнутых системах (си-
стемы охлаждения, оборотные воды
и растворы) или при периодической
замене среды (при травлении метал-
лов). Эти соединения применяют и
в открытых системах, таких, как
транспортирующие трубопроводы.
Парофазные, летучие ингибиторы
применяют для временной защиты и
хранения (пропитывания оберточного
материала, упаковки вместе с изде-
лием, создания защитной атмосферы
складского помещения), при защите
готового изделия [консервация ин-
гибированными маслами и смазочными
материалами (табл. 2), пленками, ле-
тучими ингибиторами или водо-
1. Ингибиторы атмосферной и кислотной коррозии
Марка Наименование (химическая характеристика) Область применения Защищаемые металлы
НДА КЦА Г-2 БН ИФХАН НБА ПБ-5 ПКУ-К И-1-А (И-2-В) ХОСП-10 Каталин (А, К, Б-300) КПП (1, 3) Нитрит дициклогексила- мина Карбонат циклогексила- мина Нитробензоат гексаметилеи- амина Бензоат натрия Гетероалкилированные низ- шие амины Нитробензойнокислые соли аминов Карбонат аммония Продукт конденсации ани- лина с уротропином Смесь азотсодержащих со- единений Смесь высших пиридиновых оснований Хлористая соль замещен- ного аммония га-Алкилбензилпиридиний Производные пиридиния Ингибированная бумага, рас- творы Водно-спиртовые растворы Водно-спиртовые растворы, бу- мага Бумага, смазочные масла (до 5 %), другие смазочные мате- риалы Бумага, смазочные материалы То же Ингибированная бумага Защита ванн для травления деталей в НС1 путем введения в раствор травления То же Травление в минеральных кислотах Травление в серной, соляной и органических кислотах, защи- та емкостей и деталей при трав- лении Травление в серной и соляной кислотах Травление в серной и соляной кислотах (насыщенных H2S) Черные металлы, А! и спла- вы, Ni, Сг, Со Черные металлы, Pb, А1, Ni, Sn, Zn Черные металлы, Al, Pb, Sn, Ni Черные металлы Стали, Си и сплавы, Al, Ni, Мо То же Черные металлы Сталь, алюминий Черные металлы Сталь, цветные металлы Черные и цветные металлы Стали Сталь, цинк, оцинкованное железо
Способа борьба о коррозией
204
Защита оборудования от коррозии
2. Консервационные смазочные материалы и ингибированные масла
Марка Состав Назначение
ПВК (пушечная) Масло цилиндровое II, петролатум ПС или ПК, церезин (кроме 57), при- садка МНИ-7 Наружнаи консервации изделий
УНЗ (пушечная) Масло цилиндровое II, петролатум, церезин, ед- кий натр
VH (технический (зелин) Масло цилиндровое II, парафин Защита от коррозии не- ответственных деталей из черных металлов
ПП 95/5 (предо- хранительный со- став) Парафин, едкий натр, петролатум Защита крупногабарит- ных металлических поверх- ностей (до 30—35 °C)
ВТВ-1 Масла индустриальные, парафин, церезин, при- садка МНИ-7 Защита от коррозии цвет- ных и черных металлов электрооборудовании
АМС-1 (АМС-3) Олеастеарат алюминия, масло «Вапор» Защита от коррозии в ус- ловиях повышенной влаж- ности
ЭЭС (защитная электросетевая) Масло «Вапор», петрола- тум, алюминиевое мыло СЖК Защита от коррозии на открытом воздухе во всех климатических зонах
НГ-203А Концентрат сульфоната кальция, окисленный пе- тролатум Наружнаи консервации металлоизделий в условиях повышенной влажности
НГ-203Б. Концентрат сульфоната к 1льция, окисленный пе- тролатум, масло инду- стриальное Внутреиняи консерва- ция двигателей и других механизмов
НГ-207 Масло с присадкой НГ-108 Для внутренней консер- вации до первой смены масла
К-17 Окисленный петролатум, гидрат окиси лития, син- тетический каучук СКБ-45, присадка ПМСЛ, дифенил- амин, трансформаторное масло, авиационное масло МС-20 Защита от коррозии вну- тренних и наружных по- верхностей металлоизделий при хранении под навесом или в закрытых помеще- ниях
Способы борьбы с коррозией
205
отталкивающей жидкостью (ВВЖ-1)].
Летучие ингибиторы представляют
собой производные аминов (часто с ни-
тритом натрия).
В качестве ингибиторов коррозии
для нейтральных сред (системы водо-
снабжения) применяют силикаты,
хроматы, фосфаты, фосфонаты. Наи-
более распространены и дешевы инги-
биторы на основе силикатов. Они
безвредны, имеют широкий диапазон
применения для защиты различных
металлов и сплавов.
Наиболее универсальными с тех-
нической точки зрения являются хро-
маты, но они ядовиты. Фосфаты менее
эффективны, но предотвращают обра-
зование накипи. Преимущество фос-
фонагов — меньшая склонность к ги-
дролизу, т. е. они более стабильны.
В щелочных средах в качестве инги-
биторов коррозии применяют неорга-
нические соединения- аммоний рода-
нистый и хромово-кислый, борную
кислоту, оксиды кадмия, меди, цинка,
соли кремнефтористоводородной кис-
лоты.
Ингибитирование — сложный спо-
соб защиты, сопряженный с токсич-
ностью многих органических инги-
биторов, явлением «ажагонизма» при
внесении в среду нескольких ингиби-
торов (ослабление эффективности
действия ингибиторов вплоть до уве-
личения растворения металла), раз-
ным действием одних и тех же инги-
биторов на черные и цветные ме1аллы.
Например, нитриты нельзя применять
в сочетании с латунью.
Применение защитных (контроли-
руемых) атмосфер рационально для
безокислигельного отжига металла,
уменьшения его окисления. Защитная
атмосфера не должна окислять, обез-
углероживать, науглероживать по-
верхность стального изделия.
Для приготовления защитных атмо-
сфер применяют следующие методы:
крекирование газов (75 % Н2 + 25 %
N2); очистку технического азота от
кислорода (через древесный уголь)
до получения состава 0,006 % О2 +
+ 0,1 % СО2+ 2ч-8% СО; генера-
торный процесс (над раскаленным дре-
весным углем) до cociaea СО 4- СО2 +
+ N2, СО + СО2 + Н2 + Н2О + N2;
частичное сжигание газов (аммиака)
Рис. 2. Крепление протектора к обору-
дованию:
/ — цинковый анод; 2 — вкладышу 3 **
шпилька с гайкой и шайбой
до состава СО + СО2 + Н2 + Н2О +
+ N2. Безокислительную термиче-
скую обработку сталей выполняют под
слоем защитных эмалей ЭВТ-10,
ЭВТ-101. Защитное технологическое
покрытие ЭВТ-24Т служит для защиты
от окисления и газонасыщения полу-
фабрикатов, изготовленных из тита-
новых сплавов.
Электрохимическая защита обору-
дования. Приложив извне поляриза-
цию, можно затормозить анодный или
катодные процессы и тем снизить
(или полностью исключить) процесс
коррозии.
Различают три вида электрохими-
ческой защиты:
катодная защита внешним током —
конщрукцию присоединяют к отри-
цательному полюсу внешнего источ-
ника тока, анод при этом случайный,
расходуемый;
катодная протекторная защита —
к защищаемой конструкции присоеди-
няют протектор из металла или сплава,
имеющего в данной коррозионной сре-
де более электроотрицательный по-
тенциал, чем у металла защищаемой
конструкции, и поэтому растворяю-
щийся в первую очередь;
анодная защита — достигается пере-
водом металлической конструкции
в пассивное состояние (если это воз-
можно в данной среде эксплуатации)
и поддержанием этого состояния анод-
ной поляризацией от внешнего источ-
ника тока или контактом с другим
металлом, имеющим весьма положи-
тельный потенциал. На рис. 2, 3
представлены типичные устройства
электрохимической защиты, в табл. 3—
средства и объекты назначения.
Особо ответственное оборудование
следует защищать локально устанавли-
206
Защита оборудования от коррозии
Рис. 3. Устройство катодной защиты
резервуара внешним током:
1 — выпрямитель] 2 — алюминиевые аио-
ДЫ
ваемыми протекторами (см. рис. 2).
Наиболее выгодные условия катод-
ной защиты от внешнего источника
тока определяются величиной защит-
ного потенциала и минимальной за-
щитной плотностью тока. По действу-
ющим в настоящее время правилам
защиты подземных металлических
сооружений минимальный защитный
потенциал (относительно медно-
сульфатного электрода сравнения) с хо-
рошим изоляционным покрытием
составляет —0,9 В, с поврежденным
покрытием, а также в условиях био-
коррозии -----1,0 В. При температуре
продукта выше 80 °C максимально до-
пустимый защитный потенциал со-
ставляет до —1,2 В. При всех других
условиях с битумной изоляцией макси-
мально допустимый защитный потен-
циал составляет —2,5 В, с полимерной
пленкой-------3,5 В.
Минимальная защитная плотность
тока зависит от агрессивности среды
и возрастает с увеличением скорости
коррозии защищаемого металла,
А/м2: 0,01—0,1 — в грунте; 0,13 —
в морской воде} 2—4 — в концентри-
рованных щелочах; 0,6 — в раз-
бавленной серной кислоте; до 92 —
в соляной кислоте с перемешиванием.
Если пассивная область защища-
емого металла составляет хотя бы
0,1 В, возможно применение анодной
защиты. При использовании в кон-
струкции нескольких металлов обла-
сти их пассивного состояния должны
частично перекрываться; через кон-
струкцию свободно должен проходить
электрический ток; среда должна иметь
хорошую электропроводность и ста-
бильность при эксплуатации защиты.
Анодная защита углеродистых сталей
эффективна в разбавленной (20 %-ной)
или концентрированной (выше 60 % -
ной) серной кислоте, в водных раство-
рах аммиака и щелочных растворах
целлюлозы. Анодная защита высоко-
легированных сталей (системы Сг—N1
и Сг—Ni—Мо) эффективна при лю-
бых концентрациях серной и сульфо-
новой кислот, титана — в растворах,
содержащих ионы хлора, в серной
и в соляной кислотах.
Наибольшее применение в насто-
ящее время получили системы им-
пульсной поляризации. Образованная
при этом запассивированная поверх-
ность стабилизирует силу тока и сохра-
няется после выключения поляриза-
ции. Целесообразно неполное выклю-
чение напряжения в период паузы
(от 100 мс до 80 с), а сохранение не-
которого фонового напряжения (полу-
проводниковым импульсным потен-
циостатом «Топаз», системой анодной
защиты «Донец-12»),
При анодной и анодно-протекторной
защите пассивирование и формирова-
ние пассивности осуществляются сред-
ствами контроля и регулирования по-
тенциала, а сохранение пассивности —
токами катодного протектора.
Примеры анодной защиты: тра-
вильных ванн из 06ХН28МДТ с рас-
твором 10 % HNOS + 3 % HF —
поддержание потенциала 0,6—0,7 В
(у сплава наблюдается недостаточная
коррозионная стойкость в зоне свар-
ного шва); ванн химического никели-
рования (замена фарфоровых и эма-
лированных котлов на металлические
ванны большей вместимости) — в си-
стему анодной защиты входят потен-
Способы борьбы с коррозией
207
3. Средства электрохимической защиты
Средства защиты Преимущества и недостатки Объекты назначения
Kamodt Катодные станции: АРТЗ (мощность 1,2; 2,0; 3,0 кВт); КСС (мощ- ность 0,6; 1,2 кВт), ПСК, СКЗ-АКХ Преобразователи ПСК, ПАСК-М-0,6-48/24 (мощ- ность 0,6; 1,2; 2,0; 3,0; 5,0 кВт) Агрегат ГДЕ НХЛ1 Комплектные анодные заземлители Протекторы: сплавы магния МП-1; МП 2; сплавы алюминия АП-1, АП-2; сплавы цинка ЦП-1, ЦП-2. Типоразмеры: ПРМ-20; П-КОА-20, П-КОЦ-18; П-КОЦ 36. Комплектные протек- торы ПМ10У и ПМ20У в упаковке с активато- ром Анодная Регуляторы электрод- ного потенциала РПППД-5, П-20М1. Катодные покрытия: медные на коррозионно- стойкой стали, платино- вые на титане. Легиро- вание стали небольшими добавками платины, пал- ладия, меди. Система анодной за- щиты «Донец-12» сая от внешнего источник Преимущества: высо- кая эффективность (до 100 %); защита боль- ших площадей; регули- рование поляризующе- го тока; возможность* автоматизации. Недостатки: наличие источников электропи- тания; высокая началь- ная стоимость; необхо- димость регулярного контроля и профилак- тического ремонта Протекторная Преимущества: неза- висимость от источника тока; простота монта- жа; применение для локальной защиты; ни- чтожное влияние на соседние незащищенные объекты; рациональное использование защит- ного тока. Недостатки: безвоз- вратная потеря мате- риала анода; периоди- ческая его замена, не- большой защитный ток защита от внешнего исто Преимущества: уве- личение времени экс- плуатации металличе- ских конструкций из дорогостоящих мате- риалов; возможность замены их более деше- выми (углеродистыми сталями); торможение локальных видов кор- розии; большая глуби- на действия; небольшие эксплуатационные рас- ходы. а тока Подземные стальные трубопроводы, газопро- воды, газгольдеры, ре- зервуары для жидкого топлива, заводская ап- паратура — конденсато- ры, холодильники, теп- лообменники и др. До- полнительное средство защиты к изолирующе- му покрытию Металлические кон- струкции в грунте, мор- ской воде и других ней- тральных средах. До- полнительное средство защиты к изолирующе- му покрытию подзем- ных металлических со- оружений, резервуаров чника тока Химическая аппара- тура: резервуары; ци- стерны; реакторы нз углеродистой и высоко- легированной стали и титана
208
Защита оборудования от коррозии
Продолжение табл. 3
Средства защиты Преимущества и недостатки Объекты назначения
Защита от к Блоки совместной за- щиты типа УБСЗ-10, БВ-273-(Р), УБСЗ-50. Станции катодной защи- ты. Электрический дре- наж: ПД-ЗА; ПД-50; УПДУ-57; ПГКД-130; УПД-1; ПАД (0,6— 3,0 кВт) Н ед остатк и: вы со кая стоимость оборудова- ния; необходимость безаварийной работы контр ольно-регулиру- ющей аппаратуры аррозии, блуждающими тс Преимущества: пони- жение потенциала за- щищаемой конструкции и ее катодная защита даже при наличии блу- ждающих токов от не- скольких независимых источников. Недостатки: утечка токов в землю»; чрез- мерное потребление энергии ками Металлические кон- струкции в земле и во- доемах вблизи электри- ческого оборудования, линий электропередач, сварочного и гальвани- ческого оборудования, электрифицированных железных дорог
цностат П-20М1 и погружной датчик
потенциала (рис. 4).
Необходимо предусматривать и меры
защиты от коррозии, вызванной нали-
чием блуждающих токов, возникнове-
ние которых обусловлено утечками
промышленных токов, в том числе от
электролизных ванн. Величина блу-
ждающих токов зависит от переход-
Рис. 4. Схема анодной защиты ванн хи-
мического никелирования:
1 — катод; 2 — корпус ванны (анод); 3 —
электрод сравнения; 4 — потенциостат
кого сопротивления между провод-
ником и землей и может составлять
до 70—80 % от величины промышлен-
ного тока. Встречая на пути метал-
лическое сооружение, промышленный
ток ответвляется (блуждающий ток)
и проходит в него. Зона входа тока —
катод, а зона сiекания — анодное
растворение ме- шла, прямо пропор-
циональное величине тока. Меры за-
щиты: ограничение величины блу-
ждающих токов (уменьшение падения
напряжения и увеличение сечения про-
водников); применение токоотводов,
секционных трубопроводов, дренаж-
ных установок.
Часто применяемая на практике
комплексная защита заключается
в одновременном использовании элек-
трохимической защиты, покрытий
и ингибиторов коррозии. Например,
металлические конструкции, находя-
щиеся на территории больших про-
мышленных городов, комплексно
защищают изоляционными лентами,
протекторной защитой и электриче-
ским дренажом; оборудование в погру-
Способы борьбы с коррозий
209
женном состоянии — комбинацией
окраски и катодной защиты. При
катодной защите следует избегать пере-
защиты (подачи чрезмерно высокого
потенциала), так как она вызывает
отслоение лакокрасочных покрытий
и водородное охрупчивание высоко-
прочных сталей Способ совместной
защиты подземных сооружений от поч-
венной коррозйи и блуждающих токов
заключается в соединении располо-
женных рядом протяженных металли-
ческих сооружений специальными
металлическими перемычками для
защиты их общими установками элек-
трохимической защиты.
Для обеспечения надежности и по-
стоянства действия оборудования
протекторной, катодной, анодной
и дренажной защиты необходимо регу-
лярное наблюдение за ними, их кон-
сервация. Эти задачи должен выпол-
нять специальный персонал корро-
зионной службы предприятия.
Защитные покрытия и неметалли-
ческие материалы. Конструкционные
материалы изолируют от корро-
зионно-активиой среды нанесением
различных, более устойчивых, чем
основной материал, покрытий. По-
крытие при этом должно полностью
изолировать подложку, быть беспори-
стым, равномерным по толщине, иметь
хорошее сцепление с основным мате-
риалом, быть термостойким и механи-
чески прочным. К таким покрытиям
относятся следующие: металлические
одно- и многослойные, композиционные
(с неметаллическим наполнением);
неметаллические неорганические —
оксидные, фосфатные, хроматные,
силикатные; неметаллические органи-
ческие — лакокрасочные покрытия
(ЛКП), полимерные, битумные
и т. п.
Защита стальных конструкций
гальванического цеха и АГЛ от корро-
зии в сильно агрессивных средах и на
длительный срок эксплуатации осу-
ществляется нанесением металличе-
ских покрытий цинком и алюминием
из расплава с дополнительным нанесе-
нием ЛКП: ме1аллическое покрытие
толщиной 200 мкм с однослойным
покрытием краской ВЛ-515; при тол-
щине 100 мкм наносится ЛКП в два
слоя (ФЛ-ОЗК или ХВ-785).
Защита мелких и средних деталей
и крепежа из углеродистой стали от
атмосферы гальванического цеха
производится электролитическим цин-
кованием с фосфатированием и окра-
ской: для мелких деталей — покрытие
Ц6Ф0С/ЛКП (ХС-76); для средних
деталей — Ц12Ф0С/ЛКП (лак ХС-76
по грунту ХС-010). Для фосфатирова-
ния применяются составы: КФ-3;
КФА-1; КФА-2, КФЭ-1, КПФ-1,
АФП-3.
Наиболее часто защита металличе-
ского оборудования и бетона осуще-
ствляется окраской химически стой-
кими органическими ЛКП. Как
правило, это системы из различных
слоев: шпатлевочных, грунтовочных,
эмалевых и лаковых.
Для окраски поверхностей эстакад,
металлических ферм, колонн, стоек
кронштейнов, наружной поверхности
воздуховодов, вентиляторов, располо-
женных вне здания в атмосфере про-
мышленного предприятия, наружных
поверхностей технологического обо-
рудования (ванн, бортовых отсосов,
магистральных трубопроводов и от-
водов) рекомендуются:
грунтовки атмосферовлагостойкие
ФЛ-ОЗК (с добавкой сиккатива НФ-1
не более 4 % массы грунтовки),
ГФ-021, ГФ-032, ПФ-020, ХС-059;
грунтовка ЭП-057 — не препятствует
сварке, может наноситься на оцинко-
ванную поверхность; грунтовка
ЭП-09Т — имеет повышенные анти-
коррозионную стойкость и влаго-
стойкость; В-Э11-727 — для защиты
бетонных конструкций;
шпатлевка ЭП-0010 — наносится под
эпоксидные эмали или служит само-
стоятельным химически-, атмосферо-
и маслобензостойким покрытием, мо-
жет применяться для оцинкованной
стали, алюминиевых и медных спла-
вов.
Для защиты стального оборудова-
ния, постоянно работающего в воде
и подвергающегося переменному воз-
действию воды (горячей и холодной),
применяют грунтовки КЧ-075, ХС-010,
ХВ-785, ХС-059, АК-070, ЭП-076,
ЭП-0010, ЭП-09Т.
По грунтовкам н шпатлевкам (в за-
висимости от агрессивности среды —
в один или два слоя) наносят один,
210
Защита оборудования от коррозии
4. Лакокрасочные покрытия для защиты металлических конструкций,
работающих в агрессивных средах
Лакокрасочное покрытие Применение, химическая стойкость
ФЛ-777 Для защиты внутренних поверхностей от воздействия
ФЛ-412 ЭП-140 воды и пара температурой до 200 °C Может применяться без грунтовки Стойкость в условиях атмосферы, содержащей газы и пары слабой степени aiрессивности, стойкость к мае-
ЭП-773 лам, а также в слабых растворах кислот, щелочей и воды Для окраски металлических поверхностей, подвер- гающихся воздействию горячих 40 %-ных растворов ще- лочей, слабых растворов азотной, серной, соляной кислот
ЭП-711Э ЭП-56 Стойкость в органических растворителях Стойкость в жидких и газообразных средах, к маслам
ЭП-531 и бензину Стойкость до 80 °C в атмосфере производственных по- мещений, цехов, загрязненных диоксидом серы, серным
ЭП-575 ангидридом, хлоридом водорода Для окраски металлических конструкций в атмосфере с повышенной влажностью
ЭП 5116 ЭП-7100 Стойкость в воде, солях и щелочах Стойкость в воде, солях, щелочах, в парах минераль-
ЮБ-ЭП-0126 ных кислот и органических растворителей Для окраски емкостей, подвергающихся воздействию
ЭП-741, ЭП-730, ЭП-55 пресной воды и масел Стойкость в горячих растворах щелочей, в атмосфере производственных помещений химических цехов, к воз-
КУ-749, КУ-172 ХП-799 действию масел и бензина Для защиты бетонных конструкций Для защиты железобетонных несущих и ограждающих конструкций, стойкость к истиранию, воздействию паро- газовых сред, содержащих Cl2, НС1, SO3, СО2 при тем-
ХП-734 пературе от —60 до +130 °C Применяется в качестве грунтовки под эмаль ХП-799
УР-293; УР-294 ЛФЭ-32Х-1 по бетону Стойкость в воде Для защиты в сильноагрессивиых средах
два или три слоя лакокрасочного
покрытия (табл. 4).
Применение химически стойких
неорганических материалов может
обеспечить повышенную коррозион-
ную стойкость оборудования гальва-
нических цехов.
Для изготовления стеклянных
химически стойких изделий (труб, ар-
матуры, емкостен) используют в основ-
ном алюмосиликатное и кварцевое стек-
ло. Большое распространение полу-
чили стекловидные покрытия метал-
ла — эмали (многокомпонентные
рецептуры грунтовочных и основных
эмалей).
Кислотощелочестойкие эмали изго-
товляют с высоким содержанием ди-
оксида кремния, вводя в их состав
также диоксид циркония.
Для эмалирования алюминия ис-
пользуют свинецсодержащие силикат-
ные эмали.
Керамику применяют в основном для
изготовления кислотоупорных изде-
лий (плиток, кирпича). Введение и ке-
Способы борьбы с коррозией
211
рамические массы 10 % (от общей
массы) молотых отходов кварцевого
стекла значительно улучшает их свой-
ства: водопоглощение таких плиток
3,5—7,0 % , кислотостойкость 97 %,
термостойкость 30—35 теплосмен.
Фасонные, крупноблочные и крупно-
размерные керамические кислото-
упорные изделия изготовляют мето-
дом пластического формования. Типо-
размеры керамических плиток: ква-
дратных 1—4, прямоугольных 1—9,
клиновых (ПКЛ) 1—32, спаренных
1—4; 5—8.
Из графита и графитовых матери-
алов, имеющих высокую химическую
стойкость, изготовляют нераствори-
мые электроды, нагревательные
элементы, футеровочные плитки и из-
делия, детали аппаратуры (например,
детали насосов для перекачки сточных
вод); из углеграфитовых тканей изго-
товляют углепластики для футеровки;
из графитопластов АТМ-1 и АТМ-1Т —
трубы.
Номенклатура изделий из неметал-
лического неорганического кристал-
лического материала (каменного
литья) включает: плитки футеровоч-
ные; плитки для пола; плиты фасонные;
колена трубопроводов 7-БГри, 8-С,
9-Б, 10-Б, 16-Д, 29-Б и др.
На основе минеральных вяжущих
компонентов получают мастики (за-
мазки), растворы и бетоны. Бетоны
на основе портландцемента (уплот-
ненные) являются щелочестойкими,
но разрушаются в кислотах. Щелоче-
стойкие замазки и бетоны изготовляют
на основе калиевого, чаще натриевого,
жидкого стекла с отвердителем —
кремнефторидом натрия. В состав по-
лимерсиликатных бетонов входят
следующие компоненты, массовые
части: жидкое стекло — 200; кремне-
фторид натрия — 35; щебень — 200—
500; песок кварцевый — 600; тонко-
молотый наполнитель — 400; фури-
ловый спирт — 14 или раствор смолы
ФРВ-4 или тетрафурилоксисилан —
8—14.
Для изготовления аппаратуры,
вентиляционных газоходов, трубо-
проводов и деталей строительных кон-
струкций применяют термопласты
(винипласт, полиэтилен, пентапласт
и фторопласты Ф-3, Ф-4) и реакто-
пласты (полимербетоны и фаолит).
Ванны вместимостью до 5 м3 при
наличии ребер жесткости могут быть
изготовлены из термостойкого листо-
вого полипропилена.
Опоры под анодные и катодные штаи
ги выполняют из полиэтилена, брызго-
улавливающие экраны — из пласт-
масс, фланцевые соединения — из
фторопласта. Гибкие воздуховоды
вытяжной вентиляции из: отовляют
из армированного поливинилхлорида,
бортовые отсосы — из полипропилена
или из поливинилхлорида, барабаны —
из полипропилена. Применение не-
металлических материалов для изго-
товления оборудования АГЛ снижает
его вес, экономит металл, делает обо-
рудование более коррозионно-стойким
и герметичным.
Коррозионно-стойкие армирован-
ные пластики применяют как кон-
струкционные материалы в широком
диапазоне температур жидких и га-
зовых агрессивных сред (до +150 °C).
Наибольшее применение получила
многослойная структура конструк-
ционного материала: наружный
и внутренние защитные слои выпол-
няют в виде обогащенных химически
стойкой смолой композиций или хими-
чески стойкого термопласта, конструк-
ционные слои на 50—70 % состоят из
армирующего материала. Армирован-
ные пластики применяют для изго-
товления: стеклопластиковых труб,
плакированных полиэтиленом, поли-
пропиленом или пентапластом; емко-
стей вместимостью до 100 м3; емкостей
для транспортирования вместимостью
до 3 м3; гальванических ванн. Наи-
большее применение находят стекло-
пластики ПН-15, ПН-10, ПН-60 Мате-
риалы СТ911-С и на основе смол ПН-1
и ПН-16 рекомендуется использовать
в кислых средах, а ЭФ-32-301, КАСТ,
ПТК, АГ-4С, 27-63С и 33-18С — в кис-
лых и щелочных средах.
За рубежом (шведская фирма
GALVOUR) применяют для изготовле-
ния гальванических ванн длиной до
12 м и глубиной до 4 м высокопрочные
химически стойкие в различных средах
двухслойные листовые пластики.
Защитные материалы в виде листов
и плеиои применяют в качестве не-
212
Защита оборудования от коррозии
проницаемого подслоя — под футе-
ровки гальванических ванн, для полов,
а так же как самостоятельные покры-
тия, К ним относятся ненаполненные
термопластичные материалы, полиизо-
бутилен, Наибольшее распростра-
нение получил пластикат (листовой
поливинилхлоридный пластифициро-
ванный термопластичный материал)
марки 57-40, а для условий повышен-
ной ударостойкости — пластикат,
армированный нетканой стеклосеткой.
В качестве подслоечного материала
применяют также полиизобутилен, на-
полненный графитом и сажей марки
ПСГ (пластины), обладающий хими-
ческой стойкостью к кислотам, щело-
чам, солям и газам. Лучшие физико-
механические свойства имеет (листо-
вой рулонный материал на основе бу-
тилкаучука — Бутилкор-С, стойкий к
воздействию кислот: до 30 %-ной
НО, до 40 %-ной H2SO4, до 30 %-ной
Н3РО4 и до 5 %-ной HNO3, до 40 %-
ного едкого натра, в органических
растворителях нестоек.
При защите строительных конструк-
ций в качестве непроницаемого под-
слоя применяют полиэтиленовую плен-
ку, изготовленную из полиэтилена
высокого давления и низкой плотности
(марки М илн С), активированную для
обеспечения сцепления с защищаемой
поверхностью коронным разрядом или
дублированную со стеклотканью (ма-
териал ОКП-ПС).
Применение фторопластов, пентапла-
ста и хлорсульфополиэтилена для из-
готовления изоляций от коррозионно-
активной среды в настоящее время
невелико, но это перспективные ма-
териалы.
При проектировании антикоррозион-
ной защиты строительных конструкций
необходимо учитывать степень воздей-
ствия на бетон и углеродистую сталь
жидких агрессивных сред, газовой
среды, а также аэрозолей и пыли.
Защитное покрытие должно обеспечи-
вать герметичность конструкций по
всей поверхности — от боковых стенок
до подошвы.
Для гидроизоляции, как правило,
применяют материалы иа основе би-
туминозных вяжущих компонентов;
мастики, растворы и бетоны, битум-
ные лакокрасочные материалы иа ос-
нове нефтяных битумов и каменно-
угольных пеков.
Наибольшее применение находят ру-
лонные материалы на основе битума:
рубероиды с пылевидной посыпкой—
РКК-500А (кровельный), РКМ-350Б,
РПМ-300Б (подкладочный), РПП-350Б
и др. с температурой размягчения
слоя битума 85 °C;
гидроизолы ГИ-Г (гидроизоляцион-
ный), ГИ-К (кровельный) с темпера-
турой размягчения битума 48—55 °C;
изол, бризолы (безосновный рулон-
ный материал — Бр-С с рабочей тем-
пературой от 30 до —30 °C; Бр-П —
от 45 до —15 °C);
стеклорубероиды на стекловолокни-
стой основе с мелкой пылевидной по-
сыпкой С-РК, c-РЧ, С-РМ;
горячий битум БН-70/30;
битумно-резиновые мастики
МБР-И-80, МБР-И-100;
битумный лак БТ-783.
При изготовлении химически стой-
ких полов в зависимости от степени и
интенсивности проливов (особенно в ус-
ловиях гальванического производства)
необходимо выполнить непроницаемый
химически стойкий подслой, служащий
одновременно гидроизоляцией, а также
заделать швы специальными замазка-
ми. Материал для покрытия полов
может быть штучным, рулонным, мо-
нолитным. Заделаны должны быть и
детали полов: каналы, лотки, плинту-
сы, деформационные швы, приямки
и т. п. Материалы, применяемые как
защитные, выбирают по типу полов.
Толщину футеровки в днищах лотков
и каналов следует выбирать с учетом
их периодической очистки от шлама.
Рациональным является применение
каналов, лотков, трапов из химически
стойкого полиэфирного или фурано-
вого полимербетона. Для гидроизоля-
ции полов в условиях гальванического
производства могут быть рекомендова-
ны также химически стойкие наливные
полы, изготовленные из материала на
основе эпоксидных смол и жидких
низкомолекулярных каучуков, гидро-
фобизированного бетона повышенной
коррозионной стойкости; кислото- и
водостойкого бетона.
Выбор защиты фундаментов под тех-
нологическое оборудование зависит от
агрессивности воздействий, размеров
Мероприятия по защите оборудования
213
Р ис. 5. Фундамент под оборудование:
а — с антикоррозионной защитой; б — из химически стойких материалов; 1 — основание;
2 — подстилающий слой; 3 — непроницаемый химически стойкий подслой; 4 — стяжка;
5 — прослойка (разделка швов); 6 — плитки кислотоупорные фасоииые (покрытие пола);
7 — бетоииый фундамент; 8 — анкеры для оборудования
фундамента, способа крепления обо-
рудования, вида механических нагру-
зок. Для фундаментов высотой до
500 мм вид защиты принимают в за-
висимости от типа покрытия пола с уче-
том обеспечения сплошности непрони-
цаемого подслоя (рис. 5, а). В усло-
виях сильно агрессивных сред обору-
дование рекомендуется устанавливать
без анкеров, фундамент должен быть
цельным (недопустимо использование
пустотелых фундаментных блоков, по-
лых свай и т. п.), из бетона повышен-
ной плотности, химически стойких
конструкционных полимербетонов или
кислотостойкого кирпича (рис. 5, б).
Типы защитных покрытий фунда-
ментов и железобетонных конструкций:
при слабой агрессивности среды —
битумная или битумно-латексная ма-
стика; холодная или горячая асфаль-
товые мастики;
при сильной агрессивности среды —
оклеечная битумная гидроизоляция из
гидрозола, изола,стеклорубероида; ок-
леечная гидроизоляция из полиизобу-
тилена; эпоксидно-сланцевое или эпок-
сидно-каменноугольное покрытие; по-
крытие на основе термоэластопласта
типа 51-Г-10; горячая асфальтовая
мастика; полимерные растворы на осно-
ве термореактивных смол; армирован-
ное стеклотканью эпоксидное покрытие.
Защита железобетонных стен,
колонн, плит перекрытий, ферм и
балок внутри здания осуществляется
нанесением сначала грунтовки в каче-
стве пропиточного слоя (лак ХС-724)
или типа КЧ, УР-19, ХВ-784), а затем
покрывного слоя, для которого исполь-
зуют эмали ХВ-100 или ХВ-ПЗ,
ХВ-112, КЧ-749, УР-175, ХВ-785
(для сильно агрессивных сред добав-
ляется гидрофобизация ГКЖ-Ю-11,
ГКЖ-94), лаки эпоксидные ЭП-55,
эмали ХВ-785 в смеси с ХВ-784,
эмали ЭП-773. Общая толщина покры-
тия составляет 200—250 мкм. Защита
углеродистой стали выполняется грун-
товками ФЛ-03К, ГФ-020, ХВ-050,
ХС-068 (в сильно агрессивных средах—
грунт-шпатлевкой ЭП-00-10, ЭП-057)
с покрывными эмалями ХВ-1100,
ХВ-785 (в смеси в соотношении 1 : 1
с лаком ХВ-784), ХС-750, ХВ-ПЗ,
ХС-759, ХВ-1100, ЭП-773 при общей
толщине покрытия 120—200 мкм (в за-
висимости от агрессивности среды).
МЕРОПРИЯТИЯ ПО ЗАЩИТЕ
ОТ КОРРОЗИИ ОБОРУДОВАНИЯ
НА ЭТАПЕ ПРОЕКТИРОВАНИЯ.
РАЦИОНАЛЬНОЕ
КОНСТРУИРОВАНИЕ
Профилактика коррозии начинается
уже на этапе производственного проек-
тирования назначением мер по защите
214
Защита оборудования от коррозии
от коррозии, выбором оптимальных
материалов, конструктивных форм,
производственных технологических
процессов в соответствии с условиями
эксплуатации оборудования.
Работой по защите от коррозии
необходимо заниматься все время.
В разработке оборудования вместе
с конструкторами должны принимать
участие специалисты по коррозии и
защите материалов.
При сравнительной оценке антикор-
розионных мероприятий на стадии
проектирования необходимо пользо-
ваться систематизированными (иа ос-
нове ЭВМ) справочными картотеками
документально подтвержденных слу-
чаев коррозионных отказов на те же
самые или подобные элементы обору-
дования и условия их защиты, исполь-
зованные в аналогичных средах и
рабочих условиях.
В СССР в рамках Государственной
службы справочных стандартных дан-
ных (ГСССД) в настоящее время фор-
мируются фонды данных о свойствах
металлов и сплавов с целью создания
автоматизированного банка дйнпых
(АБД) «Коррозия» и автоматизирован-
ной информационно-поисковой системы
(АНПС) «Коррозия». Созданы семь
автоматизированных центров данных
ГСССД, выпускаются базы данных
типа БК (библиографическое описание
документа и ключевые слова) и БКР
(библиографическое описание, ключе-
вые слова и реферат) по коррозии и
защите металлов.
Воспроизводимость сред и рабочих
условий делает возможным использо-
вание стандартов, а установление тех-
нических норм на коррозию позволяет
ускорить анализ проекта с точки зре-
ния защиты от коррозии. В СССР
разработан комплекс государственных
стандартов по защите от коррозии
и старения — «Единая система защиты
от коррозии и старения» (ЕСЗКС),
представляющая собой комплекс взаи-
моувязанных государственных стан-
дартов, устанавливающих требования,
нормы и методы для обеспечения за-
щиты изделий и материалов от кор-
розии, старения и биоповреждений на
стадиях производства, эксплуатации
и хранения. В соответствии с класси-
фикатором государственных стандартов
она составила самостоятельный клаь
с девятью группами. Общую структур
ЕСЗКС составляют 155 стандартов.
Значительная часть включенных
ЕСЗКС стандартов относится к мет«
дам испытаний, так как их строга
регламентация обеспечивает как оце:
ку степени защищенности изделий i
коррозии и старения, так и возмон
ность выбора наиболее эффективны
методов и средств защиты. В стандаг
тах но металлическим и неметаллич.'
ским неорганическим покрытиям, ла-
кокрасочным покрытиям, консерваци1
и упаковке строго регламентирован
виды и необходимые толщины покры
тий в зависимости от климатически’
условий эксплуатации и характер-
нагрузок, методы приемки и контрол-
качества. Разработаны стандарты и щ
технологические процессы нанесени
таких покрытий. Большая группа стан
дартов устанавливает требования .
средствам и методам защиты от стар»-
нйя резин, пластмасс, тканей, к сред
ствам и методам защиты от биоповре
ждений топлив, масел, смазочных м;
тер налов и полимерных материале
и тканей.
Оценка факторов среды. Оценк
окружающей среды проводится по сл
дующим параметрам:
атмосфера — сухая или влажная
перепад температур, условия кондеи
сации влаги, состав воздуха и др.
вода — состав, содержание тверды
и органических веществ, микробиоло
гический состав, электропроводност
и электросопротивление и др.;
химикалии — тип и состав, агрегат
ное состояние, токсичность, содержа
ние кислорода, чистота, pH, концеп
трация, скорость потока;
условия абразивного изнашивания-
степень, время контакта, локализация
и т. п.;
микробиологический фактор — тип
микроорганизмов и их жизнедеятель
ность, влияние на коррозию, среда
температура;
удары и вибрации — источники, их
сила, частота действия, локализацш1
и т. п.
Учет и оценка агрессивности среды
необходимы для правильного выбор
материалов для изготовления обор>
дования и рационального его раамг
Мероприятия по защите оборудования
215
Нерационально
Рационально
щения. Оборудование в пределах про-
ектируемого объекта надо размещать
так, чтобы препятствовать вредному
влиянию одной части комплекса на
другую в нормальных условиях его
эксплуатации и в аварийной ситуации
(рис. 6).
Оценка и выбор материалов, совме-
стимость материалов в конструкциях.
Функциональные характеристики ма-
териалов должны быть согласованы
с характеристиками их коррозионной
стойкости в конкретных условиях экс-
плуатации, склонности к специфиче-
ским видам коррозии, особенно при
операциях сборки (возникновение
склонности к коррозионному растре-
скиванию и щелевой коррозии), сварки
(возникновение ножевой коррозии),
термической обработки (появление
склонности к межкрш шллической кор-
розии). Следует удели1ь особое внима-
ние операциям обработки, повыша-
ющим коррозионную стойкость, — тер-
мическому отпуску для снятия вну-
тренних напряжений, металлизации
материала, герметизации швов и др.
Оценке подлежат такие характеристи-
ки, как прочность, технологичность,
простота изготовления и доступность
материала, его стоимость.
Рациональными являются следую-
щие сочетания металлов и коррозион-
ных сред: алюминий и неагрессивные
среды; хромсодержащие сплавы и окис-
лительные среды; медь (ее сплавы)
и восстановительные, неокислительные
среды; свинец и разбавленная серная
кислота; сплавы никеля и молибдена
и горячие соляно-кислые среды; ни-
кель (его сплавы) и щелочные, восста-
новительные, неокислительные среды;
титаи и горячие крепкие окислитель-
ные растворы; углеродистая сталь и
концентрированная серная кислота.
Стойкость углеродистых сталей сни-
жается из-за наличия примесей серы,
которые вызывают межкристаллитную
коррозию, образуя с железом и мар-
ганцем сульфиды.
Контактирование деталей из разно-
родных металлов или их соединение
электропроводящими слоями (металли-
ческим проводом, металлическим по-
крытием, электролитом, водой, кон-
денсатом) приводит к их разрушению
в результате возникновения контакт-
ной коррозии (усиление коррозии более
электроотрицательного металла и за-
медление или прекращение про-
цесса на более электроположитель-
ном).
216
Защита оборудования от коррозии
Нерационально
Рис. 7. Предотвращение кон:актной кор-
розии прилегающих поверхностей:
1 — сталь; 2 — изолирующая прокладка;
3 — алюминий; 4 — оцинкованная шайба;
5 — колпачок (окраска); 6 — грунтовка
По ГОСТ 9.005—72 выбор контак-
тируемых материалов устанавливается
с учетом разности их потенциалов и
поляризуемости, а также омического
сопротивления среды: для контактов
в пресной воде — с учетом соотноше-
ния площадей контактирования; кон-
тактирование малых площадей анодных
металлов с большими площадями ка-
тодных недопустимо без средств за-
щитцГ'ЯЧри выборе контактных пар
металлов нельзя руководствоваться ря-
дом напряжений металлов (стандарт-
ные обратимые электродные потен-
циалы металлов при 25 °C), так как
процессы коррозии необратимы и им
соответствуют необратимые коррозион-
ные потенциалы металлов в среде
эксплуатации, кроме того в этом ряду
нет (и не может быть) сплавов, явля-
ющихся основными конструкционными
материалами.
В зависимости от агрессивности сре-
ды и степени опасности возникновения
контактной коррозии устанавливаются
допустимые, ограниченно допустимые
и недопустимые контакты металлов и
сплавов. Допустимые контакты могут
применяться в атмосферных условиях,
а также в пресной воде без защиты
контакта от коррозии. Ограниченно
допустимые контакты в атмосферных
условиях предусматривают периодиче-
ское возобновление защиты контакт-
ных поверхностей нанесением пла-
стичных смазочных материалов, лако-
красочных покрытий и т. п. Эти кон-
такты устанавливаются в стандартах
и другой нормативно-технической до-
кументации. Недопустимые контакты
могут применяться только при усло-
вии их полной изоляции или примене-
ния других средств защиты от кон-
тактной коррозии.
Допустимость контактов наиболее
употребительных при конструирова-
нии АГЛ металлов и сплавов в жестких
и очень жестких атмосферных усло-
виях представлена в табл. 5. Металлы,
отнесенные к соответствующей группе
с большим номером, являются катодом
по отношению к группе металлов
с меньшим номером. В пределах груп-
пы впереди стоящий металл является
анодом по отношению к следующему
за ним. Для эксплуатации в легких
условиях допустимы контакты любых
металлов, кроме магния. В средних
условиях допустимы контакты любых
металлов, кроме магниевых сплавов,
если относительная влажность меньше
70 %, в закрытых помещениях, кожу-
хах с вентиляцией.
Защита от контактной коррозии
осуществляется при выполнении сле-
дующих требований:
рациональное конструирование —
контакты следует располагать в ме-
стах, где условия эксплуатации менее
агрессивны (отсутствует погружение
в электролит, смачивание брызгами,
периодическое смачивание); в сварных
и клепаных конструкциях разность
потенциалов между сварным швом
(заклепкой) и основным металлом не
должна превышать 30—50 мВ (иначе
необходима защита); для неразъемных
соединений постановку заклепок, бол-
тов, шпилек, запрессовку втулок сле-
дует производить на сырых лакокра-
сочных грунтах, а для разъемных —
на пластичных и невысыхающих па-
стах (рис. 7);
электроизоляция (электрическое
разъединение) для недопустимых кон-
тактов производится с помощью про-
кладок, втулок, паст и лакокрасочных
покрытий (только для атмосферных
условий и нанесением на оба металла);
на сварных швах, углах следует при-
В. Допустимость контактов металлов в изделиях, эксплуатируемых в жестких и очень жестких условиях
Труп- па Металл, обработка контактируем ой поверхности III IV VI > VIII IX XI X XIV > X XVI
1 I2 I3 4 I 2 3 1 2 3 4 5 1 I2 I3 1 I2
III Алюминий и его сплав без меди 1. Неанодированный 2. Анодированный 1 1 1 1 О О О 1 II 1 о О 1111 1 Н—F + + о Н—|- + + ++ +++ 1 | ° ° ° ° ° III | О О О | | | 1 °+ ++ +++ 1 lill °° III 1 ° ° ° 111 + + + + + + + О О О О О °+ ++ +++ 1 1111 ° ° III 1 II 1111 + + + + + + + О О + + + + + + + + + О О О О О О II II 111+ ++++ II Illi II 1111 11 1 1 1 II 1 III II ++++ + III II l-l 11° II III + ++++ II III 1 ° ° Illi 11° II III + ++++ II III 1 II Illi 11° II III + ++++ II III 1 ° ° Illi |oo++ ++ + + + + ++ Illi I +oo oo о о 0 0 0 0 0 0 + + + 0 0 0 0 + 0 0 + III II 1 1 ° 1 1111+° +++ + ° ° ++++I II II 1 1 ° 1 1111+° +++ + ° ° ++++I I++++ OO + + + + o+ 1 III loll II II |oo++ ++ + + + + o+ Illi loll II II I+ + + + ++ + OOP o+ olol 1 oil oo'oo I+ + ++ ++ + OOP o+ olol 1 oil POOP + + + + ++ + + + + о + 1 III 1 I | | o o о о + +++ ++ + +++ ++ | III loll II II ++++ ++ о +++ +o III 1 1 III II II I++++ ++ о +++ +o Illi I III II III
Алюминиевый сплав с медью 1. Неанодированный 2. Анодированный
IV Цинк и цинковое покрытие 1. Без обработки 2. Хроматирование 3. Фосфатирование
VI Чугун
Сталь 2. Без покрытия 3. Азотирование 4. Оксидирование 5. Фосфатирование
VII VIII Олово, его сплавы и покрытия Свинец
IX 1. Медь и ее сплавы 2. Латуни 3. Бронзы
X Никель, его сплавы и покрытия
XI 1. Хром и покрытия 2. Хромистые стали
XII XIV XV XVI Хромоникелевые стали Титан и его сплавы Серебро, его сплавы и покрытия Платина, золото, их сплавы и покрытия
Обозначения. Допустимые (+), ограниченно допустимые (о) и недопустимые (—) контакты металлов.
Мероприятия по защите оборудования
218
Защита оборудования от коррозш
Нерационально Рационально
Рис. 8. Формы и расположение профилей
менять герметики, компаунды, зали-
вочные масла, замазки (см. рис. 7);
электрохимическая защита недопу-
стимых контактов (когда условия экс-
плуатации не позволяют применять
электроизоляцию) осуществляется раз-
делением контакта более электроотри-
цательным металлом, нанесением цин-
кового или кадмиевого покрытия на
оба или на один из коитактируемых
металлов (толщина покрытия в атмо-
сферных условиях должна быть не
менее 9 мкм, в жестких — не менее
12 мкм в воде — не менее 40 мкм);
изоляция от воздействия внешней
среды (для жестких и средних усло-
вий, в морской и пресной воде) произ-
водится нанесением лакокрасочных
покрытий; легко снимаемыми пленками
для временной защиты; клеями; изо-
ляционными лептами, шпатлевками или
комплексом защитных средств;
обработка коррозионной среды (в
замкнутых системах и циклах) осуще-
ствляется обессоливанием, обескисло-
роживанием, введением ингибиторов
коррозии.
Выбор параметров поверхности.
Коррозия начинается с поверхности
металла, поэтому уже на стадии проек-
тирования следует задавать параметры,
определяющие состояние этой поверх-
ности: простые, непрерывные и гладкие
поверхности с оптимальными формами
предпочтительней.
Сложные по форме, грубые по тек-
стуре поверхности вследствие склон-
ности к собиранию и удержанию влаги,
пыли, загрязнений создают трудности
для выполнения противокоррозионных
мероприятий. Пот охности с правиль-
ным углом наклона больше склонны
к высыханию и самоочищению; за-
кругленные контуры и углы элементов
конструкций обеспечивают непрерыв-
ность поверхности, образование непре-
рывной оксидной пленки, облегчение
металлизации (рис. 8).
Поверхности, подверженные кор-
розионному воздействию, должны быть
защищены на всех стадиях хранения,
изготовления, сборки и обработки с по
мощью временных или постоянных
методов защиты.
Оценка и выбор геометрических форм.
Обеспечение минимальной площади
контакта поверхности с агрессивной
средой может быть достигнуто путем
рационального использования различ-
ных профилей проката. Уголки и
швеллеры более просты и экономичны
ио они имеют большую поверхность,
соприкасающуюся со средой, много
щелей и зазоров при монтаже. Сварную
конструкцию из двух уголков следует
заменять Т-образным профилем, а два
швеллера — двутавровой балкой и т. п.
При одинаковой площади сечения коль-
цевые, коробчатые и круглые сечения
более устойчивы, эти же сечения имеют
Мероприятия по защите оборудования
219
большую относительную скорость испа-
рения влаги и, как следствие, в мень-
шей степени подвержены неравномер-
ной коррозии. Выбором рационального
профиля сечения можно создать само-
осушающую конструкцию.
В изделиях машиностроения кор-
розионному воздействию подвержены
также щели и -зазоры, возникающие
в процессе эксплуатации: между ме-
таллом и прокладочным материалом;
между металлом и отслаивающимся
лакокрасочным покрытием, продук-
тами коррозии, обрастанием, шламом,
металлической стружкой и т. п. Кор-
розия начинается по краям участков
скопления загрязнений, инородных ча-
стиц, пленки влаги. В качестве меры
предосторожности рекомендуется вво-
дить дополнительные конструктивные
элементы, защищающие щели и за-
зоры от попадания коррозионной сре-
ды; рационально компоновать элемен-
ты конструкции путем вывода щелей и
зазоров из зоны действия коррозион-
ной среды; располагать щели по ходу
потока для вымывания коррозионной
среды; расширять заложенные в кон-
струкцию щели, избегать применения
прокладок, выступающих за пределы
соединения; выполнять дренажные от-
верстия; предусматривать возмож-
Рерациональио
ность самоочистки конструкции
(рис 9).
При конструировании ванн и емко-
стей под жидкие среды следует учи
тывать, что наиболее эффективны об
текаемые формы, близкие к шару.
В этом случае на внутренних обводах
таких емкостей наиболее полно обе-
спечивается полнота стекания жидко-
сти, а конструкция днищ должна
исключить возможность ее скопления
в полостях О1стоя, чтобы препятство-
вать возникновению щелевых эффек-
тов. Для предотвращения разбрызги-
вания жидкости и смачивания поверх-
ности стенок емкости, расположенной
вне зоны контакта с коррозионной
средой, конец подводящей трубы ре-
комендуется располагать вблизи цен-
тра емкости. Не рекомендуется ставить
металлические емкости непосредствен-
но на пористые основания, пропиты-
ваемые влагой или брызгами (рис, 10).
Системы трубопроводов из-за на-
личия нестационарной коррозионно-
активной среды и многообразия усло-
вий протекания коррозии в различных
участках требуют особо пристального
внимания.
При проектировании и эксплуатации
трубопроводов необходимо выполнение
следующих требований:
Рационально
Рис. 9. Защита щелей и зазоров от попадания коррозионной среды (стрелкой показан»
направление потока коррозионной среды)
220
Защита оборудования от коррозии
Нерационально
Рационально
Рис. 10. Конструктивные формы емкостей
проектировать стальные трубопро-
воды, если нет других ограничений,
следует исходя из оптимальной по эко-
номичности скорости потока; для газов
и паров нет ограничений по скорости,
если они не переносят жидкостей или
твердых частиц; в нормальных усло-
виях при скорости 60—300 см/с не
предполагается сильной коррозии в от-
сутствие других факторов; в зависи-
мости от внутреннего диаметра скоро-
сти потока меняются от 90 до 300 см/с
(для диаметра 0,96 и 20 см соответ-
ственно); для трубопроводов из кор-
розионно-стойкой стали, алюминия и
его сплавов минимальная скорость
должна быть 150 см/с, что связано
с необходимостью доставки кислорода
для формирования защитных оксидных
пленок;
должно обеспечиваться удаление из
системы ржавчины, наносов, захвачен-
ных газов, паров, капелек жидкости;
конструкция и материалы должны
обеспечивать полную герметизацию,
исключение неконтролируемых утечек;
внутренние поверхности трубопро-
водов должны иметь обтекаемые формы,
облегчающие сток; следует избегать
выступов и тупиков, вызывающих об-
разование застойных зон, предусма-
тривать наклон трубопроводов по всей
линии в направлении к их выходным
отверстиям или другим конечным точ-
кам для полного опорожнения трубо-
проводов (рис. 11);
не следует допускать турбулентно-
сти, пульсаций, интенсивного переме-
шивания и ударного воздействия жид-
костей в системе (трубка Вешури
предпочтительней дроссельной шайбы),
установки дифра! м вблизи колеи или
изменений направления потока;
не допускать Т-образиых отводов
в соединениях трубопроводов с боль-
шими скоростями потоков (предложи-
тельными являются боковые отводы);
радиусы труб должны быть максималь-
но большими [для труб из углероди-
стой стали и меди принимаются рав-
ными трем диаметрам трубы, для труб
из высокопрочной стали — не менее
пяти диаметров (рис. 12)];
необходимо обеспечить полное И
эффективное электрическое разделение
секций трубопровода из разнородных
Мероприятия по защите оборудования
221
металлов (изолирующие шайбы, втулки
из диэлектриков, прокладки из ди-
электрической резины, пластика, ком-
позиционных материалов); графитовые
набивки применять нельзя;
не следует допускать просачивания
конденсата, содержащего растворен-
ные оксиды и карбонаты, так как это
может привести к возникновению кон-
тактной коррозии; нельзя размещать
трубы из медных сплавов перед обо-
рудованием из углеродистой стали
(если такая сборка необходима, то
рекомендуется устанавливать съемные
заменяемые отрезки труб из углеро-
дистой стали);
необходимо исключать случайные
контакты трубопроводов (особенно под-
земных) с сооружениями из разнород-
ных металлов, другими трубопровода-
ми, более нагретыми конструкциями
ит. п.;
следует контролировать качество,
сорт материала, состояние повепхно-
сти соединяемых элементов трубопро-
водов; секции с различным качеством
поверхности не рекомендуется при-
варивать друг к другу.
Оценка и выбор механических нагру-
зок. Коррозия под напряжением вызы-
вается наличием следующих факторов:
растягивающие напряжения (остаточ-
ные и приложенные извне), обуслов-
ленные геометрическими формами де-
талей; напряжения, возникающие при
изготовлении или сборке (включая
термическую обработку и сварку);
рабочие напряжения (статические или
циклические); вибрация, колебания,
ударное воздействие.
Для снижения концентрации напря-
жений и улучшения равномерности их
распределения следует:
назначать технологические скругле-
ния;
чистое растяжение или сжатие пред-
почитать изгибу или скручиванию;
предусматривать меры по снижению
коэффициента концентрации напря-
жений;
предусматривать распределенные на-
грузки;
избегать надрезов;
использовать ограничители растре-
скивания на трубопроводах;
применять поперечные связи и га-
сители напряжений и вибраций.
Рис. И. Придание внутренним поверх-
ностям трубопроводов обтекаемых форм
Для изготовления трубопроводов сле-
дует предпочитать материалы, стойкие
одновременно к межкристаллитной
коррозии и коррозии под напряже-
нием, с высокими характеристиками
пластичности и ударной вязкости. Ре-
комендуемым является применение ком-
позитов, получаемых намоткой во-
локна. Применять для этой цели ма-
териалы, подверженные водородной
хрупкости, а также высокопрочные
материалы не рекомендуется.
Для обеспечения требуемой микро-
структуры материала необходимо пре-
дусматривать специальные виды терми-
ческой обработки и деформирования.
Так, операции гибки, штамповки и
пластического формоизменения сле-
дует производить в отожженном со-
стоянии (при минимальных внутрен-
них напряжениях), для измельчения
зерна и уменьшения склонности к
МКК и КР, а также для снятия напря-
жений рекомендуется предусматривать
такие виды термической обработки,
Рис. 12. Оформление соединений трубо-
проводов и установки диафрагм
222
Защита оборудования от коррозии
как, например, плазменная закалка
и закалка с индукционным нагревом
и др.
Выбор технологии соединения эле-
ментов конструкции. Технология со-
единения элементов конструкции долж-
на обеспечивать их необходимую гиб-
кость, чтобы предотвратить возникно-
вение чрезмерных напряжений вслед-
ствие термического расширения, виб-
раций, приложения нагрузок и актив-
ного коррозионного разрушения со-
единений.
Крепежные соединения. Для экс-
плуатации в агрессивных средах кре-
пежные детали не следует изготовлять
из металла, являющегося анодным по
отношению к металлам соединения.
В ответственных соединениях для изго-
товления крепежных деталей не сле-
дует использовать материалы, под-
вергающиеся разрушению вследствие
водородной хрупкости.
Крепежные детали из материала, не-
совместимого с материалом соединяе-
мых элементов, следует полностью
изолировать от последних. Узкие по-
верхности большой протяженности ре-
комендуется изолировать прокладками
(разделителями) в виде уплотнитель-
ной ленты, при сложной конфигурации
поверхности и малой площади кон-
такта— эластомерами и мастиками,
шайбами и прокладками. Чем агрес-
сивнее среда, тем выше должно быть
электросопротивление у разделителя.
Следует учитывать, что хроматные и
фосфатные покрытия не являются изо-
ляторами.
Склеивание — прогрессивный метод
соединения различных деталей из ме-
таллов и неметаллических материалов.
Применение клеев повышает надеж-
ность конструкций, снижает их массу,
обеспечивает герметичность конструк-
ций. Склеиванием изготовляют неразъ-
емное соединение из разнородных ма-
териалов, в том числе при футеровке
гальванических ванн, а также при вы-
полнении трубных соединений из по-
лимерных материалов.
Клепаные конструкции. В заклепоч-
ных швах металл заклепки должен
быть электроположительнее основного
ме1алла. Чтобы избежать возникнове-
ния щелевой коррозии, следует выпол-
нять уплотнение вачеканкой, исполь-
зовать прокладки из резины (выступ
изоляции 1—3 мм).
Сварка. С точки зрения создания
меньшнх остаточных напряжений при-
менение сварных соединений более
предпочтительно, чем сборка клепкой
и болтами. Однако после сварки в на-
плавленном валике и в зоне термиче-
ского влияния создаются значительные
остаточные напряжения, поэтому сле-
дует избегать проектирования кон-
струкций с большим скоплением швов,
их пересечением, образованием замкну-
тых контуров, ограничивать приме-
нение нахлесточных сварных соеди-
нений, предпочитая им стыковые, обе-
спечивать плавные переходы между
свариваемыми деталями, снимать оста-
точные напряжения после термической
обработки всей конструкции или зоны
шва (при 850—950 °C, 2 ч).
При выполнении сварных соединений
следует также избегать недостаточной
нахлестки, швов с неполным проплав-
лением, прерывающихся швов, широ-
кого шага при контактной сварке
(рис. 13). Для соединения деталей из
листового проката широко применяют
контактную сварку. Детали, соединен-
ные контактной сваркой, представляют
собой корродирующую систему с от-
крытыми поверхностями и активиро-
ванными участками в зонах термиче-
ского влияния. В процессе эксплуата-
ции толщина пакета деталей, соеди-
ненных контактной сваркой, увеличи-
вается за счет образования продуктов
коррозии и тем больше, чем шире шаг
сварки.
Требования к качеству сварного шва
следующие: отсутствие трещин, шла-
ковых включений и других дефектов
микро- и макроструктуры; жаростой-
кость и жаропрочность сварных соеди-
нений; высокие пластичность и вяз-
кость сварного шва. Металл сварного
шва со своеобразной литой структурой
по сравнению с металлом конструкций
имеет худшие механические, физиче-
ские и коррозионные свойства, поэтому
прибегают к комплексному легирова-
нию сварного шва введением легиру-
ющих компонентов.
Одним из характерных видов кор-
розии сварных соединений является
ножевая коррозия — коррозия мест-
ного локального типа в узкой воне
Диагностика и прогнозирование
223
Нерационально
Дождь
\\\
Точечная
сдарка
Рационально
Рис, 13. Соединение элементов сваркой
на границе сварного шва и основного
металла при сварке хромоникелевых
сталей, даже легированных титаном
и ниобием, но с повышенным содер-
жанием углерода (выше 0,03 %). Меры
предотвращения ножевой коррозии сле-
дующие: избегать перегревов, для чего
сваривать только односторонним швом;
подвергать сварные соединения ста-
билизирующему отжигу (870—1150 °C);
применять электродуговую и аргоно-
дуговую сварку, а не газовую; огра-
ничивать по толщине свариваемый
материал.
ДИАГНОСТИКА
И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ
КОРРОЗИОННОГО СОСТОЯНИЯ
В процессе эксплуатации оборудова-
ния решаются как задачи оценки его
фактического коррозионного состояния,
так и прогнозирования изме-
нения этого состояния для
принятия мер по предотвра-
щению отказов и определения
технического ресурса обору-
дования. Основные направле-
ния диагностики коррозион-
ного состояния оборудования
можно представить схемой, изо-
браженной на рис. 14.
Диагностика «мгновенного»
коррозионного состояния (см.
позицию 1 на рис. 14)—это
выявление «текущей» опасности
коррозии, возможных корро-
зионных отказов, определение,
укладывается ли определенный
параметр в пределы допустимых от-
клонений или выходит за иих (прибор-
ный контроль).
Контроль коррозионного состояния
оборудования в современных отраслях
промышленности по степени важности
приобретает такое же значение, как
и контроль основных параметров тех-
нологического процесса.
К методам контроля коррозионного
состояния промышленного оборудова-
ния относятся следующие: периодиче-
ский визуальный осмотр поверхности,
контактирующей с агрессивной средой;
исследование образцов-свидетелей, по
мещаемых в данную коррозионную
среду; сверление контрольных отвер-
стий; контроль наложением ультра-
звуковых колебаний и методом вихре-
вых токов (отражение или нарушение
потока вихревого тока в местах каверн,
трещин и т. п.).
Рис. 14 Направления диагностики коррозионною
состоявия
224
Защита оборудования от коррозии
Рис. 15. Схема размещения физических
моделей и характер распределения глубин
коррозионных каверн
Приборный контроль коррозионного
состояния промышленного оборудова-
ния включает: замер электрического
сопротивления (тестеры, МС, М4166,
Ф416); измерение поляризационного
сопротивления (Р-5036, «Полатрон»)
в лабораторных условиях, контроль
методом импеданса; измерение тол-
щины изоляционных покрытий (при-
бор МТ-ЗЗН); контроль сплошности
покрытий (дефектоскопы типа «Кро-
на-1»); поиск повреждений в изоляции
на уложенных и засыпанных трубопро-
водах (искатели типа АН ПИ); кон-
троль качества изоляционно-укладоч-
ных работ, наладки средств электро-
химической защиты (передвижная ла-
боратория электрохимической защиты
ПЭЛ ЭХЗ).
Для дистанционных проверок воз-
можно применение устройств с преоб-
разователем емкостного типа (дистан-
ционные замеры влажности поверх-
ности металла и pH пленки влаги).
Создание устройств для автомати-
ческих измерений параметров корро-
зионных процессов позволит шире
внедрить методы защиты путем сни-
жения коррозионной активности среды
автоматическим регулированием пара-
метров электрохимической защиты, до-
зированием летучих ингибиторов кор-
розии и т. п.
Моделирование коррозионных отка-
зов (см. позицию 2 иа рис. 14) заклю-
чается в разработке физических, элек-
трических и математических моделей
процесса, устанавливающих связь меж-
ду математическими методами опре-
деления прогноза и физической при-
родой коррозионного отказа по ин-
формации, накопленной из позиции 1.
Натурные и эксплуатационные испы-
тания для накопления «банка данных
по отказам» слишком длительны, по
этому более рациональным является
метод моделирования.
Физическая модель может представ-
лять собой переносной зонд, погру
жаемый на определенное время в кор-
розионную среду, или образец ме-
талла, находящийся под воздействием
моделирующей с о еды с фиксацией ха-
рактера распределения глубин кор-
розионных каверн (рис. 15).
Методы физического моделирования
базируются иа теории подобия: фи-
зическая модель должна отражать гео-
метрическое подобие, подобие элек-
трических, гравитационных и магнит-
ных полей. В пезулыате определяется
функция, описывающая поле всех ха-
рактерных физических переменных.
Аналоговые (электрические) модели по-
зволяют представить те или иные
величины или физические условия
в виде физических переменных — на-
пряжений или токов.
Электрическая аналоговая модель
коррозионного процесса (рис. 16) мо-
жет быть основана на кусочно-линей-
ной аппроксимации функции аперио-
дической кривой первого порядка,
например,
6К = 6к. У (1 — е Т ) ’
где 6К — образовавшаяся глубина кор-
розионной каверны, мм; бк. у— ее
установившееся значение; t — время
коррозии, год; Т — постоянная вре-
мени коррозионного процесса
При моделировании на ЭВМ можно
отказаться не только от физической
идентичности модели и оригинала, ио
и от подобия во времени и в простран-
стве, т. е. перейти к математическим
моделям.
С точки зрения прогнозирования кор-
розионного состояния практический
интерес представляет группа динами-
ческих моделей, полученных на базе
аппроксимации временною ряда (дан-
ных кинетики процесса, рис. 17),
так как здесь может быть решена за-
дача об изменении основного параметра
в будущем. Наиболее полные сведения
Диагностика и прогнозирование
225
о динамике коррозионного процесса
можно получить по следующим пока-
зателям: линейным факторам корро-
зии 6К (/); скорости развития корро-
зии дк (0; ускорению (торможению)
коррозионного процесса 6К (/), т. е.
кинетика электрохимической коррозии
определяется дифференциальным урав-
нением, в которое входят первая и
вторая производные глубины (измене-
ния массы) коррозионной каверны.
Апериодическая кривая второго по-
рядка более полно и согласованно
с физическими закономерностями кор-
розионной кинетики описывает этот
процесс. Затухание глубины каверны
(убыли массы) является существенным
фактором, полностью согласующимся
с убыванием скорости коррозии, ко-
торая в начальный момент времени
равна нулю, затем проходит через
максимум, после чего асимптотически
приближается к нулю (рис. 17, а).
Коррозия набирает активность (уско*
ренне) в промежутки времени еще более
короткие, чем максимум скорости, и
меняет знак на противоположный (тор-
можение) в момент времени, когда
скорость стремится к нулю (рис. 17, б).
Такие кинетические зависимости обо-
сновывают необходимость включать
электрохимическую защиту оборудо-
вания от коррозии либо сразу — с мо-
мента начала эксплуатации оборудо-
вания, либо в самые начальные пе-
риоды — до того, как скорость кор-
розии достигнет максимума.
На процесс коррозии влияет множе-
ство факторов, степень влияния кото-
рых необходимо оценивать. Выявление
значимых факторов, приводящих к от-
казам, является необходимым усло-
вием оценки и диагностики опасности
коррозионных процессов, определения
эффективности применяемых мер за-
щиты от коррозии и осуществляется
следующими методами: экспертной
оценки, парных сравнений, диспер-
сионного и факторного анализа
(табл. 6).
Прогнозирование коррозионного со-
стояния (см. позицию 3 на рис. 14)
состоит: в расчете функциональной за-
висимости по исходным данным (пози-
ция 1, ta — время интерполяции) —
построении математической модели
процесса; экстраполяции этой функ-
ции (tg — время экстраполяции) до
наступления отказа (например, до до-
стижения глубины коррозионной ка-
верны, равной толщине стенки трубо-
провода) с целью определения вре-
мени упреждения отказа (/упр).
Поскольку ни одна из разработан-
ных математических моделей никогда
не может быть полностью адекватной
реальным физическим условиям, то
конечные результаты прогноза всегда
будут содержать ошибки. Погрешность
прогноза обусловливается погреш-
ностью интерполяции (достоверностью
экспериментальных данных и точно-
стью математической модели). В за-
висимости от роста соотношения плеч
/и/(/и + ^э) эта погрешность линейно
возрастает с увеличением длительности
эксперимента (времени сбора данных,
позиция /), т. е. времени интерполя-
ции /и, и уменьшается по закону ги-
перболы. В среднем погрешность, как
правило, составляет 10—25 %. Для
уточнения моделей процесса данные
прогноза целесообразно сравнивать с
результатами лабораторных и натур-
ных испытаний.
Рис. 18. Электрическая аналоговая ио»
дель коррозионной пары
Рнс. 17. Обобщенная кривая коррозионной
кинетики коррозионного процесса:
а — с кривыми скоросви; б’—ускорения
8 П/р В. Л. Зубченко
226
Защита оборудования от коррозии
6. Фактора, определяющие коррозионное разрушение
Вид Ранг факторов
коррозионного разрушения Доминирующие Сильно влияющие Слабо влияющее
Общая корро- зия Биокоррозия Локальные ви- ды Структурно-из- бирательная кор- розия Коррозионное растрескивание, фреттинг-корро- зия, коррозион- ная эрозия Загрязнение среды, толщина пленки влаги, pH раствора Характер за- грязнений, сол- нечная радиация, температура Загрязнение среды Структура ме- талла Концентрация напряжений, ха- рактер контакта с агрессивной средой, pH рас- твора Воздухообмен, продолжитель- ность эксплуата- ции Шероховатость поверхности, тол- щина пленки Гетерогенность поверхности, ха- рактер контакта, pH раствора Содержание компонента в сплаве, техноло- гические особен- ности обработ- ки, фазовый со- став Внутренние на- пряжения и дав- ление среды, внешние нагруз- ки, технология соединения эле- ментов Шероховатость и гетерогенность поверхности, до- полнительная за- щита Контакт метал- ла и полимера Соотношение компонентов в сплаве, структу- ра металла, ше- роховатость по- верхности pH раствора, характер контак- та с агрессивной средой Время проте- кания процесса, характер соеди- нения, наличие ингибиторов кор- розии
Исходя нз основной задачи — управ-
ления системой (корродирующим обо-
рудованием) в целом — полные модели
коррозионных процессов должны вклю-
чать факторы, определяющие корро-
зионное разрушение связи между ними
в статике и динамике, требуемые огра-
ничения. Для определения эффектив-
ности методов защиты от коррозии
такие модели должны включать и функ-
ции оптимальности. К методам прогно-
зирования относятся также статисти-
ческие методы с применением корреля-
ционного, регрессионного и фактор-
ного анализов, экспертные методы.
Коррозионные процессы как объекты
прогнозирования позволяют широко
применять все эти методы.
Прнложеиие теории надежности
к решению проблем защиты от корро-
зии оборудования. Процессы корро-
зии металлов относятся к процессам
разрушения, которые и в совокупности
с внешними причинами приводят к на-
рушению надежности (отказу) работы
конструкции (оборудования). Очевид-
но, что коррозионная каверна может
привести к отказу. Надежность работы
оборудования зависит от многих фак-
торов, нз которых главными являются
физико-химические и физико-механи-
ческие факторы, свойства металла,
степень коррозионной активности сре-
ды, характер воздействия на металл
внешних и внутренних факторов, со-
стояние поверхности, состояние защит-
Экономика и планирование мероприятий
227
иых пленок и покрытий, время экс-
плуатации и т. п.
Коррозионный процесс является ди-
скретным, и совокупность его явлений
определяется рядом случайных факто-
ров (агрессивность среды, время, тем-
пература), поэтому защита от корро-
зии — это вероятностно-статическая за-
дача, для решения которой необходим
структурно-вероятностный подход,
включающий в рассмотрение и физи-
ческую природу (структуру) прочно-
сти объекта, и кинетические законо-
мерности коррозии металлов.
Математические модели надежности
представляют собой простые законы
распределения, выражаемые элемен-
тарными функциями. Показатели на-
дежности при этом являются некото-
рыми функциями параметров матема-
тических моделей надежности. При-
кладные задачи коррозии и защиты
металлов хорошо описываются рас-
пределением Вейбулла, которое яв-
ляется исключительно гибким и поз-
воляет описывать приработочные от-
казы, внезапные и износовые отказы,
коррозионные отказы и их накопление.
Для определения показателей на-
дежности необходимо установить тин
модели (вид распределения) путем
использования априорной информации
о физико-статистических механизмах
разрушения и обработки результатов
испытания (или эксплуатационных на-
работок на отказ) данного объекта
(рис. 18).
Решение прикладных задач по на-
дежности включает два этапа:
1) получение статистических данных
по отказам; вычисление показателей
надежности; исследование возможно-
сти повышения надежности путем опти-
мальной организации ремонтно-про-
филактических работ; прогнозирование
показателей надежности после приме-
нения специальных мер по борьбе
с коррозионным износом;
2) разработка специальных мер по
защите объекта от коррозии, а также
методики проектирования мер защиты
для обеспечения надежности.
Количественные показатели надеж-
ности следующие: плотность распре-
деления наработки до отказа; вероят-
ность безотказной работы; вероятность
8*
Рис. 18. Гистограммы и теоретические
функции плотности распределения без*
отказной работы оборудования:
а — до первого коррозионного отказа}
б — до отказа после капитального ре-
монта
отказа; среднее время наработки до
отказа; время ввода защиты.
Для повышения надежности объекта
(оборудования) изготовителем должны
проводиться начальные испытания из-
делия (полуфабриката) для отбраковки
продукции (например, испытания на
склонность к межкристаллитной кор-
розии труб из коррозионно-стойкой
стали, получаемых сваркой). При со-
ответствующем контроле качества, чис-
ло вышедших из строя изделий во
время эксплуатации можно свести
к минимуму.
В случае коррозии трубопроводов
резервирование заключается в повы-
шении мощности станций катодной
защиты для увеличения зоны распро-
странения защиты на случай пробоя
защитного покрытия. Все основные
показатели надежности оборудования
зависят от степени его защиты от
коррозии.
Для обеспечения максимальной тех-
нико-экономической эффективности за-
щитных мероприятий необходимо, что-
бы вариант защиты был найден еще на
стадии проектирования оборудования
(конструкции).
ЭКОНОМИКА И ПЛАНИРОВАНИЕ
МЕРОПРИЯТИЙ ПО ЗАЩИТЕ
оборудования от коррозии
Защита от коррозии относится к эко-
номическим проблемам, так как потери
от коррозии приводят к потерям основ-
ных фондов и прибыли. Защита от
228
Защита оборудования от коррозии
коррозии — один из важных аспектов
решения проблемы коррозии- метал-
лов — статистическое изучение ущер-
ба от коррозии.
Ущерб, связанный с коррозией ме-
таллов, условно можно разделить на
следующие составляющие: прямые
потери, косвенные потери, затраты на
защиту.
Прямые потери включают: полную
стоимость проводимых работ во вре-
мя текущего и капитального ремонтов
по восстановлению и замене основ-
ных фондов, выбывших из строя в ре-
зультате коррозии металлов; стоимость
металлических материалов, полуфаб-
рикатов, комплектующих изделий, ме-
таллической и металлсодержащей го-
товой продукции, списанных по при-
чине коррозии; дополнительные ма-
териальные, трудовые и энергетиче-
ские затраты на очистку прокорроди-
ровавшего металла; неамортизирован-
ную стоимость основных фондов, также
выбывших в результате коррозии.
Косвенные потери включают: стои-
мость потерь, связанных с простоем
основных фондов по причине корро-
зионного отказа, в том числе во время
проведения текущего и капитального
ремонтов; стоимость потерь от брака
и снижения сортности продукции в ре-
зультате коррозии; возмещение затрат
на ликвидацию ущерба, наносимого
коррозионным разрушением металла
окружающей среде, непроизводствен-
ным сооружениям и другим объектам.
Затраты на защиту включают все
средства, связанные с использованием
методов по борьбе с коррозией: пер-
воначальные и дополнительные капи-
тальные вложения на приобретение
и монтаж основных средств и обору-
дования для коррозионной защиты и
контроля; такущие затраты на про-
тивокоррозионную защиту металличе-
ских частей основных фондов; затраты,
связанные с изготовлением продукции
из коррозионно-стойких конструкцион-
ных материалов; текущие затраты на
защиту продукции во время ее про-
изводства, хранения и транспортиро-
вания, на проведение контроля и испы-
тания готовой продукции на корро-
зионную стойкость и защищенность;
затраты на научно-исследовательскую
работу и опытно-конструкторские ра-
боты в области коррозии и защиты
металлов, затраты на подготовку ка-
дров и др.
В совокупности прямые и косвенные
потери, а также затраты на защиту
представляют собой ущерб от корро-
зии металлов, который может быть
выражен следующими статистическими
показателями.
1. Затраты на проведение текущего
ремонта вследствие коррозии. Учет
затрат на проведение текущего и ка-
питального ремонтов вследствие корро-
зии может проводиться по следующим
калькуляционным статьям расходов:
стоимость материалов, запасных ча-
стей, деталей, узлов, используемых
при текущем и капитальном ремонтах;
амортизации основных средств при
проведении этих ремонтов; заработная
плата и отчисления на социальное
страхование ремонтного персонала;
стоимость электрической и других ви-
дов энергии при текущем и капиталь-
ной ремонтах; стоимость услуг ре-
монтных цехов,вспомогательных служб
и транспортных услуг.
2. Неамортизированная стоимость
основных фондов, выбывших по при-
чине коррозии металлов. Величина
неамортизации определяется по фор-
муле
Си = Сп (1 — То/Та) — Сл + Зл,
где Сн — неамортизированная стои-
мость основных фондов; Сп — перво-
начальная стоимость основных фондов;
То — фактический срок службы обо-
рудования; Та — амортизационный
срок работы оборудования; Сл — лик-
видационная стоимость (стоимость реа-
лизации выбывшего оборудования);
Зл — затраты по ликвидации выбыв-
шего оборудования.
3. Потери от коррозии металличе-
ских материалов, полуфабрикатов, ком-
плектующих изделий, готовой про-
дукции, вызванные коррозией метал-
лов, вследствие несоблюдения условий
хранения консервации, транспорти-
рования. По этому показателю учиты-
ваются потери оборудования как не-
посредственно собственного производ-
ства, так и полученного от другим
предприятий.
4. Потери жидкой, газообразной и
сыпучей продукции в результате сквоз-
Экономика и планирование мероприятий
229
иой коррозии металлов. Этот показа-
тель учитывает потери продукции в ре-
зультате коррозии резервуаров, кот-
лов, цистерн, в которых хранятся
и перевозятся газ, жидкие и сыпучие
химические продукты, или коррозии
их запорной арматуры.
5. Потери от простоев основных фон-
дов, вызванных коррозией, означают
непроизводительную потерю средств
по причине неполного использования
оборудования и рабочей силы, в связи
с чем происходит снижение годового
выпуска продукции или производствен-
ных услуг, уменьшается прибыль, сни-
жается фондоотдача. Эти потери опре-
деляются по формуле
Пн = W Се. П) в (Т’прД'н)»
где /7Н — потери от простоев основных
фондов по причине коррозии; Ц —
цена единицы продукции; Се. п —
себестоимость единицы продукции; В—
годовой объем выпуска продукции;
Тир — время простоя основных фон-
дов по причине коррозии; Тн — кален-
дарное время работы основных фондов.
6. Потери в результате брака и
снижения сортности продукции из-за
коррозии.
7. Возмещение затрат по ликвидации
ущерба, наносимого окружающей среде
в результате коррозии металлов.
8. Затраты на подготовку кадров,
выполнение научно-исследовательских
и опытно-конструкторских работ, свя-
занных с коррозией и защитой ме-
таллов от коррозии.
9. Затраты иа защиту основных
фондов.
10. Затраты на защиту готовой про-
дукции.
11-Капитальные вложения на при-
обретение и монтаж оборудования для
защиты основных фондов и готовой
продукции.
Сумма затрат по всем приведенным
показателям составит ущерб от кор-
розии, при этом: сумма затрат по
показателям 1—3 составит прямые
потери, по показателям 4—7 — кос-
венные потери, а по показателям 8—
11 — затраты на защиту основных
фондов и готовой продукции.
Следует отметить, что прямые и
косвенные потери, а также затраты
иа защиту находятся в прямой за-
висимости от скорости коррозии (т. е.
степени агрессивности среды). С воз-
растанием затрат на защиту умень-
шается скорость коррозии, в то же
время при увеличении скорости кор-
розии увеличиваются потерн, вызы-
ваемые коррозией. Минимальный
ущерб от коррозии будет при опти-
мальных затратах на защиту, ему
будут соответствовать прямые и кос-
венные затраты иа определенном
уровне.
Только часть косвенных потерь
вследствие плохой защиты от корро-
зии непосредственно отражаются на
результатах производственно-хозяй-
ственной деятельности предприятия.
Лесные и водные угодья не принадле-
жат промышленному предприятию, и
размеры штрафов за их загрязнение
в настоящее время почти не отражаются
на прибыли предприятия. Поэтому
с точки зрения предприятия — вла-
дельца основных фондов — затраты на
защиту оправданы только тогда, когда
они не превышают прямых потерь и
той части косвенных, которые отра-
жаются на результатах производствен-
но-хозяйственной деятельности пред-
приятия. С точки же зрения общества
затраты на защиту оправданы, если
они не превышают всей величины
ущерба.
Гальваническое производство яв-
ляется экологически вредным произ-
водством и оценка и учет всех этих
аспектов при проектировании и за-
щите оборудования АГЛ чрезвычайно
важны.
При превышении затрат на защиту
над прямыми потерями (С3 > Сп) не-
обходимо изыскивать более эффек-
тивные средства защиты. При меньших
затратах на защиту, чем прямые потери
от коррозии, экономический эффект
от применения средств защиты возра-
стает.
Возникновение недоамортизации обо-
рудования из-за коррозии также ука-
зывает на недостаточную эффективность
средств защиты, используемых пред-
приятием. Вышедшие из строя по
причине коррозии ранее установлен-
ного срока основные фонды списы-
ваются с баланса предприятия, что
также никак не отражается иа тех-
нико-экономических показателях его
230
Защита оборудования от коррозии
работы, однако приводит к иедовозме-
щению государству затраченных
средств. Поэтому экономию от про-
тивокоррозионной защиты следует ис-
числять с учетом величины иедоамор-
тизации из-за коррозии. Эта составля-
ющая косвенных потерь должна вы-
читаться из прибыли предприя-
тия.
Современная технология защиты от
коррозии позволяет выбирать прием-
лемые решения любой конкретной кор-
розионной проблемы.
Основывая свое решение на реальной
экономической оценке, проектировщик
может определить наилучшую ком-
бинацию материалов, технологии и
методов защиты от коррозии.
При проектировании защиты не сле-
дует предпочитать более дорогостоя-
щие материалы и продукты, если
только это не предполагает экономи-
ческую выгоду в перспективе и если
это не оправдано целью безопасности
работающего персонала. Иногда посте-
пенная замена изношенных элементов
конструкций и оборудования является
экономически более выгодной, чем при-
нятие мер по предотвращению затрат,
поэтому еще на стадии проектирования
необходимо оценить затраты на теку-
щие и капитальные ремонты. В каж-
дом проекте должны быть приведены
расчеты и оценки срока службы,
возможности повторного применения
объекта.
Для экономической оценки противо-
коррозионных мероприятий необходи-
мо, исходя из данных за предшеству-
ющий период, путем экстраполяции
строить кривые для прогнозирования
коррозионного состояния, упреждения
коррозионных отказов.
Общие рекомендации по планирова-
нию мероприятий по защите от кор-
розии для каждого конкретного объ-
екта следующие: выбор индивидуаль-
ных мер защиты от коррозии; уточне-
ние и рационализация каждого из
выбранной суммы мероприятий по
защите для определения оптимального
сочетания применяемых мер защиты;
соответствие намечаемому процессу
производства, условиям окружающей
среды и экономическим соображениям
в рамках проблемы защиты от корро-
зии; составление инструкций-требова-
ний, используемых в качестве руково-
дящих материалов в процессе приве-
дения рабочих чертежей в соответ-
ствие с требованиями защиты от кор-
розии и формулирование соответству-
ющих технических условий в проект-
ной документации; проверка проекта
с точки зрения эффективности плани-
руемых коррозионно-защитиых меро-
приятий.
Если коррозия не наносит суще-
ственного ущерба работоспособности
объекта, не создает опасности для
жизни и здоровья потребителя, а так-
же окружающей среды, то в план
защиты от коррозии должны включать-
ся только экономически обоснованные
мероприятия. При анализе возмож-
ности коррозионных отказов в первую
очередь следует учитывать контактную
коррозию (совместимость материалов
в конструкции), коррозию сильно на-
груженных сооружений (коррозия мо-
жет стать причиной механической по-
ломки). Коррозия и чрезмерный износ
деталей электрического и электронного
оборудования могут изменить его элек-
трические характеристики и повлиять
на его нормальное функционирова-
ние.
Практически невозможно подсчитать
фактическую частоту повреждений са-
мых разных объектов только из-за
коррозии. Оценивая надежность объ-
екта, следует иметь в виду, что пред-
посылки и заключения, сделанные при
планировании мероприятий по защите
от коррозии и реализованные в дей-
ствующей конструкции, основаны чаще
всего на результатах лабораторных
испытаний, накопленном опыте, науч-
ном предположении и нуждаются в со-
гласовании с фактическими производ-
ственными и функциональными ха-
рактеристиками проектируемого объ-
екта. Различия в фактическом каче-
стве деталей, в видах обработки, ис-
пользуемых разными изготовителями,
изменение условий окружающей среды,
а также качество работы обслужива-
ющего персонала будут влиять на
частоту повреждений и, следовательно,
на полезный срок службы объекта.
ГЛАВА 7
ВОДНОЕ ХОЗЯЙСТВО АГЛ
ПОТРЕБИТЕЛИ ВОДЫ
В гальваническом производстве вода
используется на хозяйственно-бытовые,
технологические н противопожарные
нужды (рнс. 1). Основные водопотре-
бнтели воды на технологические нужды
классифицированы в соответствии с об-
щепринятой классификацией техноло-
гических операций покрытий, а также
с учетом специфики и возможностей
существующих методов и оборудова-
ния для очистки воды (табл. 1).
Расходы воды на хозяйственно-питье-
вые нужды и пользование душами
определяется в соответствии с требо-
ваниями СНиП П-30—75 и СНиП
П-90—81. При этом коэффициент ча-
совой неравномерности водопотребле-
ния на хозяйственно-питьевые нужды
принимается равным 3.
Расход воды на приготовление тех-
нологических растворов определяется
объемом ванн для нанесения покрытий.
Расход воды на промывные операции
определяется ниже (см. с. 249).
Расход воды на охлаждение выпря-
мителей прн использовании агрегатов
Быстровского электротехнического за-
вода определяется их типом и мощ-
ностью:
Тип агрегата
Расход
воды, м’/ч
ВАК-630 (24У7—48У4) 0,20
ВАК-1600 (24У4— 48У4) 0,30
ВАК-1600 (12У4) . . . 0,48
ВАК-3200 (24У4) . . . 0,60
ВАК-6300 (12У4—24У4) 0,90
ВАК-3200 (12У4) . . . 0,96
ВАК-3200 (24У4) . . . 0,60
ВАКР-6300 (12У4) ... 1,8
ВАКР-12500 (12У7) . . . 1,8
ВАК-12500 (24У4) ... 3,5
ВАК-25000 (84У4) ... 7,7
ВАКР-25000 (48У4) . . 15,4
ТВ1-1600 (ТВИ1—ТВР1) 0,1
ТВ1-3150 (ТВИ1—ТВФ) 0,2
Рис. I. Потребители воды в гальваническом производстве
232
Водное хозяйство
1, Категория потребления воды на технологические нужды *
и основные водопотребители
Категория воды В одоп отр ебителв Технологические операции Ориенти- ровочная стои- мость, руб/м*
Вода общего назначения
Техническая вода I кате- гории 1. Все ступени промывои защитных покрытий 2. Первая ступень промывки защитно- декоративных по- крытий Операции подготовки поверхности перед по- крытием, неметалличе- ские покрытия, от- дельные операции на- несения металлических покрытий 0,03—0,1
Техническая води 11 кате- гории (вода питьевая по ГОСТ 2874—82) 1. Все ступени промывок защитных покрытий 2. Первая и вто- рая ступени про- мывки защитно-де- коративных покры- тий Финишные и «горя- чие» промывки, техно- логические растворы (подготовка поверхно- сти, крашение, цинко- вание и др.), все опера- ции металлических по- крытий за исключением специальных 0,1—0,5
Вода специального назначения
Особо чистая 1. Все ступени промывок защитных и защитно-декора- тивных покрытий 2. Первая ступень промывок специаль- ных покрытий Чистовые операции нанесения защитно-де- коративных покрытий (никелирование ит. п.), горячие и финишные промывки, отдельные операции промывок спе- циальных покрытий, технологические рас- творы (металлические и неметаллические покры- тия) 0,5—1,0
Ультрачистая Все ступени про- мывок защитных, за- щитно-декоративных и специальных по- крытий Все операции метал- лических и неметалли- ческих покрытий, «тон- кие» операции особо ка- чественных покрытий 0,8—2,0
* Показатели качества уточнены в табл. 2.
Требования к качеству воды
233
Ниже приведены данные о расходе
воды на разовую промывку волокни-
стых фильтров типа ФВГ-Т, предназна-
ченных для очистки воздуха от ванн
хромирования:
Марка фидмра воды, м«/ч
ФВГ-Т-0,37 .... 0,074—0,11
ФВГ-Т-0,74 .... 0,15—0,23
ФВГ-Т-1,6............. 0,32—0,48
ФВГ-Т-3,2............. 0,64—0,36
ФВГ-Т-6,7............. 1,28—1,92
Фильтры работают в режиме накоп.
лення уловленного продукта на по-
верхности фильтрующего материала.
По достижении перепада давления
500 Па фильтр подвергается промывке
(обычно 1 раз в 15—30 сут) с помощью
форсунки, вводимой через люк. Время
промывки 10—15 мин, давление воды
100—200 кПа.
Ниже приведены данные о расходе
воды на разовую промывку воды филь-
тров типа ФВГ-С-Ц, предназначенных
для очистки воздуха от ванн покрытия
металлических деталей с применением
электролитов, содержащих соли си-
нильной кислоты:
Мариа фильтра
ФВГ-С-Ц-0,74
ФВГ-С-Ц-1,6
ФВГ-С-Ц-3,2
ФВГ-С-Ц-6,4
Расход
воды, и*
0,7—0,84
1,4—1,72
2,8—3,45
5,6—6,9
Давление жидкости, подаваемой на
промывку, 200—300 кПа.
Расходы воды на мойку оборудо-
вания и полов следует принимать
в пределах 10—20 % от расхода воды
на технологические нужды с коэффи-
циентом неравномерности, равным
2,5—3.
Расход воды на наружное и внутрен-
нее пожаротушение должен соответ-
ствовать требованиям СНиП
2,04.02—84.
ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ
ВОДЫ
Качество воды на хозяйственно-быто-
вые нужды принимают в соответствии
с ГОСТ 2874—82, на технологические
нужды при нанесении покрытий —
по табл. 2.
Рекомендуемая область применения
категорий воды, используемой на тех-
нологические нужды при нанесении
гальванических покрытий, приведена
в табл. 3.
Обессоленная вода с электропровод-
ностью до 500 мкСм и жесткостью до
1,8 мг-экв/л применяется: для промыв-
ки деталей перед обработкой их в элек-
тролитах (растворах), составленных на
обессоленной воде; для пополнения
ванн улавливания; при специальных
требованиях к качеству и внешнему
виду деталей; после нанесения основ-
ного покрытия перед сушкой. Повышен-
ное содержание кальция и магния
в промывочной воде может вызвать
образование пятен на поверхности по-
крытия, наличие сероводорода и иода
в воде недопустимо.
На качество промывки после неко-
торых операций влияет температура
воды. Так, например, щелочные рас-
творы плохо смываются с деталей, и
поэтому после химического и электро-
химического обезжиривания промывку
ведут в горячей воде (70—90 °C). Если
после обезжиривания следует актива-
ция, то после рекомендованной про-
мывки в горячей воде выполняют про-
мывку в холодной воде и уже затем
направляют на активирование. Это
производится во избежание быстрого
высыхания детали после промывки
горячей водой и окисления, а также
перетравливания горячей поверхности
в ванне активации. В табл. 4 приведены
примеры влияния примесей, содержа-
щихся в технической воде, на качество
покрытий.
Мойка оборудования и полов, как
правило, должна осуществляться тех-
нической водой, в исключительных
случаях водой из городского водопро-
вода. Охлаждение оборудования (вы-
прямителей) выполняется, как пра-
вило, водой иа городского водопро-
вода.
234
Водное хозяйство
2. Показатели качества воды, используемой на технологические иужды
при иаиесеиии гальванических покрытий
Показатели качества воды, ингредиенты, мг/л Допустимое значение показателей качества * н ингредиентов по категориям
Техническая вода категории Особо чистая вода Ультра- чистая вода
1 II
Основные показатели
Мутность, мг/л 5,0 1,5 1,0 0,5
Жесткость, мг-экв/л 7,0 2,0 0,35 0,01
Окнсляемость, мг/л 5,0 3,0 1,0 —
pH 6-9 6—9 6—7 5,8—7,0
Удельное электрическое — — 2—3 5—10
сопротивление, МОм-см
Железо 1,0 0,3 0,1 ——
Нитраты 45 15 1,0 0,1
Фосфаты 50 30 1,0 Следы
Аммиак 15 5,0 1,0 —
Остаточный клор 5,0 0,3 0,1 —
Дополнительные показатели
Цветность, градус 30 20 10 2—5
Нефтепродукты 1,0 0,1 Следы —
Солесодержаине 2000 1000 <100 2-5
Сульфаты 500 300 50 1—2
Хлориды 350 100 10 1—2
Алюминий 1,0 0,5 0,1 Следы
Фтор 5,0 1,0 0,5 Следы
Медь 2,0 1,0 0,1 —
Цинк 2,0 1,0 0,1 —
Никель 2,0 1,0 0,1 —
Хром(Ш) 3,0 1,0 0,1 —
Хром(У1) 1,0 0,1 Следы ——
Олово 2,0 1,0 0,1 —
Свинец 1.0 0.1 0,03 —
* Показатели качества даны с некоторыми дополнениями н уточне-
ниями, что вызвано специфическими требованиями операции промывки
Требования к качеству воды
235
3. Рекомендуемая область применении различных категорий воды
Категория воды Область применения
Техническая Питьевая * Особо чистая Ультрачнстая Вода общего назначения Приготовление электролитов и промывка при подго- товительных операциях и нанесении матовых защитных покрытий. Растворы обезжиривания, травления, снятия травильного шлама, полирования поверхности алюминия и его сплавов, цинкования, кадмирования, меднения, хромирования Приготовление электролитов и промывка при' нанесе- нии защитно-декоративных покрытий. Для электролитов активации, цинкования, кадмирования, свинцевания, меднения, никелирования, хромирования, железнения растворов для получения металлических покрытий хи- мическим или контактным способом, покрытий сплавами медь—цинк, олово—цинк, никель—палладий, никель— кобальт, фосфатирования, химического оксидирования металлов и их сплавов, анодного окисления алюминия и его сплавов, анодного окисления меди и ее сплавов, анодного окисления титана и его сплавов, осветления и пассивирования, хроматирования Вода специального назначения Промывка перед обработкой в электролитах, приготов- ленных на особо чистой воде специального назначения. Электролиты оловянирования, меднения, никелирования, хромирования. Покрытия сплавами: олово—никель, оло- во—висмут, олово—свинец, медь—олово, медь—свинец— олово, драгоценными металлами. Для анодного окисле- ния алюминия и его сплавов. Приготовление растворов для получения металлических покрытий химическим спо- собом, для осветления и пассивирования, наполнения н пропитки покрытий. Финишная промывка, ванны улав- ливания, технологические процессы регенерации элек- тролитов или ценных веществ, промывка особо ответ- ственных деталей Приготовление электролитов и промывка деталей для нужд микроэлектронной промышленности
* См. сноски к табл. 1 и 2. Примечания: 1. Область применения категорий воды уточняется в процессе эксплуатации системы путем оценки качества покрытий по действующим ГОСТам. 2. Использованная для промывки вода может быть повторно приме- нена для других операций при условии выполнения требований по ка- честву для других категорий воды (см. табл. 2).
236
Водное хозяйство
4. Влияние примесей, содержащихся в технической воде,
на качество покрытий
Вид покрытия Примеси
Кальций Магний Железо
Цинк циани- стый Кадмий Медь кислая Осадок, дымчатое по- крытие Осадок —-ч Осадок Дымчатое покрытие
Вид покрытия Примеси
. Бикарбонат Хлориды Органические вещества
Цинк циани- стый Кадмий Медь кислая Поры, рыхлый налет на ванне Блестящие по- лосы Иглообраз- ный осадок Хрупкость покрытия Пористость, блестя- щие полосы, хрупкость Хрупкость, блестя- щие полосы 1
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДЫ
ДЛЯ ПРОМЫВКИ ДЕТАЛЕЙ
Целью промывки является снижение
концентрации раствора на поверхно-
сти обрабатываемых деталей, выноси-
мых из технологических ванн, до
допустимой величины, гарантирующей
качество получаемого покрытия. Си-
стема промывки включает: ванны про-
мывки с устройствами для перемеши-
вания, подачи и отвода воды; трубо-
проводы подачи воды и отвода сточных
вод с соответствующей арматурой; уст-
ройства регулирования расхода н на-
пора воды; контрольно-измерительные
приборы, обеспечивающие . непрерыв-
ный или периодический контроль ка-
чества и количества воды.
Системы промывки в составе АГЛ
могут выполнять две функции — про-
мывки и улавливания. При этом улав-
ливание предполагает возврат улов-
ленного раствора в технологические
ванны, из которых он был вынесеи
на поверхности деталей в систему
улавливания. Такне технологические
ваниы по отношению к системе улав-
ливания называют обслуживаемыми.
На практике применяют следующие
системы промывок: без улавливания,
с частичным и полным улавливанием.
Классификация систем промывки.
В соответствии с классификацией си-
стем промывки, приведенной на рис. 2,
основным способом промывки в галь-
ваническом производстве является объ-
емный, осуществляемый погружением
обрабатываемых деталей в заполнен-
ные промывной водой ванны с целью
разбавления раствора, увлеченного из
ванн для нанесения покрытий. В каче-
стве вспомогательного способа в со-
четании с объемным может применяться
поверхностный способ промывки, осу-
ществляемый потоком воды или воз-
духа с целью удаления и (илн) замеще-
ния пленки раствора, покрывающей
поверхность. Применение только по-
верхностного способа промывки допу-
скается прн покрытии деталей простой
конфигурации (листы, проволока) с обя-
зательной предварительной экспери-
ментальной проверкой достигаемой
полноты промывки. Комбинированный
способ промывки включает объемный
Рнс. 2. Классификация систем промывки в АГЛ
воды для промывки деталей
238
Водное хозяйство
и поверхностный способы, которые
могут чередоваться в различной после-
довательности: поверхностный — объ-
емный; объемный — поверхностный;
поверхностный — объемный — поверх-
ностный.
Объемный способ может осуществ-
ляться в непроточных и проточных
условиях. Промывка в непроточных
ваннах с периодическим сбросом про-
мывной воды осуществляется в мало-
мощных гальванических цехах при
мелкосерийном производстве с боль-
шими интервалами времени между
промывками. Прн гибком автоматизи-
рованном производстве (ГАП) такой
способ промывки практически не при-
меняется. В случае ГАП наиболее
целесообразен способ промывки в про-
точных ваннах с регулированием рас-
хода воды. При этом режим подачи
воды в ванну может быть непрерывным
или периодическим в зависимости от
характера поступления компонентов
из ванн покрытий с промываемой де-
талью.
При промывке объемным способом
периодический режим организуется в
случае малых, нерегулируемых (ме-
нее 50 дм8/ч) расходах воды. При
цикличной промывке деталей с повы-
шением концентрации основного ком-
понента в промывной ванне после
промывки до предельно допустимой
концентрации может осуществляться
периодический сброс воды из ванны
в интервале между промывками.
Комбинация непроточного и проточ-
ного способов объемной промывки
позволяет накапливать в непроточной
ванне высокие концентрации компонен-
тов, выносимых из ванн покрытий,
и в последующем утилизировать их
или возвращать в процессную ванну
после регенерации. При этом также
достигается существенная экономия
воды.
Промывка деталей по одноступенча-
той схеме позволяет сэкономить произ-
водственные площади, упростить си-
стему подачи и отвода промывной воды.
Однако из-за требуемой низкой кон-
центрации основного компонента в про-
мывной ванне расход воды на про-
мывку в этом случае резко возрастает.
Наряду с экономией воды многосту-
пенчатая схема обеспечивает более
высокое качество промывки, а также
разделение потоков промывной воды,
что чрезвычайно важно с точки зрения
органнзацнн системы ее многократного
использования.
Параллельное движение воды в ван-
нах промывки позволяет осуществлять
раздельное отведение потоков воды
с различной концентрацией компонен-
тов на очистку, а также подачу воды
с различным качеством иа разные
ступени. Последовательное движение
воды позволяет резко уменьшить рас-
ход воды на промывку и получить вы-
сокие концентрации компонентов в
промывной воде, направляемой на
очистку. Как правило, применяется
противоточное последовательное дви-
жение воды и обрабатываемых деталей,
так как в этом случае обеспечивается
высокое качество промывки на послед-
ней ступени и достаточная концентра-
ция компонентов на первой ступени
для _ подпитки ванн покрытий или
эффективного извлечения компонентов
при очистке воды.
Однако при трехступенчатой (и бо-
лее) промывке расход воды становится
столь незначительным, что появляется
необходимость в применении сложных
технических устройств регулирования
этого расхода или его дозирования по
времени или объему. Этого можно
избежать при изменении очередности
промывки в промывочных ступенях на
основе автоматической перестройки
маршрута манипулятора. Например,
учитывая, что наибольшего значения
концентрация раствора достигает иа
первой ступени, то при достижении
на последней непроточной ступени
концентрации основного компонента,
равной предельно допустимой, произ-
водится сброс загризненной воды из
первой ступени и наполнение ее све-
жей водой. Затем маршрут манипуля-
тора меняется таким образом, что
первой ступенью становится бывшая
вторая ступень, а последней — бывшая
первая ступень. Маршрут манипуля-
тора снова изменяется после опо-
рожнения бывшей второй ступени
и т. д.
Прямоточное последовательное дви-
жение может быть применено только
при соответствующем техническом обос-
новании.
Использование водя для промявки деталей
239
Поверхностный способ промывки осу-
ществляется с применением в качестве
вспомогательного агента воды или газа
(обычно воздуха). Комбинация воды
и газа при поверхностной промывке
интенсифицирует процесс и позволяет
удалять остатки коицеитированного
электролита из труднодоступных мест
деталей сложной конфигурации. При
этом могут'быть использованы аэро-
золи (вода, диспергированная в воз-
духе) или газоводяные эмульсии (воз-
дух, диспергированный в жидкости).
Удаление воды с поверхности дета-
лей при поверхностной промывке мо-
жет производиться под избыточным
давлением струи газа или под вакуумом.
Вакуумная промывка обеспечивает
меньшие потерн воды, ио требует при-
менения более сложного оборудования.
Струйная поверхностная промывка,
как правило, осуществляется путем
«душирования» воды на поверхность
деталей, а пленочная — путем вытес-
нения электролита с поверхности при
стекании тонкой пленки, образующей-
ся при подаче воды с малым {/Исходом
на деталь. Некоторое вращение дета-
лей при этом облегчает формирование
тонкой пленки.
Наряду с экономней воды, которая
обеспечивается различными способами
промывки (поверхностный, объемный
и т. д.), важным показателем эффек-
тивности работы промывной системы
является малоотходиость, предполага-
ющая максимальный возврат в ванну
покрытия ценных веществ или их
последующую утилизацию. На стадии
промывки малоотходиость может быть
обеспечена путем улавливания элек-
тролита, стекающего с поверхности
детали. При этом улавливание может
производиться иад поверхностью рас-
твора в ванне покрытия нли в специаль-
ной ванне удавливания, входящей в си-
стему промывки. В АГЛ целесообразно
устройство ванн улавливания, обеспе-
чивающих меньшие потери электро-
лита, чем при улавливании над по-
верхностью раствора.
Улавливание с разбавлением преду-
сматривает погружение деталей в на-
полненные водой ванны улавливания.
Насыщенным раствором из ванны улав-
ливания восполняются потерн раство-
ра в ваннах поирнгоия, а также осу-
ществляется приготовление электро-
литов покрытий. Восполнение потерь
электролита в ваннах покрытий из
ванны улавливания может произво-
диться периодически или непрерывно.
«Сухое» улавливание предполагает
погружение деталей в ванну «улавли-
вания», не заполненную водой В ван-
не происходит накопление концентри-
рованного электролита, стекающего с
поверхности деталей или отсасываемого
принудительно.
В качестве примера конструктивного
исполнения «сухого» и «мокрого» улав-
ливания могут служить устройства
типа «ВАКУ-ДИП» и ВАКУ-ДЖЕТ».
Выбор способа промывки в каждом
конкретном случае должен произво-
диться на основании технико-экономи-
ческого обоснования с учетом требова-
ния к качеству воды в технологии
нанесения гальванических покрытий,
системы водного хозяйства, типа галь-
ванических линий, имеющихся пло-
щадей. Основные системы промывки
н область их применения приведены
в табл. 5 и 6.
Расходы воды на промывку деталей.
Одним нз главных факторов, опреде-
ляющих расход воды, является удель-
ный вынос раствора (q) из ванны на
поверхности деталей, определяемый
расчетным путем или эксперименталь-
но в зависимости от времени стекания
раствора тСт (табл. 7).
В условиях гибкого производства эта
характеристика может быть заменена
показателем выноса раствора одной
загрузкой (У3), которая определяется
экспериментально для времени стека-
ния, равного 6, 10 и 15 с.
Значение Ув определяется по фор-
муле
УСуст (1)
гв / Р ’ ' '
где Со — концентрация основного ком-
понента в электролите, г/л; ig — число
загрузок, внесенных в эксперименталь-
ную ванну; Суст — концентрация ос-
новного компонента, установившаяся
в экспериментальной ванне после ZB
загрузок, г/л.
Количество раствора, вынесенного
вагруаиами в течение 1 ч, равно:
7, = 7BZ, = Fq, (2)
5. Схемы простых систем объемной промывки деталей в АГЛ
Схема промывки Варианты ехемы Число ступеней промывки Графическое изображение Область применения
С параллель- ным движением воды в ваииах промывки — Непроточная Одноступенчатая Двухступенчатая Т рехступенчатая Проточная Односту пен чатая Двухступен чатая система система и в* Уп При периодической ра- боте гальванической линии и расходе воды 50 л/ч При большой продолжи- тельности отмывки деталей При промывке деталей со специальными покры- тиями При обработке однотип- ных деталей малыми се- риями При достаточной мощно- сти очистных сооружений по гидравлической нагруз- ке
Водное хозяйство
Продолжение табл. 5
Схема промывки Варианты схемы Число ступеней промывки Графическое изображение Область применения
С параллель- ным движением воды в ваннах промывки — Т р ехступен чатая и J и Т * о При применении центра- лизованной и комбиниро- ванной систем водного хо- зяйства
С последова- тельным движе- нием воды в ван- нах промывки Прямоточная Двухступен чатая Т р ехступен чатая jj В\ D -Й0Ш1- Практически не приме- няется
Противоточная Двухступенчатая Трех ступенчатая в| —ОВД— в| -0 &м- в| При применении децен- трализованной системы водного хозяйства (локаль- ные циклы)
Использование воды для промывки деталей
Продолжение табл. 5
Схема промывка Варианты схемы Число ступеней промывки Графическое изображение Область применения
С комбиниро- ванным движе- нием воды в ван- нах промывки Параллельно- послед овател ьн ая Трехступенчатая противоточная Четыр ехступен ча- тая противоточная я А а а '-°,? в i в 1 В] в f При подпитке ваин по- крытий из первой ступени промывки При ограничении расхо- дов промывной воды При применении комби- нированной и децентрали- ' зованной систем водного хозяйства (локальные цик- лы)
Последователь- но-параллельная Т р ехступен чатая противоточная Четырехступенча- тая противоточная '*омо* 8 f И 8| Чз&вдол- в^в | При применении комби- нированной системы вод- ного хозяйства При значительных выно- сах электролита из ванн покрытия
Примечание. Обозначения: 0 — ванна нанесения покрытия] [о] — непроточная ванна
ч
улавливания; U — проточная ванна промывки; д , — направление обработки деталей,
ат
Водное хозяйство
6. Схемы сложных систем объемной промывки деталей в АГЛ
Схема промывки Варианта охемы Число ступеней промывки Графическое изображение Область применения
Без подпитки ваии для нанесе- ния покрытий — Одноопераъ Одиоступеи чатая а улавливанием Двухступенчатая противоточная с улавливанием Двухступенчатая с улавливанием ионная -0 0 0х -0 0ВД- В | в| в| □□— В | 1. Для однотипных по составу электролитов 2. При ограниченных площадях для размещения цеха 3. При достаточной мощности очистных соору- жений по гидравлической нагрузке 4. Прн применении цен- трализованных систем вод- ного хозяйства
С подпиткой ванн для нанесе- ния покрытий Трех ступенчатая с улавливанием
Использование воды для промывка деталей
Продолжение табл. 6
Схема промывки Варианты схемы Число ступеней промывки Графическое изображение Область применения
С совмещенной непроточной ван- ной Двухступен чатая противоточная с улавливанием Многоопера О д н осту пен чатая с улавливанием ffl ционная в 1 в k ^0 00 0 0х в | в | I. При различных тре- бованиях к качеству про- мывной воды на разных операциях обработки дета- лей
Совмещенная С совмещенной проточной ван- ной Одноступен чатая с улавливанием и х0 0□0 0— в | 2. При применении цен- трализованных систем вод- ного хозяйства
Водное Хозяйство
Раздельная Однопоточная Двухступенчатая без улавливания Одноступенчатая без улавливания Одно- н двухсту- пенчатая противо- точная без улавли- вания Двухступенчатая противоточная без улавливания „ 8 | 8 f -0^0- В f *йА- ч ч чз 0*4 0 [к]д ч ч в f 3. Прн ограничении рас- хода воды на промывные операции То же
Многопоточная Двухступенчатая без улавливания —0*0*4 в А а в
Примечание. Обозначения см. примечание и табл. 5.
Использование воды для промывки деталей
246
Водное хозяйство
7. Удельный вынос раствора
из гальванических ванн
Вид обработки ТСТ’ с* ие менее <7» дм*/м«
На подвесках Насыпью: 6 0,2
в колоколах и барабанах 15 0,4
в корзинах и сетках 15 0,5
На подвеске и насыпью в рас- плавах Не рег- ламенти- руется 0,7
где 1Ч — число загрузок, обработанных
в системе промывки в течение 1 ч;
F — площадь покрытия, ма.
Прн расчетах принимают макси-
мально возможную величину часового
выноса основного компонента (Ум),
которая определяется по формулам:
= ^м7м (3)
и
Ум = Уамгм, (4)
где Fu — максимальная производи-
тельность линии по загрузкам с ма-
ксимальным удельным выносом рас-
твора ?м; У8М — максимальный вынос
раствора одной загрузкой; /м — число
загрузок с максимальным выносом
раствора, обрабатываемых в течение
1 ч.
Расход воды в ваннах промывои
определяется критерием промывки
Ка = С0/Сп, где Сп — предельно до-
пустимая концентрация основного ком-
понента в ванне промывки (табл. 8
и 9).
Расход воды для любой схемы про-
мывки
N_____
Q = T)V9FVW =
S ____
= T)vey<VyK0 , (5)
где т] — коэффициент, учитывающий
способ промывки; при объемном спо-
собе т] = 1,0; при поверхностном п =
= 0,7; при комбинированном т] = 0,5;
v — коэффициент, учитывающий число
ступеней промывки с параллельным
движением воды; у — коэффициент
учитывающий наличие ваин улавлива-
ния; при одной ванне у = 0,7, при
двух—у = 0,15, при трех ваннах
улавливания у = 0,06; N — общее
число ступеней промывки.
Расчет может быть произведен с по-
мощью номограмм (рис. 3), а также
с помощью формул, приведенных в
табл. 10.
При возможном падении напора
в водопроводной сети, расчетное зна-
чение расхода воды увеличивают в
1,5 раза. При расчетном расходе воды
менее 50 дм3/ч и отсутствии средств,
обеспечивающих стабильность подачи
воды, минимальный расход принимают
равным 50 дм3/ч или организуют работу
системы промывки в периодически
проточном режиме.
При расчете расхода воды на про-
мывку в системе с параллельным дви-
жением воды после обезжиривания
(электрообезжириваиия) расход воды,
подаваемой на первую (горячую) сту-
пень промывки, следует считать как
для одноступенчатой промывки. Рас-
ход воды второй ступенью (холодная
промывка) следует принимать равным
50—100 дм»/ч.
При использовании ванн улавлива-
ния, снабженных устройством для
подпитки ванн покрытий, расчетный
критерий промывки
<«>
где D — скорость выноса раствора
деталями из ванн покрытия, л/ч; Ej —
скорость испарения воды из ванн
покрытия, л/ч; Ej определяется в за-
висимости от температуры раствора Т
(табл. 11).
В случае подпитки ванн улавливания
из ванн промывки первой ступени
критерий промывки следует принимать
равным
К. = 1,1*1- (7)
При расчете систем улавливания
необходимо пользоваться эксперимен-
тальными данными об интенсивности X
потерь раствора из обслуживаемых
технологических ванн.
С учетом взаимодействия комплекса
«система промывки — очистные со-
Использование воды для промывки деталей
247
8. Предельно допустимые концентрации основного компонента
в воде после промывки
Основной компонент Наименование операции, перед которой производится промывка, или характеристика электролита (раствора) Предельно допу- стимая концентра- ция основного компонента в воде после операции промывки Сп, г/дм*
Щелочь (в пересчете иа NaOH) Кислота (в пересчете иа H2SO4) СМобщ. Sn2+, Sn*+, Zn2+, Cre+, Pb2+ CNS", Cd2+ Cu2+, Cu+ Ni2+ Fe2+ Соли драгоценных металлов (в пересчете иа металл) Красители * * Для окрашивания Щелочной Кислый или цианистый, сушка Перед анодным окислением алюминия и его сплавов Кислый Щелочной Цианистый Наполнение и пропитка по- крытий, сушка Межоперациониая промыв- ка, сушка Тоже Никелирование Сушка Меднение Хромирование, сушка Сушка > Межоперациониая промыв- ка, сушка поверхностей. 0,8 0,1 0,05 0,1 0,05 0,01 0,01 0,01 0,015 0,002 0,01 0,02 0,01 0,3 0,001 0,005
9. Остаточиаи концентрации основного компонента иа детали после промывки
Основной компонент Наименование операцни или харак» тернстнка электролита (раствора) Остаточная концентра- ция основ- ного компо- нента на де- тали после промывки, г/дм"
перед промывкой после промывки
h2so4 Анодное окис- ление Наполнение, сушка 0,010
В пересчете иа H2SO4 Активирование Кислые электролиты 0,100
То же » Щелочные электро- литы 0,050
» > Цианистые электро- литы 0,010
CN" Кадмирование цианистое Межоперациониая промывка, сушка 0,010
Cd** Кадмирование кислое То же 0,015
248
Водное хозяйство
Продолжение табл. 9
Основной компонент Наименование операции или харак- теристика электролита (раствора) Остаточная концентра- ция основ- ного компо- нента на де- тали после промывки, г/дм*
перед промывкой после промывки
Cua+, Си+ Меднение Межоперацнонная промывка, сушка 0,010
CN" » То же 0,010
Сиа+, Си* » Никелирование 0,002
Сг»+ Наполнение хромпиком Сушка 0,010
Краситель Наполнение красителем 0,005
NP+ Никелирование Меднение 0,020
Nia+ То же Хромирование, сушка 0,010
NaOH Обезжиривание Щелочной электролит 0,800
NaOH То же Кислый нли циани- стый электролит, сушка 0,100
NaOH » Анодное окисление алюминия 0,050
NaOH Химическое окисление "Промывка в мыльной воде, сушка 0,200
Sna+ , Sn*+ Оловянирова- ние Межоперацнонная промывка, сушка 0,010
HNO, Осветление цин- кового покрытия То же 0,200
Cr** Пассивирова- ние меди » 0,010
Cr** Химическое и электрохимиче- ское полирование Травление: Межоперационная промывка, активирова- ние 0,010
NaOH алюминии Межоперационная промывка, сушка 0,100
HNO, цветных ме- таллов Межоперационная промывка, сушка, акти- вирование 0,150
H2SO4 или HC1 черных ме- таллов Межоперационная про- мывка, обезжиривание Межоперацнонная промывка, сушка, про- масливание 0,050
«МАЖЕФ» Фосфатирова- ние 0,020
Cr"+ Хромирование Промывка раствором соды, сушка 0,010
Zna+ Цинкование кислое Осветление 0,010
CN" Цинкование цианистое » 0,010
Fe2+ Железнение Сушка 0,150
Соли драгоцен- ных металлов (в пересчете на металл) Серебрение, зо- лочение, плати- нирование, роди- рование » 0,001
Использование воды для промывки деталей
249
Р,мг/ч
₽ 111
- 8
- 6
-4
-2
- 1
-0,8
-0,6
-0,2
-0,1
Рис. 3. Номограмма расчета расходов воды иа промывку деталей.
Ключ: По исходным значениям ЛГ0» V и N от Ко до точки пересечения линий у и N
находим точку иа промежуточной шкале 7. Далее, задавая значения т), V, проводим
прямую между точками иа шкале 7 и т|, отмечаем точку иа шкале 77. Задавая значение q,
соединяем прямой линией точку иа шкале 77 и q, отмечаем точку пересечения прямой
со шкалой q'» Искомая величина Q определится иа пересечеини прямой, соединяющей
значения q' и F с шкалой Q
оружения» при проточной двухступен-
чатой схеме промывки можно исполь-
зовать методики расчета для вариан-
тов раздельного отведения стоков от
первой и второй ступеней промывки,
а также их совместного отведения.
В первом случае
<2 = 1+£9у^:
У л
Q = Qi + (8)
О)
У л
<2а = ЧТ?=-<?У^Г/7;
Ул
п = Q2/Qi. (Ю)
Величина п определяется анализом
комплекса «система промывки — очист-
ные сооружения».
Во втором случае
(2 = 29ук7 F; (11)
Qi = <?2 = F. (12)
Пример анализа комплекса «система
промывки—очистные сооружения» мо-
жет быть выполнен на основании схе-
мы, приведенной на рис. 4. Отработан-
ная вода на первой ступени 1 двух-
ступенчатой промывки с параллель-
ным движением воды поступает на
реагентную очистку 3, а от второй
ступени 2 — иа установку ионного
обмена 4.
Рис. 4. Схема комплекса .система про-
мывки — очистные сооружения»
250
Водное хозяйство
10. Формулы для расчета расхода воды для промывки деталей
Вариант схемы промывки Число ступеней промывок Графическое изображение Формулы для расчета расхода воды Q
Непроточная система
— Одноступенчатая Двухступенчатая Т р ехступен чатая □ □- Ув Тсб N <=1 Т’сб N £Ув1 1=1 ^сб
Проточная система
Парал- лельная Одноступенчатая Двухступенчатая Трехступенчатая пх в\ вк в| ff Bl 8| 81 8 1 «Г В | 9XoF; v^- 2? ГКо F 3qVK0F
После- дова- тельная Двухступенчатая Трехступенчатая 8 4 Д-. Л вТ 8 4 -0 qVT0F qVKF
Использование воды для промывки деталей
251
Продолжение табл. 10
Вариант схемы промывки Число ступеней промывок Графическое иаображевве Формулы для расчета расхода воды Q
Комбинированная система
Парал- лельно- после- дова- тельная Трехступенчатая «1 8 К „ Q-Q sT sT В 1 ffi Д Д 1-1 в 1 si ^V^f
Непро- точно- проточ- ная (с улав- лива- нием) Одноступенчатая с одной ванной улавливания Двухступенчатая параллельная с од- ной ванной улавли- ванця Двухступенчатая последовательная с одной ванной улавливания Jb г □ □ п —- Ос Ер | g> 1 1 LA J " 1 1 Со «——• Ес | 1 г—1 1=0 -О 1<= 1» 1- ’ qO,4KoF 2qV O,4KoF q^OAKoF
Примечание. Комбинированная промывка с двумя (тремя) ваннами улавливания выполняется аналогично схемам с одной ванной улавливания. При использовании двух ванн улавливания в подкоренном выражении вместо коэффициента 0,4 принимаем 0,15, при трех — 0,06.
11, Зависимость значения Ei от температуры
T, °C Ei т, °C Ег
30 40 50 60 0,39 1,05 2,1 3,91 70 80 90 5,87 8,32 13,5
Примечание. При воздушном рость испарения следует принимать в 2,5 веденных в таблице. перемешивании растворов ско- —3,0 раза выше значений, при-
252
Водное хозяйство
Рис. 5. Режим накопления ингредиента
в ванне промывки
блоков промывки рассчитывают по
следующим формулам:
„ N__________ П
= ? (22)
У nN‘
Суммарные потери из комплекса
составят:
Qn = Qp. о + mQn. ог (13)
где Qp. о — требуемое количество све-
жей воды на промывку деталей на
первой ступени промывки, направ-
ляемое на реагентную очистку; 0 —
требуемое количество обессоленной
воды на промывку деталей на второй
ступени промывки, направляемой на
установку ионного обмена; т — коэф-
фициент, учитывающий потребление
воды установкой ионного обмена на
собственные нужды.
Расчетные расходы воды определяют-
ся по формулам:
(и)
= (15)
Из условия -► min получаем:
Qp.o = FqVmKol (16)
Си. о = FqVKjri (17)
Qn = 2Fq~\/ntK^. (18)
Из сравнения формул (9) и (17)
получаем:
п = 11т. (19)
Расход воды комбинированной си-
стемой при раздельном отведении от-
работанной воды от первого и второго
Величина п определяется из расчета
системы в комплексе с очистными со-
оружениями.
В случае совместного отвода отра-
ботанной воды от первого и второго
блоков комбинированной системы
Q = Я Р (у4+
+ yr(^1)w«); (23)
Qi = ? у^ F / (24)
N,---- N---------------
Qi = q y^ F V (25)
Аналитически учет применения не-
проточных ванн улавливания произ-
водится уменьшением Ко за счет вве-
дения коэффициента, вычисляемого по
формулам:
к‘,=
и
(26)
(27)
Зависимости для определения расчет-
ных значений расхода воды от часового
выноса раствора поверхностью деталей
и критерия промывки для различных
систем и схем промывки объемным
способом приведены в табл. 12.
Концентрация ингредиентов в про-
мывных водах. Концентрации ингре-
диентов в промывной воде определяют-
Использование воды для промывки деталей
253
ся величиной удельного выноса рас-
твора (q) поверхностью промываемых
деталей (F), расходом промывной воды
(Q), критерием промывки (Ко), а также
схемой промывки.
Изменение концентрации ингредиен-
та в ваннах промывки описывается,
как правило, экспоненциальной за-
висимостью, характеризующей неста-
ционарный режим работы ванны
(рис. 5).
Например, для непроточных ванн
промывки можно воспользоваться экс-
поненциальными зависимостями, пред-
ложенными Н. С. Красновым:
в первой ванне
Cj — Со
(28)
во второй ванне
/ ~qFi\
Са = С0(1_е V v J',
(29)
в третьей ваиие
Г '—qPt —qFi
Ca = C0[l-e V -^e -
(30)
где q — удельный вынос раствора из
рабочей ванны на поверхности дета-
лей, м/ч; F — поверхность деталей,
покрываемая за 1 ч, ма; V — объем
ванны улавливания, л; t — продол-
жительность промывки, ч.
Для проточных ванн промывки рас-
чет ведется по следующим формулам:
при одноступенчатой промывке
/ ’~qFt \
С = С0^-(1-е v j; (31)
при двухступенчатой промывке с па-
раллельным движением воды Сг опре-
деляют из уравнения (33)
v); <32>
Ч1Ч2 \ /
при двухступенчатой с последова-
тельным противоточным движением
воды
Ci = Со в- (1-е v У (33)
где Qi и — расходы воды соответ-
ственно на первую и вторую промыв-
ные ванны.
В табл. 12 приведен ряд зависимо-
стей, описывающих изменение кон-
центрации различных ингредиентов в
ваннах промывки. Эти зависимости
получены на основе использования еле-’
дующих показателей:
показателя относительной загрязнен-
ности воды в ванне конечной промывки
“ = <34)
V В г Ьц
показателя относительного расхода
воды
Р — ~Т7 г (35)
' в
Р — » (36)
у в
показателя относительного времени
промывки
т = //Г, (37)
коэффициента удерживания системы
^=1-4^-- (38)
ивн
Здесь Овн н Овын— количество ос-
новного компонента раствора, соот-
ветственно внесенное в систему про-
мывки и вынесенное из системы про-
мывки поверхностью одной загрузки, г.
Расчеты, выполняемые по предла-
гаемым в табл. 12 формулам, будут
достаточно точными при следующих
условиях:
загрузки поступают в систему про-
мывки строго ритмично; количество
раствора, вынесенного поверхностью
деталей в систему промывки, постоянна;
расход воды на промывку деталей
постоянен.
За основной компонент (иои) дан-
ного раствора принимают тот, для
которого критерий промывки является
наибольшим.
12. Характеристика и формулы для расчета систем промывки АГЛ
Система и схема промывки, признаки Особенности системы Формулы для расчетов
Расход воды Концентрация и количество основного* компонента
Непроточная, одноступенчатая ванна промывки (объемный метод) Применяется как пер- вая ступень в многосту- пенчатой промывке с раздельным отводом во- ды и как самостоятель- ная система при малой программе, незначи- тельном выносе раство- ра на поверхности за- грузок и невысоком критерии промывки Расход воды в период опо- рожнения ванны Vs <2 = Т об Изменение концентрации компонента в период между очередными опорожне- ниями: vBc0 Св = -у-^1 Св« = С0(1-|е V у Количество компонента, выносимого из ванны очередной загрузкой: G - иВЫИ у Суммарное количество компонента, выносимого из ванны непроточной про- мывки за расчетный период: yfc0(l + ()( °с.в — 2у
Непроточная, одноступенчатая ванна улавлива- ния («мокрое» улавливание) Работа системы обя- зательно автоматизи- руется. Для подпитки технологических вани используются эжекто- ры. Подпитка ванны улавливания произво- дится обессоленной во- дой Учет применения непроточ- ной ванны улавливания про- изводится уменьшением кри- терия промывки Ко введением коэффициента ^В. Ч у, 1 Ч -— Концентрация компонента, улавли- вающегося в ванне улавливания: Св 1 + с” / -<гН\ c:=c0G-ev ). Число промыв^ в ванне
Водное хозяйство
питками технологических ванн: ; W N хгобр Коэффициент улавливания: *УЛ-1 1+^обр vB
Проточная, одноступен чатая ванна промывки (объемный метод) Требует относитель- но больших расходов воды на промывку, ре- гулирования расходов. В стоке низкие концен- трации компонентов растворов. Применяет- ся при ограниченных площадях под размеще- ние АГЛ, небольших программах покрытий и незначительном выно- се раствора на поверх- ности деталей 1. Прн 0 < т < 1 к а 0,2 Q = qFKa-, прн т 0,3 и 0,2 < а 0,4 п У 1 1 Q ="т-гп- 1 1 — а прн т < 0,7 и 0,2 <а 1,2 Q = -у- In (1 + а); при 0,3<т<0,7 и 0,2< < а < 1 выполняют расчет Q из уравнения Kt = (1 — exp ₽)/(Л exp (—₽/)); Q = ₽y- 2. По номограммам и рас- четным формулам (см. рис. 3 и табл. 10) При выходе иа стабильный режим с,_1^[1+4+(4у+ В стабильном режиме _ И8С0 1 GK- v j в . 1 Е В обоих режимах Сотм = Ов ехР (—И) н Сн = Сн -у . Условие качественной промвшки: Сотм Са- Изменение концентрации компонента во времени: р 1 -qFt\ Св*=Со-^-М-е v )
Использование воды для промывка деталей
§
Продолжение табл. 12
Система н схема промывки» признаки Особенности системы Формулы для расчетов
Расход воды Концентрация и количество основного компонента
Проточная одноступен чатая ванна улавлива- ния («мокрое» улавливание) Используется как первая ступень промыв- ки в многоступенчатой системе. Работа ванны обязательно автомати- зируется. Система обо- рудуется устройствами регулирования малых расходов (менее 50 дм3/ч) Оптимальный расход Q рас- считывается путем оптимиза- ции экономико-математиче- ской модели комплекса «про- точная ванна улавливания— последующая система промыв- ки—очистные сооружения»: (2* = ^к(1-е“): К = -тД- ^ДОП Концентрация стока С - 1 С . - QT Сст 1+?с»’ V ув • Коэффициент улавливания К ] Сет /. . ОТ /ст \ Ку-П 1 Со k1 ' V i„ ? где /ст — число загрузок, обработанных в ванне улавливания за период про- точного режима в ней
Проточная, двухступенчатая ванна промывки с параллельным движением воды Частный случай ком- бинированной системы промывки. Наиболее эффективно использует- ся в комбинации с раз- личными методами очи- стки Прн раздельном отведении воды от первой н второй сту- пеней промывки Q = ^^U-K8i//^ V п V п Q2 = ~vai /7g; И п Q = Qi+Q»; « = -£*-; 41 Прн раздельном отведении воды от первой и второй ступеней Cl = f —7--: 2А1 V Со, k + l 2Л1 + 1 ) *-(#)’ са = ( 2А* Сп к У44в + 1 + 2Ла + 1 / где Ci и Са — соответственно концен- трации компонента в стоке от первой и цтдроа сгуцецей промыадд-
Q-=?F1/ A. (i_eH^). £ n 4 ' *
Водное хозяйство
9 П/р В. Л. Зубченко
1 При совместном отведении стоков; Q = 2V8ij/Xi Q = Qa = Изменение концентрации компонента во времени: с? р» р Ч F ® V ) °2 “C°QiQak 7
Проточная, У-сту пен чатая ванна промывки с параллельным движением воды (объемный метод) Подача воды на каж- дую ступень промывки и отвод стоков раздель- ные. Используется в случае разных функ- ций промывочных опе- раций на ступенях. Вы- сокая кон центр ация компонентов в стоке от первой ступени и низ- кая концентрация в сто- ке от последующих сту- пеней. Система позво- ляет гибко сочетать ее особенности в комбина- ции с различными ме- тодами очистки Q==ysW_^L_ при Qi = 02 = • • •= Qn. Модель разоаботана из ус- ловия, что показатели р н р для всех ступеней промывки одинаковы. Условие каче- ственной промывки Ск сп При выходе на стабильный режим Q — - - X и VN exp [(М — 1) р] х [1+лг4-+’” + , (г + М —2)! ( В \t-11 1 (N — 1)! (4 — 1)! 1 Е ) ]' В стабильном режиме VWC 1 г 1 " Kwexp[^-l)p]Q_^_y ' В обоих режимах ^отм = ехР ( И) н ~ • Вынос раствора иа поверхности за- грузки нз ЛГ-Й ступени промывки yW + Ip , г _ Vs со 1 ван“ vNw(NM) (i-A)" * Коэффициент удерживании прямоточ- ной системы из Л' ваии к 1 Г VsE Г Луд L V (Е — В) exp р j
Использование воды для промывки деталей
Продолжение табл. 12
Система и схема промывки, признаки Особенности системы Формулы для расчетов
Расход воды Концентрация н количество основного компонента
Проточная, ^ступенчатая ванна промывки G последователь- ным движением воды, противо- точная (объемный метод) Резко сокращает тре- буемый расход вод на промывку, требует применения устройств, ограничивающих рас- ход воды. В стоке высо- кие концентрации ком- понентов растворов. Требует увеличения площадей под размеще- ние АГЛ. Хорошо соче- тается с методами очи- стки, работающими в оптимальном режиме прн высоких концен- трациях загрязнений в стоках Q = vai • ; к = -^- , где Ск — концентрация ком- понента в последней по ходу загрузок ванне; # — число ступеней промывки в системе. Условие качественной про- мывки Си Концентрация компонента на любой ступени противоточной промывки / 2Л " С/44 + 1 + 24 + 1) *’ - *=тг- Концентрация в сбрасываемой воде ’-ст — у Go ип- Для случая самостоятельной работы системы Ск Сп. Коэффициент удерживания системы / 2А \ — К — ] / \ 2 УД \ Д/4Л + 1 + 2 А + 1 /
Проточная, многоступен чатая ванна промывки комбинированная (объемный метод) Резко сокращает тре- буемый на промывку расход воды. В стоке от первого блока высо- кие концентрации ком- понентов растворов, а в стоке от второго бло- Q = ; 77^ N 1 <2! = ^/^ V nNt Концентрация компонента в стоке от первого блока / 2А \ — С, = ( ) 2 Со, \ v 4А + 1 + 2Л2 + 1 / а в стоке от второго блока
Водное хозяйство
ка — низкие концен-
трации. Требует увели-
чения площадей под
размещение АГЛ. Ва-
рианты системы — в со-
ставе первого блока две
ступени, а второго —
одна
Q — Qi + Qa п — Q.JQt
где п определяется анализом
комплекса «система промыв-
ки—очистные сооружения»,
#2 — число ступеней во вто-
ром блоке
/-> / \ 2 /"*
С<2 — I ' / '— I Ьцер1
\ 1/44, + 1 + 24, + 1 /
Концентрация компонента в послед-
ней по ходу загрузок ванне первого
блока
- / 24t с .
пвр \ 1/44J + 1 + 24j + 1 / °’
* Формулы получены Н. С. Красновым.
Обозначения: Со — концентрация основного компонента в технологическом растворе, применяемом
для операции, после которой производится промывка, г/дм3; Сп — предельно допустимая концентрация основного
компонента в воде после операции промывки, г/дм3; У3 — вынос раствора на поверхности одной загрузки (с учетом
поверхности спутника: подвески, барабана, корзины), дм3; V — объем воды в ванне промывки, дм3; Т — интервал
между промывками, ч; t — время промывки одной загрузки, ч; Q — расход воды на промывку, дм3/ч; # — число
промывочных ванн в одной системе промывки; I — число загрузок, отмытых в системе к расчетному моменту; W —
объем едипооазовой откачки из ванны улавливания, дм3; X — интенсивность потерь объема раствора в техноло-
гической ванне (ваннах), обслуживаемой системой улавливания, дм3/ч; Тоср — продолжительность обработки одной
загрузки в лимитирующей группе, ч; TC6 — интервал времени между опорожнениями непроточной системы про-
мывки, ч; Сн — концентрация основного компонента в начале очередной промывки, г/дм3; Сотм — концентрация
основного компонента в воде промывочной ванны в момент подъема загрузки, г/дм3; Ск — то же, перед поступле-
нием на промывку новой загрузки, г/дм3; q — удельный вынос раствора на поверхности деталей одной загрузки,
дм3/м2; тст — продолжительность выдержки загрузки над технологической ванной для стекания раствора, с; GBX и
Овых — количество основного компонента, соответственно внесенного в ванну промывки и вынесенного ив ванны
одной загрузкой, г.
Использование воды для промывка деталей
260
Водное хозяйство
ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ
СИСТЕМ ВОДНОГО ХОЗЯЙСТВА
Требования к системам водного хо-
зяйства. Системы водного хозяйства
в АГЛ должны обладать достаточной
гибкостью, надежностью, возможно-
стью автоматизации и унификации
оборудования при высокой малоотход-
ное™ процессов очистки воды. Суще-
ствующие в настоящее время системы
не обеспечивают комплексного выпол-
нения всех перечисленных требований
(табл. 13).
Гибкая система водного хозяйства
должна обеспечивать получение тре-
буемого количества и качества очи-
щенной воды в блоке очистных со-
оружений в зависимости от изменя-
ющегося состава, количества и каче-
ства отработанной воды, поступающей
от технологических линий гальвани-
ческого производства. Изменение ко-
личества и качества воды, подаваемой
13. Характеристика существующих систем водного хозяйства
цехов гальванических покрытий применительно к ГАП
Метод очистки воды
Гиб-
кость
Автома-
тизация
Надеж-
ность
Унифи-
кация
Малоот-
ходиость
Системы прямоточного водоснабжения
Забор воды из городского — + + + — +
водопровода
Подготовка воды для спе- — + — — —
циальных нужд гальваники
Системы водоотведения и очистки жидких отходов
Реагентный + — — —
Ионообменный — + + — + — —
Г иперфнльтрационный — + — + + +
Электрокоагуляционный + + — + +
водного
Замкнутые системы
хозяйства
Централизованные
системы
Реагентный н ионообмен-
ный
Электрокоагуляция и ион-
ный обмен с peai ентным
подщелачиванием (подкис-
лением)
Локальные системы
Г нперфпльтрационный
Ионный обмен
Реагентный
+ +
Примечание. «+ +» — требование легко выполнимо; «+» —
требование выполнимо; «—» — трудновыполнимо; «-----» — практически
не выполнимо.
Принципы организации систем
261
в технологическую линию гальваниче-
ских покрытий, в зависимости от из-
менения вица покрытий, метода про-
мывки, состава электролита и т. д.
должно быть в допустимых пределах.
При проектировании гибких систем
водного хозяйства следует:
выбирать методы и оборудование
водоочистки, укомплектованные на-
дежной контрольно-измерительной ап-
паратурой;
для контроля и регулирования пара-
метров процесса очистки использовать
обобщенные характеристики водной
системы — мутность (для контроля со-
держания ионов тяжелых металлов),
солесодержание, pH, Eh [для кон-
троля восстановления Сг (VI)] и т. д.;
максимально использовать устрой-
ства механической и гидравлической
автоматизации, обеспечивающие вы-
сокую надежность контроля и регули-
рования параметров.
Надежность систем водного хозяй-
ства характеризуется наработкой на
отказ оборудования и показателем
надежности качества очищенной воды.
Если по наработке на отказ водоочист-
ное оборудование в основном удовле-
творяет предъявляемым требованиям,
то по показателю надежности качества
воды могут быть использованы лишь
ряд методов и оборудования, в част-
ности, ультра- и гиперфильтрационные
установки, электрохимические аппа-
раты, дистилляция.
Малоотходность и экологическая без-
опасность систем водного хозяйства
при проектировании гальванических
производств ранее, как правило, не
учитывались. Это приводило к тому,
что при очистке воды происходило су-
щественное «вторичное» загрязнение
воды при вводе реагентов за счет
образования элюатов при ионном об-
мене и т д.
Коэффициент гидроэкологического
воздействия, позволяющий оценивать
влияние используемого технологиче-
ского процесса на водоем, куда сбра-
сываются отработанные технологиче-
ские воды (предложенный В. М. Рого-
вым и Д. Н. Пластуновым), опре-
деляется из следующей зависимости:
где рт — интенсивность вывода массы
компонента из систем водного хозяй-
ства, г/ч; рт = CTQT (Ст — концен-
трация компонента в сбрасываемых
в водоем отработанных водах, г/м3;
фт — расход отработанных вод, сбра-
сываемых в водоем, м3/ч); Св — кон-
центрация компонента в воде водое-
ма, г/м3; Ув и Q-b — соответственно
объем водоема и расход воды, с которой
смешиваются отработанные воды, м3
или м3/ч, Т — продолжительность вы-
вода компонента из системы в водоем, ч.
Для условного водоема с Св =
= 1 г/м3 и VB == 100 м3 получены
относительные коэффициенты гидро-
экологического воздействия для наи-
более распространенных методов очи-
стки воды (табл. 14).
Из всех методов наиболее предпоч-
тительны для применения такие, кото-
рые не требуют дополнительных реаген-
тов не только непосредственно на
очистку, но и на вспомогательные
операции, например, регенерацию
смол, промывку мембран и т. п.
14. Относительные коэффициенты гидроэкологического воздействия
некоторых компонентов при применении различных методов очистки воды
Метод очистки воды Na+ ci- SOt" NOg
Ионный обмен 9,7 8,4 5,9 0,1
Электродиализ 3,9 0,16 6,8 0,07
Г иперфильтрация 3,8 0,24 5,8 0,09
Реагентный 1,75 0,19 2,6 0,09
Электрохимический 0,2 0,12 0,25 0,05
262
Водное хозяйство
Рис. 6. Разомкнутая (прямоточная)
гальванического производства
(а) и замкнутая (<Г) системы водного хозяйства
Рациональные системы и схемы ис-
пользовании воды. В гальваническом
производстве применяют разомкнутые
(прямоточные) и замкнутые системы
водного хозяйства (рис. 6). Замкнутые
системы являются наиболее перспек-
тивными, хотя и не нашли широкого
применения в технологии нанесения
гальванических покрытий из-за низ-
кой надежности оборудования для
очистки жидких отходов.
Замкнутые системы, в свою Очередь,
включают централизованные, децен-
трализованные (локальные) и комбини-
рованные системы.
Централизованные системы преду-
сматривают сбор и совместную очистку
всех видов жидких отходов на единых
очистных сооружениях и последующее
распределение очишеиной воды по тех-
нологическим операциям.
Децентрализованные системы пре-
дусматривают раздельную очистку всех
видов стоков с использованием очи-
щенной воды для конкретной операции
нанесения гальванических покрытий
например никелирования, хромиров?
ния и т. п. Условия применения
перечисленных систем приведены
в табл. 15.
16. Условия применения систем водного хозяйства в АГЛ
Характеристика системы Централизоваииая система Децентрализованная система
Вид системы водоот- ведения Производительность, м3/ч Вид гальванических покрытий Условия размещения в цехе оборудования Вид производства Вид технологии на- несения гальванических покрытий Вид ванн промынки Схема промывки де- талей Общесплавная 10—50 Многослойные с боль- шим числом операций обработки деталей Стесненные Реконструируемое «Гибкая» технология с быстро изменяющей- ся программой Смешанные Непроточная, про- точная, параллельная, комбинированная Раздельная 50—100 Одно- и многослой- ные с малым числом операций обработки де- талей Нестесненные Вновь проектируемое «Жесткая» технология с фиксированной про- граммой Несмешанные Проточная, последо- вательная с подпиткой ванн покрытий
Принципы организации систем
263
Наибольшую технологическую гиб-
кость и надежность имеет централи-
зованная система, которая включает
минимум оборудования для очистки
и обеспечивает совместное извлечение
различных ингредиентов из обраба-
тываемой воды.
Децентрализованная система имеет
большую конструктивную гибкость,
мобильность, а- также возможность
автоматизации вследствие меньшего
колебания состава и концентрации
ингредиентов в обрабатываемой воде.
Создание полностью децентрализован-
ной системы гальванического цеха
практически невозможно нз-за обра-
зования значительного количества сточ-
ных вод в цехе при осуществлении
различных технологических вспомога-
тельных операций (приготовление рас-
творов, мойка оборудования и т. п.).
Создание локальных циклов водо-
оборота промывных вод отдельных
операций нанесения покрытий целе-
сообразно прн возврате уловленных и
сконцентрированных примесей в ван-
ны концентрированных электролитов.
Такое условие выполнимо при наличии
отдельных промывных ванн для каж-
дой операции покрытия. Использова-
ние одной и той же ванны промывки
для двух и более операций обработки
деталей (смешанные ванны) недопу-
стимо нз-за смешения сконцентриро-
ванных продуктов разделения и не-
возможности нх возврата в ванны
покрытий. В противном случае при-
меси должны обрабатываться допол-
нительно илн сбрасываться в центра-
лизованные очистные сооружения.
Преимущество локальных циклов
водооборота выявляется прн неизмен-
ной технологии производства гальвани-
ческих покрытий (обработка однотип-
ных деталей на автоматах никелирова-
ния, хромирования и т. п.). Частая
смена технологического процесса по-
требует переналадки очистного обо-
рудования, замены мембран, смол нт. п.
УИИВХ предложена комбинирован-
ная замкнутая система водного хозяй-
ства, позволяющая гибко перестраи-
вать технологию очистки воды в за-
висимости от технологии нанесения
гальванических покрытий (рнс. 7).
Схема включает централизованную зам-
кнутую систему цеха, в которую мо-
гут поступать промывные воды от
части технологических операций галь-
ванического производства, а также
при аварийных сбросах воды в период
ремонта оборудования и т. п. Циан-
содержащие воды обезвреживаются
предварительно на локальных соору-
жениях, а затем смешиваются с общим
потоком промывных вод.
Для промывных вод после отдель-
ных операций нанесения покрытий
(никелирование и т. д.) могут быть
организованы локальные циклы V—
VII (см. рис. 7) с извлечением ценных
компонентов и возвратом нх в техно-
логические ванны покрытий. Число
таких локальных циклов должно быть
не менее двух, один нз которых ис-
пользуется для отработанных вод от
операций подготовки поверхностей илн
вод, содержащих органические при-
меси (VII), а другой — для промыв-
ных вод от операций получения ме-
таллических покрытий (У).
Отработанные концентрированные
электролиты поступают на установку
обезвреживания, где из них извле-
каются металлы, направляемые затем
на утилизацию. Прн невозможности
утилизации ценных веществ растворы
нейтрализуются, обезвреживаются и
вывозятся на захоронение. Прн на-
личии оборудования для регенерации
концентрированных электролитов пос-
ледние используются многократно и на
установку обезвреживания поступают
только в случае аварийных и ремонт-
ных ситуаций.
Как исключение, концентрирован-
ные электролиты можно дозировать
в промывные воды и обезвреживать
совместно с ними на очистных соору-
жениях основного замкнутого цикла.
Прн этом объем воды, возвращаемый
в замкнутый цикл после очистных
сооружений //, должен быть умень-
шен с целью снижения повышенного
солесодержання воды в системе. Как
вариант, в этом случае прн поступле-
нии на очистные сооружения // залпо-
вых сбросов концентрированных элек-
тролитов смесь промывных вод и элек-
тролитов после очистки может быть
сброшена в городскую канализацию.
Продувочные воды централизован-
ной системы могут поступать на ло-
кальный узел обессоливания IV, от-
Рис. 7. Комбинированная замкнутая система водного хозяйства гальванического веха:
I — линия нанесения гальванических покрытий; 7/ — очистные сооружения основного цикла; 111 — установка для обезвреживания
концентрированных электролитов; IV —обессоливающая установка; V — локальная установка для очистки промывных вод;
VI — локальная установка для очистки концентрированных электролитов; VII — локальная установка для очистки обезжирива-
ющих растворов; VIII — установка для очистки <подпиточной» воды
Водное хозяйство
Принципы организации систем
265
куда после извлечения хорошораство-
римых солей вода подается на опера-
ции второй ступени промывки, финиш-
ные промывки и т. п., обеспечивая
снижение подпитки системы водой из
городского водопровода.
Гибкость такой системы обеспечи-
вается за счет возможности очистки
всех категорий жидких отходов на
очистных сооружениях 11, что пре-
дотвращает загрязнение окружающей
среды. При нормальном функциониро-
вании сооружений для обезвреживания
и pel енерации концентрированных элс
ктролигов, а также локальных циклов
промывных вод нагрузка на сооруже-
ния // падает, что повышает эффект
очистки и соответственно увеличивает
объем воды, возвращаемой в произ-
водство в основном замкнутом цикле.
При нарушении работы локальных
циклов и установки обезвреживания
сооружения 11 обеспечивают барьер
для сброса токсичных веществ в кана-
лизацию без нарушения технолот иче-
ского цикла нанесения гальванических
покрытий. Кроме того, при нарушении
работы локальных циклов обеспечение
водой технологических линий нане-
сения покрытий производится из цен-
трализованной системы.
Такой подход обусловливает гибкий
последовательный ввод сооружений в
эксплуатацию (первая очередь —
основной замкнутый цикл; вторая —
обезвреживание концентрированных
электролитов; третья — создание ло-
кальных циклов и т. д.) без ущерба
для окружающей среды.
Унифицированная схема замкнутого
цикла в гибком производстве нанесе-
ния покрытий приведена на рис. 8.
Накопители Ш и Н2 обеспечивают
сглаживание пульсаций расхода воды,
усреднители У1 и У2 — пульсации
концентрации компонентов. Смеси-
тель С и делитель Д осуществляют
соответственно смешение и деление
потоков в необходимом соотношении,
а напорио-регулирующее устройство
НРУ — постоянство напора у потре-
бителя. При постоянных расходе воды
н концентрации компонентов в замк-
нутом цикле элементы Н1 и Н2, У1
и У2 могу г быть исключены из схемы.
Извлеченные из воды в очистной уста-
новке ОС компоненты могут быть
Металлы (но утилиза-
цию
Рис. 8. Унифицированная схема замкну*
того цикла водкою хозяйства в АГЛ
гальван нческО! о производства:
У1 и У2 — усреднители исходной и очи-
щенной воды; и Н2 - накопи сели
исходной и очищенной воды; ОС -- очист-
ная установка; НС1 н ЙС2 — насосы;
НРУ — напорио-регулирующее устрой-
ство; С - смеситель; Д — делитель
направлены в ванны покрытий или
на утилизацию.
Выбор схемы промывки осущет гв-
ляегся комплексно с выбором системы
водного хозяйства, блока очистных
сооружений, а 1акже с учетом каче-
ственного н котичественного состава
воды, подаваемой на промывные опе-
рации.
Рациональной система промывки
считается в том случае, если она обе-
спечивает цели операции промывки
с наименьшими капитальными и экс-
плуатационными затратами при без-
опасных условиях труда и без эколо-
гического ущерба окружающей среде.
Рациональная схема промывки обе-
спечивает минимальный вынос элек-
тролита из ванны покрытий, макси-
мальное улавливание электролита в
ваннах улавливания, сокращение рас-
ходов промывной воды, извлечение
и ре’-енерацию ценных веществ из
промывных вод.
Минимальный вынос электролита из
ванн покрытий осуществляется за счет
выбора оптимальных конструкций под-
весок, барабанов н деталей, устрой-
266
Водное хозяйство
Рис. 9. Изменение удельного выноса
раствора в зависимости от времени сте*
кания
ства между технологическими и про-
мывными ваннами козырьков с на-
клоном в сторону технологических ванн,
выдерживания деталей над поверх-
ностью ванны с дополнительным обду-
вом, встряхиванием, вибрацией и т. п.
На рис. 9 приведен график измене-
ния удельного выноса раствора из
технологической ванны деталями в за-
висимости от времени стекания. Из
графика видно, что оптимальное время
выдержки 20 с сокращает вынос рас-
твора в 2 раза.
Максимальное улавливание электро-
лита перед промывными операциями
обеспечивается в одно- и двухступен-
чатой ваннах улавливания «сухого»
или «мокрого» типов, применением
дополнительных отсасывающих уст-
ройств в ваннах типа ВЛКУ-ДИП
пли ВАКУ-ДЖЕТ фирмы Schering или
Рис. 10. Система промывки типа
«ВАКУ-ДЖЕТ» фирмы Sharing: Н
а ас ос
Рис. И. Устройство для подпитки ванны
покрытий из ванны улавливания
многообразной системы струйной про-
мывки в сочетании с отсасыванием
электролита (рис. 10).
Ванны улавливания устанавливают
в том случае, если суточное уменьше-
ние объема электролита в обслуживае-
мых технологических ваннах состав-
ляет не менее 20 % объема ванны улав-
ливания. При хромировании и покры-
тии драгоценными металлами установка
ванн улавливания обязательна.
Подпитка ванн улавливания «мо-
крого» типа должна, как правило,
осуществляться из ванн промывки
первой ступени, а ванн для нанесе-
ния покрытий — из первой ступени
ванн улавливания (рис. 11).
Сокращение расходов промывной
воды осуществляется в первую оче-
редь за счет применения поверхност-
ных методов промывки. Однако при-
менение этих методов допускается
только для деталей простой конфи-
гурации (листы, проволока) с обяза-
тельной экспериментальной проверкой
достигаемой полноты промывки.
Организация потоков воды и обра-
батываемых деталей в ваннах промывки
должна обеспечивать многоступенча-
тую последова1ельную противоточ-
ную промывку. Применение ванн одно-
ступенчатой, а также многоступенча-
той промывки с последовательным пря-
моточным или параллельным движе-
нием воды не рекомендуется. Исполь-
зование схемы одноступенчатой про-
мывки с параллельным или комбини-
рованным движением воды оправдано
при применении централизованной си-
стемы водного хозяйства с получе-
нием технической воды, которая может
Принципа организации систем
267
Детали
Технологи-
ческая
8снна
водопроводная
во 9а
ванны
Частичный
сброс воды в
канализацию
Рис. 12. Организация промывки в АГЛ при централизованной системе водного хозяйства
быть использована на первой ступени
промывки (рис. 12).
После химического и электрохими-
ческого обезжиривания, перед обра-
боткой в кислых растворах, после анод-
ного окисления, химического оксиди-
рования углеродистых сталей и чугу-
нов, электрохимического полирова-
ния н снятия шлама применяют не
менее чем двухступенчатую промывку.
В пределах одной или нескольких
расположенных на небольшом рас-
стоянии друг от друга гальванических
линий следует применять повторное
(двух и более кратное) использование
промывной воды, т. е. обработанную
воду от одних операций промывки
направляют на другие операции. На-
пример, отработанная промывная вода
из ванн промывки деталей после ак-
тивации (декапирования) может быть
использована в качестве «свежей»
в ваннах промывки после обезжири-
вания (рне. 13).
Рис. 13. Устройство для повторного ис-
пользования промывной воды:
1 — ванна обезжиривания; 2 —• ванна ка-
скадной промывки; 3 — ванна активации
(декапирования); 4 — ванны каскадной
промывки; 5 — подвод промывной воды;
6 — переточный трубопровод; 7 — эрлифт]
8 — аварийный перелив в канализацию
В технически обусловленных слу-
чаях следует применять многоступен-
чатые ванны совмещенной промывки,
в которых параллельно осуществля-
ются две или более операции промывки,
например после обезжиривания н ак-
тивации (рис. 14).
Ванны промывки деталей на под-
весках, за исключением технически
обоснованных случаев, с целью ин-
тенсификации процесса должны быть
оборудованы перемешивающими уст-
ройствами, предпочтительно барбо-
тажного типа.
В ваннах промывки деталей, обра-
батываемых в горизонтальных ше-
стигранных барабанах, глубина по-
гружения барабанов должна состав-
лять (62 ± 5) % нлн (82 ± 4) % дна-
метра описанной окружности основа-
ния барабана.
Продолжительность промывки ба-
рабанов в каждой ванне при частоте
вращения барабана не менее 10 мин-1
должна составлять: не менее 60 с при
глубине погружения 62 % и не менее
90 с прн глубине погружения 82 %.
Рис. 14. Совмещенная ванна мпогосту-
пенчатой промывкн
268
Водное хозяйство
Рис. 15. Схема подвода промывной воды
к гальванической линии
Промывать барабаны допускается
путем не менее чем двухкратного по-
вторения следующего цикла: погруже-
ние барабана в ванну н вращение его
там в течение 10—15 с; подъем бара-
бана над ванной н вращение его до
полного стекания жидкости.
Интенсивность перемешивания и про-
должительность выдержки деталей
в ваннах объемной промывки должны
обеспечивать практически полное вы-
равнивание концентраций в объеме
ванны н у поверхности обрабатывае-
мых деталей. Рекомендуемая про-
должительность промывки деталей на
подвесках (в завнснмосги от свойств
отмываемых растворов и температуры
промывной воды) составляет 40—90 с
в каждой ванне.
Трубопровод подачи промывной воды
к АГЛ должен быть оборудован бы-
стродействующим автоматическим за-
порным устройством н автоматическим
регулятором давления (рнс. 15). Пред-
почтительное давление, поддерживае-
мое в коллекторе, составляет 40—
80 кПа. Каждый ввод в промывную
ванну должен быть снабжен резьбо-
вым штуцером с калиброванным от-
верстием, диаметр d которого обеспечи-
вает необходимый расход воды при
16. Расчетные значения расхода воды
Р, КПа df мм
2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0
20 30 40 50 60 53 65 75 84 92 83 101 117 131 143 119 146 169 189 207 162 199 230 257 287 212 260 300 336 368 269 329 380 425 465 332 406 469 524 575
давлении р, поддерживаемом в кол-
лекторе (табл. 16).
Сокращение расхода воды может быт
достигнуто переходом на электролиты
н растворы с низким содержанием ос-
новного компонента. Например, при-
менение низкоконцентрированного
сульфатного электролита хромирова-
ния (концентрация Сг8+ 100—150 г/л)
позволяет сократить расход воды на
промывку деталей в 3 раза по сравне-
нию с применением электролита вы-
сокой концентрации (Сге+ 350—400 г/л).
Недостатком использования ннзкокон-
центрнрованного электролита яв-
ляется необходимость частой корректи-
ровки электролита. Этот недостаток
может быть устранен средствами АСУ
ТП.
В результате применения много-
ступенчатых систем промывки доля
промывочных позиций в АГЛ превы-
шает 50 % . Сокращение числа пози-
ций возможно при применении много-
процессных АГЛ с программным уп-
равлением. Прн объединении в АГЛ
нескольких процессов возможно ис-
ключение промывочных ванн одинако-
вого назначения. Например, в случае
объединения в одном автомате выпол-
нения трех процессов, в каждом из
которых в группе подготовительных
операций имеется обезжиривание, вме-
сто шести ванн промывки (три —
горячей промывки, три —• холодной)
остается две ванны. В этом случае
двухрядная линия позволяет выдер-
живать принцип исключения перене-
сения неотмытых деталей над другими
ваннами путем разграничения назна-
чения рядов в АГЛ: один ряд пред-
назначен для расположения техноло-
гических ванн, другой — промывоч-
ных.
На рис. 16 представлены компо-
новки однопроцессных линий и соот-
ветствующей двухрядной многопро-
цессной.
Математические модели системы
водного хозяйства гальванического
цеха. Динамические математические
модели замкнутой системы прогнози-
руют предельно допустимый уровень
повышения концентрации примесей как
внутри каждого цикла прохождения
воды в системе, так и в зависимости
от числа циклов. Модели описывают
Принципы организации систем
269
С Г ’/» 3/0 Г X А X X И X X и а и У X X Zn У X X X X А Г
с Г Г X А X X Н X X Си У Г М/ Hl X X
с Г Г X X X X X У X X X X Р У Г X X X X
1 2 3 / 4 5 6 7 8
с з/о з/о 3/в А А Н си Cd Cd р У Zn Р си р т Hi а[п А
Рис. 16. Компоновка многопроцессорной линии с целью сокращения позиций промывки:
э/п и э/о — ванны электрохимического обезжиривания и оксидирования поверхности;
Л, И, Cd, Zn, Си, Ni — ванны окончательной промывки деталей; У — ванны улавли-
вания: Г и X — соответственно ванны горячей и холодной промывки; С — сушка; Р —
резервная ваниа; / и 11 — однорядные однопроцессные линии; 111 — двухрядная миого-
процессная линия
работу унифицированной схемы зам-
кнутой системы (рис. 17).
Нормальное функционирование зам-
кнутой системы может быть обеспечено
при выполнении условий, описывае-
мых следующей системой неравенств:
рт < гт
i mln i ‘-'i max>
max;
PN < fn <en
(40)
Неравенства характеризуют относи-
тельное постоянство тепловой ЕТ. и
потенциальной энергии, массы
воды Мв{, а также примесей М" в си-
стеме в заданных пределах в любой
момент времени.
В большинстве случаев лимитирую-
щим фактором функционирования си-
стемы является несоблюдение баланса
массы примесей, что приводит к росту
их концентрации выше предельно до-
пустимой.
В свою очередь предельно допусти-
С? примесей
‘пдк
мая
концентрация
определяется двумя условиями:
обеспечением гарантированного ка-
чества воды у потребителя
с?...<с^дк; (41)
отсутствием произвольного превра-
щения примесей воды, приводящего
к образованию отложений или кор-
розии оборудования:
С; п $дК. (42)
Значения сРТ и сГп могут
‘пдк ‘пдк
существенно отличаться друг от друга,
поэтому в каждом конкретном случае
требуется независимая проверка вы-
полнения условий (43) и (44).
Определение Cz т и п в замкну-
том цикле может быть выполнено на
основании прогнозной модели накоп-
ления примесей во времени.
Для неизолированной замкнутой си-
стемы (с «продувкой» и «подпиткой»
воды)
„ Н° Л Э₽
J/3C
(43)
/~>ОС
эр = вых
/пОС
ЬВЫ1
270
Водное хозяйств
„ T/8C
7’i=^n₽; QnP = Qn«;
цс = р,т + цР + СПДРПД при
Спд = const, <2ПД = const;
узе _ уп ун1 yyi уос _|_
_[_уН2 уу2.
Для изолированной замкнутой си-
стемы (бессточной)
/ и° Т° Э? \
р __( ________L___гос I v
\ узе Gio/X
х[,_.-/(г,эГ)] + с;;, <«)
где Э[ = ; Тс = V3C/Q3C;
С®° и С°° — начальная концентрация
примесей соответственно в системе и
в блоке ОС. Остальные условные обо-
значения приведены на рис. 17.
Для стационарного режима (когда
концентрация компонента в системе
приближается к асимптотическому зна-
чению) можно использовать упрощен-
ные зависимости:
для неизолированной системы при
C3t° « С°° = 0
kf J/3C
Н1-^)
Qnp[5§ + “nP(i-5§)]
(45)
для изолированной системы при
С?° « C°t3 = 0
(46)
узо Q3C 5р ’ * >
где ЭР = 1 - С°°х/С°°.
Величины Э§, Э₽, Эр и Э% могу-
быть выражены через типовые мате
матические модели реакторов с различ-
ными гидродинамической структурой
потоков и порядком реакции (табл. 17).
Рис. 17. Расчетная схема замкнутой системы водного хозяйства!
П — потребитель; Н1 и У1 — накопитель и усреднитель обрабатываемой воды; ОС —•
очистные сооружения; Н2 и У2 — накопитель и усреднитель очищенной воды; Д де-
литель потоков; С смеситель потоков
17. Уравнения связи показателей эффективности очистки с параметрами блоков ОС с различной гидродинамической
структурой потоков и порядком реакции
Показатели эффективности очистки воды в блоках ОС
Порядок реакции ЭР = = ^вых/^вх ЭР = =ЭР/(1—ЭР) = ЭР/! - -ЭР(1-апВр) ЭР = 1 - Свых/Свх Э? = (1 _ ЭР) ЭР0 “ “пр (1 - 3o)J
Блок идеального смешения
Нулевой СвЫХ ^вых С^ЫХ kT Свых Свых
^вых + kT kT kT + Свыхавр ^ВЫХ + kT kT feT 4- Свыхавр
Первый 1 1 1 kT 1 1
1 + kT kT + авр 1 + kT kT kT + «вр
Второй 1 1 CbU^kT + адр Свых Свых (kT — 1)4-1 Свых (kT - 1) 4- 1
^вых^ 4- 1 CvuxkT ^BbtxkT + 1 Свых Свых + апр [^ввх
X (kT- 1) 4- 1]
Блок идеального вытеснения
Нулевой 1 Свых ^ВЫХ kT Свых ^вых
Свых + kT kT kT + Свыхавр С-&Ъ1Х + kT kT ^4-Свых+<хвпр
Первый b-kT 1 1 l-^kT 1 1
е^-1 еАГ+«пр-1 eftr — 1 еАГ— ав е адр
Второй 1 — 1 j C-BaxkT । ^ВЫХ^ 1 — C^nxkT ] C-Ql^X-kT
СзыхЬТ 1 — Свых^1 ^BtixkT СвыхйТ(1-<хвр) +
+ «ПР
Обо з н а ч е н и я: k — константа скорости разделения примесей и воды в блоке ОС; Т — характерное время
блока ОС е — основание натуральных логарифмов; Свх и Свых — концентрация примесей в блоке ОС соответственно
входная т выходная; авр — коэффициент продувки.
Принципы организации систем
18. Математические модели блоков очистных сооружений замкнутой системы (стационарный режим)
« Тип блока ОС Аналитическое выражение работы блока ОС о реакцией
нулевого порядка первого порядка второго порядка
Идеального смешения /*«ОО ^х + |*₽/С-^00 „о0 Св°Х° + ^Р/5вх £>ОС 4*а
С — ^yiOC^2 1 ]/св--оЖ°х 2Х
вых kT0C _J_ J X
Идеального вытесне- ния Последовательное со- единение блоков: Г°° =х С~ + p5/Q“-feToe c°° =(C°t+»p /Q°° ) e“ftr°c 1 1 1 -kT™
рос ^вых С£ + РР/?в°х
идеального смеше- ния и идеального вытеснения pOC ьвых = с~ + и₽/<2“-*"х j'HQ ЙИВТИ° C°°4-up/Q00 pOC BX~r / <ВЫХ у вых - £исгис + J X е-*ив^ив —
идеального вытес- нения и идеально- го смешения рОО ивых = сп + теох- ^Ив7'ив — £ИСГИС — —
идеального смеше- ния и идеального вытеснения рОС ьвых = C°°+!iP/Q°B°x- -k™T™-k%°T%a рос ьвых сГх + нр/С —
” (i+^HO+W)
Водное хозяйст
Оборудование для подготовка воды
273
В качестве примера прогнозных мо-
делей, построенных для изолирован-
ной системы соответственно с реакто-
рами идеального смешения и вытесне-
ния с кинетикой первого порядка,
могут служить зависимости:
С* ( /(ИС^ОСфЗС С*о)Х
т
( _Лив^ос ' Ct, \ Х
\ е я 1 — 1 /
+ С*“. (48)
При этом следует учитывать, что
эти модели характеризуют стационар-
ный режим работы реакторов в ка-
честве блока ОС (табл 18), поэтому
применение их в замкнутой системе,
функционирующей в нестационарном
режиме, внесет определенные погреш-
ности в расчеты.
ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ ПОДГОТОВКИ ВОДЫ
Контроль количества воды. Кон-
троль количества используемой АГЛ
воды выполняется с помощью расходо-
меров (счетчиков). Расходомеры мо-
гут устанавливаться на вводе воды
в гальванический цех, гальваническую
линию или конкретную ванну про-
мывки. Как правило, расходомеры
устанавливают на вводе воды в цех
для контроля общего расхода воды
цехом, а также на линиях оборотной
и «подпиточной» воды в замкнутых
системах водного хозяйства цеха.
Наибольшее распространение полу-
чили крыльчатые (табл. 19) и турбин-
ные (табл. 20) счетчики холодной воды.
В случае необходимости выноса пока-
заний счетчика па центральный пункт
управления могут устанавливаться
электромагнитные (индукционные) рас-
ходомеры (табл. 21). Последний тип
расходомера может быть установлен
для организации контролируемого ре-
гулирования расхода воды в промыв-
ных ваннах. Для этих же целей наи-
более применимы ротаметры обще-
промышленные (по ГОСТ 13045—81)
со стеклянной ротаметрической труб-
кой н местными показаниями типа РМ
(табл. 22) н с преобразованием изме-
ряемой величины в электрический вы-
ходной сигнал типа РЭ (табл. 23).
Детали ротаметров изготовлены из
коррозионно-стойких материалов или
защищены покрытиями, устойчивыми
к воздействию окружающего воздуха
с наличием вредных примесей в пре-
делах санитарных норм. Потеря дав-
ления от установки ротаметра не пре-
вышает 10 кПа. Длина связи между
ротаметром типа РЭ и вторичным при-
бором не должна превышать 250 м.
Контроль качества воды. Вода, ис-
пользуемая в гальваническом произ-
водстве, проходит химико-бактерио-
логический и технологический кон-
троль.
Химико-бактериологнческий кон-
троль осуществляется центральной за-
водской лабораторией или химической
лабораторией гальванического цеха на
основании стандартных унифициро-
ванных методик контроля качества
воды.
Технологический контроль осуществ-
ляется по основным показателям ка-
чества воды: мутности, pH, Eh, элек-
трической проводимости, содержанию
ионов тяжелых металлов, фторидов
и др.
Для технологического контроля мут-
ности НПО «Аналитприбор» (г. Тби-
лиси) разработало ряд приборов, ос-
нованных на турбодимитрическом ме-
тоде измерения (табл. 24).
Контроль кислотности растворов
осуществляется с помощью промышлен-
ных иономеров, основанных на потен-
циометрическом методе измерения.
Комплект промышленного рН-мегра
состоит из чувствительного элемента
(датчика), преобразователя и реги-
стрирующего потенциометра. Выпус-
кают датчики двух типов: погружен-
ные ДПг-4М и проточные ДМ-5М с диа-
метром проходного отверстия 300 мм.
Датчики ДПг выпускают со штангами
длиной 1200, 1600 и 2000 мм.
274
Водное хозяйство
19. Основные параметры крыльчатых счетчиков холодной воды
Параметр Тип счетчика
УВК-40 ВС КМ-5-20 ВСКМ-7-2,5 1 ВСКМ-10-32 ВТ-50 ••
Диаметр условного про- хода, мм Расход воды, м3/ч: наименьший номинальный наибольший Наибольшее количество воды, измеренное за сут- ки, м3/ч Цена деления счетного устройства, м3 Температура измеряемой среды, “С Габаритные размеры, мм Масса, кг * Предельно допустимо ** Счетчик турбинный. 40 0,17 6,3 10 70 0,001 До 30 ЗЗОХ X 116Х X 175 4 е рабочее 20 0,05 2,5 5,0 60 0,0001 5—40 190Х X Н8Х Х117 4 давление 25 0,07 3,5 7,0 80 0,0001 5—40 394 X X 112Х ХН9 5,2 ВОДЫ ДО 1 32 0,1 5,0 10 80 0,0001 5—40 394 X X 112Х Х119 5,2 МПа. 50 6,0 30 180 1,0 До 30 115Х X 160Х Х214 6,8
В пределах pH = —1 +14 в ка-
честве преобразователей применяют
приборы П-201 и П*201Н с целью
преобразования ЭДС датчиков в не-
прерывный электрический сигнал по-
стоянного тока и напряжения (сила
выходного тока 0—5 мА, выходное
напряжение 0—100 мВ).
Для контроля Eh используют иоио-
меры с редоксметрическими электро-
дами: золотым ЭЗ-01, платиновым
ЭТП-02, стеклянным ЭО-01, сульфидио-
серебряным ЭА-2 и др.
Для определения концентрации от-
дельных ионов в воде применяют ион-
селективиые электроды в комплекте
с приведенными выше приборами, на-
пример электрод ЭСЛ-51Г-О4 на ионы
натрия, ЭСЛ-51-07 — натрия и се-
ребра, ЭСЛ-91-07 — аммонии,
ЭМ-CN-Ol — цианидов, ЭМ-С1-01 —
хлоридов, 9M-NO3-01 — нитратного
азота, ЭМ-Mg-Ol — магния.
Все измерительные электроды при-
меняют в паре со стандартными вспомо-
гательными электродами ЭВП-08 или
ЭХСВ-1. Все электроды имеют унифи-
цированные размеры, рассчитанные на
арматуру датчиков pH-метров и дру-
гих потенциометрических прибо-
ров.
Промышленные кондуктометры кон-
тролируют суммарное содержание
электролитов по общей удельной элек-
трической проходимости. Кондукто-
метры состоят из датчиков с электрод-
ной системой, преобразователя и вто-
ричного прибора (потенциометра),
имеющего выход на регулирование.
Характеристика кондуктометров, вы-
пускаемых НПО «Аналитприбор»
(г. Тбилиси), приведена в табл. 25.
Оборудование для подготовки водя
275
Наиболее рекомендуется для приме-
нения кондуктометр АКК-201. Дат-
чики этого кондуктометра могут рабо-
тать как в проточном, так и в погруж-
ном режиме. Преобразователь имеет
показывающий узкопрофильный микро-
амперметр М1730К с регулирующим
трехпозиционным выходом. Темпера-
турная компенсация автоматическая.
Переключение диапазонов измерения
кнопочное, расположено на панели
образователя. В качестве вторичного
прибора применяется потенциометр
КСП4.
Водоочистное оборудование. Про-
ектирование водоочистного оборудо-
вания осуществляется в соответствии
с СНиП 2.04.02—84 и СНиП 11-30—76.
Вода общего назначения может быть
получена, как правило, из городского
Водопровода без специальной подго-
товки. В отдельных случаях требуется
умягчение воды, которое может осу-
ществляться по классической схеме
Na-катионитового умягчения. Пара-
метры водоумягчительных установок
приведены в табл. 26.
Установки включают Na-катиоии-
товые фильтры и деаэраторы воды,
основные параметры которых приве-
дены в табл. 27.
Вода специального назначения мо-
жет быть получена путем ее дополни-
тельного осветления и обессоливания.
Для этих целей применяют осветли-
тельные и сорбционные фильтры
(табл. 28), а также ионообменные
фильтры и электродиализные аппараты.
Наиболее широко используется ион-
ный обмен по схеме двухступенчатого
20. Основные параметры турбинных счетчиков холодной воды *
Параметр Тип счетчика
СТВ-65 СТВ-80 СТВ-100 СТВ-150
Диаметр условного 65 80 100 150
прохода, мм Расход воды, м®/ч: наименьший 1,5 2,0 3,0 4,0
номинальный 35 55 90 175
наибольший 70 110 180 350
Расход воды (м8/ч) с относительной по- грешностью: ±2 % 6—10 8—110 12—180 20—350
±5% 1,5—6,0 2—8 3—12 4—20
Расход воды при по- 40 70 130 315
тере давления не более 0,01 МПа, м3/ч Наибольшее количе- 610 1300 2350 5100
ство воды, измеряемое за сутки, ма Температура измеря- емой среды, °C Габаритные разме- 5—40 5—40 5—40 5—40
260Х 228Х 270Х 230Х 300Х 270Х 350 Х315Х
ры, мм Масса, кг Х180 Х195 Х215 Х280
14,5 18,7 23,0 39,5
Код по ОКП 4213212474 4213212475 4213212476 4213212477
* Предельно допустимое рабочее давление воды до 1 МПа.
276
Водное хозяйство
21. Основные параметры * электромагнитных расходомеров типа ИР-61
Диаметр условного прохода, мм Диапазоны измерений, м3/4 Масса первичного преобразо- вателя, кг Габаритные размеры преобразователя, мм
первичного передающего
10 15 25 50 80 * Рабоче 0—32; 0—2500 е давление 2 16 245X236X250 197X 140,5X445
36 42 5 МПа. 0 300Х 530
Примечание. В комплекте с указанными расходомерами при- меняется интегратор С-1м, предназначенный для определения суммарного количества используемой воды.
22. Основные параметры и размеры ротаметров типа РМ
Условные обозначения ротаметров Верхний предел измерения по воде, ма/ч Условный диаметр, мм Габаритные размеры, мм Масса, не более
РМ-0,16 ЖУЗ РМ-0,25 ЖУЗ РМ-0,4 ЖУЗ РМ-0,63 ЖУЗ РМ-1 ЖУЗ РМ-1,6 ЖУЗ РМ-2,5 ЖУЗ РМ-4 жуз РМ-0,63 жуз РМ-0,1 ЖУЗ • 0,16 0,25 0,40 0,63 1,00 1,6 2,5 4,0 0,063 0,100 15 455X95X95 2,4
25 590Х 105Х 105 3,2
40 690Х 160Х 160 6,6
10 410X32X32 0,455
Оборудование для подготовки воды
277
23. Основные параметры и размеры ротаметров типа РЭ
Условное обозначение ротаметров исполнений Верхний предел измерения по воде, мэ/ч Условный диа- метр, мм Габаритные размеры, мм Масса, кг, не более
РЭ РЭВ
РЭ-0,025 ЖУЗ РЭВ-0,025 ЖУЗ 0,025 6
РЭ-0,04 жуз РЭВ-0,04 ЖУЗ 0,040 6 291X 167X79 2,5
РЭ-0,1 жуз РЭВ-0,1 жуз 0,10 10
РЭ-0,063 ЖУЗ РЭВ-0,063 ЖУЗ 0,063 10 420Х 171Х 112
рэ-о,1 6 жуз РЭВ-0,16 жуз 0,16 15 для РЭ; 8,5
РЭ-0,25 ЖУЗ РЭВ-0,25 ЖУЗ 0,25 15 410Х 171Х 112
РЭ-0,4 ЖУЗ РЭВ-0,4 жуз 0,40 15 для РЭВ
РЭ-0,63 ЖУЗ РЭВ-0,63 ЖУЗ 0,63 25
РЭ-1 жуз РЭВ-1 жуз 1,00 25 465Х 198Х 136 11,0
РЭ-1,6 ЖУЗ РЭВ-1,6 ЖУЗ 1,60 40 для РЭ;
РЭ-2,5 ЖУЗ РЭВ-2,5 ЖУЗ 2,50 40 455Х 198Х 136
РЭ-4 ЖУЗ РЭВ-4 ЖУЗ 4,00 40 для РЭВ
Примечания: 1. Ступени регулирования рабочего давления:
0,6; 1,6; 6,4 МПа.
2. Нижний предел измерения составляет не более 20 % от верхнего
предела измерения.
24. Характеристики турбидиметров, изготовляемых НПО «Аналитприбор»
Марка прибора Диапазоны измерения, мг/л Область применения
ТВ-346 ТВ-205 М-101 Ф-201 0—3; 0—10; 0—20; 0—500 5—50; 5—500 20—500 5—500 Исходные и очищенные природные воды Природные и сточные воды иа всех стадиях очистки Природные и сточные воды Природные и очищенные сточные ВОДЫ
25. Характеристика промышленных кондуктометров НПО «Аналитприбор»
Марка прибора. Диапазон измерения. См/см Область применения
КК-8,9 КК-2,3 М <9 1 । О О 1J о Приготовление растворов коагу- лянтов и регенерационных растворов Процессы неЙ1рализации, осажде- ния металлов, окислительно-восста- новительные реакции
278
Водное хозяйство
Продолжение табл. 25
Марка прибора Диапазон намерения, См/см Область применения
КК-1 АКК-201 10~а—10"’ 10'1—10"’ Процессы коагуляции природных вод Процессы коагуляции, нейтрали- зации, осаждения, флотации, обес- соливания и др.
26. Установки для умягчения воды
Тип установки Произво- дитель- ность, т/ч Рабочее давле- ние, кПа Услов- ный диаметр, мм Строи- тельная высота, мм Масса, кг
С механическим филь- тром АПУ-1,0 Без механического филь- тра: ВРУ-1,0-М ВПУ-1.0-К ВПУ-5 1 1 1 5 400 400 40 40 450 450 2600 2600 366,4 385 810 1700
Примечание. Выпускаются Моиастырищенским машинострои- тельным заводом.
27. Оборудование для умягчения воды
Вид оборудования Диаметр, мм Давление, кПа Мавоа, иг Оптовая цена, руб.
Фильтр Na-катиони- товый 700 1000 600 570 1023 355 750
Деаэратор вакуум- ный ДВ-800 3000 50 10 182 8010
Примечание. Выпускаются Саратовским заводом энергети-
ческого машиностроения.
Оборудование для подготовки воды
279
28. Оборудование для осветлении воды (рабочее давление 600 кПа)
Марка фильтра Произво- дитель- ность, т/ч Услов- ный диаметр, мм Строи- тельная высота, мм Площадь попереч- ного сечения, м1 Масса, кг
Осветлив ФОВ-2,0-0,6 пельные фс 30 мътры ве{ 2000 ттикалъны 3430 е 2002
ФОВ-2,6-0,6 55 2600 3930 3365
ФОВ-3,0-0,6 70 3000 4075 —— 4441
ФОВ-3,4-0,6 90 3400 4230 — 5817
ФОВ-2К-3,4-0,6 (двухка- 180 3400 5500 — 5880
мерный) ФОВ ЗК-3,4-0,6 (трехка- 270 3400 7050 7400
мерный) Филь . Для обезмасливания кон- денсата: ФС-2,0-0,6 тры cop6t 20 ^ионные уг 2000 олъные 4500 3,14 2587
ФС-2,6-0,6 35 2600 4780 3,31 4130
ФС-3,0-0,6 50 3000 5170 7,07 5274
ФС-3,4-0,6 65 3400 — — —
29. Оборудование для обессоливания воды ионным обменом
Производи- тельность, т/ч Рабочее да- вление, кПа Условный диаметр, мм 5 у (X Д s « о P.U5 _ н ej 2 О ® S Площадь поперечного сечения, м1 Высота слоя загрузки, м Масса, кг
Марка фильтра
Фильтры ионообменные параллельно-точные первой ступени (водородные и натриевые) вертикальные
ФИПа 1-2,0-0,6 4680 600 2000 4630 2,5 2473
ФИПа 1-2,6-0,6 135 600 2600 4900 — 2,5 4060
ФИПа 1-3,0-0,6 180 600 3000 5170 — 2,5 5047
ФИПа 1-3,4-0,6 230 600 3400 5440 — 2,5 6532
Фильтры ионообменные параллельно-точные второй ступени (водородные и натриевые) вертикальные
ФИПа П-2,0-,6 160 600 2000 3430 3,14 1,5 2038
ФИПа П-2,6-0,6 270 600 2600 3805 5,31 1,5 3608
ФИПа П-3,0-0,6 360 600 3000 4180 7,07 1,5 4708
Фильтры смешанного действия вертикальные (ФСД)
С внутренней регенераци- ей ФИСДВР-2,0-0,6 С выносной регенерацией: 160 600 2000 5040 3,14 — 2762
ФИСДНР-2,0-1,0 315 1000 2000 3780 3,14 — 3055
ФИСДНР-2,6-1,0 530 1000 2600 4250 5,31 — 4510
ФИСДНР-3,4-1,0 900 1000 3400 4800 9,07 — 8141
280
Водное хозяйств!
30. Вспомогательное оборудование для обессоливания воды ионным обменом
Марка аппарата Производи- тельность, т/ч Рабочее да- вление, кПа Условный диаметр, мм Строитель- ная высота, мм Площадь поперечного сечения, м2 1 Высота слоя 1 загрузки, м I Масса, кг
Ловушки для ФСД
ФЛИ-0,15-1,0 150 1000 150 528 — 162
ФЛИ-0,2-1,0 270 1000 200 725 — — 252
ФЛИ-0,25-1,0 450 1000 250 787 — — 383
ФЛИ-0,3-1,0 900 1000 300 892 — — 485
Регенераторы для ФСД о высносной регенерацией вертикальные
ФСД-2.0-ФР-1,6-0,6 — 600 1600 4575 -- — 2155
ФСД-2,6-ФР-2,0-0,6 — 600 2000 5715 — — 3215
ФСД-3,4-ФР-2,6-0,6 — 600 2600 6050 — — 5139
31. Техническая характеристика электродиализных лабиринтно-многокамерных
однопакетных установок модели Э-400
Параметр Тип установок
400X2 400x4 400X6
Максимальная производитель- 5 10 15-30
ность, м3/ч Число аппаратов Э-400 2 4 6
Установленная мощность, кВт 20—25 40—50 50—60
Габаритные размеры, мм: дл ина 3200 4400 5500
ширина 2300 2300 2300
высота 1900 1900 1900
Масса, кг 2850 3500 4550
Примечания: I. Пределы обессоливании общие: начальные —
солесодержание 3 г/дм3, жесткость 45 мг-экв/дм3; конечные — солесодер-
жание 1 г/дм3, жес1кость 7 мг-эквтдм3.
2. Давление воды на входе в установку ие более 150 кПа.
фильтрования или иа фильтрах сме-
шанною действия (табл. 29). Послед-
ние комплектуются ловушками и ре-
генераторами для смол (табл. 30).
Электродиализные аппараты эф-
фективны для опреснения минерализо-
ванных вод (требования по
ГОСТ 2874—82) при условии предвари-
те тыюго удаления из воды солен жест-
кости, органических примесей, ионов
'тяжелых металлов, нефтепродуктов и
т. и. Электродиализные установки вы-
пускаются серийно ПО «Тамбонмаш»,
техническая характеристика электро
диализной установки ЭОУ-НИИ
ПМ-25М приведена ниже.
Производительность
(для вод хлоридного
класса), м3/сут ... 25
Выход опресненной
воды, % от общего ко-
личества, подаваемо-
го на установку . . 40—60
Расход электроэнер-
гии на опреснение (на
1 кг удаленной соли),
кВг-ч/кг............ До I
Принципы создания системы водоиспользования
281
Давление воды в гид-
равлических трак-
тах на входе в уста-
новку, кПа . . . До 294
Номинальная (уста-
новочная) мощность
преобразователя . . 6,9/13,8 кВт
Габаритные разме-
ры установки, м 1,505Х 1,91Х
X 2,034
Установка ЭОУ-ННИ-ПМ-25М пред-
назначена для опреснения минерали-
зованных вод с общим солесодержа-
нием не более 6000 мг/л.
Технические характеристики элек-
тродиализных установок, выпускае-
мых серийно Алма-Атинским электро-
механическим заводом, приведены в
табл. 31.
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ
СОЗДАНИЯ РАЦИОНАЛЬНОЙ
СИСТЕМЫ ВОДОИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ГИБКОГО АВТОМАТИЗИРОВАН-
НОГО ПРОИЗВОДСТВА
ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ
ПОКРЫТИЙ
Основные понятия. Система водо-
использования состоит из систем про-
мывки, входящих в состав АГЛ, и
общесистемных технических средств
(установки водоподготовки, системы
подающих и отводящих воду маги-
стральных трубопроводов с армату-
рой, сборные емкости, иасосные уста-
новки и т. II.).
Элемент системы водоиспользования
(элементарный модуль) — это кон-
структивная единица системы, выпол-
няющая определенную технологиче-
скую функцию (промывку, ре!улиро-
вание расхода, контроль и т. и.).
В системе водоиспользования име-
ются рабочие и резервные элементы.
Эго — сощав системы водоиспользо-
вания.
Понятия «гибкая технология» и «гиб-
кое производство» для системы водо-
использования трансформируются со-
ответственно в «функциональную гиб-
кость» и «конструктивную гибкость».
Конструктивная гибкость системы
водоиспользования — способность си-
стемы путем перепланировки и иере-
обвязки на основе перераспределения
элементов ее состава между отдель-
ными системами промывки адаптиро-
ваться на выпуск новой продукции
и обеспечить следующие требования:
качепво промывки;
качество очистки стоков, достигае-
мое без конструктивной переделки
очистных сооружений по видам стоков,
которые обрабатываемся на них;
утвержденные показатели баланса
водопотребления и водоотведения.
Конструктивная гибкость системы
промывки — это способность системы
к оперативной перестройке на основе
использования элементов из состава
системы водоиспользования для вы-
полнения изменившихся требований
к этой системе.
Функциональная гибкость сштемы
промывки — это способность системы
автоматически обеспечивать качество
промывки и оптимальный коэффициент
улавливания (для системы улавлива-
ния) в условиях периодических коле-
баний выноса раствора на поверхности
деталей, вызванных изменением сле-
дующих показа1елей в пределах уста-
новленной программы: такта работы
АГЛ; вида технологических спутников
или режима чередования их поступ-
ления; интенсивности потерь объема
электролита в обслуживаемых тех-
ноло1ических ваннах (для систем улав-
ливания).
При этом предполагается, что не
возникает необходимости в конструк-
тивных изменениях очистных соору-
жений и переутверждення водохозяй-
ственного баланса предприятия.
Онера1ивную nepeci ройку системы
водоиспользования производят в том
случае, когда в результате перехода
на новую произволе:венную программу
система не может обеспечить изложен-
ные выше требования за счет своей
функциональной гибкости.
Принципы конструктивной гибкости
применимы, когда плановое изменение
прспраммы предусматривает, что ие
потребуется изменять габариты ванн,
а увеличение или изменение производ-
ственной программы отвечает возмож-
ностям действующего производства,
лишь по отдельным процессам необ-
ходимо произвести перераспределение
мощностей гальванического производ-
ства.
ГЛАВА 8
ОБЕСПЕЧЕНИЕ МИКРОКЛИМАТА
В ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЦЕХАХ
При проектировании отопления и
вентиляции вновь строящихся и ре-
конструир\емых гальванических це-
хов, участков или отделений предприя-
тий следует предусматривать приме-
нение современных технологии и ор-
ганизации технологического процесса,
включающих прогрессивные безвред-
ные или менее вредные процессы:
полное укрытие ванн и агрегатов;
укрытие зеркала испарения раство-
ров поплавками; введение добавок
поверхностно-активных веществ и дру-
гие мероприятия.
Ниже приведены данные для оп-
ределения количества воздуха, уда-
ляемого местными отсосами (в том
числе бортовыми) и количества вред-
ных веществ, уносимых бортовыми
отсосами от ванн.
В СССР действуют общие норматив-
ные документы по правилам проекти-
рования гальванических цехов, уча-
стков и автоматических линий, где
приведены требования, обеспечиваю-
щие взрыво- и пожаробезопасность
технологических процессов. Катего-
рия взрыво- и пожаробезопасности
конкретного гальванического произ-
водства определяется технологами
(в технологической части проекта).
ВЕНТИЛЯЦИЯ
гальванических цехов
Для гальванических цехов проекти-
руется приточно-вытяжная вентиля-
ция и общеобменная вытяжная венти-
ляция из верхней зоны помещения
в объеме однократного воздухообмена
в 1 ч.
В помещении размерного химиче-
ского травления общеобменную вен-
тиляцию из верхней зоны помещений
(непосредственно из-под кровли) сле-
дует проектировать естественной из
расчета разбавления водорода до 5 %
нижиего предела взрываемости (НПВ),
но не менее однократного объема.
Местные отсосы от ванн следует
проектировать в виде бортовых отсо-
сов, располагаемых вдоль длинных
бортов ванн. В зависимости от типа
ванн применяют местные отсосы с ще-
лью всасывания в горизонтальной
плоскости («опрокинутые») с передув-
ками (рис. 1, в, г) или без передувки
(рис. 1, а, б) в вентилируемые укрытия
ванн, а также с щелью всасывания
в вертикальной плоскости (рис. 2).
Неравномерность отсасывания воз-
духа бортовыми отсосами по длине
ванны не должна превышать 10%.
Выбор типа отсосов определяется
условиями проектируемого гальвани-
ческого цеха, участка.
Бортовые отсосы должны иметь уст-
ройства для регулирования количества
отсасываемого воздуха. Соединения
элементов бортовых отсосов должны
быть разъемными, чтобы обеспечить
возможность периодической их очи-
стки от осаждающихся солей, а при
необходимости и их замены.
Количество воздуха, удаляемого ме-
стными отсосами от гальванических
ванн, следует определять по методике
расчета, приведенной ниже.
Количество удаляемого воздуха от
полностью укрытых шторами ванн и
агрегатов следует определять по ско-
рости всасывания воздуха в открытых
проемах или неплотностях (щелях).
Расчетная площадь проемов, неплот-
ностей (щелей) указывается в техни-
ческом задании на проектирование
вентиляции.
Объем вентиляционного воздуха,
удаляемого от круглых ванн кольце-
выми отсосами, определяется как для
квадратных ванн со стороной, равной
диаметру с коэффициентом 0,8.
Для каждой АГЛ необходимо про-
ектировать отдельную вытяжную си-
стему. В отдельные (локальные) уста-
Вентиляция цехов
283
Без передувки
Рис. 1. Схемы бортовых отсосов с горизонтальной
щелью всасывания:
а и « » двусторонний; б и е — односторонний
Рис. 2. Схемы бортовых отсосов с вертикальной щелью всасывания:
а — двустороннего; б — одностороннего
284
Обеспечение микроклимата в цехах
иовки следует, как правило, выделять
местные отсосы от ванн для цианистых
процессов, хромирования, никелиро-
вания, цинкования, операций медне-
ния. Локальные вентиляционные уста-
новки целесообразно делать с регули-
руемой производительностью: на пе-
риод подъема деталей из ванны про-
изводительность вентиляционной уста-
новки должна повышаться.
Для вентиляционных систем, об-
служивающих ванны с растворами,
содержащими вещества первого и вто-
рого классов опасности, следует пре-
дусматривать резервные вентиляцион-
ные агрегаты.
В нерабочее время вентиляцию галь-
ванического цеха или участка должна
осуществлять общеобменная вентиля-
ция, удаляющая воздух из верхней
зоны помещения.
Ванны, содержащие в растворе легко-
испаряющиеся и высокотоксичные ком-
поненты (HF, HCI, HCN, HNO3,
цианиды и т. п.), в нерабочее время
должны быть укрыты крышками.
Баки, сборники, мерники для при-
готовления и корректировки раство-
ров кислот, щелочей, солей и нейтра-
лизации растворов должны быть снаб-
жены крышками и местными отсосами.
Количество воздуха, удаляемого ме-
стными отсосами, следует определять
по скорости всасывания через неплот-
ности: 0,7 м/с — при холодных рас-
творах и 1,0 м/с — при нагретых.
Количество воздуха, удаляемое че-
рез местные отсосы, должно компенси-
роваться его механическим притоком,
при этом должно обеспечиваться не
менее чем трехкратный воздухообмен.
Столы, на которых обезжиривают
крупные детали органическими рас-
творителями, рекомендуется оборудо-
вать наклонными панелями равномер-
ного всасывания. Удельный расход
воздуха на 1 м2 панели, если она при-
мыкает к стене или высокой перего-
родке, равен 3200 м3/ч, если же панель
удалена от стены —• 5000—7000 м3/ч.
Оборудование столов возможно и
обычными отсосами (однобортовыми),
дополненными вертикальными щит-
ками высотой не менее половины ши-
рины стола. Удельный расход воз-
духа иа 1 м длины стола, м3/ч:
£у > 2000 В2, (I)
где В — ширина стола, м.
Если обезжиривание мелких дета-
лей органическими растворителями
(или травление их в кислоте) преду-
смотрено в вытяжных шкафах, ско-
рость всасывания воздуха через от-
крытый проем шкафа следует прини-
мать не менее 0,7 м/с, а при разбрыз-
гивании растворителей или приме-
нении оборудования с вращающимися
приспособлениями — не менее 1 м/с.
Вытяжные системы, обслуживаю-
щие процессы обезжиривания органи-
ческими растворителями, должны быть
самостоятельными и иметь взрыво-
безопасное исполнение. Прокладка
воздуховодов и установка вентилято-
ров в подвалах не допускается.
Все металлические воздуховоды и
оборудование приточных и вытяжных
систем, обслуживающих процессы
обезжиривания органическими раство-
рителями, следует заземлять согласно
«Правилам защиты от статического
электричества и вторичных проявлений
молний в производствах отрасли».
Количество приточного воздуха оп-
ределяют из расчета компенсации воз-
духа, удаляемого через местные от-
сосы, с проверкой на ассимиляцию
тепло- и влагоизбытков, а также вред-
ных веществ.
В помещениях следует учитывать
естественную вытяжку из верхней
зоны, производительность которой со-
ответствует необходимой вытяжке для
обеспечения концентрации водорода,
не превышающей 5 % НПВ.
При смежном расположении галь-
ванических и травильных отделений
с другими помещениями, не имеющими
вредных выделений и пыли, приточ-
ный воздух следует подавать в коли-
честве 95 % от расчетного воздухо-
обмена. Остальной воздух должен по-
ступать из смежных помещений через
дверные проемы, для чего в эти поме-
щения необходимо предусматривать
подачу приточного воздуха в количе-
стве, достаточном для компенсации
перетока.
Тепло- и влаговыделения от техно-
логического оборудования прини-
маются в соответствии с технологиче-
ской частью проекта.
Подачу приточного воздуха следует
проектировать в верхнюю зону поме-
Вентиляция цехов
285
щения, обеспечивая скорость движе-
ния воздуха в рабочей зоне не более
0,3 м/с при допускаемой неравномер-
ности распределения параметров воз-
духа.
В теплое время года допускается
естественный приток через проемы
в наружных ограждениях на высоте
не менее 4 м от Пола.
Общеобменную приточную вентиля-
цию для помещений, где хранятся
химикаты и осуществляется дозирова-
ние цианистых солей, следует проек-
тировать из расчета компенсации воз-
духа, удаляемого местными отсосами
(вытяжными шкафами), но не менее
трехкратного воздухообмена в 1 ч.
Скорость воздуха в открытом проеме
вытяжного шкафа принимают не ме-
нее 1 м/с. Для вентиляции помещений
хранения химикатов и дозирования
цианистых солей необходимо преду-
сматривать отдельные системы.
Общеобменную приточно-вытяжную
вентиляцию следует проектировать и
для помещений, где расположены источ-
ники постоянного тока. Объем венти-
ляционного воздуха определяется из
условия ассимиляции теплоизбытков.
Допускается предусматривать ре-
циркуляцию воздуха.
В полировально-шлифовальном от-
делении необходимо проектировать ме-
стную вытяжную вентиляцию.
Количество воздуха, отсасываемого
через укрытия типовой конструкции
полировальных кругов, следует при-
нимать из расчета: для матерчатых
кругов б/d м3/ч; для войлочных кру-
гов 4d м3/ч, где d — диаметр круга, мм.
При этом скорость воздуха в откры-
том сечении укрытия должна быть:
для матерчатых кругов — не менее
4 м/с, для войлочных кругов — не
менее 3 м/с.
Системы местной вытяжной венти-
ляции для станков с войлочными
накатными кругами должны быть от-
делены от систем местной вентиляции
для станков с войлочными и матерча-
тыми кругами.
Количество воздуха, отсасываемого
от камер очистки деталей металличе-
ским песком (дробью), принимают рав-
ным 1000 м3/ч на 1 м2 площади внутрен-
него горизонтального сечения ка-
меры.
Утилизацию тепла вытяжного воз-
духа в системах вентиляции гальвани-
ческих цехов производят, как правило,
системами с промежуточным теплоно-
сителем.
При использовании тепла вентиля-
ционного воздуха, содержащего аэро-
золи, которые могут осаждаться в
теплоутилизаторах, следует преду-
сматривать очистку воздуха перед по-
ступлением в теплоутилизаторы и воз-
можность очистки, в том числе хими-
ческой, теплообменных поверхностей
от загрязнений.
Конструктивные решения при про-
ектировании вентиляционного обору-
дования гальванических цехов. При
компоновке вентиляционных камер и
трассировке воздуховодов необходимо
предусматривать соответствующие рас-
стояния (в свету) между оборудова-
нием, воздуховодами и строительными
конструкциями здания, достаточную
ширину проходов для возможности
свободного монтажа и демонтажа обо-
рудования, воздуховодов и удобства
его обслуживания.
Для монтажа и демонтажа вентиля-
ционного оборудования в камерах
следует предусматривать монтажные
проемы соответствующих размеров и
при массе отдельных частей оборудо-
вания более 50 кг — подъемно-транс-
портные средства (блоки, тали, моно-
рельсы, тележки, а в отдельных слу-
чаях для громоздкого оборудования —
краны).
Магистральные воздуховоды, кроме
воздуховодов от местных отсосов вани
с органическими растворителями, до-
пускается прокладывать в нижележа-
щем техническом этаже (подвале), а
при его отсутствии — под обслуживаю-
щими гальванические линии площад-
ками или в подпольных каналах-
воздуховодах.
Каналы-воздуховоды, прокладывае-
мые под полом, следует выполнять
из бетона или кирпича, они должны
быть полупроходными и перекрываться
несъемными плитами. Внутренняя по-
верхность каналов должна иметь про-
тивокоррозионную защиту. Для пе-
риодической чистки каналов-воздухо-
водов в их перекрытиях предусматри-
вают люки диаметром 700 мм, которые
рекомендуется располагать на всех
286
Обеспечение макроклимата в цехах
Рис. 3. График изменения концентраций
аэрозолей вредных веществ в удаляемом
воздухе по пути его движения в воздухо-
воде:
Zi — количество вредных веществ в уда-
ляемом воздухе в расчетном сечении, мг/с;
г, — количество вредных веществ, вы-
деляющихся с зеркала раствора данной
ванны, мг/с; L — длина воздуховода
поворотах, ответвлениях и через 30 м
на прямых участках. Каналы-воздухо-
воды прокладываются с уклоном
0,005—0,01 в сторону дренажных
устройств.
Перед вентиляторами вытижных
установок в каналах-воздуховодах сле-
дует предусматривать приямки для
сбора конденсата с последующим уда-
лением его в систему очистки стоков.
Над приямками необходимо устраи-
вать люки.
Вентиляторы должны применяться
в антикоррозионном исполнении (из
алюминиевых сплавов, коррозионно-
стойкой стали, титановых сплавов и
полимерных материалов). В нижней
части кожуха вентилятора должны
быть предусмотрены устройства для
отвода конденсата.
Выбор материала для воздуховодов
и его противокоррозионную защиту
следует принимать, исходя из конкрет-
ных условий.
Очистка вентиляционных выбросов.
Вентиляционные выбросы гальвани-
ческих и травильных цехов следует
рассчитывать в соответствии с требо-
ваниями «Санитарных норм проекти-
рования промышленных предприятий»
СН 245—71 и СНиП П-ЗЗ—75*.
Количество вредных веществ, со-
держащихся в вентиляционных выб-
росах, определяют по данным табл. 1.
Для вредных веществ, выделяющихся
в виде аэрозолей, следует учитывать
данные графика, приведенного на
рис. 3.
При концентрации вредных веществ
в удаляемом воздухе, не превышающей
предельно допустимые значения (по
ГОСТ 12.1.005—76) для воздуха рабо-
чей зоны производственных помеще-
ний, очистку вентиляционных выбро-
сов производить не следует. В осталь-
ных случаях следует выполнять по-
верочный расчет на рассеивание вред-
ных веществ в атмосферном воздухе и
при необходимости предусматри-
вать очистку вентиляционных выбро-
сов.
Расчет на рассеивание вредных ве-
ществ в атмосферном воздухе должен
производиться в соответствии с дей-
ствующими нормативными докумен-
тами. Рекомендации по выбору
метода и аппарата очистки вен-
тиляционных выбросов приведены в
табл. 1.
Регенерацию фильтрующего эле-
мента во всех случаях, кроме ванн
хромирования, следует производить на
станции нейтрализации.
Для очистки вентиляционных выб-
росов от вредных веществ, выделяю-
щихся в виде аэрозолей, допускается
применение кассет из иглопробивного
войлока, встраиваемых в бортовые
отсосы.
Для очистки воздуха, удаляемого
от станков с войлочными иакатнымя
кругами, рекомендуется применять од-
ноступенчатую очистку в аппаратах
циклонного типа, а от станков с ма-
терчатыми кругами — сетчатые филь-
тры с размерами ячеек 2X2—4X4 мм.
В обоих случаях необходима установка
противопожарного клапана. В помеще-
нии, где установлены фильтры, также
должны быть предусмотрены средства
пожаротушения.
Очистку воздуха, удаляемого от
камер обработки деталей металличе-
ским песком (дробью), необходимо
осуществлять пылеуловителями типа
ПВМ.
Вентиляция цехов
287
1. Удельное количество вредных веществ, удаляемых опрокинутым местным
отсосом от гальванических ванн, группы ванн, и рекомендации по очистке
выбросов
№ п/п Технологический процесс нанесения гальванических покрытий Опреде- ляющее вещество Макси- мальное количе- ство, г/(м*-о) Группа вавн Способ очистки
Метод Аппара- ты
1 Электрохимическая обра- Хромовый 10 1 2 1; 4
2 ботка металлов в растворах, содержащих хромовую кисло- ту концентрацией 150— 350 г/л, при силе тока I > 1000 А (хромирование, анодное декапирование, сня- тие меди и др.) То же, в растворах, содер- ангидрид То же 2 2 2 1; 4
3 жащих хромовую кислоту кон- центрацией 30—60 г/л (элек- трополирование алюминия, стали и др.) То же, в растворах, содер- » 1 3 2 1; 4
4 жащих хромовую кислоту концентрацией 30—100 г/л при силе тока I < 500 А, а также химическое оксиди- рование алюминия и магния (анодирование алюминия, магниевых сплавов и др.) Химическая обработка ста- » 5,5-10-® 4 2 1; 4
5 ли в растворах хромовой ки- слоты и ее солей при t 50 °C (пассивирование, травление, снятие оксидной пленки, на- полнение в хромпике и др.) Химическая обработка ме- » 0 5
6 таллов в растворах хромовой кислоты и ее солей при t < 50 °C (осветление, пасси- вация и др.) Химическая обработка ме- таллов в растворах щелочи (оксидирование стали, хими- ческое полирование алюми- ния, рыхление окалины на титане, травление алюминия, магния и их сплавов и др.) при температуре раствора, °C >100 Щелочь 55 2 2 1*; 4
<100 55 3 2 1*; 4
288
Обеспечение микроклимата в цехах
Продолжение табл. 1
№ п/п Технологический процесс Нанесения 1альваннческих покрытий Опреде- ляющее вещество Макси- мальное количе- ство, г/(м*-с) Группа ванв Способ очистки
! Метод Аппара- ты
7 Электрохимическая обра- ботка в растворах щелочи (анодное снятие шлама, обез- жиривание, лужение, снятие олова, оксидирование меди, снятие хрома и др.) Щелочь 11 2 2 1*; 4
8 Химическая обработка ме- таллов, кроме алюминия и магния, в растворах щелочи (химическое обезжиривание, нейтрализация и др.) при тем- пературе раствора, °C >50 <50 > > 0 0 4 5 — —
9 Кадмирование, серебрение, золочение и электрохимиче- ское декапирование в циаии- сгых растворах Цианистый водород 5,5 2 1 2 *
10 Цинкование, меднение, ла- тунирование, химическое де- капирование, амальгамирова- ние в цианистых растворах То же 1,5 2 1 2 *
И Химическая обработка ме- таллов в растворах, содержа- щих фтористоводородную ки- слоту и ее соли Фтористый водород 20 2 1 2
12 Химическая обработка ме- таллов в концентрированных холодных и разбавленных на- гретых растворах, содержа- щих соляную кислоту (трав- ление, снятие шлама и др.) Хлористый водород 80 3 1 2
13 Химическая обработка ме- таллов, кроме снятия цинко- вого и кадмиевого покрытия, в холодных растворах, содер- жащих соляную кислоту кон- центрацией до 200 г/л (трав- ление, декапирование и др.) То же 3-10"1 5 1 2
Вентиляция цехов
289
Продолжение табл. 1
№ п/п Технологический процесс нанесения гальванических покрытий Опреде- ляющее вещество Макси- мальное количе- ство, г/(м’«с) Группа вавв Способ очистки
Метод Аппара- ты
14 Электрохимическая обра- Серная 7 2 2 1; 4
15 ботка металлов в растворах, содержащих серную кислоту концентрацией 150—350 г/л, а также химическая обработ- ка в концентрированных хо- лодных и разбавленных на- гретых растворах (анодиро- вание, электрополирование, травление, снятие никеля, се- ребра, гидридная обработка титана и др.) Меднение, лужение, ции- кислота То же 0 5
16 кование и кадмирование в сер- но-кислых растворах при t 50 °C, а также химическое декапирование Химическая обработка ме- Фосфорная 5 2 2 1; 4
17 таллов в концентрированных нагретых растворах и элек- трохимическая обработка в концентрированных холодных растворах, содержащих орто- фосфорную кислоту (химиче- ское полирование алюминия, электрополирование стали, ме- ди и др.) Химическая обработка ме- кислота То же 6-Ю”1 3 2 1; 4
18 таллов в концентрированных холодных и разбавленных на- гретых растворах, содержа- щих ортофосфорную кислоту (фосфатирование и др.) Химическая обработка ме- таллов в разбавленных рас- творах, содержащих азотную кислоту (осветление алюми- ния, химическое снятие ни- келя, травление, декапирова- ние меди, пассивация и др.) при концентрации раствора, г/л: >100 Азотная 3 3 1 3
<100 кислота и оксиды азота То же 0 5
10 П/р В. Л. Зубченко
290
Обеспечение микроклимата в цехах
Продолжение табл. 1
№ п/п Технологический процесс нанесения гальванических покрытий Опреде- ляющее вещество Макси- мальное количе- ство, г/(м2-с) | Группа ванн Способ очистки
Метод Аппара- ты
19 Никелирование в хлорид- ных растворах при плотности тока 1—3 А/дм2 Раствори- мые соли никеля 1,5-10-1 1 2 1; 4
20 Никелирование в сульфат- ных растворах при плотности тока 1—3 А/дм2 То же 3-10"2 2 2 1; 4
21 Меднение в этилендиами- новом электролите Этилен- диамин 0 4 — —
22 Кадмирование и лужение в кислых электролитах с до- бавкой фенола Фенол 0 4 —• —
23 Крашение в анилиновом красителе Анилин 0 4 — —
24 Промывка в горячей воде Вода 0 5 — —
25 Безвредные технологиче- ские процессы при наличии неприятных запахов, напри- мер аммиака, клея н др. 0 4—5
Примечания: 1. Номер позиции по данной таблице должен
быть приведен в технологическом задании на вентиляцию.
2. Значения z приведены для нормальной загрузки ванн для расчета
максимальных разовых концентраций. Для определения среднесуточных
значений (для аэрозоля) следует учитывать коэффициент загрузки обо-
рудования. При необходимости очистки вентиляционных выбросов и вы-
боре очистных устройств следует учитывать выпадение аэрозоля на вну-
тренних стенках отсосов и воздуховодов. Количество осевших вредных
веществ определяется по графику, приведенному на рис. 3.
3. При наличии воздушного перемешивания раствора значение коэф-
фициента токсичности должно быть увеличено на 0,5.
Обозначения. Методы очистки: 1 — абсорбционный; 2 — филь-
трации. Типы аппаратов очистки: 1 — фильтры-тумаиоуловители ФВГ-Т
(корпус из титана); 1* — фильтры-туманоуловители ФВГ-С (корпус из
стали); 2 — фильтры-туманоуловители ФВГ-Т с орошаемой приставкой;
2* — фильтры-туманоуловители ФВГ-С-Ц; 3 — насадочный типа
ВЦНИИОТ; 4 — сепараторы, встраиваемые в бортовой отсос.
Бортовые отсосы
291
МЕСТНАЯ ВЕНТИЛЯЦИЯ
(БОРТОВЫЕ ОТСОСЫ)
В гальванических цехах кроме об-
щей вытяжки из верхней зоны поме-
щения и общего притока свежего воз-
духа большое значение для исключе-
ния опасных концентраций вредных
веществ имеет местная вытяжная вен-
тиляция.
Удаление вредностей непосредст-
венно от источников нх возникнове-
ния — открытых поверхностей галь-
ванических ванн — осуществляется
бортовыми отсосами, устанавливаемыми
между ваннами автоматической галь-
ванической линии вдоль их длинных
сторон. Они обеспечивают хорошие
санитарно-гигиенические условия
труда.
Принцип работы бортового вентиля-
ционного отсоса заключается в том,
что воздух, всасываемый с большой
скоростью через его узкую заборную
щель, образует над зеркалом ванны
сильную горизонтальную струю — «фа-
кел». Эта струя препятствует проник-
новению через нее выбрасываемых из
раствора капель и заставляет часть
их вернуться в ванну, а другая часть
капель и газов увлекается этой струей
в бортовой отсос.
Бортовые отсосы с вертикальной
щелью всасывания. Бортовые отсосы
с вертикальной щелью всасывания под-
разделяются на односторонние и дву-
сторонние.
Односторонние бортовые отсосы. Од-
носторонний бортовой отсос показан
на рис. 4. Он имеет одну всасываю-
щую щель и устанавливается на ванну
с шириной В 600 мм. Объясняется
это тем, что «факел» бортового отсоса
быстро ослабевает с удалением от
Рис. 4. Односторонний бортовой отсос с вертикальной щелью всасывания:
Н и В — соответственно высота и ширина ванны; — длина щели бортового отсоса;
1г — длина присоединительного патрубка; 1 — задняя стенка; 2 — боковая стенка; 3 —
резиновая прокладка; 4 — распорка; о — передняя стенка; 6 — прокладка; 7 — гнутые
планкн; 8 — ось; 9 — планка; 10 — втулка; 11 — шибер; 12 — ручка; 13 — фиксатор;
14 — пружина; 15 — планка
10*
292
Обеспечение микроклимата в цехах
Рис. 5. Двусторонний бортовой отсос с вертикальной щелью всасывании (обозначении
размеров см. рнс. 3):
1 — козырек; 2 — двухскатная крышка; 3 — перегородка; 4 — боковаи стенка; 5 —
стенка; 6 — шибер
плоскости всасывающей щели и при
большой ширине ванны становится
малоэффективным.
Для уменьшения вибраций от вен-
тиляционной системы бортовой отсос
крепится болтами к борту ванны через
резиновую прокладку 3. Корпус от-
соса — сварной и состоит из задней 1
и передней 5 стенок, боковых стенок 2
и распорок 4, придающих всасываю-
щей щели геометрически правильную
форму. В нижней части к стенкам
приварен комплект гнутых планок 7.
В образованную между этими план-
ками н стенками 1, 2 н 5 щель устанав-
ливается прокладка 6 из мягкой кис-
лотощелочестойкой резины или поро-
лона для уплотнения быстроразъем-
ного соединения бортовых отсосов
с отводами сборного воздуховода вы-
тяжной вентиляции, прокладываемого
под ваннами гальванической линии.
Дли регулирования количества отса-
сываемого воздуха бортовой отсос обо-
рудован шибером 11, который уста-
новлен на оси 8, поворачивающейси
в корпусе отсоса с помощью планки 9.
Один конец этой планки жестко за-
креплен на оси 8, а на другом ее конце
ввинчена втулка 10, внутри которой
передвигается фиксатор 13, который
удерживает под действием пружины 14
ось 8 и шибер Ц в определенном по-
ложении.
При ширине ванны В > 600 мм
с другой стороны этой ванны устанав-
ливается такой же отсос, если рядом
с ней находится ванна, не выделяющая
вредных испарений. Если же рядом
стоящая ванна также требует местной
вентиляции, между ними устанавли-
вается двусторонний бортовой отсос.
Двусторонний бортовой отсос пред-
ставлен на рис. 5. Он имеет две про-
тивоположно направленные всасываю-
щие щели и представляет собой два
Бортовые отсосы
293
совмещенных в одном корпусе одно-
сторонних бортовых отсоса, разделен-
ных перегородкой 3. В каждом из вса-
сывающих вертикальных каналов уста-
новлены шиберы 6, которые управ-
ляются независимо друг от друга.
Сверху бортовой отсос накрыт двух-
скатной крышкой 2 для стекания рас-
творов в ванны.
Установка двустороннего отсоса
вместо двух односторонних экономит
место, упрощает конструкцию, умень-
шает расход материалов для их изго-
товления.
На каждой из вентилируемых сто-
рон ванны может устанавливаться
более одного одностороннего или дву-
стороннего бортового отсоса. При
длине ванны более 1200 мм на венти-
лируемом борту необходимо устанавли-
вать два или более бортовых отсоса.
Материалами для изготовления бор-
товых отсосов служат:
для ванн с неагрессивными раство-
рами (щелочными, цианистыми и
т. п.) — конструкционная углероди-
стая сталь толщиной 1—2 мм;
для ванн с агрессивными растворами
кислот и щелочей — винипласт тол-
щиной 3—5 мм или полипропилен.
Размеры /1 и /2 (мм) для бортовых
отсосов с вертикальной щелью всасы-
вания приведены следующие:
It. . .600 800 1000 1120
12. . . 280 370 460 520
Бортовые отсосы с горизонтальной
щелью всасывания. Бортовые отсосы
с горизонтальной щелью всасывания
предназначены для локализации и
удаления вредных испарений от галь-
ванических ванн при более низких
энергетических затратах на вентиля-
цию за счет образования над зеркалом
ванны более благоприятной зоны
спектра всасывания. Подобно борто-
вым отсосам с вертикальной щелью
всасывания они подразделяются на
односторонние и двусторонние борто-
вые отсосы.
Односторонние бортовые отсосы. По-
казанный на рис. 6 односторонний
бортовой отсос состоит из съемной
крышки 1, козырька 2, дроссельной
заслонки 5, управляемой осью 3,
и сварного корпуса. Козырек 2 кре-
пится на борту ванны с помощью бол-
тов и гаек, имеющих обтекаемую форму.
Двусторонние бортовые отсосы. На
рис. 7 представлен двусторонний бор-
товой отсос, устройство которого ана-
логично устройству одностороннего
отсоса. Съемная крышка 1 крепится
плоскими пружинами в специальных
скобах 2, закрепленных на козырь-
ках 3. По центру отсоса проходит раз-
делительная стенка 8, которая может
не доходить донизу, а заканчиваться
за зоной действия дроссельных за-
слонок 5.
В табл. 2 приведены размеры бор-
товых отсосов с горизонтальной щстью
всасывания различных исполнений.
2. Исполнительные размеры бортовых
отсосов с горизонтальной щелью
всасываняя (см. рис. 5 я 6)
§ « К s 1 L, L, h
1 260 500 50
2 3 600 240 335 360 650 700 125 150
4 510 1000 300
5 260 500 50
6 7 800 320 335 360 650 700 125 150
8 510 1000 300
9 260 500 50
10 11 1000 400 335 360 650 700 125 150
12 510 1000 300
13 260 500 50
14 15 1100 500 335 360 650 700 125 150
16 510 1000 300
17 260 500 50
18 19 1200 500 335 360 650 700 125 150
20 510 1000 300
294
Обеспечение микроклимата в цехах
Рис. б. Односторонний бортовой отсос с горизонтальной щелью всасывания н фильтру-
ющим элементом:
1 — съемная крышка: 2 — козырек; 3 — ось; 4—8 — стенки; 9 — фильтрующий эле-
мент; 10 — сливной лоток; 11 — штуцер
Рис. 7. Двусторонний бортовой отсос с горизонтальной щелью всасывания:
1 — съемная крышка; 2 — скоба; 8 — козырек; 4 — ось; б — дроссельная ааслонка;
6, 7 — стенки; 8 — разделительная стенка
Бортовые отсосы
295
Фильтрующие бортовые отсосы. Бор-
товые отсосы с фильтрующим элемен-
том предназначены не только для уда-
ления вредностей от гальванических
ванн, но и для одновременной очистки
удаляемого воздуха.
При наличии в удаляемом воздухе
значительных концентраций твердых
или смолообразных нерастворимых ча-
стиц и плохо растворимых солей при-
менять фильтрующие элементы в бор-
товых отсосах не рекомендуется.
Фильтрующий элемент 9 плотно
устанавливается внутри корпуса бор-
тового отсоса так, как это показано
на рис. 6. Нижним концом он опи-
рается на сливной лоток 10, по кото-
рому уловленный продукт отводится
и спускается через штуцер 11.
Материалом для изготовления кор-
пусов таких отсосов служат титановые
сплавы или коррозионно-стойкая
сталь.
В качестве фильтрующего материала
для улавливания хромового ангидрида
и солей никеля применяют иглопро-
бивной войлок из полипропилена, для
улавливания серной кислоты — сетку
из винипласта (в семь слоев).
Необходимость промывки фильтрую-
щих элементов возникает при гид-
равлическом сопротивлении выше
500 Па.
Максимальная производительность
подобных фильтров достигает 2000—
2500 м3/ч на 1 м щели при скорости
фильтрации 2,8—3,2 м/с для хромо-
вого ангидрида и солей никеля и
1,5—1,7 м/с для паров серной кислоты.
Эффективность очистки достигает 98—
99 %.
При улавливании хромового анги-
дрида и солей никеля промывка филь-
трующих элементов осуществляется
на практике один раз в 15—30 сут,
при улавливании паров серной кис-
лоты — через 7—10 сут.
Необходимая площадь фильтрую-
щего элемента (м2), обеспечивающая
заданную скорость фильтрации, оп-
ределяется по формуле
р ___ 7-отс
ф~ Оф-3600 ’
где 7-Отс — расход удаляемого отсосом
воздуха, м3/ч; Оф — скорость филь-
трации, м/с.
Площадь фильтрации регулируют
путем частичного перекрытия филь-
трующего элемента полиэтиленовой
пленкой.
Методика расчета количества воз-
духа, удаляемого от гальванических
ванн бортовыми отсосами. Количе-
ство воздуха (м3/ч), удаляемого бор-
товыми отсосами без передувки с ще-
лью всасывания в горизонтальной или
вертикальной плоскости (см. рис. 1),
следует определять по формуле
L = ЦКмКтКМзК^ (2)
где
7-о = 1400 (о,53 + Яру/3Вр/;
(3)
7-0 — значения для некоторых ванн,
оснащенных бортовыми отсосами, при-
ведены в табл. 3; КД( — коэффициент
учета разности температур раствора
и воздуха в помещении (табл. 4);
К.1—Kt — коэффициент, учитывающий
соответственно тип отсоса, наличие
воздушного перемешивания, укрытие
зеркала раствора плавающими те-
лами, укрытие зеркала раствора пен-
ным слоем (табл. 5); Кт — коэффи-
циент учета токсичности выделения
вредных веществ;
Группа ванн 123 45 6
(см. табл. 1)
КТ 2 1,6 1,25 1 0,5 0
При воздушном перемешивании (бар-
ботаж) приведенные значения Кт сле-
дует увеличивать на 0,5.
Количество воздуха, удаляемого
через бортовые отсосы с передувкой
конструкции ГПИ «Проектпромвенти-
ляция» с щелью всасывания в горизон-
тальной плоскости (см. рис. 1), м3/ч:
7-пер = 7-о пвр7СД{ перепер» (4)
296
Обеспечение микроклимата в цехах
3. Значения £0 для некоторых ванн, оснащенных бортовыми отсосами
Размеры ванн в плане, м Расход воздуха отсосом
обычным (неопрокннутым) опрокинутым
1 в И 1*0 = 9В Н$ = 0,2 ы Я со о 0 о я о 0 о " г'о = 9в 0J = 0,3 м
1.0 0,5 0,63 0,8 1,0 451 595 778 1001 505 654 848 1085 546 701 910 1158 353 487 669 889 395 539 734 966 430 582 787 1003
1,25 0,5 0,63 0,8 1,0 1,25 578 756 994 1282 1651 638 826 1079 1381 1770 687 888 1152 1471 1847 448 619 853 1138 1498 498 682 930 1232 1616 540 688 1097 1312 1712
1,6 0,5 0,63 0,8 1,0 751 983 1300 1684 826 1072 1404 1801 890 1149 1496 1914 578 804 1113 1492 643 883 1210 1609 697 949 1291 1705
2,0 0,63 0,8 1,0 1,25 1247 1653 2150 2789 1356 1781 2299 2965 1448 1839 2430 3120 1018 1413 1900 2482 1113 1529 2038 2650 1194 1631 2156 2801
2,5 0,63 0,8 1,0 1,25 1576 2100 2737 3566 1709 2254 2916 3770 1823 2348 3077 3959 1284 1789 2414 3233 1403 1931 2583 3430 1502 2055 2731 3598
3,15 0,63 0,8 1,0 1,25 1,6 2008 2677 3505 4592 6152 2173 2867 3723 4800 6442 2314 3038 3960 5061 6717 1631 2281 3088 3770 5695 1778 2457 3920 4386 5979 1903 2608 3473 4600 6238
Примечание. Приведенные значения £0 для опрокинутых
бортовы^ отсосов рассчитаны для ширины щели 0,05 м прн К1г Kt,
н Лт, равных единице.
Бортовые отсосы
297
4. Коэффициент учета разности температур раствора н воздуха в помещении
Разность температур раствора н воздуха, °C *д/ Разность температур раствора н воздуха, °C *д/ Разность температур раствора н воздуха, °C *д/
0 1,0 30 1,47 60 1,94
5 1,03 35 1,55 65 2,02
10 1,16 40 1,63 70 2,10
15 1,24 45 1,71 75 2,18
20 1,31 50 1,79 80 2,26
25 1,39 55 1,86
Примечание. Разность температур раствора и воздуха в по-
мещении определяется по технологическим данным.
5. Значения коэффициентов Kt, Кг,
Яз.
Коэффи- циент Внд бортового отсоса
Односторон- ний Двусторон- ний
К1 1,8 1,0
Кг U 1,2
К3 0,75 0,75
Ki 0,5 0,5
где
LOnep = 1200Вр/2/; (5)
пвр— коэффициент учета разности
температур раствора и воздуха в по-
мещении для бортового отсоса с пере-
дувкой (табл. 6); Кпвр — коэффициент;
для одностороннего бортового отсоса
^пер7= 1, Для двустороннего КПер =
Количество воздуха для передувки,
м3/ч:
Ln = 60 B-plK&t пер- (6)
6. Коэффициент учета разности температур раствора и воздуха в помещении
для бортового отсоса с передувкой
Разность температур раствора н воздуха, °C ^Д/пер Разность температур раствора н воздуха, °C ^Д/пер Разность температур раствора н Boeggxa, ^Д/пер
0 1,0 30 1,09 60 1,18
5 1,015 35 1,105 65 1,195
10 1,03 40 1,12 70 1,21
15 1,045 45 1,135 75 1,225
20 1,06 50 1,15 80 1,24
25 1,075 55 1,165
298
Обеспечение микроклимата в цехах
ОТОПЛЕНИЕ
ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЦЕХОВ
Для категории работ средней тя-
жести расчетные параметры воздуха
рабочей зоны помещений принимаются
в соответствии с требованиями
ГОСТ 12.1.005—76 «Воздух рабочей
зоны».
Для гальванических цехов следует
проектировать воздушное отопление,
совмещенное с вентиляцией. Под ок-
нами цехов должна предусматриваться
установка нагревательных приборов
с учетом возможности их использова-
ния для дежурного отопления.
Отопление вспомогательных поме-
щений должно осуществляться мест-
ными нагревательными приборами. Не-
обходимость устройства у наружных
ворот воздушно-тепловых завес оп-
ределяется в соответствии с требова-
ниями санитарных норм проектирова-
ния промышленных предприятий.
Расчетную температуру воздуха в ос-
новных производственных помещениях
в холодный период года следует при-
нимать равной 20 °C. В кладовых
химикатов при отсутствии постоянных
рабочих мест в холодный период года
температуру воздуха следует прини-
мать равной 10 °C. Температура воз-
духа в машинном отделении (помеще-
ние генераторов) в теплый период
года не должна превышать 35 °C.
Тепловую мощность систем отопле-
ния определяют как разность между
поступлениями тепла в производствен-
ные помещения и его потерями через
наружные ограждения.
Тепловыделения (кДж/ч) от ванн
следует определять по формуле
Q = QnK, (7)
где Q„ — количество теплоты, расхо-
дуемое ваннами в период их работы,
принимаемое по данным технологиче-
ской части проекта, кДж/ч; К — коэф-
фициент, учитывающий долю теплоты,
выделяющуюся от ванн в помещение;
для ванн объемом менее 5000 л К. =
= 0,1, для всех остальных случаев
К = 0,05.
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВАНН
Нагрев раствора в технологических
ваииах осуществляется с помощью
пара или электрического тока. Выбор
теплоносителя зависит от местных ус-
ловий гальванических цехов, техно-
логии нанесения покрытия и экономи-
ческой целесообразности.
При проектировании нагревательных
элементов необходимо выполнить еле
дующие тепловые расчеты.
1. Определение количества теплоты,
необходимого для нагрева растворов
в период разогрева и установившегося
режима работы ванн, а также количе-
ства теплоты, выделяющейся при про-
хождении электрического тока через
раствор.
2. Определение греющей поверх-
ности нагревателя.
3. Определение расхода пара или
электроэнергии.
Расчет количества теплоты, необ-
ходимого для разогрева раствора до
рабочей температуры. Тепловые по-
тери в период разогрева раствора галь-
ванической ванны состоят из количе-
ства теплоты, необходимого для разо-
грева раствора до рабочей темпера-
туры (QJ), для покрытия потерь от-
крытым зеркалом ванны (QJ), для
покрытия потерь стенками ванны (Q9,
для разогрева корпуса ванны (<?]).
Общее количество теплоты, необхо-
димое для разогрева ванны, кДж:
+ + +
где т = 1,1 — поправочный коэффи-
циент, учитывающий не поддающиеся
расчету тепловые потери и упроще-
ния, вводимые в расчет.
Количество теплоты для разогрева
раствора ванны до рабочей темпера-
туры за определенный промежуток
времени, кДж/ч:
QpaS = Ql/^>
где т — продолжительность разо-
грева, ч.
Расчет количества теплоты Q), не-
обходимого для разогрева раствора до
рабочей температуры. Значение QJ
(кДж) определяется по формуле
QI =
где V — объем раствора, м8; qt — Ко-
личество теплоты, требуемое для разо-
грева 1 м3 раствора до рабочей темпера-
туры, кДж/м3.
Тепловой расчет ванн
299
Рис. 8. Определение количества теплоты,
необходимого для нагрева раствора до
заданной температуры:
1 — электролит блестящего хромирования
(Гиач ~ 2® °C)! ~~ в°Да (^нач = о<^)>
3 остальные растворы (Гнач = 20 °C)
Количество теплоты qx в зависимости
от рабочей температуры и удельного
веса у раствора определяется по гра-
фику, приведенному на рис. 8. Ис-
ключение составляет раствор ванны
оксидирования, для которого прини-
мается qx = 71-Ю3 Дж/м3 (подсчитано
конкретно для рабочего раствора хими-
ческого оксидирования при темпера-
туре 140 °C).
Расчет количества теплоты Q%, не-
обходимого для покрытия потерь тепла
открытым зеркалом ванны. Значе-
ние Q\ (кДж) определяется по формуле
Qi ~ Fq^t
где F — поверхность зеркала раствора,
м2; qt — потери теплоты с 1 м2 откры-
той поверхности зеркала раствора
ванны в течение 1 ч, кДж/(м2-ч).
Количество теплоты <?2 в зависимости
от средней арифметической темпера-
туры раствора и скорости движения
воздуха над ванной определяется по
графику, приведенному на рис. 9.
Расчет количества теплоты Q\, не-
обходимого для покрытия ее потерь
через стенки ванны. Значение (кДж)
определяется по формуле
Qs = Р 1?зх»
где Fi — поверхность стенок к дна
ванны, м2; q3 — потери теплоты 1 ма
поверхности стенки и дна ванны в те-
чение 1 ч, кДж/(м2-ч).
Количество теплоты q3 в зависимости
от средней арифметической темпера-
туры раствора и толщины теплоизоля-
ции определяется по табл. 7,
Рве. 9. Определение тепловых потерь
открытым зеркалом ванны:
1 — без местной вентиляции; 2 — с мест*
ной вентиляцией; 3 — для вани хроми-
рования н травления в азотной кислоте
300
Обеспечение микроклимата в цехах
7. Потерн теплоты через стенкн
ванны
Потерн теплоты о»
через стенкн, кДждч.м1)
Темпера-
тура > прн теплонзоля-
раство- цнн толщиной, мм
ра, °C 5 «
п о 25 50 75
о S
30 586 151 75 50
40 795 188 100 75
45 1046 238 126 88
50 1277 289 151 113
55 1570 339 176 126
60 1855 389 201 151
65 2093 427 226 163
70 2417 477 264 188
75 2721 527 289 201
80 3014 578 314 213
85 3167 603 326 226
90 3349 628 339 238
95 3705 666 364 251
100 4186 741 389 276
Рнс. 10. Определение количества теплоты,
необходимого для нагрева 1 кг материала
Материал футеровки:
1,2— винипласт [с — 2,6 к,Чж/(кг-°С)1;
3, 4 — резина [с = 16,8 кДж/(кг- °C) ];
5, 6 -— алюминий н егр сплавы [с =
= 8,4 кДж/(кг-°С)1; 7, Ь — сталь [с =
= 0,04 кДж/(кг-°C) ]; 9 — медь н ее сплавы
1с = 0,376 кДж/(кг- °C) ]; 10, II — свинец
[с = 0,124 кДж/(кг-°С)]
Расчет количества теплоты Q], не-
обходимого для разогрева корпуса ванны.
Значение Q' (кДж) определяется по
формуле
= Mqit
где М — масса корпуса ванны (с фу-
теровкой), кг; — количество теп-
лоты, необходимое для разогрева 1 кг
материала корпуса ванны, кДж/кг.
Количество теплоты в зависимости
от начальной и конечной температуры
корпуса ванны и материала футеровки
определяется по графику, приведен-
ному на рис. 10.
Расчет подводимого н отводимого
количества теплоты в период работы
ванны. Тепловые потери и тепловыде-
ления во время работы ванны разде-
ляются на количество теплоты, не-
обходимое для покрытия потерь от-
крытым зеркалом раствора ванны (Qi),
для покрытия потерь через стенки
ванны (Qu), для нагрева деталей,
загружаемых в ванну (Qui), для на-
грева вновь поступающего раствора
(Qiv)> для покрытия потерь, возни-
кающих при перемешивании раствора
воздухом (Qy), выделяющееся при про-
хождении через раствор электриче-
ского тока (Qvi)-
Общее количество теплоты, кДж:
Qpao = (Qi + Qu + Qin + Qiv +
+ Qv + Qvi)m- 1
С помощью этой формулы опреде-
ляется необходимость подогрева или
охлаждения раствора при данном про-
цессе. В случае получения отрицатель-
ного результата раствор следует ох-
лаждать.
Расчет количества теплоты Qj,
необходимого для покрытия потерь
открытым зеркалом раствора ванны.
Значение Qi (кДж/ч) определяется
по формуле
Qi = Fqa,
где F — поверхность открытого зер-
кала раствора, м2; q2 — потери теп-
лоты с 1 м2 открытой поверхности зер-
кала ванны в течение 1 ч, кДж/м2.
Количество теплоты q2 в зависимости
от конечной температуры раствора и
скорости движения воздуха над рас-
твором ванны определяется по гра-
фику, приведенному на рнс. 9.
Тепловой расчет ванн
301
Расчет количества теплоты Qu, не-
обходимого для покрытия потерь теп-
лоты через стенки ванны. Значение Qu
(кДж/ч) определяется ло формуле
Qi! = ^19з.
где Fi — поверхность стенок и дна
ванны, м2; qa — потерн теплоты с 1 м’
поверхности стенок ванны в течение 1 ч,
кДж/(м2-ч).
Количество теплоты qs в зависимости
от конечной температуры раствора и
толщины теплоизоляции определяется
по табл. 7.
Расчет количества теплоты Qui, не-
обходимого для нагрева деталей, за-
гружаемых в ванну. Значение Qui
(кДж/ч) определяется по формуле
QlII = Mqit
где М — масса деталей, загружаемых
в ванну в течение 1 ч, кг/ч; qt — коли-
чество теплоты, требуемое для на-
грева 1 кг деталей, кДж/кг.
Количество теплоты qt в зависимости
от начальной и конечной температуры
раствора и материала деталей опреде-
ляется по графику, приведенному на
рис. 10.
Расчет количества теплоты Qiy, не-
обходимого для нагрева вновь поступаю-
щего раствора. Значение Qjy (кДж/ч)
определяется по формуле
Q/v = Ух?!» ,
уде V1 — объем раствора, поступаю-
щего в ванну в течение 1 ч, м8/ч;
?! — количество теплоты, требуемое
для нагрева 1 м3 раствора до конечной
температуры раствора ванны, кДж/м3.
Количество теплоты qT в зависимости
от начальной и конечной температур
и удельного веса раствора определяется
по графику, приведенному на рнс. 8.
Расчет количества теплоты Qy, не-
обходимого для покрытия потерь, об-
разующихся при перемешивании рас-
твора воздухом. Значение Qy (кДж/ч)
определяется по формуле
Q/ = Л1а?5>
где М2 — количество воздуха, исполь-
зуемого для перемешивания раствора,
кг/ч; /И2 = 0,021V (V — рабочий
объем ванны, л); ?5 — количество теп-
лоты, требуемое для нагрева 1 кг
воздуха, кДж/кг.
Рис. 11. Определение тепловых потерь при
перемешивании раствора воздухом с раз»
личной температурой
Количество теплоты ?6 в зависимости
от начальной температуры воздуха и
конечной температуры раствора опреде-
ляется по графику, приведенному на
рис. 11.
Расчет количества теплоты Qyj,
выделяющейся при прохождении элек-
трического тока через раствор. Зна-
чения Qyj (кДж/ч) в зависимости от
силы тока и напряжения опреде-
ляются по графику, приведенному на
рис. 12.
Расчет площади греющей поверх-
ности парового нагревателя. Для
определения площади греющей поверх-
ности нагревательного элемента ванн
нужно вычислить площадь греющей
поверхности нагревателя (Fpa3), не-
обходимую для разогрева раствора от
начальной температуры до рабочей,
а затем — площадь греющей поверх-
ности нагревателя (/?раб)> необходимую
для поддержания рабочей температуры
ванны в период работы, сравнить их
и большую из них принять для оп-
ределения длины змеевика или раз-
мера коллектора.
302
Обеспечение микроклимата в цехах
Рис. 12. Определение количества теплотЫ|
выделяющейся при прохождении через
раствор электрического тока
Рис. 14. График определения снижения
температуры ваии
Поверхность греющего элемента при
разогреве, ма:
р___________Qpaa_____
граз if >
^раз^7 ср. раэ
гДе Краз — коэффициент теплопере-
Рис. 13. Определение коэффициента теп»
лопередачи для горизонтально располо»
жеиных труб нагревателя с толщиной
стенки 3 мм при конвективном теплооб-
мене:
1 — для труб из меди; 2 — для стальной
трубы; 3 — для стальной трубы, футе-
рованной свинцом толщиной 2 мм
теля к раствору, кДж/(м2-°С). Зна-
чение Драз в зависимости от средней
температуры раствора и материала
нагревателя при давлении пара 303 кПа
определяется по графику, приведен-
ному на рис. 13; ДТср. раз ~~ средняя
разность температур в период разо-
грева;
а т ? — Т' нач
41 ‘ ср. раз------тр----тр >
2,31еГ°д 2”^-
где Т и Тнач — соответственно рабочая
и начальная температура раствора, °C;
ТП — температура насыщенного пара,
°C.
Поверхность греющего элемента при
установившемся режиме работы, м2;
и _____ Qpa6
Ра° ~ ЯрабД^ср. раб ’
где Краб — коэффициент теплопере-
дачи от пара через стенку нагревателя
к раствору, кДж/(ма-°С). Значение Краб
в зависимости от средней температуры
раствора и материала нагревателя при
давлении пара 303 кПа определяется
по графику, приведенному на рис. 13;
Д'Гер. раб —средняя разность темпера-
тур в период работы;
ДТ ср. раб = Гп — Т.
Длина змеевика
где dH — наружный диаметр трубы
змеевика.
Тепловой расчет ванн
303
Рекомендуемые трубы для змеевиков:
_ 38x3 ГОСТ 8734—75
1рУ°а Б20 ГОСТ 8733—74
_ 45X3 ГОСТ 8734—75
1руОа Б20 ГОСТ 8733—74
Труба 38X3—08Х22Н6Т ГОСТ
9941__72 \
Труба 45X3—08Х22Н6Т ГОСТ
9941__72
Труба 30X2,5 сплав ВТ1—00
В целях лучшего теплообмена отно-
шение длины змеевика к внутреннему
диаметру трубы при давлс нии 303 кПа
и средней разности температур ДГдр =
= 30-4-40 °C должно быть:
--= 250.
“вн
При других значениях ДТСр реко-
мендуется принимать
-^— = 250 Л=-.
dBH Удтор
По формуле
определяется расход пара (кг/ч) в пе-
риод разогрева (<С'Раз) и установивше-
гося режима (<?раб) работы ванны при
давлении пара 303 кПа.
График определения снижения
температуры ванн приведен на
рис. 14.
Расчет суммарной мощности труб-
чатых электронагревателей. Суммар-
ная мощность трубчатых тлектрона-
гревателей, кВт:
лг = _2—
860 T]
где Q — количество теплоты, которое
нужно передать раствору, т. е. боль-
шее из значений Qpa3 или <?Раб> кДж/ч;
т] — электрический КПД нагрева-
теля; т] = 0,95
ГЛАВА 9
ПОДГОТОВКА ПОВЕРХНОСТИ ПЕРЕД
НАНЕСЕНИЕМ ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО ПОКРЫТИЯ
ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ
Адгезия гальванических покрытий
к металлу, их защитные и функцио-
нальные свойства в значительной сте-
пени зависят от качества подготовки
поверхности.
В результате механической, хими-
ческой и термической обработки, воз-
действия атмосферы и активной тех-
нологической среды на поверхности
металла накапливаются различные за-
грязнения, которые удаляют в про-
цессах обезжиривания и травления.
Технология подготовки поверхности
в гибких автоматизированных галь-
ванических линиях должна быть мак-
симально унифицирована для разных
металлов и видов загрязнений
(табл. 1).
Обезжиривание металлов, как пра-
вило, осуществляют в органических
растворителях, эмульсиях и водных
моющих растворах (BMP). Несмотря
на высокую эффективность первых,
их применение в АГЛ нецелесообразно
по ряду причин, важнейшей из ко-
торых является гидрофобнзация по-
верхности, которая затрудняет сма-
чивание металла водным раствором
электролита и ухудшает адгезию на-
носимого гальванического покрытия.
BMP, позволяющие получить гидро-
фильную поверхность, являются более
приемлемыми в условиях автоматизи-
рованных гальванических произ-
водств.
Основным критерием применимости
того или иного обезжиривающего
средства является его способность обес-
печивать надежную адгезию покрытий
к основному металлу и устранять воз-
можность загрязнения гальванических
ванн. В связи с тем, что требования
к состоянию поверхности зависят от
вида наносимого покрытия и электро-
лита, под чистой поверхностью сле-
дует понимать состояние, при котором
на металле осталось допустимое для
конкретной обработки количество за-
грязнений.
Так, степень очистки изделий при
использовании наиболее эффективных
обезжиривающих средств при 60—
70 °C (Амбрин-163, ДВ-304,
ДХТИ-302) достигает 95—96 %, что
обеспечивает надежную адгезию к стали
цинковых, кадмиевых и хромовых
гальванических покрытий.
При осуществлении процесса бле-
стящего никелирования количество до-
пустимых остаточных загрязнений не
должно превышать 10—28 мг/м2 по-
верхности, что соответствует степени
очистки 99 %. Высокие требования
к чистоте поверхности подложки
предъявляются при меднении, оловя-
нировании и особенно при электро-
осаждении драгоценных металлов.
В этих случаях помимо обычного дей-
ствия BMP необходима дополнитель-
ная работа по удалению остаточных
загрязнений с очищаемой поверхности,
что достигается следующими мерами:
нагревом раствора, перемещением
BMP и изделий относительно друг
друга, изменением потенциала металла
(электролиз), использованием ультра-
звука и т. д.
МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ СТЕПЕНИ
ОЧИСТКИ ПОВЕРХНОСТИ
Известен ряд качественных и коли-
чественных методов определения сте-
пени очистки поверхности, основными
из которых являются следующие: про-
тирание, смачивание путем погруже-
ния в воду, напыление чистой воды или
воды с пигментом, гравиметрический,
фотоколориметрический и электро-
химический методы, измерение крае-
вого угла смачивания, определение
адгезии гальванопокрытия.
Контроль степени очистки
305
1. Характеристика остаточных загрязнений
Вид Происхождение Способ удаления
Продукты абразивно- го изнашивания основ- ного металла (сталь, медь, латунь, алюми- ний, цинк) Механическая обра- ботка (прокатка, воло- чение, фрезерование, резание) Растворимы в силь- ных кислотах, иногда в щелочах
Металлоподобные ве- щества (графит) Применение смазоч- ных антифрикционных материалов при обра- ботке металлов давле- нием Нерастворимы в ор- ганических раствори- телях, кислотах и ще- лочах. Могут разру- шатьси при воздей- ствии сильных окисли- телей
Оксиды и гидроксиды металлов [Fe3O4, Fe(OH)3, А1(ОН)31 Термическая обра- ботка, атмосферная коррозия Растворимы в кисло- тах
Оксиды и карбиды металлов (Cr2O3, SiOa, SiC, А 1аО3) Остатки полироваль- ных и шлифовальных паст, продукты корро- зии и термической об- работки Труднорастворимы или нерастворимы в кислотах и щелочах
Ни зкомолекуляриые органические кислоты (молочная) Захват руками Усиливают коррози- онное воздействие со- лей. Удаляются щело- чами
Углеводороды повы- шенной молекулярной массы (масла, парафины) Смазывание перед обработкой металлов давлением и резанием Затрудняют смачива- ние поверхности вод- ными растворами. Уда- ляются растворителями
Аморфный углерод (сажа, угольиан пыль) Коксование органи- ческих веществ при тер- мической обработке Механическое воздей- ствие или обработка сильными окислителя- ми
Средние и высокомо- лекулярные алифатиче- ские кислоты (масляная, стеариновая, олеиновая). Глицериды и эфиры жир- ных кислот Остатки шлифоваль- ных и полировальных паст, содержащих жи- ры, продукты окисле- ния и осмоления; кои- сервационные смазоч- ные материалы Хемосорбируются иа поверхности, затрудня- ют смачявание водными растворами. Удаляют- ся растворителями
Прочие вещества (пыль, волокна) Механическая обра- ботка, воздействие атмосферы Растворимы в щело- чах
306
Подготовка поверхности перед покрытием
При испытании протиранием приме-
няют фильтровальную бумагу или
белую ткань. Загрязнения, состоящие
из твердых частиц, легко обнаружить
при протирании влажной поверхности.
Метод удобен для обнаружения за-
грязнений после полирования и шлифо-
вания металла.
Испытание на смачиваемость водой
основано на способности очищенной
поверхности удерживать непрерывную
пленку воды. Методика применима для
гидрофильных металлов и проводится
в следующей последовательности. Пос-
ле обезжиривания и промывки деталь
погружают в чистую холодную воду
(теплая вода может быстро испариться
или вызвать коррозию образца). По-
держав некоторое время в воде, деталь
извлекают и дают в течение 30 с стечь
избытку воды, после чего по непрерыв-
ности слоя воды определяют смачивае-
мость поверхности.
Если в воде присутствуют мыла или
поверхностно-активные вещества
(ПАВ), то на поверхности металла,
несмотря на наличие загрязнений, мо-
жет образовываться непрерывный слой
воды. Для устранения этой «ложной
непрерывности» деталь следует по-
грузить в 1—2%-ный раствор сер-
ной кислоты, быстро перенести в ем-
кость с чистой водой и определить
смачиваемость.
Метод получения рисунка загрязне-
ний заключается в нанесении на влаж-
ную поверхность детали с помощью
распылителя под действием сжатого
воздуха чистой холодной воды. Испы-
тания с помощью распыления воды
с пигментом отличается тем, что напы-
ление производят на сухие пластины,
а в воду добавляют пигмент (берлин-
скую лазурь).
В настоящее время получили рас-
пространение также методы оценки
состояния поверхности, основанные на
определении остаточного количества
загрязнений гравиметрическим или оп-
тическим методом. Для взвешивания
образцов массой не более 200 г исполь-
зуют аналитические весы с точностью
0,1—0,5 мг. Из оптических методов
наиболее чувствительным и воспроиз-
водимым является фотоколориметриче-
ский, методика которого заключается
в растворении остаточный масел
в ССЦ и определении оптической плот-
ности полученного раствора при длине
волны (364 ± 5) нм. Содержание рас-
творенного масла определяют по гра-
дуировочному графику.
Последние два метода позволяют
определить лишь количество удален-
ных загрязнений, однако наиболее
важной характеристикой состояния по-
верхности является площадь поверх-
ности металла, на которой в резуль-
тате воздействия BMP стал возможен
нормальный процесс разряда ионов
и электрокристаллизации металла. Сте-
пень очистки поверхности от загрязне-
ний в этом случае определяют изме-
рением силы тока разряда ионов ме-
талла или водорода в потенциостати-
ческом режиме на исследуемом i
и эталонном (не загрязненном) ia об-
разце, %:
с. о = 4-100. (1/
го
Так, степень очистки стальных де-
талей после обезжиривания, промывки
и травлении в 15 %-ном растворе НС1
находят по отношению величины токов
электровосстановления никеля из сер-
но-кислого электролита при потенциале
—0,75 В,(Измеренном через 60 с после
наложения поляризации.
Описанные методы не являются со-
вершенными. Как правило, только
комбинация нескольких методов ис-
пытаний дает достаточно достоверную
картину состояния поверхности. Сред-
няя чувствительность (мг/м2) методов
определения степени очистки поверх-
ности приведена ниже.
Смачивание водой (напыле-
ние чистой воды)......... 5—100
Распыление воды о пигмен-
том ..................... 20—100
Фотоколориметрический . . 10—50
Гравиметрический......... 5—20
Электрохимический .... 1—10
В настоящее время особый интерес
представляют автоматические методы
контроля степени очистки, которые
могут быть использованы в АГЛ.
Один из них заключается в измерении
емкости двойного электрического слоя,
возникающего на границе раздела по-
верхность металла — раствор электро-
лита, которая аависит от степени
Физико-химические основы процесса очистки
307
очистки поверхности и имеет макси-
мальное значение для полностью обез-
жиренного металла (эталонная ем-
кость). Очистку прекращают, когда
измеряемое значение емкости станет
равно эталонному.
Существуют также устройства для
автоматического контроля степени очи»
стки металла от продуктов коррозии
в ваннах травления и активации.
Принцип работы одного из них осно-
ван на измерении соотношения величин
тока анодной и катодной поляризации
детали.
Широко применяемым методом ис-
пытания состояния поверхности в ус-
ловиях промышленного производства
является определение адгезии гальва-
нических покрытий путем деформиро-
вания или продавливания образца
иа прессе Эриксена. При удовлетвори-
тельном качестве очистки не происхо-
дит отслаивания гальванического по-
крытия вплоть до разрушения образца.
В противном случае следует убедиться
в том, что неудовлетворительное сцеп-
ление связано с подготовкой поверх-
ности, для чего часть деталей очищают
вручную и контролируют на них ад-
гезию гальванических покрытий.
Необходимо отметить, что некоторые
загрязнения, например наличие не-
органических оксидов, можно обна-
ружить только при определении ад-
гезии гальванических покрытий или
анализе функционирования готовых
изделий в условиях эксплуатации.
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ПРОЦЕССА ОЧИСТКИ МЕТАЛЛОВ
Очистка металлической поверхности
от загрязнений представляет собой
сложный физико-химический процесс,
включающий ряд параллельно-по-
следовательных стадий, определяю-
щими из которых являются смачива-
ние загрязненной поверхности BMP,
эмульгирование масел и жиров.
Условия смачивания (рис. 1) опи-
сываются известным уравнением Юнга:
COS 6 = (2)
Пм-р '
где 0 — краевой угол смачивания, из-
меренный в сторону водной фазы;
стме-м> Стме-Р и ам-р— Удельные сво-
бодные поверхностные энергии гра-
ниц раздела металл—масло, металл—
раствор и масло—раствор соответст-
венно.
Как видно из (2), гидрофилизация
поверхности металла повышается при
снижении стМе_Р и стм_р, что достигае-
тся введением ПАВ, адсорбирующихся
на соответствующих границах. Уси-
ление эмульгирующей способности
BMP также связано в значительной
мере с уменьшением пм_р.
Следует отметить, что эффективность
действия ПАВ существенно возрастает
при переходе от водных сред к раство-
рам электролитов.
В щелочных электролитах реали-
зуется иной механизм эмульгирова-
ния, основанный на химическом взаимо-
действии BMP с омыляемыми компо-
нентами реальных загрязнений (карбо-
новыми кислотами, жирами и т. д.).
В результате такого взаимодействия
образуются водорастворимые ПАВ, ко»
торые переходят из масляной фазы
в водную. При этом ПАВ увлекают
с собой молекулы загрязнений, ко-
торые образуют затем капельки эмуль-
сий.
В результате эмульгирования пленка
масла утончается, а при химическом
взаимодействии с BMP в ией появляю-
тся каналы с градиентом концентрации
ПАВ по высоте. Перемещение слоя
Рис. 1. Гидрофилизация по*
верхиости металла BMPJ
а — до смачивания; б * по-
сле смачивания
Раствор Масло
^777777777^77^^777)
Металл
а)
Раствор Мас'’°
в
Металл
«)
308
Подготовка поверхности перед покрытием
2. Основные компоненты BMP
Группа веществ X ар актернстика Примеры кимикатов
Гндрокснды Омыляют карбоновые кисло- ты и жиры, способствуя раз- рыву масляной пленки, обес- печивают высокую электропро- водность растворов, оказывают травящее действие на цветные и легкие металлы, трудно смы- ваются NaOH — гидроксид натрия; КОН — гидро- ксид калия
Карбонвты Заменители гидроксидов, ме- нее агрессивны по отношению к металлам, легче смываются, являются наиболее дешевыми солями щелочных металлов, обладают сильным «высалива- ющим» действием на неионо- генные ПАВ (НПАВ) NaaCOs — карбонат натрия; NaHCOs — гн- дрокарбонат натрия
Фосфата Обладают эмульгирующим н диспергирующим действием, обезвреживают соли жесткости, практически не воздействуют на цветные н легкие металлы и сплавы, легко смываются NasPO, — тринвтрий- фосфат; Na4P2O7 — пи- рофосфат натрия; Na6PsOi0 _ триполн- фосфат натрия
Силиката Оказывают сильное эмульги- рующее и диспергирующее дей- ствие, ингибируют коррозию металлов, при недостаточной промывке ухудшают адгезию гальванических покрытий Na2SiOs — метасили- кат натрия; (NaaO)x-(SiOa)B — жид- кое стекло
Бората Обладают буферными свой- ствами, усиливают очищающее действие в случае легких ме- таллов и сплавов HSBOS — борная ки- слота; NaaB4O, — бура
Аиионоактивные Снижают межфазное натяже- R'—CgH^SOgNs — эл-
детергенты (мою- ние, обладают сильным эмуль- киларилсульфонат
щие вещества) гирующим и диспергирующим действием, повышенным пено- образованием, могут накапли- ваться на поверхности металла при анодном обезжиривании (сульфонол НП-3); R—CH2OSOsNa — ал- килсульфаты натрия
Неионогенные Снижают межфазное натяже- R—О(С2Н4О)ПН—
детергенты ние, усиливают эмульгирующее и диспергирующее действие, об- ладают ограниченным пенооб- разованием, устойчивы в щелоч- ных н кислых средах оксилэтилированные высшие жирные спирты (синтанолы ДС-10, АЛМ-10, ОС-20); R—С6Н4О(С2Н4О)ПН - оксилэтилированные алкилфенолы (ОП-7, ОП-Ю)
Физико-химические основы процесса очистки
309
Продолжение табл. 2
Группа веществ Характеристика Примеры химикатов
Комплексе об- разователи Активируют поверхность, связывают ионы металлов (соли жесткости), удаляют тонкие слои оксидов NaCN — цианид на- трия; C5He(OH)5CO ONa— глюконат натрия / СН2—COONaX — CH2N 1 1 1 I \ CH2—COOH /2 динатрийэтилендиамин- тетраацетат, трилон Б
масла происходит под действием по-
верхностного давления л:
п = стм—р — стм—р» (3)
где Ом—Р— начальное значение ом_р.
Возникающие неоднородности в
пленке возрастают с уменьшением ее
толщины, что приводит к разрыву
слоя загрязнений.
Следует отметить, что разрывы плен-
ки масла наступают и в результате
образования тонких искривленных уча-
стков поверхности под влиянием тер-
мических флуктуаций.
Полное вытеснение масляных за-
грязнений BMP возможно, если зна-
чение 0 приближается к нулю. В тех же
случаях, когда это условие не дости-
гается, иа металле остаются следы
загрязнений, удалить которые можно
лишь при интенсивном энергетиче-
ском воздействии на поверхность (на-
грев, электролиз, ультразвук и т. д.),
компенсирующем избыточную энер-
гию образования новой границы раз-
дела фаз.
Оторвавшиеся от очищаемой поверх-
ности частицы загрязнений могут
снова осаждаться (ресорбироваться)
иа металле. Для предотвращения ре-
сорбции загрязнений моющий раствор
должен обеспечивать стабилизацию об-
разующихся эмульсий масло—вода,
диспергировать (пептизировать) твер-
дые частицы. Антиресорбциоиные
свойства моющего раствора, содержа-
щего ПАВ, связаны со снижением ом_р
и формированием двойного электриче-
ского слоя на границе раздела за-
грязнение — раствор. Ярко выражен-
ным диспергирующим действием об-
ладают силикаты и фосфаты щелочных
металлов. Первые образуют в резуль-
тате гидролиза коллоидную кремние-
вую кислоту, которая способствует
измельчению твердых загрязнений.
Анионы вторых, обладая высоким элек-
трическим зарядом, адсорбируются на
поверхности частиц загрязнений, усили-
вают их гидратацию и увеличивают си-
лы электростатического отталкивания.
Роль стабилизаторов могут выпол-
нять водорастворимые полимеры, ко-
торые создают структурно-механиче-
ский барьер на поверхности капель
масла, препятствующий их слипанию
(коалесценции). При достижении ха-
рактерной для каждого истинного
ПАВ критической концентрации (ККМ)
в растворе образуются агрегаты
ПАВ — мицеллы, способные раство-
рять в своем объеме нерастворимые
в воде масла и жиры (солюбилизация).
Анализ приведенной схемы очистки
металлической поверхности от за-
грязнений позволяет прийти к вы-
воду, что в состав BMP должны вхо-
дить неорганические компоненты, обра-
зующие скелет обезжиривающего сред-
ства и поверхностно-активныевещества.
В табл. 2 приведены характерные
свойства основных компонентов обез-
жиривающих растворов.
310
Подготовка поверхности перед покрытием
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ
НА СТЕПЕНЬ ОЧИСТКИ
Поверхиостио-активиые вещества.
Анализ соотношений (2) и (3) позво-
ляет установить взаимосвязь между
межфазной активностью ПАВ и их
способностью к удалению загрязне-
ний, а также сформулировать следую-
щие два требования, предъявляемые
к эффективным детергентам:
высокая поверхностная активность
иа границе раздела загрязнение (мас-
ло)—раствбр;
наличие в молекуле функциональных
групп или структур, способных выз-
вать специфическое взаимодействие
ПАВ из водной фазы с металлом.
Иными словами, ПАВ должны суще-
ственно снижать ом_р и оМе_р, ад-
сорбируясь на границах разделов
масло—раствор и металл—раствор, и
не изменять или минимально снижать
аМе-М (табл- 3).
Помимо чисто адсорбционных явле-
ний необходимо учитывать специфиче-
скую способность ПАВ к эмульгиро-
ванию и солюбилизации жидких за-
грязнений и диспергированию твер-
дых загрязнений. Набор необходимых
свойств может быть получен прн ис-
пользовании нескольких ПАВ. Много-
численные исследования показали, что
3. Взаимосвязь между адсорбционной
активностью ПАВ и степенью очистки
стали от парафииа
ПАВ Адсорбция на границе раздела Степень очистки, %
d—Wo °Ме—Р S 1 О S о
Сульфонол НП-3 + + + 1,3
Диспергатор НФ — + — 78,5
Синтанол ДС-10 + + — 90,2
Рис. 2. Зависимость степени очистки
(с. о.) стали от времени обезжиривания
в щелочном растворе, содержащем, г/дм8:
1 — диспергатор НФ — 3; 2 — сиитанол
ДС-10 — 2,5; 3 — обезжириватель ДВ-301.
(Загрязнение — смесь индустриального
масла И-40А и солидола в соотиошеиии
95: 5 (смесь № 1); Т = 60 °C.)
усиление характерных свойств (синер-
гизм) наблюдается при совместном
введении неионогенных и анионных
ПАВ в соотношении 1 : 1 (рис. 2).
Природа и концентрация неорга-
нических веществ. Функциональное
действие компонентов BMP в процессе
очистки гораздо многообразнее, чем
формально приведенное в табл. 2.
Согласно общепринятым представле-
ниям действие неорганических веществ
BMP сводится к нейтрализации кис-
лотных компонентов загрязнений, омы-
лению жиров, связыванию солей же-
сткости, влиянию на коллоидно-хими-
ческие свойства ПАВ. При использо-
вании в качестве модельного загрязне-
ния парафина, не вступающего в хи-
мическое взаимодействие с BMP, вы-
является специфическое влияние анио-
нов электролита на степень очистки
поверхности. Степень очистки стали
от парафина в растворах электроли-
тов прн ионной силе равной 1 и тем-
Факторы, влияющие на степень очистки
311
пературе 60 °C (время очистки 10 мин)
имеет следующие значения, %:
Раствор.......... Н2О Na2SOi
Степень очистки 10 28
Раствор.......... NaCl Na3PO,
Степень очистки 34 43
Раствор..........NaOH Na2SiO3
Степень очистки 49 60
Повышенная, по сравнению с водой,
способность электролитов к удалению
загрязнений может быть связана лишь
со снижением оМе_р в результате
химических и электрохимических реак-
ций, происходящих при контакте рас-
творов с поверхностью стали, модифи-
кацией подложки за счет адсорбции
анионов, электростатическим выжима-
нием вещества с низкой диэлектриче-
ской постоянной (масло) из двойного
электрического слоя, возникающего
на границе раздела металл—раствор
электролита. При введении в парафин
пентадекановой кислоты степень очи-
стки стали в нейтральном растворе
NaCl падает практически до нуля из-за
снижения оМе_м в результате адсорб-
ции кислоты на стали из парафинового
слоя. Однако эффективность действия
щелочных компонентов BMP при этом
многократно возрастает, и в растворе
NaOH обезжиривающее действие со-
ставляет около 80 %, что связано с ней-
трализацией органической кислоты и
образованием водорастворимого ПАВ
с последующим прорывом слоя загряз-
нения и эмульгированием частиц пара-
фина.
Эффективность действия неоргани-
ческих компонентов зависит от их
концентрации и температуры раствора
(рис. 3).
С ростом концентрации щелочных
соединений повышается скорость ре-
акций нейтрализации органических
кислот и омыления жиров, усили-
ваются эффекты «выжимания» масел,
снижается критическая концентрация
мицеллообразования ПАВ и увеличи-
вается их поверхностная активность.
Все эти эффекты оказывают положи-
тельное воздействие на очищающую
способность BMP. Одновременно уве-
личение минерализации раствора со-
провождается ухудшением антиресорб-
Рис. 3. Зависимость степени очистки
стали от температуры при различных
концентрациях едкого натра, силиката
натрия н трннатрнйфосфата соответст-
венно, г/дм8:
1 — 2,5 4- 1,25 4- 1,25; 2 — 5 4- 2,5 4-
4- 2,5; 3 — 10 4- 5 4- 5; 4 — 20 4- 10 4-
4~ Ю; 5 — 40 4“ 20 4~ 20 (Загрязнение
смесь № 1, время очнсткн 3 мии )
ционных свойств вследствие эффекта
«высаливания» масел на поверхность
раздела (см. рис. 3, кривая 5), а также
приводит к снижению растворимости
и всплытию неионогенных ПАВ.
Эти эффекты (табл. 4) особенно за-
метны в содовых растворах, поэтому
следует избегать введения карбонатов
щелочных металлов в обезжиривающие
композиции, содержащие неионогеи-
ные ПАВ.
4. Влияние электролитов на
температурные показатели сиитаиола
ДС-10
Неорганический состав 1 н. раствора электролита Температура синтанола ДС-10, °C
помут- нения всплы- тия
н2о 68 100
NaaCOg 28 47
NaOH 30 50
Na2SiO3-9H2O 40 65
Na3PO4-12H2O 40 70
Na4P2O7- 10H2O 42 71
312
Подготовка поверхности перед покрытием
Рнс. 4. Годовой расход энергии иа 1 м*
вани разного объема, м1:
1 3; 2 — 5; 3 — 10; 4 20
Сопоставление результатов обезжи-
ривания в BMP, содержащих ПАВ
и свободных от них, показывает, что
при проведении процесса в АГЛ не-
обходимая чистота поверхности дости-
гается лишь при использовании BMP
с эффективными композициями ПАВ.
Температура. Температура процесса
очистки в значительной мере опреде-
ляет результат моющего действия, так
как с ее увеличением происходит плав-
ление парафина, воска и других высоко-
вязких компонентов загрязнений, сни-
жается межфазное натяжение, уско-
ряются химические реакции и диф-
фузионные процессы, возрастает ве-
роятность разрывов масляной пленки.
С ростом температуры на 12° обезжи-
ривающая способность BMP увеличи-
вается в 2 раза. Однако степень тем-
пературного воздействия зависит от
природы загрязнений и вида BMP,
а также интервала применяемых тем-
ператур (см. рис. 3). Как правило,
резкий скачок моющего действия в ре-
зультате нагрева происходит при пре-
вышении температуры застывания за-
грязнений.
Чрезмерного повышения температуры
следует избегать в силу следующих
причин:
расслаивания органической части
BMP при применении ПАВ (см. табл. 3);
испарения раствора и образования
«щелочного тумана»;
возможного самовысушивания остат-
ков BMP на очищенной детали;
окисления цветных и легких метал-
лов;
значительных энергетических зг
трат.
На рис. 4 приведен годовой расход
тепловой энергий Q для больших
гальванических ванн на 1 м3 их по-
верхности при работе в течение 1600 ч.
Как видно на рис. 4, для ванн большой
емкости удельный расход энергии
меньше, что является следствием умень-
шения отношения площади поверх-
ности ванны к объему и соответствую-
щему снижению потерь энергии, свя
занному с испарением жидкости и те
левым излучением.
Зависимости расхода энергии
температуры BMP, приведенные на
рис. 4, имеют нелинейный характер,
причем их крутизна возрастает с по-
вышением температуры. Из этого сле-
дует, что понижение температуры, осо-
бенно в области ее высоких значений,
приводит к значительной экономии
энергии: снижение температуры на
20° может привести к экономии энер-
гии на 40—50 %, а иа 50° — выше
80 %.
Однако, чтобы сделать процесс очи-
стки экономичным, нельзя просто сни-
зить его температуру. Интенсифициро-
вать обезжиривание при пониженных
температурах можно путем различных
воздействий на очищаемую поверх-
ность и применения специальных BMP.
Значительно понизить температуру
очистки можно при введении в щелоч-
ные растворы композиций ПАВ
(рис. 5). Как видно на рис. 5, в широ-
ком интервале концентраций обез-
жиривателя ДХТИ-302н при различ-
ных температурах сохраняется высо-
кая степень очистки поверхности.
Этот факт указывает на оптимальный
путь управления качеством очистки,
когда по мере выработки моющего
раствора повышается температура обез-
жиривания.
Перемешивание раствора. При
обезжиривании погружением суще-
ствуют определенные приемы переме-
Факторы, влияющие на степень очистки
313
шивании BMP. Весьма эффективным
ивляетси простое извлечение изделий
из ванны с повторным погружением
в раствор. Циркуляции BMP вдоль
погруженных изделий дает эффект при
применении мощных насосов в узких
ваннах (очистка труб). Механическое
перемешивание раствора отличается
меньшей эффективностью. Перемеши-
вание раствора сжатым воздухом осо-
бенно нежелательно, так как оно не
создает турбулентности вокруг изде-
лии и только взбалтывает осадок за-
гризнений, при этом значительно уси-
ливаются пенообразование и охлажде-
ние ванн. Наличие пузырьков воздуха
в растворах щелочей нежелательно И
потому, что содержащаяся в них угле-
кислота, реагируя с щелочами BMP,
образует менее эффективные карбо-
наты.
Высокий уровень возбуждении BMP
достигается при струйной очистке.
Время обезжиривания при этом сокра-
щается в 2—4 раза при одновременном
снижении концентрации и темпера-
туры раствора. Ограничивающим фак-
тором при струйной очистке ивлиется
пенообразование. Наиболее эффектив-
ные детергенты, как правило, ивлиются
сильными пенообразователями, что за-
трудняет их применение. Кроме того,
при струйной очистке возрастают рас-
ходы по обслуживанию и ремонту
оборудовании, особенно распылитель-
ных устройств.
Электролиз. Окоичательиая очи-
стка поверхности перед нанесением
гальванических покрытий в АГЛ до-
стигается при электролитическом обез-
жиривании, когда потенциал металла
резко отличается от стационарного
значении. Эффективное воздействие
электролиза объясняется следующими
факторами: отрывом частиц масла и
загрязнений вследствие интенсивного
газовыделении продуктов электролиза;
быстрым эмульгированием оторвавших-
ся частиц в концентрированном ще-
лочном растворе, образующемся у ка-
тода при электролизе водных раство-
ров; окислением слои загрязнений
кислородом на стадии его выделении
при анодной поляризации и т. д. На-
ряду с этим поляризация1 металла
может приводить к выжиманию орга-
нических соединений с низкой ди-
Рис. б. Зависимость степени очистки
стали от температуры при различных кон-
центрациях едкого натра, силиката на-
трия, трннатрийфосфата и обезжирива-
теля ДХТИ-302н, соответственно, г/дм*:
1 — 2,5 + 1,25 + 1,25 + 0,3; 2-10 4-
4- 5 4- 5 4-1,25; 3 — 20 4- 10 4-Ю4-
4- 2,5; 4 — 40 4- 20 4- 20 4- 6. (Загряз-
нение — смесь № 1, время очистки 3 мин.)
электрической постоянной (масло) из
обкладок двухслойного конденсатора,
образующегося на границе раздела
очищаемый металл — раствор электро-
лита и сиижеиию зиачеиии ОМе_р>
которое при потенциале Ео, измерен-
ном относительно потенциала нуле-
вого заряда металла, можно рассчи-
тать из соотношения:
°Me—P = аМе—Р-----2*
гДе aj?ic г — удельная свободная по-
верхностная энергии границы раз-
дела металл—раствор при потенциале
нулевого заряда электрода; Сд — диф-
ференциальная емкость двойного элек-
трического слои.
Для ряда металлов катодная или
анодная поляризации позволяет сни-
зить оМе_р на (100—150) 10-8 Н/м*,
что существенно облегчает отрыв за-
грязнений от поверхности. Электрохи-
мическая очистка наиболее эффективна
дли металлов с неявно выраженной
гидрофильностью, например дли меди
и ее сплавов.
314
Подготовка поверхности перед покрытием
Звуковые колебания. Для удаления
загрязнений, особенно содержащих ча-
стицы абразива (шлифовальные и по-
лировальные пасты), наиболее эффек-
тивной является ультразвуковая очи-
стка. Источником ультразвуковых ко-
лебаний являются магнитостриктор-
ные и пьезоэлектрические преобразова-
тели, возбуждаемые электрическим то-
ком. Мощные и высокочастотные уль-
тразвуковые колебания создают в жид-
кости участки высоких давлений —
(6 — 20) 103 кПа. Вблизи участков
очищаемой поверхности, выступающих
в роли кавитационных центров, рас-
твор претерпевает разрывы и в нем
возникают пустоты (пузыри). В тот
момент, когда пузыри лопаются, дав-
ление на них может достигать не-
скольких сотен МПа. Возникающие
мощные гидравлические удары сры-
вают с поверхности частицы загряз-
нений. Ультразвуковое обезжиривание
позволяет довести содержание загряз-
нений на поверхности до 0,01 мг/м2.
Широкое применение для очистки
изделий в проходных агрегатах полу-
чила система «гидрозон». Сущность
метода заключается в истирающем воз-
действии моющего раствора, в кото-
ром возникают кавитационные пузыри
под воздействием звуковых волн ча-
стотой менее 10 кГц. Волны возбу-
ждаются механическим способом в так
называемых гидрозон-генераторах, ко-
торые не имеют движущихся частей
и работают при давлении 1,5 МПа.
Этот метод позволяет резко интенсифи-
цировать процесс очистки. Так, если
для удаления одного и того же коли-
чества загрязнений в неподвижном
моющем растворе требуется 24 мин,
при умеренном движении раствора
со скоростью 20 см/с — 6—7 мин, то
в «гидрозоне» — 1—2 с.
Расчеты показывают, что для обез-
жиривания 1 м2 поверхности в не-
подвижном щелочном растворе при
температуре 70 °C необходимо затра-
тить 8000—10 000 кДж. Применение
электрохимической или ультразвуко-
вой очистки позволяет снизить тем-
пературу раствора до 50 °C, при этом
необходимо совершить работу 400—
680 кДж/м2 или 1200—4000 кДж/м*
соответственно (при ультразвуковой
очистке трудноудаляемых загрязнений
расходуется до 12 000 кДж/м2). Таким
образом, электрохимическая очистка
является энергетически предпочти-
тельной, а если учесть и резкое по-
вышение скорости обезжиривания —
наиболее целесообразной.
ТЕХНОЛОГИЯ ОБЕЗЖИРИВАНИЯ
МЕТАЛЛОВ ПЕРЕД НАНЕСЕНИЕМ
гальванических покрытий
Химическое обезжиривание в АГЛ.
Обезжиривание металлов в этом слу-
чае осуществляется, как правило, в
водных щелочных растворах, содержа-
щих индивидуальные ПАВ или их
композиции. Решение о применении
того или иного обезжиривающего со-
става должно приниматься только по-
сле всесторонних исследований как
качества очистки, так и свойств галь-
ванических покрытий, наносимых на
обработанную поверхность. Пренебре-
жение этим правилом может привести
к непредсказуемым результатам. Так,
в последнее время наметилась пороч-
ная тенденция к применению в АГЛ
моющих композиций, предназначен-
ных для очистки металлов перед дру-
гими видами обработки, однако в со-
став этих композиций входят специфи-
чески адсорбирующиеся вещества, не
удаляемые с поверхности при промыв-
ке и активации. В результате воздей-
ствия этих веществ нарушается нор-
мальное течение электродного про-
цесса при нанесении гальванических
покрытий и, как следствие, ухуд-
шаются адгезия и функциональны!,
свойства катодных отложений метал-
лов.
Составы растворов для подготовки
поверхности, приведенные в табл. 5,
соответствуют требованиям
ГОСТ 9.305—84 «Покрытия метал-
лические и неметаллические неорга-
нические».
Растворы 1—4 и 6 предназначены
для удаления с поверхности металлов
рабочих и консервационных масел и
смазочных материалов, смазочно-ох-
лаждающих жидкостей, жировых за-
грязнений. Раствор 5 применяют для
удаления остатков полировальных и
шлифовальных паст с поверхности
цветных и легких металлов и сплавов,
Технология обезжиривания
315
5. Составы растворов (г/дм3) и режимы для химического обезжиривания
Состав раствора Номера растворов
1 2 3 4 6 6
Натр едкий техниче- ский 5—40 5—15 — — — —
Тринатрийфосфат 5—15 15—35 — 20—30 — —
Силикат натрия 10—30 10—15 1—2 — — —
Обезжириватель 4—6 — — — — —
ДХТИ-302 (ДВ-301) Синтанол ДС-10 (АЛМ-10) — 1—3 1—3 1-2 — —
Пирофосфорнокислый натрий — — 5-15 — — —
Синтамид-5 — — — 1—2 — —
Моющее средство «Им- — — — — 5—100 —
пульс» или «Вертолин- 74»
Моющее средство «Ла- бомид» или МЛ — — — — — 15—35
Режим обработки
Температура, °C 50—70 60—70 60—70 60—70 50—80 60—80
Время обработки, мин 3—5 5-10 3—5 5-10 5-15 3—10
полированных покрытий. Растворы 1—
2 преимущественно используют для
очистки черных металлов, никеля,
меди, ковара; 3 — алюминия и его
сплавов; 4 — латуни, цинковых спла-
вов типа ЦАМ; раствор 6 — для обез-
жиривания всех металлов и сплавов.
Допускается замена в составах 1,
2 и 4 тринатрийфосфата триполифос-
фатом или пирофосфатом натрия. Ме-
тасиликат натрия может быть заменен
соответствующим количеством жидкого
стекла. Как известно, отношение Na2O :
SiO2 в метасиликате равно 1:1,
а в жидком стекле от 1 : 2 до 1 : 3,2.
Для повышения степени очистки ме-
таллов в растворы 1—4 вводят ком-
плексообразователи: глюконат натрия
или трилон Б.
Сопоставление обезжиривающей спо-
собности некоторых отечественных и
зарубежных моющих средств (загряз-
нение — смесь индустриального масла
И-40А и солидола в соотношении
67 : 33, температура раствора 60 °C,
время очистки 3 мин) приведено ниже.
Обезжиривающая компо- Степень
аиция или добавка ПАВ очистки, %
ТМС-31.................. 60—65
Синтанол ДС-10 .... 79—82
«Лабомид 203» .... 80—82
«ТА-33» (Франция) . . 85—87
«Очиститель SSC-2» (США) 89—92
«Амбрин-163» (Италия) 90—92
Обезжириватели ДВ-301
и ДХТИ-302 ............. 95-97
Концентрации компонентов раство-
ров приведены в табл. 5.
Разработчиками обезжиривателей
ДВ-301 и ДХТИ-302 является химико-
технологический институт (г. Днепро-
петровск), моющих средств «Верто-
лин-74» и «Импульс» •— ВНИИПАВ
(г. Шебекино, Белгородской обл.),
«Лабомид» — ГОСНИТИ (г. Москва),
МЛ — Институт океанологии АН СССР
(г. Москва).
316
Подготовка поверхности перед покрытием
Электрохимическое обезжиривание.
Растворы для электрохимической очи-
стки содержат в основном те же хими-
каты, что и BMP. При этом для обес-
печения высокой электропроводности
увеличивают концентрацию гидроксида
натрия. Чтобы исключить возможность
сажеподобных отложений в резуль-
тате электрофореза коллоидных ча-
стиц к электроду, содержание силика-
тов в растворе должно быть снижено.
Из ПАВ предпочтительно применять
умеренно пенящиеся неионогенные ве-
щества, не разрушающиеся под дей-
ствием электрического тока. Помимо
смачивающего и эмульгирующего дей-
ствия, ПАВ должны обеспечивать на
поверхности ванны слой пены толщи-
ной 2,5—7,5 см для предотвращения
образования «щелочного тумана».
Очищаемое изделие может служить
как катодом, так и анодом. В качестве
противоэлектродов используется ни-
келированная сталь или листовая го-
рячекатаная сталь. Несмотря на то
что при катодной поляризации иа
металле в результате электролиза воды
выделяется вдвое больше газа (Н2),
чем при анодной (О2), для ряда метал-
лов предпочтительно применение анод-
ной очистки. Это относится к черным
металлам, меди и цинковым отливкам.
Металлы, пассивирующиеся после
окисления (никель, коррозионно-стой-
кая сталь, титан, алюминий), подвер-
гают катодной очистке. В этом случае
для стали и никеля необходимо учи-
тывать опасность появления «водород-
ной хрупкости». Полностью исключить
диффузию водорода в металл можно,
используя переменный ток промыш-
ленной частоты напряжением 10—
15 В при плотности 8—10 А/дм2,
однако при этом продолжительность
очистки возрастает в 3—5 раз. На
катоде очищают также латунь, ней-
зильбер, бронзу. Для этих сплавов
рекомендуется после катодной обра-
ботки применять кратковременное пе-
реключение (10—30 с) изделий иа
анод.
В табл. 6 приведены составы элек-
тролитов и режимы электрохимическо-
го обезжиривания металлов.
Растворы 1, 2, 4, 5 предназначены
для очистки стали, меди и ее сплавов,
никеля, причем в растворе 5 можно
удалять как жировые и масляные
загрязнения, так и остатки полиро-
вальных и шлифовальных паст. Для
обезжиривания цинковых сплавов, в
том числе и ЦАМ, применяют раствор
4. Раствор 3 предназначен для очистки
всех металлов, сплавов и покрытий,
допускается вводить 5—10 г/дм8
NaOH, а также 3—5 г/дм3 жидкого
стекла вместо сантанола. При обработке
меди и ее сплавов перед нанесением
гальванических покрытий из циани-
стых электролитов допускается вво-
дить в раствор 3,5—15 г/дм3 цианистого
натрия. Обработку в этом случае
проводят только на катоде при тем-
пературе 30—40 °C.
Кремиийорганические эмульсии типа
КЭ-10-01 вводят в растворы, содержа-
щие ПАВ, при повышенном ценообра-
зовании.
Скорость и качество обезжиривания
зависят от плотности тока, однако по-
вышение последнего не всегда эконо-
мически обоснованно и становится не-
желательным, если сопровождается
«наводороживанием» или потемнением
металла в результате его окисления.
Появление пятен и потемнения поверх-
ности можно допустить, если обра-
зовавшаяся пленка однородна и легко
удаляется в ванне активации (декапи-
рования). В ряде случаев такие пленки
создают специально. Например, на
медь с целью предупреждения обра-
зования нерастворимого в серной кис-
лоте красного оксида меди наносят
черный оксид, который легко раство-
ряется в H2SO4.
Высокие плотности тока (до 15 А/дм2)
применяют, как правило, при удалении
остатков полировальных паст (типа
ГОИ) и особенно сажи и нагара.
Отложение сажи на поверхности ме-
талла происходит в результате раз-
ложения смазочных материалов во
время прокатки или штамповки и по-
следующей термообработки, а также
после травления стали. Для удаления
такого рода загрязнений необходимо
интенсивное газовыделение при элек-
тролизе, что достигается повышением
плотности тока или (при постоянном
напряжении иа ванне) повышением
температуры, а также введением в
электролит соединений, снижающих
Технология обезжиривания
317
6. Составы растворов (г/дм3) и режимы обработки для электрохимического
обезжиривании
Состав раствора Номера растворов
1 2 3 4 б
Натр едкий технический 20—40 20—40 8—12 5—45
Тринатрийфосфат 5—15 10—20 20—40 4—6 10—20
Силикат натрия 10—30 10—20 10—30 15—25
Обезжириватель 1—2 — —
ДХТИ-302 (ДВ-301)
Синтанол ДС-10 или 0,4—0,6 0,3—0,5 0,3—0,5
АЛМ-10
Диспергатор НФ сухой 1 0,5—0,7 — 1 —
Аспарал Ф 0,1—0,3 —
Эмульсия КЭ-10-01 — 0,03— — —
0,05
Сода кальцинированная 20—40 8—12
Пирофосфат натрия —е —е 10—20
Трилон Б 1-е 2—6
Авироль OF 0,1—0,5
Режим обработки
Температура 50—70 50—70 30—80 60—70 70—90
Плотность тока, А/дм2 2—8 2—8 2—10 0,5—2,0 2—10
Продолжительность об-
работки, мни:
иа катоде 0,6—5,0 0,6—5,0 0,5—10 0,5—1,0 2—3
на аноде О.Б-3,0 О.Б-3,0 1,0—5,0 — 1—2
перенапряжение выделения кислорода
или водорода.
Ультразвуковое обезжиривание. Эф-
фективность ультразвуковой очистки
определяется составом моющего рас-
твора и удельной акустической мощ-
ностью генератора колебаний. Как
правило, очистку производят при ча-
стоте 20—40 кГц и удельной мощности
1—3 Вт/см2.
Важной характеристикой ультра-
звукового оборудования является объ-
емная плотность энергии (Вт/дм3) мою-
щего раствора. Для легкосмываемых
загрязнений она составляет 10—
20 Вт/дм3, для трудиоудаляемых —
40 Вт/дм3, а для очень тяжелых за-
грязнений доходит до 80 Вт/дм3.
При ультразвуковой очистке могут
быть использованы те же составы,
что и для химического обезжиривания.
Однако, учитывая сильное интенсифи-
цирующее воздействие ультразвука,
содержание основных компонентов
BMP снижают в этом случае в не-
сколько раз (табл. 7).
Растворы 1 и 2 являются универ-
сальными и применимы для очистки
как черных, так и цветных металлов.
В растворе 3 обезжиривают изделия
из цинка, алюминия и их сплавов.
Для удаления полировальных паст
с поверхности меди, цинка и их спла-
вов применяют раствор 5; для ни-
келя, нейзильбера и мельхиора —
раствор 6. Очистку драгоценных ме-
таллов и полированных поверхностей
осуществляют в растворе 4.
318
Подготовка поверхности перед покрытием
7. Составы растворов (г/дм3) для ультразвукового обезжиривания
Состав раствора Номера растворов
1 2 3 4 б 6
Натр едкий 5—10
Сода кальциниро- ванная 10—20 4—6 '— — '— —
Тринатрийфосфат 20—30 6—8 20—30 — 20—30 20—30
Силикат натрия —- 10—12 — — — —
Синтанол ДС-10 или АЛМ-10 — — 1—3 — — •—
Жидкое мыло — — — 50 — —
Кислота щавеле- вая (10 %) '— — — 10 — —
Этиловый спирт — — 10 __ —
Аммиак (25 %) — — 15 — —
Синтамид-5 (Ави- роль-ОГ) — •— —• •— 1—3 1—2
Глицерин — — — 2—3 —
Карбамид — — —,. — 2—3 0,4—10
Борная кислота — — 1—2 0,4—1,0
Флотореагент ААК — — •— •— — 1,5—2,5
АКТИВАЦИЯ ЧЕРНЫХ
И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ ПЕРЕД
НАНЕСЕНИЕМ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ
ПОКРЫТИЙ
Поверхность изделий, поступающих
на АГЛ, должна быть предварительно
очищена от окалины и продуктов кор-
розии.
Заключительной операцией подго-
товки поверхности для очистки из-
делий на АГЛ является активация
(декапирование). В табл. 8 приведены
составы и режимы химической акти-
вации металлов перед нанесением галь-
ванических покрытий. Подготовка по-
верхности алюминия и его сплавов осу-
ществляется по следующим технологи-
ческим схемам: обезжиривание —
травление; активация (осветление); на-
несение иммерсионных покрытий, по-
дробно изложенным в ГОСТ 9.305—84.
Растворы 1—3 предназначены для
активации углеродистой, низколеги-
рованной и коррозионно-стойкой ста-
лей, чугуна, ковара, меди и ее спла-
вов, никеля и его сплавов, полирован-
ных никелевых и медиых покрытий
перед нанесением гальванических по-
крытий. При активации высококрем-
нистых сталей в состав раствора 1 до-
бавляют до 100 г/дм3 HF. Допускается
применение раствора 1 для активации
серебра и его сплавов перед паллади-
роваиием, родироваиием, золочением
при времени обработки 30—60 с. Для
меди и ее сплавов допускается уве-
личение продолжительности обработки.
Активацию цементированных и рес-
сорно-пружинных сталей осуществля-
ют в растворе 4, который применяют
через 24 ч после добавления уротро-
пина. Цинковые сплавы обрабатывают
в растворе 5, медь и ее сплавы, медные
и латунные покрытия перед серебре-
нием и золочением в цианистых элек-
тролитах — в растворе 6. Перед мед-
нением и никелированием из серно-
кислых электролитов для активации
меди и ее сплавов и медных покрытий,
а также цинковых и кадмиевых по-
крытий применяют раствор 7. Никель
и никелевые покрытия перед палла-
дированием, золочением, серебрением,
родироваиием активируют в раство-
ре 8 или 9. Титан и его сплавы перед
нанесением никелевых покрытий хи-
8. Составы растворов (г/дм8) для химической активации металлов и режимы обработки перед нанесением гальванических
покрытий
Состав раствора Номер раствора
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
, Кислота техническая:
соляная 50—100 — 25—50 — — — — — — ——
серная — 50—100 25—50 — 30—80 —— 5—30 — — —
соляная синтетиче- ская — — — 50—100 — — — 0,2 300—350 100—150
азотная — — — — — — — 28—38 — —
уксусная синтети- ческая и регенери- рованная (сорт 1) — — — — — — — 50—58 — —
Уротропин технический — — — 40—50 — — — — — —
Никель двухлори- стый шестиводный — — — — — — — — — 100—200
Аммоний фтористый — — 20—40
Калий цианистый технический — — — — — 30—50 — — — —
Режим обработки
Температура, °C 15—30 20—60
Продолжительность ,с 15—45 15—60 5—10 15—60 10—15 0,5— 15—30 15—30 30—60 До
5,0 бурного выделе- ния во- дорода
Активация черных и цветных металлов
320
Подготовка поверхности перед покрытием
мическим и электрохимическим спо-
собом активируют в растворе 10. Об-
работку проводят после обезжирива-
ния и травления в 40 %-ном растворе
H2SO4 при температуре 80 °C в течение
30 мин или в 35 %-ной НС1 при 50 °C
в течение 20 мин.
ОДНОВРЕМЕННОЕ
обезжиривание
И АКТИВАЦИЯ МЕТАЛЛОВ
Одниуг из наиболее перспективных
процессов подготовки поверхности яв-
ляется одновременное обезжиривание
и активация металлов. К очевидным
преимуществам такой технологии, ис-
пользующей растворы кислот, сле-
дует отнести’ повышение производи-
тельности линий за счет сокращения
числа операций; снижение энергоза-
трат, расхода воды и химикатов; вы-
свобождение производственной площа-
ди; улучшение условий труда. Совме-
щение процессов обезжиривания и
активации с наибольшей эффектив-
ностью может быть реализовано в ро-
торных линиях для нанесения галь-
ванических покрытий. В табл. 9 при-
ведены составы обезжиривающих рас-
творов кислот.
Растворы 1, 3 и 5 предназначены для
очистки черных металлов, 2 и 3 —
меди и ее сплавов, 4 — сплавов алю-
миния. В растворе 5 обрабатывают по-
верхность стали перед нанесением как
гальванических, так и лакокрасоч-
ных покрытий. Очистку произ-
водят при температуре 20—50 °C в те-
чение 2—7 мни. Для уменьшения
шламообразования в серно-кислотные
растворы вводят тиомочевину, при
этом, одиако, возрастает вероятность
иаводороживания стали.
Кислые обезжиривающие растворы
имеют маслоемкость порядка 30 г/дм®,
что требует их более частой замены по
сравнению с растворами щелочей. Од-
нако применение замкнутых техно-
логических циклов подготовки поверх-
ности с регенерацией отработанных
растворов позволяет использовать
электролиты продолжительное время.
УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ
ПОДГОТОВКИ ПОВЕРХНОСТИ
В АГЛ
Срок службы растворов для подго-
товки поверхности. Срок службы
раствора определяется количеством на-
капливающихся в нем загрязнений
(масла и жиры в обезжиривающем
растворе, ионы железа в электролите
активации) и истощением активной
технологической среды в результате
химического взаимодействия компо-
нентов с очищаемой поверхностью и
выноса раствора с деталями и при-
способлениями.
Максимальное количество масла, ко-
торое может накопиться в ванне обез-
жиривания при ее длительной работе,
определяется из следующего соотно-
шения:
Стах = PlЯ > (5)
где р — среднее количество загрязне-
ний на поверхности изделия (10—
9. Составы растворов (г/дм®) для одновременного обезжиривания и активации
металлов
Состав Номера раствора
1 2 3 4 6
Серная кислота 100—200 50—100 100—200 —
Синтанол ДС-10 5—10 5—10 — 5—10
Тиомочевина 2—7 — — — —
Очиститель ДХТИ-С — — 25—30 — —
Ортофосфор ная кислота —— — — 15—30 30—120
Казеиновый клей — — — — 0,05
Сульфоиол НП-3 — — '— '— 5—6
Управление качеством подготовки поверхности
321
15 г/м2); q — удельный вынос раствора
деталями (0,2 дм3/дм2 по ГОСТ
9.305—84). Таким образом, Сгоах =
= 504-75 г/дм3 моющего раствора.
Способность электролита сохранять
высокое моющее действие прн на-
коплении в нем загрязнений (масло-
емкость) существенно зависит от при-
роды и концентрации компонентов.
Так, маслоемкость BMP, содержащих
только неорганические вещества, не
превышает 10—15 г/дм3. Введение в
раствор неноногенных ПАВ типа син-
танола ДС-10 позволяет повысить этот
параметр до 30 г/дм3. Обезжириваю-
щие композиции ДВ-301 и ДХТИ-302
имеют маслоемкость 70—80 г/дм3
(рис. 6). Для этих композиций коли-
чество загрязнений не лимитирует
срок службы ванн обезжиривания.
Однако работа при таких высоких
концентрациях масла технологически
нецелесообразна, так как сопрово-
ждается значительным загрязнением
промывных вод и последующих элек-
тролитов. В связи с этим незаэмуль-
гированные масла, всплывающие на
поверхность раствора, должны перио-
дически или постоянно удаляться в
маслосборники и маслоотделители. При
отделении загрязнений теряется до
10 % ПАВ. Кроме того, происходит
истощение раствора за счет его выноса
обрабатываемой поверхностью. Эти по-
тери должны компенсироваться кор-
ректировкой.
Корректировка ваин для подготовки
поверхности. Ванны для подготовки
поверхности следует отнести к систе-
мам периодического действия, харак-
теризующимся нестационарностыо тех-
нологического режима. Эта нестацио-
нарность проявляется в форме на-
рушения баланса потоков веществ,
вследствие чего монотонно или перио-
дически расходуются необходимые ком-
поненты раствора и накапливаются
вредные загрязнения. Одной из важ-
нейших характеристик нестационар-
ного режима является переходное вре-
мя т, в течение которого какой-либо
контролируемый параметр изменится
на заданную величину:
ДСг c‘v0
Т —----j-------s
Ел
II П/р В. Л. Вубчевво
Рис. 6. Зависимость степени очистки ста-
ли в различных электролитах, приведен-
ных в табл. 5, от количества масляных
загрязнений в объеме раствора:
1 — раствор 1; 2 — раствор 2 (Загряз-
нение — смесь № 1, время очистки 5 мни.)
где Cq — начальная концентрация
компонента в растворе; Ко — объем
ванны, ДС; — заданное изменение кон-
центрации, равное разности значений
верхнего и нижнего уровней, допусти-
мых по технологии (в скобках заклю-
чено изменение концентрации в от-
носительных единицах); Ей;—сум-
марная скорость расходования компо-
нента в ванне.
Таким образом, для нахождения т,
характеризующего периодичность кор-
ректировок, необходимо знать пределы
концентраций компонентов, при кото-
рых не происходит заметного снижения
эффективности BMP или электролита
активации, т. е. следует провести оп-
тимизацию состава раствора.
В результате оптимизации базового
состава для химического обезжири-
вания стали (см. табл. 5, раствор 1)
с использованием экспериментально-
статистического метода Бокса—Уилсо-
на было установлено, что степень
очистки металла зависит от концен-
трации ПАВ и щелочных компонентов
BMP. Однако при увеличении содер-
жания едкого натра выше 40 г/дм’
моющее действие раствора падает,
тогда как на его маслоемкость влияет
в основном NaOH. Уменьшение кон-
центрации компонентов, при которых
сохраняются высокие маслоемкость и
моющее действие составляет: по ед-
кому натру — 25%, по обезжирива-
телю ДВ-301 — 33 % и щелочным со-
лям — 30 %.
322
Подготовка поверхности перед покрытием.
10. Потери электролитов (дм3/м2) при
подготовке поверхности металла
в АГЛ
Операции Группа сложно- сти деталей
1 11 ш
Химическое обезжиривание (черные я цвет- ные металлы), электрохимиче- ское обезжири- вание (черные ме- таллы) 0,40 0,48 0,56
Электрохямя- ческое обезжяря- вание (цветные металлы) 0,50 0,60 0,70
Активацяя (черные и цвет- ные металлы) 0,40 0,48 0,56
Таким образом, время непрерывной
работы ванны обезжиривания объемом
2 м3 ляняя с производительностью по
поверхности 20 м2/ч я потерями элек-
тролита 0,4 дм3/м2 пря высоком ка-
честве очясткя составят:
% = 0,25 -^(Г- = 62>5 ч-
Аналогичный расчет для ванн ак-
тивации дает время непрерывной ра-
боты 100—200 ч.
Отсюда следует, что ванны для под-
готовки поверхности имеют большое
переходное время и управление ямя
может осуществляться периодически.
Пря двухсменной работе достаточно
1 раз в неделю осуществить техноло-
гический контроль качества очистки
(см. выше), провести анализ состава
раствора я его корректировку. Сле-
дует отметить, что корректировка BMP
может осуществляться на основе дан-
вых о понижения свободной щелоч-
ности раствора (NaOH). Остальные
компоненты, в том чясле я ПАВ,
в соответствия с этям аналязом добав-
ляют пропорционально изменению кон-
центрация, так как фактопы, влияющие
на потерю щелбчностя, более ощутямы,
чем те, которые являются причиной
уменьшения содержания ПАВ.
Таким образом, основным способом
управленяя качеством подготовки по-
верхности при постоянных темпера-
туре я времени очнсткя является кор-
ректировка ванн Обезжяряваняя и
активация. Решеняе о проведеняя кор-
ректировки может быть принято без
проведения технологического и ана-
литического контроля на основе рас-
чета переходного временя, для чего
необходимо установить пределы кон-
центраций, в которых электролиты
сохраняют высокое очищающее дей-
ствие, и нормы расхода компонентов
раствора.
Нормативы удельного расхода хи-
микатов для подготовки поверхности.
Удельные нормы расхода хямякатов
зависят от конструктивно-технологи-
ческях особенностей обрабатываемых
язделяй (сложности конфигурация, ха-
рактера поверхности), состава рас-
твора, типа пряменяемого оборудова-
ния я от технологическя неизбежных
потерь.
Технологически неизбежные потери
электролята (дм3/м2) пря работе на
АГЛ приведены ниже.
Вынос электролята
поверхностью дета-
лей и пряспособленяй
при выгрузке из ван-
ны ................ 0,05—0,20
Вынос в вентиляцию 0,015—0,025
Потери при фильтра-
ция и циркуляции
раствора........... 0,03—0,10
Потери пря коррек-
тировке и смене элек-
тролитов .......... 0,045—0,055
Потеря иа химиче-
ское взаимодействие о
металлами, продук-
тами коррозия, жи-
ровыми загрязне-
ниями ............. 0,20—0,60
Удельные нормы расхода электроли-
тов, установленные для изделий трех
групп сложности пря работе на авто-
матизированных гальванических ли-
ниях, приведены в табл. 10.
Удельные нормы расхода Ах хими-
катов рассчитывают по формуле
Ах = ПС,
Регенерация и очистка отработанных растворов
323
где П — технологически неизбежные
потери электролита, дм3/м8; С — кон-
центрация химиката в электролите,
г/дм3.
Для снижения расхода химикатов в
АГЛ необходимо автоматически под-
держивать оптимальные значения па-
раметров технологического процесса
(температуры, уровня электролита,
плотности тока).
РЕГЕНЕРАЦИЯ И ОЧИСТКА
ОТРАБОТАННЫХ РАСТВОРОВ
для подготовки
ПОВЕРХНОСТИ
Регенерация растворов заключается
в восстановлении рабочих свойств
BMP н электролитов активации (ре-
сурс работоспособности которых не
исчерпан) путем удаления накопив-
шихся загрязнений.
Работоспособность активирующих
растворов и особенно электролитов
для одновременной активации н обез-
жиривания снижается в результате
увеличения концентрации ионов же-
леза и продуктов разложения занесен-
ных масел и жиров. Для отделения
масляных загрязнений как из раство-
ров активации, так и из BMP можно
использовать устройства непрерывного
действия (рис. 7). Связывание избы-
точного количества ионов железа до-
стигается введением в раствор акти-
вации нитрилотриметилфосфоновой или
оксиэтилиденфосфоновой кислот в ко-
личестве 0,15—1,0 % по отношению
к серной или другой активирующей
кислоте. При этом концентрация рас-
творенного железа снижается примерно
в 10 раз, степень регенерации раствора
составляет 96—98 %. ,
В настоящее время разработаны ме-
тоды регенерации отработанных рас-
творов для активации и травления лю-
бого состава. Анализ, выполненный
институтом «ВНИПИчерметэнергоочи-
стка» показал, что самый простой ме-
тод очистки — нейтрализация стоков
со сбросом нх в шламонакопитель —
не только не обеспечивает зашиты
окружающей среды, но и в экономиче-
ском отношении уступает другим. Наи-
более экономичным по данным рас-
11*
Рис. 7. Принципиальная схема устройства
для непрерывного удаления неэмульги-
рованиых загрязнений:
1 — гальваническая ванна; 2 — сливной
карман; 3 — поплавковое устройство для
всасывания масла; 4 — насос; 5 — масло-
отделитель; 6 — смотровое стекло; 7 —•
воздушник; 8 — маслосборник
чета оказался метод регенерации рас-
творов H2SO4 с извлечением желез-
ного купороса при использовании ма-
точного электролита для повторной
активации.
Осаждение FeSO4-7H2O осуще-
ствляется путем охлаждения раствора
в циркуляционной холодильной уста-
новке до 4 °C. Экономичность процесса
осаждения сульфата железа обеспе-
чивается только при его содержании
в растворе порядка 50 кг/м3.
В последнее время все большее вни-
мание привлекают термические методы
регенерации растворов, особенно ни-
тратных и хлоридных. Так, в резуль-
тате термогидролиза из растворов ни-
трата железа (III) при нагревании
до 80 °C осаждается гидроксид.
Большое значение для практики
имеет переработка кислых электроли-
тов электрохимическими методами,
теория и аппаратурное оформление
которых успешно развивается в науч-
но-инженерном центре «Потенциал» при
УИИВХ (г. Ровно) и ВПТИЭМП
(г. Кишинев) (см. гл. 11 и 12).
Регенерация обезжиривающих раст-
воров заключается в очистке BMP
от заэмульгированных и незаэмуль-
гированных масел, продуктов омыле-
ния загрязнений щелочными раство-
рами. Анализ применяемых в настоя-
щее время способов разделения масло-
содержащих растворов показал,что
324
Подготовка поверхности перед покрытием
11. Результаты мембранной очистки
раствора для обезжиривания
Марка мембран Суточная про- изводитель- ность, дм’/м* 1 Наличие масла 1 в фильтрате Изменение кон- центрации ПАВ в растворе, %
УАМ-50 30—60 76
УЭМ-380 150—300 Нет 16
УПМ-500 200—500 26
наиболее перспективными являются
методы мембранной очистки (ультра-
фильтрация) и сорбционное поглоще-
ние. Мембранный метод позволяет очи-
щать обезжиривающие растворы до
остаточного количества масел не более
2 г/м3; получаемый концентрат, со-
держащий не менее 70 % масла, может
быть утилизирован либо направлен
иа сжигание.
Результаты очистки отработанного
раствора на основе обезжиривателя
ДХТИ-302, содержащего до 100 кг/м3
индустриальных масел, на ультра-
фильтрационной установке с ацетат-
целлюлозными и фторопластовыми
Рис. 8. Принципиальная схема очистки
и регенерации отработанных обезжири-
вающих растворов
мембранами различных марок приве-
дены в табл. 11.
После мембранной очистки и коррек-
тировки состава моющие свойства рас-
твора были полностью восстановлены.
Для очистки маслосодержащих рас-
творов казанским ПО «Тасма» выпу-
скаются трубчатые ультрафильтры ти-
па БТУ 0,5/2 с фторопластовыми
мембранами марки Ф-1 (ТУ
6-05-2010—86).
Трубчатый ультрафильтрационный
блок состоит из семи трубок (филь-
трующая поверхность 0,5 м2, длина
2 м). Ультрафильтры типа БТУ 0,5/2
предназначены для регенерации эмуль-
сий масел в щелочных растворах
(pH = 10-4-13) при температуре не
выше 50 °C, давлении 0,1—0,5 МПа
и скорости потока 5—6 м/с.
Принципиальная схема процесса
мембранной регенерации отработан-
ного обезжиривающего раствора пред-
ставлена на рис. 8.
. Обезжиривающий раствор из ван-
ны 1 (или /') по трубопроводу 2 по-
ступает на фильтр-отстойник 3, а за-
тем подается насосом 4 на установку 5
для ультрафильтрации. Фильтрат по
трубопроводу 6 возвращается в ванну
обезжиривания (перед ваннами обез-
жиривания можно установить про-
межуточный сборник 10). Концентрат
по трубопроводу 7 возвращается на
доочистку или в маслосборник 8.
Отстоявшийся моющий раствор из
сборника 8 по трубопроводу 9 на-
правляется на ультрафильтрацию.
В процессе эксплуатации растворов
для обезжиривания в них происходят
необратимые изменения, связанные с
заносом соединений хрома, цинка, ме-
ди и иоиов других металлов из гальва-
нических ванн АГЛ. Поэтому отра-
ботанные растворы необходимо перио-
дически сбрасывать в сточные воды на
общецеховые или общезаводские очист-
ные сооружения. Перед сбросом из
растворов должны быть полностью уда-
лены масла и ПАВ. Для этого BMP
после ультрафильтрации пропускают
через фильтры с двухслойной угольно-
песчаной загрузкой (см. рис. 8,
поз. 11). В качестве сорбентов взамен
активированного угля могут быть ис-
пользованы природные иекоксующиеся
мезопористые угли. Для очистки 10—
Регенерация и очистка отработанных растворов
325
12. Адсорбционные характеристики углей
Тип угля Удельная поверх- ность s - ю-\ м8/кг Окраска фильтрата
Через 2 я Через 5 я
Активированный уголь: 182
АГ-3 ВАУ с кт 166 180 Бесцветный Бесцветный
15 м3 отработанных растворов необ-
ходимо около 100 кг длиннопламенных
углей. ПАВ и частицы масел, оседая
в порах углей, значительно увеличи-
вают их топливную отдачу. Сорбци-
онную очистку эмульсий можно про-
водить в обычных напорных или кар-
касно-насыпных фильтрах.
Отработанные сорбенты и маслоот-
ходы направляют на сжигание. По-
следние могут быть использованы для
приготовления СОЖ нли получения
композиций типа керамзита.
В табл. 12 приведены результаты
оценки адсорбционной способности уг-
лей различных марок по экспресс-ме-
тодикеИПКОН АН СССР. Наибольшей
адсорбционной способностью обладают
активированные угли.
ГЛАВА 10
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
качества нанесения ПОКРЫТИЙ
ТРЕБОВАНИЯ
К ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ
ПЕРЕД НАНЕСЕНИЕМ ПОКРЫТИЙ
Качество получаемых металлических
и неметаллических неорганических по-
крытий и их защитные свойства опре-
деляются ие только технологией на-
несения покрытий, включая все опе-
рации на автоматизированной линии
покрытий, но и в значительной сте-
пени составом и структурой самих
покрываемых материалов, видом и
режимами процессов обработки по-
верхности перед поступлением деталей
на линию покрытий.
Требования к состоянию поверхно-
сти основного (покрываемого) мате-
риала в зависимости от функциональ-
ного назначения покрытий приведены
в ГОСТ 9.301—86, а также в норма-
тивно-технической документации на
изделия.
Так, по ГОСТ 9.301—86 шерохо-
ватость поверхности основного металла
(по ГОСТ 2789—77) должна быть
мкм, не более: под защитные покрытия
Rz4Q; под защитно-декоративные по-
крытия Ra2,5; под специальные по-
крытия в зависимости от функцио-
нального назначения Дг40; под твер-
дые и электроизоляционные анодно-
оксидиые покрытия Rai,25.
Увеличение параметра шероховато-
сти может привести к преимуществен-
ному росту покрытия на микровысту-
пах, что вызывает перерасход метал-
лов на покрытие, а в эксплуатации —
ухудшение коррозионной защиты в ре-
зультате повышенного влагоудержа-
ния, снижения износостойкости и дру-
гих характеристик.
Острые углы и кромки деталей, за
исключением технически обоснованных
случаев, должны быть скруглены ра-
диусом не менее 0,3 мм, радиус скруг-
ления углов деталей под твердое и
электроизоляционные анодно-оксидные
покрытия — не менее 0,5 мм.
Такое требование связано с возмож-
ным образованием прижогов из-за
очень высокой плотности тока при по-
крытии на подвесках. В то же время
при нанесении покрытия во враща-
тельных установках на острых углах
и кромках происходит повышенный
износ покрытия.
ГОСТ 9.301—86 требует отсутствия
на подготовленной для нанесения по-
крытия поверхности видимого слоя
смазочного материала или эмульсии,
металлической стружки, пыли, про-
дуктов коррозии, травильного шлама
и других загрязнений, так как это
приводит к загрязнению растворов,
снижению качества сцепления покры-
тия с основой, повышению шерохо-
ватости покрытий и снижению кор-
розионно-защитных, прочностных и
других свойств покрытия.
Поверхность деталей после абразив-
ной обработки, шлифования и полиро-
вания не должна иметь забоин, вмя-
тин, прижогов, рисок, заусенцев, а
литых и кованых деталей — газовых
и усадочных раковин, шлаковых вклю-
чений, спаев, недоливов, трещин. По-
верхность сварных и паяных швов
должна быть зачищена, не должна
иметь пор и остатков флюса. Указан-
ные требования связаны с тем, что
одни дефекты не могут быть устранены
нанесением покрытия, другие же де-
фекты сами являются причиной нали-
чия непокрытых мест на йоверхности
или образования еще более крупных
заусенцев, третьи (поры, раковины н
т. п.) — способствуют быстрому раз-
витию в этой зоне коррозии металла.
Для более качественной подготовки
поверхности перед нанесением покры-
тия лучше использовать обработку
пластическими видами деформации с
созданием наклепа. Толщина литейной
иорки иа отливках должна быть как
Требования к качеству покрытий
327
можно больше, так как поры, обна-
женные при шлифовании, вызывают
быстрое появление коррозии под по-
крытием и отслаивание покрытия. При
полировании следует обращать вни-
мание на недопустимость припекания
сухим кругом полировальных паст
к деталям, остатки которых трудно
удаляются и вызывают образование
пор и шероховатости.
Таким образом, состояние поверхно-
сти в значительной степени может
явиться причиной неудовлетворитель-
ного внешнего вида, отслаивания, ше-
роховатости, низких коррозионных,
механических и других свойств по-
крытия.
ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ
И КОНТРОЛЮ ПОКРЫТИЙ
Требования к качеству покрытий.
ГОСТ 9.301—86 устанавливает тре-
бования к внешнему виду покрытий,
толщине, химическому составу (для
химически и электрохимически оса-
жденных сплавов, некоторых конвер-
сионных и композиционных покрытий),
пористости, функциональным и за-
щитным свойствам.
Не являются браковочными призна-
ками, если нет специальных указаний
в конструкторской документации, в
частности, следующие:
неравномерность блеска н неоднород-
ность цвета;
следы от потеков воды, хроматирую-
щих и фосфатирующих растворов без
остатков солей;
блестящие точки и штрихи, образо-
вавшиеся от соприкосновения с из-
мерительными инструментами, приспо-
соблениями и от соударения деталей
в процессе нанесения покрытий в ба-
рабанах, колоколах и сетчатых при-
способлениях;
отсутствие покрытия в порах, ме-
стах включений, допускаемых нор-
мативно-технической документацией иа
отливки; на сварных и паяных швах
и около них на расстоянии не более
2 мм по одну и другую сторону от шва
(и в некоторых других местах согласно
ГОСТ 9.301—86) при условии после-
дующей дополнительной защиты этих
мес,т; в местах контакта детали с при-
способлением, кроме особых случаев,
оговоренных в конструкторской доку-
ментации.
Требования к толщине покрытия,
как и требования к внешнему виду
покрытия, ГОСТ 9.301—86 устанавли-
вает с учетом возможностей гальвани-
ческого способа обработки. Так, не
является браковочным признаком пре-
вышение максимального значения тол-
щины покрытия, если это не влияет на
сборку и работоспособность изделия
и не приводит к увеличению расхода
металла. В отверстиях, пазах, выре-
зах, на вогнутых участках сложно-
профилированных деталей, на вну-
тренних поверхностях и местах со-
пряжения неразъемных сборочных еди-
ниц допускается уменьшение толщины
до 50 %, а для хромовых покрытий —
даже отсутствие, если нет других
требований в конструкторской доку-
ментации к толщине покрытия на
указанных участках. Допускается от-
сутствие покрытия на глубине более
одного диаметра в глухих отверстиях
диаметром до 12 мм и в сквозных
диаметром до 6 мм.
Покрытие должно быть прочно сцеп-
ленным с основным металлом.
Примеры требований к внешнему
виду, толщине и другим показателям
качества покрытий приведены ниже.
Цинковое покрытие. Цвет покрытия:
светло-серый или серебристо-серый с
Голубоватым оттенком;
с бесцветным хроматированием —
серебристо-серый или серебристо-се-
рый с голубоватым оттенком. Допу-
скаются незначительные радужные от-
тенки, если нет особых требований
к декоративным качествам;
с радужным хроматированием — зе-
леновато-желтый с радужными оттен-
ками;
с хроматированием — хаки с раз-
личными оттенками;
с желтым хроматированием — золо-
тисто-желтый с радужными оттенками;
с серым хроматированием — от свет-
ло-серого до темно-серого. Допускают-
ся радужные оттенки, например зеле-
ный оттенок на вогнутых участках дета-
лей сложной конфигурации, если нет
особых требований к декоративным
свойствам;
328
Технологическое обеспечение качества покрытии
с черным хроматированием — чер-
ный или черный с зеленым оттенком.
Допускается серый и радужные от-
тенки на вогнутых участках деталей
сложной конфигурации, если нет осо-
бых требований к декоративным свой-
ствам;
с фосфатированием — от светло-се-
рого до темно-серого.
Не являются браковочными следую-
щие признаки:
матовая поверхность после гидро-
пескоструйной и металлопескоструй-
ной обработки, абразивной обработки
в барабанах и виброустановках (гал-
товки), травления;
потемнение или ослабление интен-
сивности цвета хроматного конвер-
сионного покрытия на деталях после
термической обработки;
более темный или более светлый от-
тенок хроматного конверсионного по-
крытия в отверстиях и пазах, на вну-
тренних поверхностях и вогнутых уча-
стках деталей сложной конфигурации,
местах сопряжения неразъемных сбо-
рочных единиц, острых кромках, уг-
лах, местах контакта с приспособле-
нием, между витками пружин с малым
шагом;
матовые полосы вокруг отверстий;
единичные механические поврежде-
ния хроматного конверсионного по-
крытия (не более 2 % общей площади).
Фосфатное конверсионное покрытие,
предназначенное под лакокрасочные
покрытия, должно иметь мелкокри-
сталлическую структуру.
Толщина покрытия — в соответ-
ствии с требованиями конструктор-
ской документации.
Никелевое покрытие. Цвет покры-
тия: матового никелевого — светло-се-
рый с желтым оттенком. Допускается
более темный цвет в отверстиях и па-
зах на внутренних поверхностях, вог-
нутых участках деталей сложной кон-
фигурации и местах сопряжения сбо-
рочных единиц.
блестящего никелевого покрытия —
светло-серый;
химического никелевого — серый с
желтым оттенком;
черного и термически оксидирован-
ного — от черно-серого до черного.
Допускаются цвета побежалости.
Не ивляются браковочными при
знаками потемнение и радужные от
тенки после термической обработки
матовые пятна из-за неравномерность
травления основного металла.
Толщина покрытия — в соответ-
ствии с требованиями конструктор-
ской документации. Толщина черного
никелевого покрытия не нормируется.
Толщина внутреннего слоя никеле-
вого двухслойного покрытия Hg (Нпд,
Hg) по отношению к общей толщине
покрытия — 60 % и более, трехслой-
ного покрытия Нт (Нпб, Нс, Нб) —
50 % и более (среднего слоя для трех-
слойного покрытия —до 10 %), внеш-
него слоя для двухслойного и трехслой-
ного покрытия — до 40 % .
Массовая доля серы во внутреннем
слое никелевого двухслойного покры-
тия Hg (Нпб, Нб)—до 0,005 %, во
внешнем — 0,9—0,12 % ; трехслойного
покрытия Нт (Нпб, Нс, Нб) — до
0,005 % (в среднем для трехслойного
покрытия — неменее0,05 %); во внеш-
нем слое для двухслойного покрытия —
0,9—0,12 %, для трехслойного покры-
тия — 0,05—0,12 %. Массовая доля
фосфора в химическом никелевом по-
крытии 3—12%.
Пористость (на стальных деталях) —
не более трех сквозных пор на 1 см2
площади поверхности и на 1 см длины
кромки, если нет других указаний
в конструкторской документации;
при толщине покрытия менее 24 мкм
или толщине никеля с подслоем менее
12 мкм — не нормируется.
Функциональные и защитные свой-
ства — в соответствии с требованиями
конструкторской и (или) нормативно-
технической .документации на деталь.
Хромовое покрытие. Цвет покрытия:
блестящего — светло-серый с голу-
боватым оттенком;
матового — светло-серый;
твердого (износостойкого) — светло-
серый с синеватым или молочно-ма-
товым оттенком;
двухслойного (коррозионно-износо-
стойкого) покрытия — светло-серый;
микропористого — от светло-серого
до серого с сиирм оттенком;
молочного — светло-серый;
черного — черный с синим или ко-
ричневым оттенком.
Требования в качеству покрытий
329
Не являются браковочными призна-
ками единичные точечные углубления
до 2 % общей площади при толщине
хрома более 40 мкм и сетка трещин
при толщине хрома более 24 мкм.
Толщина покрытия — в соответствии
с требованиями конструкторской до-
кументации.
Пористость — ие более трех сквоз-
ных пор на 1 см2 площади поверх-
ности и на 1 см длины кромки, если
нет других указаний в конструктор-
ской документации. Не нормируется
пористость молочного хрома толщи-
ной менее 24 мкм, защитно-декоратив-
ного многослойного толщиной менее
21 мкм и износостойкого толщиной
менее 40 мкм.
Число пор на поверхности хромового
микропористого покрытия, невидимых
без применения увеличительных
средств, должно быть не менее 10 000
на см2.
На поверхности хромового микро-
трещиноватого покрытия должно быть
не менее 250 трещин на длине 1 см во
всех направлениях, образующих сетку
трещин.
Функциональные и защитные свой-
ства — в соответствии с требованиями
конструкторской и (или) нормативно-
технической документации на де-
тали.
Фосфатное покрытие иа стали и чу-
гуне. Цвет покрытия: от светло-серого
до черного;
после пропитки маслом, эмульсией
или после гидрофобизирования — от
темно-серого до черного.
Не являются браковочными сле-
дующие признаки:
неоднородность размеров кристаллов
на участках местной закалки, сварки,
наклепа, различной шероховатости по-
верхности, на обезуглероженных
участках;
белый налет, удаляемый протиркой;
налет фосфатного шлама на нерабо-
чих поверхностях;
следы медного электрода на деталях,
сваренных точечной или роликовой
сваркой;
пятна, разводы и натеки после про-
питки эмульсией, лаком или после
гидрофобизирования, ие мешающие
сборке и не влияющие на работоспо-
собность детали!
желтые пятна от хромовых солей
вокруг отверстий, мест контакта де-
тали с приспособлением и местах со-
пряжения сборочных единиц.
Поверхностная плотность покрытий,
подлежащих пропитке — не менее
5 г/м2, на поверхности с шероховато-
стью Ra 1,25—0,63 мкм допускается
уменьшение поверхностной плотности
покрытия в соответствии с требова-
ниями нормативно-технической доку-
ментации. Поверхностная плотность
покрытий, подлежащих пропитке
мыльной эмульсией — в соответствии
с требованиями нормативно-техниче-
ской документации, предназначенных
под лакокрасочное покрытие не более
5 г/м2.
После испытаний на покрытии не
должно быть очагов коррозии. На
покрытии с дополнительной пропиткой
после испытаний не должно быть кор-
розионных очагов, за исключением
острых кромок, мест сопряжения не-
разъемных сборочных единиц, где до-
пускается не более трех точек корро-
зии на 1 см2 площади поверхности и
на 1 см длины кромки.
Маслоемкость — не менее 2 г/ма.
Качество промывки: удельная элек-
тропроводность воды после промывки
покрытия, предназначенного под ла-
кокрасочные покрытия, не должна
превышать трехкратной величины ее
исходного значения.
Требования к контролю качества
основного металла и покрытий также
приведены в ГОСТ 9.301—86.
Так, детали, поступающие на галь-
ваническую линию, должны быть под-
вергнуты входному контролю перед
нанесением покрытия.
Контроль качества покрытий прово-
дится по внешнему виду, толщине,
прочности сцепления, химическому со-
ставу сплава, защитным и другим
специальным свойствам, оговоренным
в технической документации в соот-
ветствии с их условиями эксплуата-
ции.
Контроль внешнего вида покрытий,
наносимых в автоматизированных ли-
ниях, допускается проводить на вы-
борке 2 % деталей от каждой партии.
Контроль толщины покрытия прово-
дят перед его дополнительной обра-
боткой, за исключением иарцеванкя.
330
Технологическое обеспечение качества покрытий
полирования, а при обработке в авто-
матических линиях — после хромати-
рования н фосфатирования.
Для контроля толщины покрытия,
прочности сцепления н других пока-
зателей качества от каждой партии
отбирается от 0,1 до 1 % деталей,
но не менее трех деталей. Контроль
толщины покрытия на деталях, обра-
батываемых в автоматических линиях,
допускается проводить не реже одною
раза в смену.
Методы определения качества по-
крытий регламентированы ГОСТ
9.302—79. Обозначения и классифика-
ция покрытий приведены в ГОСТ
9.306—85.
Выбор вида покрытий, толщины и
вида обработки в зависимости от ус-
ловий эксплуатации и назначения опре-
деляется по ГОСТ 9 303—84. При вы-
боре покрытий следует учитывать: на-
значение детали и покрытия; условия
эксплуатации детали с покрытием (по
ГОСТ 15150—69*); материал детали;
свойства покрытия и его влияние на
механические и другие характеристики
материала детали; допустимость кон-
такта металлов и металлических и не-
металлических неорганических покры-
тий (по ГОСТ 9.005—72); экономиче-
скую целесообразность.
Получение оптимальных свойств и
точности заданных размеров покрытия
зависит от правильности выбора тех-
нологии н способа нанесения покрытия.
способы НАНЕСЕНИЯ
ПОКРЫТИЙ
На Гибких автоматизированных ли-
ниях возможны три варианта исполь-
зования технологических спутников:
подвесочного типа; барабанного типа;
одновременно и тех и других.
С точки зрения применения безлюд-
ной технологии и равномерности нане-
сения покрытий более предпочтитель-
ным является способ осаждения дета-
лей насыпью, особенно в качающихся
барабанах. Из-за невозможности нане-
сения покрытий насыпью на тяжелые
и деформируемые детали, а также на
мелкие детали в линии хромирования
приходится применять более трудоем-
кий, хотя в большинстве случаев и
более скоростной, с большим выходом
металла по аоку и экологически более
приемлемый пока подвесочный способ
нанесения покрытий. Третий вариант
одновременного применения техноло-
гических спутников подвесочного н
барабанного типа менее желателен по
следующим причинам:
при использовании барабанов элек-
тролит становится более взмученным
и загрязненным, что сказывается на
ухудшении свойств покрытий на де-
талях, покрываемых на подвесках;
при использовании барабанов не-
обходимо применение большего числа
промывных ванн, чем при использова-
нии только подвесок, что ведет к удли-
нению линии и пробега манипулятора,
а также к усложнению системы созда-
ния малоотходной и безотходной тех-
нологии.
С целью снижения процента брака
при нанесении покрытий на подвесках
необходимо строго следить за состоя-
нием токоподводов, их изоляцией и
за своевременным удалением с них
покрытий, не допуская образования
дендритов.
На свойства покрытий существенное
влияние оказывают режимы нанесения
покрытий.
Так, в зависимости от температуры
и плотности тока, формы тока, ско-
рости перемешивания можно получать
покрытия с различными свойствами.
Например, если поддерживать в начале
процесса хромирования температуру
около 50 °C, плотность тока 20—
30 А/дм2, то получается покрытие
с минимальным наводороживанием ме-
талла, с повышением же температуры
до 65 °C получается беспористое хро-
мовое покрытие с твердостью по Вик-
керсу 700—800, а с увеличением в
конце электролиза плотности тока до
60—70 А/дм2 и снижением температуры
до 60 °C удается получить покрытие
с износостойким внешним слоем.
При применении импульсного и ре-
версивного режимов тока уменьшается
наводороживание металла и покрытия,
а также снижается пористость по-
крытия за счет частичного удаления
водорода во время паузы или анодного
периода. Использование реверсивного
режима позволяет получить менее ше-
роховатые и пористые покрытия. Кро-
Способы нанесения покрытий
331
ме того, изменение структуры оса-
ждаемого покрытия влечет за собой
и изменение получаемых свойств по-
крытий.
При правильном управлении про-
цессом нанесения покрытий происхо-
дит равномерное осаждение металла
по поверхности деталей, значительно
уменьшается расход компонентов элек-
тролитов, энергии, повышается ста-
бильность процесса (уменьшение числа
корректировок н анализов) и т. д.
Равномерность покрытий зависит как
от первичного, так н от вторичного
распределения тока, т. е. от рассеиваю-
щей способности электролита.
Первичное распределение тока су-
щественно ухудшается при плохих
электрических контактах на анодной
или на катодной штанге. Практика
показывает, что плохое качество из-
готовления контактных крюков под-
весок н анодов, а также токоподводов
к деталям, несвоевременная чистка
контактов отрицательно сказывается
на качестве покрытий.
При правильном управлении пер-
вичным и вторичным распределением
тока добиваются оптимальных свойств
покрытия и экономного расходова-
ния материалов и энергии. Первичное
распределение тока зависит от рас-
стояния между анодом и катодом,
а также от размеров и формы электро-
лизной ванны, формы профиля деталей
и способа их размещения на приспо-
соблении или коэффициента загрузки,
степени перфорации и конструкции
токоподводов барабана (см. гл. 5).
Прн выборе расстояния между ано-
дом и катодом следует учитывать форму
и размеры покрываемых деталей. Чем
сложнее форма деталей, тем дальше
от них должны быть расположены
аноды. Вместо увеличения расстояния
между анодами и катодами иногда
более целесообразно расположить ано-
ды на среднем расстоянии, но при этом
рассредоточить их вокруг деталей.
В случае плоских и цилиндрических
деталей следует сближать аноды с ка-
тодами.
Оптимальные варианты осаждения
следует искать не только по таким
параметрам, каи расход металла по-
крытия, время осаждения и т. д.,
ио и по энергетическим затратам (оп-
тимальное напряжение источника тока,
целесообразность установки более мощ-
ного вентилятора для перекрытия бо-
лее широкого зеркала ванны). Для
токсичного процесса хромирования
максимальное расстояние должно быть
до 300 мм (при большем расстоянии
необходима установка удлиненных бор-
товых отсосов). Такое же расстояние
должно быть и для менее токсичных
кислых электролитов оловянирования,
меднения, цинкования и т. д., имею-
щих низкую рассеивающую способ-
ность. Для цианистых электролитов,
электролитов горячего щелочного оло-
вянирования, пирофосфатных, а также
других подобных электролитов с вы-
сокой рассеивающей способностью рас-
стояние от деталей до анодов целе-
сообразно уменьшить до 150—200 мм.
Существенное влияние на равномер-
ность распределения покрытия по тол-
щине оказывает не только расстояние
между анодом и катодом, но н их
взаимное положение по глубине и
вдоль штанг. Для большинства про-
цессов нанесения покрытий площадь
анодной поверхности должна быть
больше катодной. Вместе с тем с учетом
направления силовых линий электри-
ческого поля для того, чтобы не было
большой разницы в толщине покрытий
на крайних к стенкам ванны деталях,
а также на верхних и нижних дета-
лях, необходимо крайние аноды сдви-
нуть относительно крайних деталей
к центру ванны, как и нижние концы
остальных анодов, а верхние участки
анодов экранировать со всех сторон.
По мере возможности следует отка-
заться от применения цельных раство-
римых анодов, так как при растворе-
нии площадь анодов уменьшается, а
плотность тока возрастает. Вследствие
этого н на катоде также происходит
перераспределение плотностей тока
(рис. 1).
Улучшения перераспределения тока
в верхней зоне подвески легко можно
добиться путем установки токонепро-
водящего экрана между анодом и
катодом на всю длину ванны (рис. 2),
а в случае необходимости покрытия
отдельных деталей (или деталей на
подвесках) разной длины дополни-
тельно и этому погружением анодов
на различную глубину или примеие-
332
Технологическое обеспечение качества покрытий
Рис. 1. Схема распределения
силовых линий поля между
растворимыми анодами и под-
веской:
а — новый анод; б — анод
после длительной работы
Рис. 2. Схема распределения
силовых линий поля между
анодом и катодом при исполь-
зовании токоие проводящего
экрана, установленного:
а — на разном расстоянии;
б — на разной глубине
нием токопроводящих экранов с окном
регулируемой ширины (рис. 3).
При применении растворимых ано-
дов для обеспечения постоянства поло-
жения анода относительно катода и
соотношения их площадей следует
применять корзины из титана с на-
Рис. 3. Схема распределения силовых ли*
ний поля при использовании токонепро-
водящих варанов с окном регулируемой
ширины;
I — неподвижный экран! 3 — подвижный
экран
сыпными кусковыми анодами, которые
по мере растворения уплотняются,
заполняя форму корзины. Вместо эк-
рана в верхней зоне анода можно
использовать сплошной титановый
лист по периметру (рис. 4).
При загрузке различных по форме
и размерам деталей следует стремиться
к обеспечению примерно равной сум-
Рис. 4. Схема распределения силовых
линий поля с оптимальным вариантом
расположения растворимых анодов| за-
ключенных в титановые корзины
Требования к технология нанесения покрытий
333
марной площади и одинаковому об-
щему периметру каждой загрузки.
Часто при хромировании, обычно
пресс-форм для увеличения прокрытой
воны, в начале электролиза дают
сильный толчок тока. Этот прием
целесообразно иногда использовать и
иа автоматической линии для деталей
сложной формы.
ТРЕБОВАНИЯ К ТЕХНОЛОГИИ
НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
Основными критериями при выборе
технологии нанесения покрытий долж-
ны быть экологические и экономиче-
ские показатели.
Технология определяет и выбор обо-
рудования.
Естественно, что лучшей является
технология, определяемая в основном:
меньшим числом операций;
применением дешевых я экологи-
чески менее вредных компонентов с
низкой концентрацией (особенно ионов
тяжелых металлов) в допустимом ин-
тервале, а лучше саморегулирующихся
компонентов;
применением растворов с низкой
агрессивностью к материалам, с мень-
шей вязкостью и меньшим выносом
в вентиляцию и с деталями;
наличием отработанной системы ло-
кальных циклов очистки и регене-
рации;
применением электролитов, устой-
чивых к вредным примесям, с наиболее
высокими значениями выхода металла
по току, скорости и равномерности
осаждения покрытия, с широкими
интервалами применяемых режимов
осаждения (температурой, катодной
плотностью тока, кислотностью, ско-
ростью перемешивания), с малой за-
висимостью выхода металла по току
от режимов электролиза, позволяю-
щих обходиться без нагрева электро-
литов.
Для гибких автоматизированных ли-
ний, которые строятся из типовых
автоматизированных модулей, необхо-
дима и соответствующая технология.
Основные особенности гибкой техноло-
гии следующие: ,
максимально универсальная для раз-
личных материалов технология под-
готовки поверхности деталей;
составы электролитов и растворов,
режимы обработки, системы промывки
с первичной регенерацией по необ-
ходимости должны быть обеспечены
математическими моделями;
максимальная устойчивость с тем,
чтобы как можно меньше требовалось
автоматических датчиков контроля и
аппаратуры для автоматического упра-
вления и регулирования.
В настоящее время имеется большое
разнообразие схем технологических це-
почек (по ГОСТ 9.303—84), составов
растворов и электролитов (ГОСТ
9.305—84), систем их очистки и регу-
лирования, некоторые из которых (да-
же общепринятые) требуют совершен-
ствования.
Так, широко применяется технологи-
ческая схема подготовки поверхности,
состоящая из катодного, затем анод-
ного обезжиривания, промывки, хи-
мической активации и промывки. В
этой схеме сдвоенное катодное и анод-
ное обезжиривание для обезводорожи-
вания деталей можно заменить одним
катодным обезжириванием, если после
промывки использовать не химиче-
скую, а электрохимическую актива-
цию, уменьшив, таким образом, число
позиций в технологической схеме на
1 или 2 (при наличии промывки между
ваннами обезжиривания).
Не менее широко используется в
промышленности технологическая схе-
ма нанесения многослойного покры-
тия «медь—никель—хром», хотя для
тех же условий эксплуатации изделий
можно использовать покрытие «никель
полублестящий — никель блестящий —
хром». Если при нанесении никеле-
вого покрытия на детали сложного
профиля на углубленных участках
возможно непокрытие и при эксплуа-
тации появление коррозии с потерей
защитно-декоративных свойств, то в
этом случае целесообразно применять
первую схему. В большинстве же
случаев, по-видимому, целесообразнее
применять вторую схему, так дак при
этом отсутствует промежуточная про-
мывка между меднением и никелиро-
ванием, а также ие будет происходить
загрязнения электролита никелиро-
вания медью.
С точки зрения экологии целесооб-
разно проанализировать в каждом
334
Технологическое обеспечение качества покрытий
конкретном случае и другие
схемы.
Длину АГЛ можно сделать короче
путем замены двух обычных двух-
каскадных промывок после обезжири-
вания и после активации на одну
двухсекционную каскадную промывку,
дополненную с аэрозольной промывкой
в верхней части каждой секции.
Большое значение имеет применение
новых более эффективных поверхно-
стно-активных веществ (ПАВ) в рас-
творах обезжиривания. Разработан-
ное специалистами Народной респуб-
лики Болгарии и АЗЛК новое ПАВ
«КДО» позволяет снизить концентра-
цию NaOH до 7—9 г/л и одновременно
уменьшить температуру растворов как
при химическом, так и при электро-
химическом обезжиривании до 40—
60 °C, что существенно снижает энер-
гетические затраты, вынос растворов
в вентиляцию и с деталями в ванну
промывки. Такой состав является уни-
версальным для черных и цветных
металлов, в том числе алюминиевых,
цинковых, медных сплавов.
Для повышения стабильности ра-
боты электролитов следует подбирать
совместимый с ним состав компонентов
раствора активации. Например, перед
серно-кислым или серно-кислопиро-
фосфатным электролитом целесообраз-
но применять серную кислоту, перед
хлоридным — соляную, перед элек-
тролитом черного хромирования —
раствор, содержащий азотную кис-
лоту, или раствор из ванны улавлива-
ния. Перед хромированием свежеии-
келированной поверхности лучше при-
менять хромовую активацию, а для
стальных деталей — анодную актива-
цию в отдельной ванне с электролитом
хромирования. В последних случаях
отпадает необходимость в установке
ванн улавливания, в меньшей степени
уменьшается концентрация электроли-
та хромирования.
При выборе растворов хроматирова-
ния и ряда других процессов, про-
должительность которых составляет
15—300 с, следует учитывать, что
при опускании и поднятии высокой
подвески инжире детали находятся
в ванне значительно дольше, чем
верхние. Поэтому для высоких под-
весок следует использовать более раз-
бавленные растворы с большей дли-
тельностью операции.
В связи с экологической опасностью
ионов тяжелых металлов из электроли-
тов цинкования наиболее безопасно
применять щелочно-цинкатные элек-
тролиты с блескообразующими ПАВ,
в которых концентрация цинка зна-
чительно ниже, чем в кислых и Других
электролитах, нет и других вредных
ионов (NHt Р2О72", SO2-, Cl" и др.).
Эти электролиты отличаются широким
диапазоном плотностей тока, высокой
рассеивающей способностью, не тре-
буют нагрева. Вместе с тем, например,
цинковые покрытия, осажденные из
электролита «Лимеда-НБЦ», отли-
чаются высоким содержанием угле-
рода за счет включения органического
ПАВ и после взаимодействия с хро-
матирующим раствором обладают бо-
лее высокой коррозионной устойчи-
востью по сравнению с покрытием,
получаемым из цианистого, кислого
и аммиакатного электролитов. Внедре-
ние таких электролитов в автомобиль-
ной промышленности привело к сни-
жению толщины цинкового покрытия
с 9 до 7 мкм.
Уменьшения толщины цинкового по-
крытия с сохранением или повышением
защитных свойств можно достичь не
только за счет выбора состава элек-
тролита или способа хроматирования,
но и применением комбинации цин-
кового покрытия, например, с черным
хромовым покрытием, которое повы-
шает устойчивость в камере соляного
тумана до появления коррозии основ-
ного металла более чем в 2 раза по
сравнению с хроматированием. Сниже-
ние толщины покрытия — это и повы-
шение производительности, уменьше-
ние длины автоматической линии и
другие преимущества.
Хроматирующие растворы для цин-
ковых покрытий должны быть обес-
печены локальными циклами очистки и
регенерации с целью исключения зал-
повых сбросов и выноса компонентов
в сточные воды. Следует иметь в виду,
что сушка покрытия при 80 °C при-
водит к образованию микротрещии
в хроматной пленке и ухудшению ее
защитных свойств.
Электролиты никелирования яв-
ляются наиболее сложными в эксплуа-
Требования s технологии нанесения покрытий
335
тации, требуют повышенной стабили-
зации режимов электролиза, концен-
трации и отсутствия вредных ионов
Zn2+, Cu2+, Fe3+, жировых и органиче-
ских загрязнений. В связи с этим
ванны никелирования обязательно
должны быть снабжены локальными
циклами очистки и регенерации элек-
тролита.
Для получения высокого качества
покрытий, повышения стабильности
состава электролита и применения вы-
соких плотностей тока концентрацию
солен никеля приходится поддержи-
вать высокой. Качество сцепления по-
крытий, связанное с состоянием по-
верхности, защитная способность по-
крытий, и внешний вид детали в зна-
чительной степени зависят также от
чистоты и кислотности электролита
никелирования.
Типичный брак никелевых покры-
тий — питтинг, возпикающьй но при-
чине удержания на поверхности водо-
родных пузырьков (рис. 5), также
зависит от чистоты электролита (коли-
чество механических и жировых за-
грязнений), от концентрации образую-
щихся гидроксидов железа и от зна-
чения pH. Уд ,лению водорода спо-
собствует интенсивное перемешивание
электролита, повышение его темпера-
туры, введение в электролит анти-
питтинговых добавок — смачивателей
(сульфирол, лаурилсульфат натрия,
добавок НИА-1 и др.). Имеются случаи
образования питтинга из-за непр 'виль-
ной системы барботажа и нерацио-
нального подвешивания деталей на
подвесках (для облегчения удаления
водородных пузырьков лучше, когда
лицевая поверхность деталей располо-
жена под углом кверху, а не книзу).
Повышение количества механиче-
ских загрязнений в ванне может быть
вызвано прохождением шлама через
чехлы на анодах и на анодных кор-
винах, особенно изготовленные из син-
тетических тканей, так как под воздей-
ствием большой массы накопленного
шлама синтетическая ткань растяги-
вается. Для уменьшения количества
пропускаемого шлама рекомендуется
применять двойные чехлы.
Ионы хрома являются наиболее эко-
логически опасными, поэтому следует
стремиться к снижению концентрации
Рис. 5. Вид поверхности никелевого по-
крытия с питтингом и включенными
в осадок механическими загрязнениями
хромового ангидрида, уменьшению вы-
носа его с деталями и в вентиляцию,
к замене на менее вредные электролиты
на основе трехвалентных соединений
хрома. Такие электролиты пока еще
применяют только для защитно-деко-
ративного хромирования. В нашей
стране это сульфатный трехвалентный
электролит ДХТИ. За рубежом более
широко внедрены хлоридные электро-
литы. На примере лучшего хлоридного
электролита Alecra-ЗООО хорошо видны
преимущества перед обычными элек-
тролитами на основе хромовой кис-
лоты:
меньшая токсичность Cr (III);
возможность осаждения Сг(ОН)3 при
промывке в воде с pH = 8;
концентрация Cr (III) составляет
22 г/л в пересчете на металл, тогда
как в стандартном электролите кон-
центрация СгО3 — 250 г/д, а в пере-
счете на Cr (VI) — 130 г/л;
более высокий выход металла по
току (22—23 % при плотности тока
10 А/дм2);
не требует нагрева;
покрытие равномерное по толщине,
нет пригаров (рис. 6);
выше кроющая способность (мини-
мальная плотность тока равна
0,3 А/дм2), шире диапазон плотностей
тока;
процесс не боится перерывов тока.
Покрытия микропористые и микро-
трещиноватые, что повышает корро-
зионную стойкость системы никель—
хром.
Электролиты хромирования на ос-
нове хромовой кислоты требуют также
336
Технологическое обеспечение качества покрытий
Рис. 6. Зависимость скорости осаждения V
хромового покрытия от плотности тока:
/ — электролит на основе хромовой кис-
лоты; 2 — электролит на основе солей
крома — Alecra-3000
очистки от загрязнений, в основном
от ионов Сг3+, Fe3+, Cu2+ и др.
Хотя необходимость применения ло-
кальных циклов очистки и регенера-
ции для электролитов хромирования
очевидна, однако все же следует стре-
миться к уменьшению концентрации
хромового ангидрида в электролите.
Это снижает вынос его в вентиляцию
и на поверхности деталей, что позво-
лит уменьшить число позиций про-
мывки в локальном цикле, а соответ-
ственно снизить расход воды. Этому же
способствует и применение таких пе-
нообразователей, как «Хромин», «Хро-
моксан», «Пенохром».
Применение добавки «Хромин» спо-
собствует увеличению кроющей спо-
собности электролитов хромирования.
Наиболее рекомендуемая область при-
менения этой добавки — электролиты
черного хромирования (концентрация
«Хромина»— 2—3 г/л). Использова-
ние этой добавки для получения тол-
стых износостойких покрытий металли-
ческого хрома не рекомендуется. Для
получения тонких защитно-декоратив-
ных металлических покрытий ее сле-
дует вводить в небольшом количестве —
до 0,5 г/л.
«Хромоксан» и «Пенохром» еще бо-
лее, чем «Хромин», уменьшают вынос
электролита с деталями и в вентиля-
цию, обеспечивают более устойчивую
пену. Добавка «Пенохром» жидкая и
лучше поддается автоматической кор-
ректировке. В отличие от «Хромина»
эти пенообразователи не ухудшают
качества хромовых покрытий при изно-
состойком хромировании, но и почти
не увеличивают кроющую способность
электролита.
Для процесса хромирования, в от-
личие от большинства других про-
цессов, очень важно обеспечить оди-
наковый температурный режим по
всей площади катода, поскольку даже
отклонение в 3—5 °C ведет к существен-
ному изменению свойств и скорости
осаждения покрытий. Свойства элек-
тролитов хромирования и получаемых
покрытий также существенно могут
меняться в зависимости от концентра-
ции анионов и соотношения их с хро-
мовой кислотой. Поэтому ванны хро-
мирования на автоматических линиях
необходимо оборудовать системой кон-
троля и автоматического регулирова-
ния концентрации компонентов элек-
тролита.
В системах покрытий медь—ни-
кель—хром и никель—хром следует
использовать специальные электроли-
ты и способы, обеспечивающие полу-
чение микропористого и микротрещи-
новатого хромовых покрытий с целью
снижения общей толщины металличе-
ского покрытия и повышения кор-
розионной стойкости деталей с покры-
тием.
При хромировании применяют не-
растворимые аноды: в растворах хро-
мовой кислоты — сплавы свинца с 7 %
Sb либо с 7—10 % Sn, в растворах на
основе трехвалентных соединений хро-
ма — графитовые либо диоксидно-мар-
ганцевые на титановой основе. Ука-
занные аноды хотя и медленно!, но
все же разрушаются под воздействием
выделяющихся газов и химически аг-
рессивной среды. В результате об-
разования на поверхности анодов в
растворах хромовой кислоты пленки
с высоким электрическим сопротивле-
нием при включении тока (особенно
после длительных перерывов — более
смены), его заданное значение дости-
гается не сразу, а после некоторой
проработки, из-за чего на первой за-
грузке возможно несколько худшее
прокрытие деталей хромом. Особенно
толстые пленки возникают в электро-
литах с фтор содержащим и катализа-
торами. Для исключения вредного
действия пленой необходимо проиа-
Лабораторный контроль электролитов
337
водить периодическую очистку по-
верхности анодов и на первой загрузке
деталей для достижения заданного
значения тока давать несколько боль-
шее напряжение.
Электролиты меднения применяют
в основном для нанесения подслоя
в системе многослойного покрытия
медь—никель—хром или никель—
медь—никель—хром. Как и катодное
покрытие по стали, цинковым или алю-
миниевым сплавам оно должно быть
беспористым.
Образование пористости покрытия
связано либо с механическими загряз-
нениями электролита, либо с плохой
подготовкой поверхности, либо с ми-
кротрещинами, возникающими в ре-
зультате накопления большого коли-
чества разложившихся органических
соединений и блескообразователя.
Применение фосфорсодержащих ано-
дов, поддержание концентраций бле-
скообразователя БС-1 и ионов С1“ обес-
печивает высокое качество выравнива-
ния микропрофиля покрытия и требуе-
мый блеск в широком диапазоне плот-
ностей тока.
Важнейшая роль в повышении ста-
бильности работы электролитов и рас-
творов, а также качества получаемых
покрытий принадлежит промывке.
Высокое качество промывки деталей,
например после никелирования, перед
сушкой способствует повышению их
коррозионной стойкости. Промывка
деталей, включающая первичную ре-
генерацию электролитов и растворов,,
позволяет значительно сократить число
корректировок и упростить систему
автоматического управления, контроля
и регулирования, так как с деталями
в сточные воды выносится больше
компонентов, чем их идет собственно
на процесс. Особенно это характерно
для процессов с низким выходом ме-
талла по току и при нанесении тонко-
слойных покрытий. Так, при защитно-
декоративном хромировании более
80 % хромового ангидрида и почти
100 % катализаторов выносится с де-
талями. Многие соли, содержащиеся
в других электролитах, также пол-
ностью расходуются за счет выноса
с деталями.
Повышению автоматизации гальва-
нического производства, качества по-
лучаемых покрытий и экономических
показателей во многом способствует
использование математических моде-
лей управления параметрами процес-
сов. В табл. 1 представлены некоторые
из них.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ
ТРЕБОВАНИЯ К ОБОРУДОВАНИЮ
Для обеспечения высокого качества
получаемых покрытий с минималь-
ными затратами и особенно в усло-
виях гибкого автоматизированного про-
изводства важно иметь не только хо-
рошую технологию, но и соответ-
ствующее надежное оборудование, ма-
териалы, системы и узлы для поддер-
жания заданных параметров техноло-
гического процесса.
Основные технологические свойства
процесса и назначение оборудования
приведены в табл. 2.
НОРМЫ РАСХОДА МАТЕРИАЛОВ
Нормы расхода материалов для опе-
раций гальванической обработки уста-
навливаются на основе отраслевых
инструкций по нормированию мате-
риалов. В табл. 3—6 приведены све-
дения, пригодные для использования
при укрупненном расчете расходов
материалов.
ЛАБОРАТОРНЫЙ КОНТРОЛЬ
ЭЛЕКТРОЛИТОВ
Внедрение малоотходной и безот-
ходной технологии с применением си-
стем локальной очистки и регенера-
ции электролитов обеспечивает почти
полный возврат компонентов электро-
литов, унесенных с подвесками, бара-
банами, корзинами и деталями в ванны
промывки. Эти системы способствуют
существенной стабилизации состава
электролитов и уменьшению числа ана-
лизов и корректировок электролитов.
Уменьшить число анализов состава
электролитов можно также за счет
применения счетчика ампер-часов, по
показаниям которого производится
корректировка состава.
1. Взаимосвязь показателей состояния поверхности и качества гальванических металлических и неметаллических
неорганических (конверсионных) покрытий с регулируемыми параметрами операций
Операция, режим Математические выражения взаимосвязи показателей качества с регулируемыми параметрами операции Наименование показателей качества У и регулируемых параметров операции X Диапазон изменения параметра X
Подготовка поверхности перед основной операцией
Обезжиривание стальных поверхностей катодное Моющее действие раствора У = 100 % , если содержание жомпонентов, г/л: 30 NaOH; 20 Na2SiO3-9H2O; 2,5 —• добавка А; 4 — до- бавка В. Плотность тока 10 А/дм2, температура 65 °C, продолжи- тельность обезжиривания 3 мни У = 96,89 + 0,983Xi + + 1,42XjX, + 0,99Х2; X) = = (Ч — 8)/4; Х2 = (х2 — 4)/2 У — моющее действие раство- ра, % Хх — плотность тока, А/дм? Х2 — концентрация добавки В в органической части мою- щей композиции, г/л 4—12 2—6
Операции нанесения металлических гальванических покрытий
I. Меднение Электролит алкиламмиакат- ный. Содержание компонен- тов, г/л 100 CuSO4-5H2O; 200 (NH4)2SO4; 20—100 полиэти- лен-полиамина; 120 мл/л — 25 % -го раствора NH4OH. Температура 20 °C Г! = 90 + 8,16%1 + 13,93Х3 + + 0,88Х3Х2 — 21,2XiXs — — 3,82Х| — 7,56Xi — 20.24Х2; Г2 = 45 + 24,2X1 + 14,4Х3 — — 46.5XJX3 — 13,8Х? — 16,7X1— -13.2Х2; *1 = ; у _ Х2 - 8,6. у _ Х3 - 2,25 ?! — выход металла по току, % У2 — рассеивающая способ- ность электролита, % (метод не указан) Xi — концентрация полиэти- лен-полиамина, г/л Х2 — pH электролита Х3 — плотность тока, А/дм2 20—100 8,2—9,0 0,5—4,0
Ла 0,4 ’ 3 1,75
Технологическое обеспечение качества покрытий
Лабораторный контроль электролитов
339
Продолжение табл. 1
Операция, режим Математические выражения взаимосвязи показателей качества с регулируемыми параметрами операции Наименование показателей качества У и регулируемых параметров операции X Диапазон изменения параметра X
4. -Хромирование Электролиты: стандартный. Содержа- ние компонентов, г/л: 250 —СгО»; 2,5— H2SO4 содержащий кремнефто- рид. Содержание компо- нентов, г/л: 250 — СгО3; 2,5 — H2SO4; 5,0 — Na2SiFe сильно разбавленный по хромовому ангидриду. Со- держание компонентов, г/л: 50 — СгО3; 0,5 — HgSO4; 0,5 — Na3SiF. 5. .Хромирование Yt = 270,07 + 36,93Xj — — 3,92Х2 — 0,50X1 — 0,45X1 + + 0,20ХхХ4; Г4 = 53,75 — 1,5Хх + 0,42Х2 + + 0,011XJ — 0,002X1 — — 0,0009ХхХ2; Уз = 1355,99 — 6,05X1 — — 2,53Х2 — 0,03Х? + 0,02X1 + + O.llXjX»; Г6= 13,32 + 0,013X1 + + 0,40Хг — 0,0027Xf — — 0,0038Х| + О.ООЗгХ^; Г, = 12,42 + 3,53Х3 + 2,34Х4 — — 0,20X1 — 0,35X1 — О,ЗОХ3Х4; Г3= 1361,13 + 92.08Х! — — 0,22Х2 — 0,99X1 — 0,12X1 — — О.гбХЛ; Ув = 7,13 + 0,44Х! + 0,18Х2 — — 0,007X2 — 0,0015X1 — — 0.0019ХЛ; У8 = 13,79+ 2,98Х3 + + 13,09Х4 — 1,14Х| — 5,64X1 — — 1,65Х3Х4 у = 66,33 — 1,38Х! + 2,12XS + + 7,13Х4 — 2,19XjX2 + -1- l,56XiX3— l.ieXjX, — Yt — У3 — микротвердость покрытий У4 — Ув — выход металла по току, % Г7, Уз — выход металла по току в зависимости от кон- центрации анионов сульфата и кремнефторида, % Xi — температура электроли- та, °C Х2 — плотность тока, А/дм2 Х3 — концентрация серной кислоты, г/л Х4 — концентрация кремне- фторида, г/л У — прочность сцепления хромового покрытия с осно- вой (сталь 45), оцененная
Технологическое обеспечение качества покрытий
Лабораторный контроль электролитов
341
342
Технологическое обеспечение качества покрытий
Продолжение табл.
Диапазон изменения параметра X щ О о ю - г- о ю ю ю о СЧ 10 ' СО 1 о о ю и!> Д OCN^ 10 ьГ <
Наименование показателей качества Y и регулируемых параметров операции X S? 6 ® "i i S g g <й « £ -£ «ч § c g К _ 5 й МЁ5 ° &> м н s S S и gs g е- g-ч §»4s s 3 Яя-8 «'Ь g е з §~й § о о н S ч . S я я. . >> М « 4 Eg® «н й и & £? R и R R § g S щ н gEg gcsij е*е* е*-г pg- g« fSjopgS 5" S S g a • - fc В Я Ч Я^НдИд д - Я 3 S cf° Е ч § о® «| «•§ о S о*Й о §_ bbuuj-ch । । tr I м 1 I 1 О । » „ ь л । о I са । са 1 1 g 1 § 1 1 1 0 1 О ® >» «а и 1 о 1 р< 1 S ^§^”0><><>< £><<. ££ ё я* ё>< £>< §
Математические выражения взаимосвязи показателей качества с регулируемыми параметрами операции || '.II III Д| „ gs«' gW +, +-й>? Il, -ail °.8S+I 3ggj+l «1 iSFxSx 4-cJo+^ । S'ffi'to " 8 So о о 33 3 0-00 § g o-o+7 о | о + 1я coo-H-со о-1 , oo++ 1 o„o_|_ | | JX.+ | „„_(_><>< J* 1 1 S3 1 + 1 xMxV-+ 1 £>< | ' -г— oo cq tj« r-Ci co co to ю io ь-_ co I^cnooooo II II >< и и и сЯ'^°е.Ч.^. и °-c<o ° °‘Ч’Ч II II d II oo^o*—< II o*o o'o'о II cwod'l II o'o'd'oooo >< >< II £*+ 1 1 + 1 1^1 1 1 + 1 1 1 1 + 1 £+ 1 1 ++ 1 1
Операция, режим вталь 40X 8. Электролитическое полу- чение композиции железо- корунд 9. Цинкование в цианидном электролите
У2 = 2,62+ 0,18Х1+ 1,134Х2 — — 0,035Х3 — 12,116.Х4 + Х4 — плотность тока, А/дм2 Хв — температура раствора, 1—10
10. Электроосаждение спла- + 1,862Х5 — 2,46Xj — — 0,0523X1 + 0,665Х4Х6 У4 = 2,5 + 0,ЗЗХ! + 0,03Х8 + °C — коэрцитивная сила
ва железо—никель + 0,18Х4Х2 — 0,05Х4Х3 — У2 — поле анизотропии
— 0,18Х2Х3; Xj — плотность тока, А/дм? 1,0—10
У2 = 5,79 — 1,21Х4 — 0,64Х2 + Х2 — pH электролита 2,3—3,1
+ 0,51Х3 — O^IXjXjs — Х3 — концентрация сахари- 0,5—2,5
11. Электроосаждение спла- — о.огхл —0,18Х2Х3 У = 77,4 + 6.6Х! + 0,4Х2 — на, г/л У — содержание никеля в
ва железо—никель — 6,8Х3 + 1.9ХЛ + 0,7Х2Х3 + осадке, %
+ 0,4Х3Х4 Хг — плотность тока, А/дм? 1—10
12. Электроосажденне спла- У = 1,406 — 0.656Х! — Х2 — pH электролита Х3 — концентрация сульфата железа, г/л Х4 — концентрация сахари- на, г/л У — внутренние напряжения, 2,3—3,1 14—28 0,5—2,5
ва железо—никель — 0,968Х2 + 0,156Х3 — измеренные по отклонению
Опере — 0,281 XjX3 + 1,031Х2Х3 гции химической и электрохимическо (мм) конца гибкого катода Х4 — концентрация сахарина, г/л Х2 — плотность тока, А/дм2 Х3 — температура электроли- та, °C й металлизации пластмасс 0,4—1,0 30—80 30—60
1. Химическая металлиза- У =3,57 — OJOXj + 0,47Х2Х3 + У — адгезия металла к ди-
ция дифлона (по + 0,21Х4 — 0,18ХьХ3— 0,38Х3Хв флоиу, кПа
ТУ 6-05-1668—74). Х4 — концентрация серной 600—800
Последовательность обра- ботки : кислоты, г/л Х2 — температура травиль- 65—75
предварительная обработ- ка в водном растворе ди- ного раствора, °C Х3 — температура раствора 60—80
метилформамида (ДМФА); травление в четырехком- ДМФА, °C Х4 — продолжительность хи- 20—40
понентной системе мического меднения, мин
Лабораторный контроль электролитов
со
Продолжение табл. 1
Операция, режим Математические выражения взаимосвязи показателей качества с регулируемыми параметрами операции Наименование показателей качества У и регулируемых параметров операции X \ Диапазон изменения параметра X
СгОз—H2SO4—Н3РО4— —Н20; активирование в растворе: 1 г/л — PdCl2, 44 г/л — SnCl2, 150 г/л — КС1, 180 мг/л — НС1 при тем- пературе 18—22 °C; химическое меднение в тартрантном растворе с формалином и стабилиза- тором тиосульфатом;элек- трохимическое меднение. После каждой операции промывка водой Yt = 0,6216+ 10,84Xi — Хь — концентрация фосфор- ной кислоты, г/л %в — концентрация ДМФА, г/л 80—180 350—650
2. Химическая металлиза- Ул — адгезия покрытия к ами-
ция аминопласта. — 13,93Х3 + 7,89Х4 — 9,30Хв; иопласту (определена отры-
Последовательность one- У2 = 16,85+ 2,97%i + вом припаянной медной про-
раций: травление в рас- 4~ 3,йиА3 — 2,43А4; волоки иа разрывной маши-
творе соляно-кислого ги- У3 = 13,35 + 2,31 Xi + 3,00Х2 + не), кПа
дразина (N2H4-2HC1); сенсибилизация в раство- ре хлорида олова, содер- жащего НС1; активация в растворе сульфата железа, подки- сленном H2SO4; —р 1,95X3 У2 — микротвердость по Вик- керсу медненных образцов (измерена на приборе ПМТ-3 при 200 г в течение 1 мин) У3 — электрическое сопроти- вление покрытия (измерено иа приборе УПИП-60М), Ом/см? 0,2—0,6
химическое меднение в растворе Вейна (тартрат- %! — концентрация гидрази- на, М/л; Х2 — концентрация сульфата железа, м/л
ный раствор с формали- ном); 0,2—0,4
Технологическое обеспечение качества покрытий
электроосаждение меди в
сульфатном растворе. По-
сле каждой операции про-
мывка водой.
Сенсибилизация (40 г/л
SnCl2 + 40 мл/л НС1;
20—22 °C; 5 мин) и хи-
мическое меднение мало
влияют иа результат
1. Анодирование
2. Глубокое анодирование.
Электролит — охлаждаемый
раствор серной кислоты,
еплав Д16Т
FeSO4-H2O Хо — температура раствора травления, °C Х4 — температура раствора реактивирования, °C Х5 — продолжительность тра- вления, мин Хв — продолжительность аи- тивирования, мни 55—65 20—60 15—25 10—30
Операции нанесения конверсио Y = 8,9 + 0,14Xj + 3,53Х2 — — 0,20Х3 + 2,63Х4 + 1,68Х2Х4 — — 0,23X2 — 0,28X1; нных покрытий Y — толщина оксидного слоя на сплаве Xj — концентрация электро- 150—220
Здесь Хн = -*н- т —м - лита, г/л Х2 — плотность тока, А/дм3 0,3—0,7
кодированное значение i-й пере- Х3 — температура электроли- 13—25
менной: и хн0 — натуральное теку- та, °C Х4 — продолжительность ано- 10—40
щее и минимальное значения пе- ременных; Ах — интервал варьирования (см. диапазоны изменения параме- тров) Yt = —97,0519 + 5,007Xf + + 1,7151Х2+ 0,4459Х3 + + 1,8446Х4 — 0,0528Х? — — 0,0004Х| — 0,0001X1 — — 0,0633Х| — 0,0129ХхХ2 — — 0,0083XfX3 + 0,0553X1X4 — — 0,0039Х2Х3 + 0,0479Х2Х4 — дирования, мин Yj — толщина пленки оксида, мкм У2 — микротвердость по Вик- керсу оксида (микротвердость ПМТ-3 при нагрузке 50 г) Xi — начальная анодная плотность тока, А/дм? Х2 — продолжительность ано- 12—24 40—80
—0,007Х3Х4; 1 дирования, мии
Лабораторный контроль электролитов
СО
сл
Продолжение табл, 1
Операция, режим Математические выражения взаимосвязи показателей качества с регулируемыми параметрами операции Наименование показателей качества Y и регулируемых параметров операции X Диапазон изменения параметра X
У2 = 89,479 — 7.692XJ + + 3,081Х1+ 3,374Х2 — Х3 — концентрация серной кислоты, г/л 150—230
— 12,252Х,— 0,112X2 — — 0,025X1 — 0,01X2 + 4- 0,101X1 4- 0,017XtX24- 4- 0.066ХЛ — О.ОббХЛ — — 0,016Х2Х3 4- О.ЮбХЛ — — 0,010Х2Х4 Х4 — температура раствора, °C 6—18
3. Наполнение анодной ок- Yr = 86,5 4- 34,0Xi 4- 13,9Х2 4- Ух, У2, У3 — содержание кад- мия, кобальта и никеля в ок-
сидной пленки. * г 4- 5,4XiX2;
Наполнение в растворе суль- У2 = 45,2 4- 11.7Х! —3,8ХхХ2; сиде алюминия в результате
фата никеля анодной пленки, У3 = 93,2 4- 31,5Хх наполнения в растворах суль-
сформированной в серной ки- фатов этих металлов 200—250 для
слоте (20%) на сплаве Хх — концентрация сульфата,
АД311Т при 18—20° и анод- соответствующего металла в CdSO4-8/3H2O
ной плотности тока 2 А/дм2 растворе наполнения, г/л Х2 — pH раствора наполнения Х3 — продолжительность на- полнения, мнн Х4—температура раствора, °C 200—250 для CoS04-7H20 200—300 для NiSO4-7H2O 6,0—6,3 4,0—4,2 4,0—4,2
4. Фосфатирование У = 3,87 — 8,60Х2 — 1,04X4 — — 0,9Х6 — 0,42ХхХ3 — — 0,48Х2Х3 — 0,48Х3Х4 — — 0,35Х3Хб — 1,07X4X5 — У — продолжительность кор- розионных испытаний до появления первых продук- тов коррозии, ч
— 0,76ХхХ2Х4 — 0,35Х2Х4Хв — — 0,5Х1Х2Х4Х6 Хх — концентрация препара- та «Мажеф», г/л Х2 — концентрация цинка азотно-кислого, г/л -ffitfifai ,ь. 90—130 180—390
Технологическое обеспечение качества покрытий
со
о
Х3 — концентрация натрия углекислого, г/л Х4 — температура, °C Х6 — продолжительность фос- фатирования, мни 3—9 40—60 5—9
5. Катодная обработка дни- Y = 32,1 — 4,lXt+ 1,1Х4 + Y — продолжительность ис-
нового покрытия. + 12,ЗХВ — 1,2Х, — 1,1Х7 пытаний в коррозионной ка-
Исходный состав раствора катодной обработки цинковых покрытий (толщиной 20 мкм) из аммиакатноуротропинового электролита (г/л): хромовый мере до появления иа поверх- ности обработанных деталей следов «белой ржавчины», сут. — pH раствора 1—3
ангидрид — 80; едкий натр — Хг — плотность тока, А/дм? 2—25
9,6; хром хлорный (безвод- Х3 — температура электроли- 20—50
иый) — 1,8 6. Катодное хроматирова- Yt = 7,445 — 1,97- 10~2Xf + та, °C Х4 — продолжительность об- работки, с Х5 — концентрация магния хлористого, г/л Хв — концентрация ангидри- да хромового, г/л Х7 — отношение исходных концентраций Yi = In w (w — масса 1 м3 2—56 0—20 10—80 5 11~—*15 1 1
иие стали. + 24- 10-?Х2Х3 — 2- lO^XjXj + пленки, г)
При катодной поляризации + 13- 10"4Х3Х4 — 66- 10“3Х3; У2 = In k (k — защитные
формируется защитная плен- У2 = 6,107— 12-10-®Х2Х3 — свойства пленки, сут)
ха из дигидр оксохромата ма- — l,59-10"?Xi — 5,1Х6 + Y3 = In Н (Н — стойкость и
гния гидроксида магния, ма- + 67- 10_гХ2Х4 + 98- 10-3Х3 — истиранию, мни)
гний—аммоний фосфата и со- — 65- 10“3Х3Хв — 3- 10"3X3X, — Xt — концентрация хромата 130—260
держание хрома (III) 1 — 38- 10~sX4; магния, г/л
Лабораторной контроль электролитов
Продолжение табл. 1
Операция, режим Математические выражения взаимосвязи показателей качества с регулируемыми параметрами операции Наименование показателей качества Y и регулируемых параметров операции X Диапазон изменения параметра X
Or Финишная промывка после иккелированкя У3 = 1,551 — 605-10"бХ2 + + 64- IO-4*! + 86- 10"3Х4 — — 8-КГ'ад, + 532-10-бХ2Х6 — — 5,92ХбХв + 67- 10-3Х4Хв — — 27- 10-4Х2Хв гврация промывки после нанесения м Ki = 7,93 — 1,84%! — 2,14Х2 — — 0,70Х3 + 2,93Х( + 5,39Х| — — 4,66X1 — 4,46Х1Х2+ + O.lSXjXs— 12,10Х2Х3; К2 = 101,25+ l,16Xj + + 5,96Х2 — 0,77Хз — 4,57Х? + + 32,75X1 — 6,62X1 — 1.28X4X2— — S.OOXiXs — 4,32Х2Х3; К3 = 103,62+ 1,82Хх + + 2,71Х2 + 0,92Х3 — 2,45X1 + + 12,95X1+0,38X1 —2,1XjX2 — — 0,77X^3 + 1,87Х2Х3, Xi — 30 v где Xi = —; Х2 = х2 — 12. _ х8 — 1,0 4 ’ 8 0,6 Х2 — плотность тока, А/дм2 Х3 — продолжительность об- работки, мин Х4 — температура раствора, °C Хб — концентрация фосфата, г/л Хв — концентрация нитрата, г/л еталлических покрытий У1; У2, Y3 — защитная спо- собность никелевых покрытий трех типов: матового (KJ, блестящего (У2) и двухслой- ного (К3) Х4 — концентрация солей ни- келя в ванне финишной про- мывки, мг/л Х2 — толщина однослойного или суммарная толщина двух- слойного покрытия, мкм Х3 — общее солесодержание в ванне финишной промывкя, г/л 600—1200 5—30 50—70 0,1—0,6 0,12—1,0 20—40 8—16 0,4—1,6
Технологическое обеспечение качества покрытий
Лабораторный контроль электролитов
349
2. Технологические требования к оборудованию
Вид оборудования Требования, назначение
Ванны, запорная ап- паратура, барботеры, нагреватели Система нагрева рас- творов Система перемеши- вания растворов Система регулиро- вания уровня раство- ров Система сушки Де- талей Система регулиро- вания pH растворов Система регулирова- ния состава растворов Система очистки и регенерации компонен- тов Система регулирова- ния плотности тока Манипуляторы Токоподводящие узлы Подвесные приспособ- ления Барабанные электро- лизеры Химическая стойкость в различных средах гиб- кого гальванического производства Постоянство температуры в рабочей зоне за счет рационального размещения нагревателей, системы перемешивания или прокачки раствора Равномерное перемешивание растворов в пре- делах рабочей зоны с постоянной скоростью. При- меняемый воздух должен быть очищен от масла и грязи Строгое поддержание уровня раствора (сниже- ние уровня изменяет распределение плотности тока на подвеске, в барабане). Желательно обо- рудовать ванны сливным карманом для удаления пыли, жиров с возвратом очищенного электро- лита Обеспечение заданной температуры во всей ра- бочей зоне с учетом различных размеров подвесок и барабанов Обеспечение заданного интервала pH в рабочей зоне Регулирование концентраций компонентов в за- данных пределах. Способы регулирования могут быть различные —- как с анализом, так и без ана- лиза компонентов Обеспечение максимального возврата и регу- лирования компонентов растворов с очисткой от различных вредностей в рабочую ванну Контроль площади загрузки н строгое поддер- жание заданной плотности тока Регулирование межштангового расстояния, встряхивание подвесок или барабанов над ван- нами, возможность подъема анодов для замены Для обеспечения постоянства токового режима контакт штанг с опорами, анодов и подвесок со штангами должен быть достаточно большим по площади и сопровождаться притиркой во время соединения Должны быть исключены перерывы тока, обес- печен достаточный контакт ко всем деталям, ми- нимальная склонность к обрастанию контактов. Конструктивно должно исключаться экранирова- ние деталей (кроме специальных случаев) и должен быть обеспечен минимальный выиос растворов Максимально возможные степень перфорации н площадь контактирования по длине барабана токоподводов с деталями. Желательно, чтобы кон- струкция обеспечивала автоматическую загрузку и выгрузку деталей и минимальный вынос рас- творов
350
Технологическое обеспечение качества покрытий
Продолжение табл. 2
Вид оборудования Требования, назначение
Компоновка линии Схема размещения технологи чески х спут- ников Необходимо исключать случаи проноса подве- ски с деталями над растворами, в которые недо- пустимо попадание капель раствора от предыдущей операции В нерабочее время технологические спутники должны находиться над позициями, где бы обес- печивались минимальные их коррозия и загряз- нение
3. Нормы расхода (л/м2) растворов и электролитов при гальванической
обработке на подвесках в автоматизированных линиях
Операция гальванической обработки Группа сложности деталей (см. табл. 6)
1 2 3
Подготовка поверхности основн Химическое обезжиривание деталей из чер- ных металлов, меди и ее сплавов, алюминия и его сплавов Электрохимическое обезжиривание деталей: из черных металлов, алюминия и его сплавов, цинковых сплавов нз меди и ее сплавов Травление химическое деталей: из черных металлов, коррозионно-стой- ких сталей, меди и ее сплавов из алюминия и его сплавов Одновременное обезжиривание и травление стальных деталей Активация деталей: из черных металлов из алюминия Анодное снятие шлама с деталей из чер- ных металлов Электрополирование деталей: из углеродистой низколегированной стали из коррозионно-стойкой стали из меди и ее сплавов, алюминия и его сплавов Электрополирование никелевых покрытий Химическое полирование деталей из алю- миния и его сплавов Получение покрытий электро лит.1 Цианидные, щелочные и кислые электролиты Получение металлических покрыл и контактным способ Меднение химическое Никелирование химическое эго метаа. 0,400 0,400 0,320 0,560 0,480 0,560 0,400 0,320 0,400 0,800 0,960 0,380 0,450 0,560 1ческим сп 0,105 шй химич ами 4,8 (на 1 лла 0,480 0,480 0,400 0,680 0,560 0,680 0,480 0,400 0,480 0,960 1,120 0,480 0,530 0,680 особом 0,115 гским 0,450 мкм толщ 0,560 0,560 0,480 0,800 0,640 0,800 0,560 0,480 0,560 1,120 1,280 0,580 0,610 0,800 0,140 ииы слоя)
Лабораторный контроль электролитов
351
Продолжение табл. 3
Операция гальванической обработки Группа сложности деталей (см. табл. 6)
1 2 3
Оловянирование контактное алюминиевых сплавов 0,240 0,280 0,320
Получение неметаллических неорганических покрытий
Оксидирование стальных деталей (щелоч- ное) 0,400 0,480 0,560
Анодное окисление алюминия и его спла- вов (серно-кислое) 0,320 0,400 0,480
Фосфатирование стальных и чугунных дета- лей (температура до 50 °C) 0,720 0,880 1,040
Фосфатирование стальных и чугунных де- талей (температура до 96—98 °C) Заключительные onepi 1,120 1Ции 1,400 1,600
Осветление и хроматирование цинковых покрытий 0,240 0,320 0,400
Пассивирование деталей из меди и ее спла- вов 0,240 0,320 0,400
Наполнение покрытий (Ан. Оке. Хим. Фос., Хим. Ькс.) 0,320 0,400 0,480
Примечания: 1. При обработке деталей в барабанах норматив
потерь увеличивается в 1,3 раза (для автоматизированных линий). 2. Для
цианидных электролитов дополнительно следует учитывать нормативы
расходов на разложение цианидов.
4. Нормы расхода [(г/м2)-мкм] цианистого натрия на разложение
Операция Без подогрева С подогревом
Цинкование 2,92 3,65
Кадмирование 2,00 2,50
Меднение 2,16 2,70
Латунирование (60 % Си, 40 % Zn) 2,56 3,20
352
Технологическое обеспечение качества покрытий
5. Нормы расхода растворимых анодов (при толщине покрытия 1 мкм)
Операция Диод Норма расхода,
Меднение Никелирование Цинкование Кадмирование Оловянирование Покрытие сплавом олово — никель (65 % Sn) Покрытие сплавом олово—висмут Покрытие сплавом медь—цинк Покрытие сплавом олово—свинец Покрытие сплавом олово — свинец Медный Никелевый Цинковый Кадмиевый Оловянный Никелевый Оловянный Латунный Сплав олово—свинец (60% Sn) Сплав олово—свинец (40% РЬ) 9,50 9,40 7,60 9,20 7,70 2,80 5,30 7,70 9,85 8,90
6. Классификация деталей по группам сложности
Группа сложности Характеристика Представители
1 Детали простой геометриче- ской формы, плоские и кольце- образные без резьбы Пластины, накладки, шай- бы, упоры, кольца, фиксаторы
2 Детали сложной геометриче- ской формы, не имеющие труд- иопромываемых участков Рельефные детали со сквоз- ными отверстиями и резьбой, скобы, полые цилиндры, ви- тые пружины, винты, болты и т. п.
3 Детали, имеющие труди опро- мываемые участки, в которых могут задерживаться электро- литы Детали с глухими отвер- стиями, вытяжкой и резьбой, стаканы, коробки, муфты и т. п.
В последние годы появилось мно-
жество различных приборов, обеспе-
чивающих автоматизированный кон-
троль и корректировку состава элек-
тролитов по компонентам и кислот-
ности (см. гл. 14). Вместе с тем пока
еще трудно отказаться для большин-
ства процессов от периодического ла-
бораторного анализа по причине слу-
чайного попадания в электролит вред-
ных примесей, содержащихся во вво-
димых компонентах, в анодах, воде,
воздухе, подвесках, барабанах, при-
месей от химического разрушения обо-
рудования, материалов и т. д., а
также в результате разложения в про-
цессе эксплуатации органических ком-
понентов, входящих в состав электро-
литов.
Для оценки наличия вредных при-
месей, а также общего состояния ра-
боты электролитов широко применяют
такие экспресс-методы, как анализ
с помощью ячейки Хулла и ячейки
с длинным угловым катодом, разра-
ботанной голландской фирмой Chars-
chou-chemikal. Для анализа внутрен-
них напряжений используют спираль-
ный коитактомер и другие приборы,
а для оценки пористости, микропори-
Лабораторный контроль электролитов
353
стости и микротрещиноватости хромо-
вых покрытий применяют метод (по
ГОСТ 9.302—79), основанный на элек-
трохимическом осаждении меди на
основном металле или подслое в ме-
стах пор и трещин покрытия.
Анализ электролитов с помощью
ячейки Хулла. На практике наиболее
широко используется ячейка объемом
250 см3. Ее применение не требует
большого количества электролита, но
этого количества вполне достаточно
для анализа различных компонентов
и примесей электролита. В некоторых
случаях при анализе электролитов
никелирования, меднения, цинкования
и др. используется также ячейка
Хулла объемом 1000 см3. Общий вид
и схема подключения ячейки Хулла
представлены на рис. 7. Ячейки из-
готовляют из полимерного химически
стойкого материала. В качестве ка-
тода выбирается полированная, чаще
латунная, медная или стальная пла-
стина. Иногда для более точной харак-
теристики работы электролита исполь-
зуют тот материал или наносят под-
слой того металла, на который в дан-
ных условиях осуществляют осажде-
ние анализируемого покрытия. Анод
изготовляют из соответствующего ис-
следуемому процессу материала. Раз-
меры ячеек Хулла, катодов и анодов
представлены в табл. 7.
На расположенном под углом к
аноду образце плотность тока распре-
деляется по убывающей от ближнего
края к дальнему, и ее значения в кон-
кретных точках образца, приведенные
в табл. 8 и 9 для разных ячеек, зави-
сят от подаваемой на ячейку силы тока.
Рис. 7. Ячейка Хулла (а) и схема ее под-
ключения (ff):
1 — катод; 2 — анод
Объем электролита в ячейках состав-
ляет около 250 см3 и 1000 см3, так как
для соответствия табличным значениям
плотности тока важно, чтобы покры-
ваемая площадь катода составляла
соответственно 0,5 и 1 дм2. Для удоб-
ства работы на внутренней стенке
ячейки между анодом и катодом целе-
сообразно сделать метку, до уровня
которой следует наливать электро-
лит.
В отличие от химического и других
видов анализа на содержание отдель-
ных компонентов ячейка Хулла по-
зволяет после непродолжительного вре-
мени электролиза оценить полную
картину состояния электролита, вклю-
чая наличие примесей (по качеству
получаемых покрытий в широком диа-
пазоне плотностей тока при различных
температурах, pH, скорости переме-
шивания электролита) до и после
7. Размеры ячеек Хулла, анодов и катодов (см. рис. 8)
Объем ячейки» см’ Внутренние размеры ячеек, мм Размеры пластин, мм
АВ вс СД АД Вы- сота Катод Анод
250 63 48 102 127 65 100Х70Х (0,54-1) 63Х70Х (14-3)
1000 85 120 127 212 95 125Х 100Х (14-2) 85Х 100Х(14-3)
12 П/р В. Л. Зубченко
354
Технологическое обеспечение качества покрытий
8. Распределение плотности тока
в ячейке Хулла1 объемом 250 см8
Расстояние от ближнего края катода, мм Плотность тока (А/дм*) при силе тока, А
1 2 3 4 б
10 5,1 10,2 15,3 20,4 25,5
15 4,2 8,4 12,5 16,7 20,9
20 3,5 7,0 10,6 14,1 17,6
25 3,0 6,0 9,0 12,0 15,0
30 2,6 5,2 7,8 10,4 13,0
35 2,2 4,5 6,8 9,0 11,2
40 1,9 3,9 5,8 7,8 9,7
45 1,7 3,3 5,0 6,7 8,1
50 1,4 2,9 4,3 5,7 7,2
55 1,2 2,4 3,7 4,9 6,1
60 1,0 2,0 3,1 4,1 5,1
65 0,8 1,7 2,5 3,4 4,2
70 0,7 1,3 2,0 2.7 3,4
75 0,5 1,0 1,5 2,0 2,6
80 0,4 0,7 1,1 1,4 1,8
9. Распределение плотностей тока
в ячейке Хулла объемом 1000 см3
Расстояние от ближнего края катода, мм Плотность тока (А/дм*) при силе тока, А
1 2 3 4 б
10 3,3 6,5 9,8 13,2 16,3
15 2,7 5,4 8,2 10,8 13,6
20 2,3 4,7 7,0 9,2 11,7
25 2,0 4,1 6,1 8,0 10,2
30 1,8 3,6 5,4 7,2 9,0
35 1,6 3,2 4,8 6,4 8,0
40 1,4 2,8 4,3 5,6 7,1
45 1,3 2,5 3,8 5,0 6,4
50 1,1 2,3 3,4 4,4 5,6
55 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0
60 0,9 1,8 2,6 3,6 4,4
65 0,8 1,6 2,3 3,2 3,9
70 0,7 1,4 2,0 2,8 3,4
75 0,6 1,2 1,8 2,4 3,0
80 0,5 1,0 1,5 2,0 2,6
нведення корректирующих компонс н-
тов электролита и проведения различ-
ных видов очистки.
По границам образования блестя-
щих и матовых зон, длине покрытий,
различию в цвете, области образова-
ния питтинга и прочим характеристи-
кам для различных электролитов изве-
сти! I методы улучшения их состава
nyTi м точной дополнительной коррек-
тировки, применения определенного
вида обработки или изменения режимов
электролиза. Для простоты анализа
желательно по каждому применяемому
электролиту иметь набор вариантов
пластин с нанесенным покрытием, по-
лученным из электролитов с различ-
ным содержанием компонентов н вред-
ных примесей при различной темпера-
туре и интенсивности перемешивания.
Достаточно точный анализ в этом слу-
чае может сделать даже неопытный
специалист. Примерное содержание пе-
нообразующей добавки к электроли-
там хромирования можно определять
по высоте образовавшейся за время
экспозиции пены.
В случае применения в составе
электролита нескольких компонентов,
расход которых зависит от количества
выноса электролита в вентиляцию и
с деталями в ваину промывки, доста-
точно определить уменьшение кон-
центрации хотя бы одного компонента,
а остальные вводить в пропорциональ-
ном отношении вместе с определяемым
компонентом. Ячейка Хулла позво-
ляет также выяснить необходимость
проведения фильтрации или какой-
либо очистки по результатам анализа
до и после определенного вида обра-
ботки.
С помощью ячейки Хулла можно
изучать и анодные процессы, напри-
мер анодирование, электрополирование
и др., только в этом случае рабочий
электрод (анод) и вспомогательный
(катод) меняют местами.
При анализе электролитов хромиро-
вания время экспозиции принимают,
как правило, равным 5 мин, а при дру-
гих процессах осаждения покрытий —
10 мин. Очень важно, чтобы темпера-
тура во время электролиза не изменя-
лась, для чего ячейку необходимо
термостатировать. Силу тока выби-
Лабораторный контроль электролитов
355
рают такой, чтобы вначення плотности
тока, соответствующие заданной ра-
бочей плотности тока на ванне АГЛ
оказались примерно в середине катод-
ной пластины.
Анализ электролитов с помощью
ячейки с длинным угловым катодом.
Этот метод следует применять допол-
нительно к анализу с использованием
ячейки Хулла в основном для электро-
литов блестящего иикелироваияя, а
также в тех случаях, когда необходимо
установить присутствие в электролите
механических загрязнений (шлама),
органических загрязнений, питтинга
и ионов тяжелых металлов (ИТМ)
с более положительным потенциалом
разряда.
Кроме того, этим методом можно
определить блеск или качество покры-
тий, полученных в области средних
плотностей тока, и предварительно
оценить пластичность покрытий, по-
лученных в области более высокой
плотности тока.
Длинный угловой катод изготов-
ляют из латунной или медиой леиты
шириной 30 мм и толщиной 0,2—
0,5 мм (рнс. 8, а). На рис. 8, б пред-
ставлена схема расположения катода
относительно аиода. Анод берется из
соответствующего исследуемому элек-
тролиту материала той же ширины, что
и катод, и загружается иа ту же глу-
бину. Электролит заливается в сте-
клянный стакан нлн специальный со-
суд из полимерного материала объемом
1 или 2 л и в случае необходимости
термостатируется. Учитывая площадь
образца, с двух сторон равную 0,9 дм2,
подают приблизительно среднюю (как
иа ванне) плотность тока (обычно
2 А/дм2) и ведут электролиз в течение
10 мин.
После проведения электролиза обра-
зец промывают, сушат н подвергают
визуальному анализу сторону, обра-
щенную к аиоду. Наличие темной
полосы иа границе электролит—воздух
свидетельствует о наличии органиче-
ских загрязнений в электролите. Уча-
сток АВ характеризует качество по-
крытия в области средней рабочей
плотности тока. По этой зоне оцени-
вают и степень блеска покрытия.
Участок ВС имеет ббльшую склонность
12*
Рис. 8. Длинный угловой
схема его расположении
анода (в)
катод (а) и
относительно
к образованию питтинга, и по нему
оценивают электролит иа питтииго-
образоваине. В зоне угла С, т. е.
в зоне более низких плотностей тока,
оценивают наличие в электролите
ИТМ с более положительным потен-
циалом разряда. По покрытию иа
участке CD судят о наличии в элек-
тролите механических загрязнений.
Покрытие, полученное иа участке DE,
подвергают испытанию иа пластич-
ность. После устранения обнаружен-
ных дефектов электролита опыт повто-
ряется и вновь оценивается качество
покрытия.
Определение концентрации CrOs
в электролитах хромирования. Для
электролитов хромирования существу-
ет н широко применяется простой н
быстрый метод определения концен-
трации СгОз по изменению плотности
раствора, измеряемой с помощью арео-
метра. Данные для электролитов из-
носостойкого и защитно-декоративного
хромирования приведены в табл. 10
и 11.
Для электролита черного хромиро-
вания содержание СгО8 как правило
400—500 г/л. Определение концен-
трации можно производить в соответ-
ствии с табл. 10.
356
Технологическое обеспечение качества покрытий
10. Зависимость концентрации Сг03 от плотности электролита при 20 °C
Содержание СгОа, г/л Плотность, г/см8 Содержание СгО8, г/л Плотность, г/см’ Содержание СгО>, г/л Плотность, г/см8
153 1,105 230 1,161 314 1,220
159 1,110 236 1,165 322 1,225
165 1,115 243 1,170 330 1,230
171 1,120 250 1,175 337 1,235
178 1,125 256 1,179 345 1,240
184 1,130 264 1,183 354 1,245
190 1,133 270 1,189 361 1,250
197 1,138 278 1,195 369 1,255
204 1,142 287 1,200 377 1,260
211 1,148 293 1,205 386 1,267
218 223 1,151 1,155 300 306 1,208 1,214 395 1,272
11. Зависимость концентрации Сг03
от плотности электролита черного
хромировании прн 20 °C
Содер- жание СгО„ г/л Плот- ность, г/см8 Содер- жание СгО„ г/л Плот- ность, г/см*
400 1,303 471 1,334
410 1,307 475 1,336
419 1,311 481 1,340
428 1,315 485 1,343
435 1,318 490 1,346
445 1,321 493 1,349
450 1,324 498 1,353
459 1,328 500 1,355
464 1,330
СТАБИЛИЗАЦИЯ СОСТАВА
ЭЛЕКТРОЛИТОВ И РАСТВОРОВ
В процессе работы электролитов и
растворов происходят изменение кон-
центрации основных компонентов и
накопление в них вредных компо-
нентов в виде ионов металлов, про-
дуктов разложения блескообразова-
телей и других органических загряз-
нений, пыли и прочих взвешенных
частиц.
При работе АГЛ корректировка и
очистка электролитов и растворов с
целью их стабилизации должны про-
изводиться автоматически. Для этого
ванны оборудуются непрерывной си-
стемой прокачки растворов через ем-
кости для очистки и корректирования.
А при современных требованиях соз-
дания малоотходных и безотходных
производств, в которых ставится за-
дача недопустимости выноса компо-
нентов растворов в стоки, необходимо,
чтобы промывные воды с повышенной
концентрацией включались в систему
непрерывной прокачки и очистки
растворов.
Проточная схема в этом случае
предусматривает непрерывную цир-
куляцию растворов через систему ап-
паратов, включающую фильтр для
механических примесей, теплообмен-
ник, электролизер для селективной
очистки, электролизер с нераствори-
мым анодом для экстракции части
лишнего осажденного металла из ра-
бочего раствора, фильтр с активиро-
ванным углем для отделения от раст-
вора органических примесей, дозаторы
для введения необходимых веществ.
В зависимости от природы электролита
набор аппаратуры может быть раз-
личным, но есть и аппаратура, приме-
няемая для многих процессов, что
очень важно в условиях гибкого про-
изводства.
Влияние вредных загрязнений по-
разному сказывается на ухудшении
внешнего вида, снижении пластично-
сти и коррозионной стойкости, увели-
Ста билизация состава электролитов и растворов
357
12. Вредное влияние примесей и режимы селективной очистки
Примесь металла Оказываемое влияние Режим селективной очистки
Железо Электролит иикелир Высокая твердость и боль- оваиии = 0,34-0,5 А/дм?, pH =
Медь шие внутренние напряжения, низкая пластичность и плохое сцепление Темный цвет, низкая пла- = 2-е-З iH = 0,054-0,2 А/дм?,
Циии стичность Темный цвет, высокая твер- pH = 24-3 in — 0,3-т-0,5 А/дм?, pH = 4
Свинец дость, низкая пластичность Напряженные осадки 1И = 0,14-0,2 А/дм?, pH = 4
Медь Электролит оловяиироваиия (кислый и щелочной) Темный цвет, плохо паяется | lK = 0,054-0,1 А/дм*
Медь,' Электролит циико Цианистый Желтый или темно-серый заиия Добавить 2—3 г/л Na2S и
свинец, цвет проработать при /н = 0,14-
железо и др. Кислый Темный губчатый слой циика Аммиакатный Темный цвет, а при большом количестве примесей губчатый слой цинка 0,2 А/дм? Подщелачивать до pH = = 54-5,5, ввести до 0,8 г/л цинковой пыли при переме- шивании и проработать при iK = 0,34-0,5 А/дм? Ввести 0,1 г/л цинковой пыли и проработать при «к = = 0,34-0,5 А/дм?
358
Технологическое обеспечение качества покрытий
чении пористости и шероховатости и
др. свойствах покрытий.
Для большинства электролитов, в
том числе никелирования, меднения,
оловянирования, цинкования, необ-
ходима очистка от пыли, анодного
шлама и других механических загря-
знений с помощью пресс-фильтров.
В автоматических линиях удаление
из электролитов органических загряз-
нений достигается путем пропуска-
ния части электролита через активи-
рованный уголь. При нормальной кор-
ректировке электролитов блестящего
никелирования и меднения по блеско-
образователям количество пропускае-
мого электролита выбирается таким,
чтобы примерно 1 раз в 6 мес. весь
объем электролита пропускался через
активированный уголь. В случае зна-
чительных загрязнений электролита
органическими примесями производят
сначала их окисление раствором
КМпО4 (1—3 г/л) или 30 %-ным раст-
вором Н2О2 (1—2 мл/л), а затем уже
прокачивают электролит через акти-
вированный уголь.
Дл1я селективной очистки многих
электролитов, в том числе никелиро-
вания, оловянирования, цинкования,
применяется специальный электро-
лизер.
Селективная очистка в электроли-
зере проводится на рифленом катоде
со сторонами 50—100 Мм, располо-
женными под углом ~60°, как пра-
вило, при очень низких плотностях
тока и при определенной кислотности
электролита, при которых удаляется
вредная примесь более электрополо-
жительного металла. Однако и другие
металлы можно удалять в той же об-
ласти плотностей тока и pH, если при
этом достигается их максимальный
выход по току. При высоких плотно-
стях тока удается очищать электролит
и от излишнего количества ПАВ, на-
пример От декстрина в электролите
цинкования (табл. 12).
В случае необходимости более пол-
ного удаления железа из электролита
никелирования электролит подкисля-
ют, вводят 30 %-ный раствор перекиси
водорода (1—2 мл/л), перемешивают,
доводят до pH = 5,3-4-6,0 и выпав-
ший гидроксид Fe (ОН)3 отфильтро-
вывают.
В электролитах хромирования имеет
место накопление вредных ионов Сп2+,
Zn2+, Ni2+, Fe3+, Сг3+, а в растворах
хроматирования — ионов Zn2+ и
Cd2+. Растворы хроматирования отли-
чаются значительно меиьшей концен-
трацией хромат-ионов и более быст-
рым накоплением иоиов цинка и кад-
мия. Поэтому в условиях работы АГЛ
Сравнительная энергоемкость нанесения покрытий
359
Рис. 10. Схема стабилизации электролита хромирования:
1 — ванна хромирования; 2 — промывка трехкаскадная; 3 — ванна промывки цирку-
ляционной водой, 4 — ванна горячей промывки; 5 — сборник разбавленного электро-
лита; 6 — сборник промывной воды; 7 — ионообменник для очистки от катионов; 8 —
вакуумный выпарной аппарат для концентрирования раствора; 9 — насос; 10 — фор-
сунки-распылители воды
целесообразнее удалять вредные кати-
оны из электролита хромирования пу-
тем постоянной прокачки разбавлен-
ного раствора из ванны улавливания
в рабочую ванну, а из раствора хрома-
тирования — путем периодической про-
качки через катионообменную колон-
ку. Для увеличения срока службы
ионообменной смолы концентрация
хромат-ионов не должна превышать
100 г/л.
Применение систем промывок дета-
лей, обеспечивающих эффективный
возврат компонентов электролитов, в
которых анодный выход по току выше
катодного, должно сочетаться с уст-
ройством электролизера, в котором
производят экстракцию излишнего оса-
ждаемого металла.
Примером наиболее совершенных ре-
шений могут быть комплексы стабили-
зации электролитов никелирования
(рис. 9) и хромирования (рис. 10),
разработанные фирмой Shering. Од-
нако, по-видимому, не всегда рацио-
нально добиваться полноты регенера-
ции компонентов раствора, так как
это ведет к увеличению производствен-
ной площади для системы промывки и
соответственно линии.
СРАВНИТЕЛЬНАЯ
ЭНЕРГОЕМКОСТЬ ПРОЦЕССОВ
НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
Энергетические затраты при работе
гибкой автоматизированной гальвани-
ческой линии (без транспортных опера-
ций) в среднем по существующим оцен-
кам распределяются следующим об-
разом, %: электролиз — 57,7; нагрев
и сушка — 16,2; вентиляция — 11,7;
перемешивание — 6,2; охлаждение —
4,9; очистка сточных вод — 2,2;
другие операции — 1,1. Примени-
тельно к отдельным гальваническим
ваннам в составе автоматизированных
линий гальванической обработки
энергетические затраты могут харак-
теризоваться следующим образом. В
процессах никелирования и хромиро-
вания на подвесках 45 % общего
потребления энергии расходуется на
обогрев гальванических ваин, причем
для нормальных условий эксплуата-
ции (температура 20—22 °C, влажность
60—80 %) и интенсивности воздушного
перемешивания 3 л/(мин-дм2), 50 %
тепла, используемого на обогрев
ванн, тратится на испарение воды из
электролита. Применение воздушного
360
Технологическое обеспечение качества покрытий
(барботажного) перемешивания увели-
чивает расход энергии на 10 %, а воз-
душная вентиляция для отсоса испа-
рений — на 15 %.
С целью снижения энергетических
затрат на проведение гальванической
операции в настоящее время рассма-
тривается возможность снижения ра-
бочей температуры используемого
электролита. В процессе никелирова-
ния, например, это может быть достиг-
нуто увеличением концентрации ионов
никеля, применением более эффектив-
ных регуляторов роста катодных от-
ложений. Снижение температуры на
10—20° от исходной температуры
уменьшает расход тепла примерно
60—70 %. При этом имеют место за-
метное улучшение условий труда,
уменьшение текущих затрат на галь-
ваническую обработку, снижение стои-
мости и износа оборудования.
Для снижения затрат энергии ре-
комендуется использовать электроли-
ты с пониженной рабочей температу-
рой, покрывать зеркало ванны шари-
ками нз полипропилена, снижающими
потери тепла на 69,5 %, а скорость
испарения раствора — на 88 %. Были
проведены опыты по укрытию поверх-
ности гальванических вани и ванн
обезжиривания при 60—90 °C пла-
вающими шариками диаметром 38—
45 мм. Шарики размещались на пло-
щади 10 м2 зеркала ванн в один слой.
Степень укрываемости при этом дости-
гает 91 % и почти не зависит от диа-
метра шариков. Эксплуатация таких
ванн обеспечивает снижение расхода
тепловой энергии на 70 %, испарений—
на 90 % , распространения запахов —
на 99 %.
ПАСПОРТИЗАЦИЯ ОПЕРАЦИЙ
НАНЕСЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
Паспорт гальванической операции
в его современном виде разработан
комиссией ВСНТО в 1979 г., он со-
держит полную характеристику элект-
ролита (раствора) — технологиче-
скую, экономическую, экологическую,
энергетическую. Данные, сведенные
в паспорт, позволяют объективно
сравнивать между собой операции при
выборе для проектируемого технологи-
ческого процесса. Составной частью
паспорта операции предлагается счи-
тать ее математическую модель, пред-
ставляющую собой описание взаимо-
связи основных показателей качества
гальванических (металлических и не-
металлических неорганических) по-
крытий с параметрами условий их
формирования. Паспорт гальваниче-
ской операции должен создавать раз-
работчик технологической операции.
Ниже приведен перечень показателей,
указываемых в паспорте на технологи-
ческую операцию.
Паспорт технологической операции
I. Технологические параметры.
1. Назначение и область применения
покрытия при различной его тол-
щине.
2. Гарантированные показатели ка-
чества:
степень блеска;
сцепление;
внутреннее напряжение;
степень наводороживания и др.
3. Концентрация компонентов.
4. Оптимальные параметры операции
(температура, pH, плотность тока,
интенсивность перемешивания, со-
отношение анодной и катодной по-
верхностей и др.), статическая ма-
тематическая модель.
5. Состояние поверхности, поступаю-
щей на обработку.
6. Количественная оценка рассеиваю-
щей и кроющей способностей элект-
ролита в производственных усло-
виях с привязкой к оборудованию
по ГОСТ 23738—79.
II. Энергетические затраты на произ-
водство покрытия 1 м2 при толщине
покрытия 1 мкм.
1. Расход энергии постоянного тока.
2. Расход энергии на:
нагрев электролита;
охлаждение электролита;
перемешивание;
нагрев приточного воздуха;
подачу воды и растворов.
3. Прочие затраты энергии (вытяжная
вентиляция).
III. Эксплуатационные параметры.
1. Порядок приготовления электро-
лита.
2. Требования к качеству воды для
приготовления электролита.
Паспортизация операций нанесения покрытий
361
3. Требования к качеству воды для
промывки.
4. Регламентирование обслуживания
электролита:
наработка на корректировку;
наработка на регенерацию и
утилизацию.
5. Рекомендуемая измерительная ап-
паратура серийного производства
для контроля параметров.
IV. Физико-химические параметры
(в диапазоне изменения температур
и рабочих концентраций).
1. Плотность.
2. Вязкость.
3. Поверхностное натяжение.
4. Электропроводность:
в диапазоне рабочих концентра-
ций,
в диапазоне концентраций зал-
повых сбросов,
в диапазоне концентраций про-
мывных сточных вод.
5. Число переноса катионов в ди-
апазоне рабочих концентраций.
6. Коэффициенты активности для диа-
пазона рабочих концентраций.
7. Осмотические коэффициенты в ди-
апазоне рабочих температур (а так-
же для 18 °C) и концентраций.
8. Температурные коэффициенты
ЭДС (в диапазоне рабочих темпе-
ратур и при 18 °C).
9. Теплоемкость в диапазоне рабо-
чих температур и концентраций.
10. Теплопроводность.
11. Интегральная теплота растворения
в воде при 18, 25 и 50 °C.
12. Интенсивность испарения в диа-
пазоне рабочих температур и ра-
бочих концентраций.
13. Химический состав и концентра-
ция веществ в испарениях.
14. Отражение и рассеивание световых
лучей.
15. Давление паров в зоне рабочих
температур и концентраций.
16. Растворимость воздуха при раз-
личной интенсивности и длительно-
сти перемешивания.
17. Прочие свойства и особенности.
V. Экологические параметры.
1. Смачиваемость электролитом об-
рабатываемых поверхностей и
удельные объемы выноса электро-
литов в зависимости от сложности
конфигурацик обрабатываемой
детали.
2. Экономически обоснованные ме-
тоды утилизации электролита.
3. Рекомендуемые методы очистки про-
мывных вод после данного элект-
тролита.
4. Предельно допустимая концентра-
ция по отмываемому компоненту.
VI. Экономические параметры.
1. Стоимость приготовления 1 л ра-
бочего раствора.
2. Стоимость очистки 1 м8 промывных
вод рекомендуемым методом.
3. Трудоемкость приготовления, ре-
генерации и утилизации 1 м3 элект-
ролита.
4. Стоимость энергетических зат-
рат на 1 м3 покрытий при его тол-
щине 1 мкм.
5. Нормы расхода химикатов, анодов
и воды на приготовление и эксплу-
атацию электролитов.
6. Нормы расхода энергоресурсов.
VII. Динамика электролита при экс-
плуатации и математическаи модель,
учитывающая изменение его со-
става и свойств.
VIII. Техника безопасности.
1. Группа вредности электролита.
2. Нормы отсоса воздуха от зеркала
рабочих ванн нормального ряда
в соответствии с ГОСТ 23738—85.
В паспорте на технологическую опе-
рацию должны быть даны рекоменда-
ции по методам анализа компонентов
с обязательным указанием возможно-
стей и методов их автоматического
анализа, и корректировки, а также
должны быть приведены возможные
причины неполадок и методы их устра-
нения применительно к условиям
автоматического режима работы ли-
нии.
Среди физико-химических парамет-
ров необходимо привести такие, чтобы
по ним можно было бы осуществлять
автоматизированный контроль, под-
держание концентраций компонентов
и получение заданных характеристик
покрытий. Пример заполнения пас-
порта на операцию щелочного бес-
цианистого цинкования, подготовлен-
ный М. Шалкаускасом и Г. Шимкеви-
чюте, приведен в табл. 13.
362
Технологическое обеспечение качества покрытий
13. Показатели технологической операции
(пример заполнения паспорта)
Перечень показателей Содержание показателя
I. Показатели идентификационные
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Наименование Товарный знак Обозначение (или код) Разработчик Автор(ы) Авторское свидетель- ство, патенты Данные о внедрении Заменяемые аналоги Особенности Щелочное бесцнанистое цинкование Лнмеда НБЦ Ц. б. 232600, г. Вильнюс, ул. К. Пожелос, 48, Ин- ститут химии и химической технологии АН ЛитССР Л. И. Дереш, О-P. Ю. Мнглинайте, В. П. Ре- зайте, О. Нивинскене, 3. Алауне, В. В. Окулов А. с. 751176 (СССР) 445633, Тольятти, Волжский автозавод, 603046, Горький, Горьковский автозавод, 226039, Рига, ВЭФ Отечественных аналогов нет. Зарубежные аналоги — Консо-Ecolozing, фир- мы R. О. Hull Е. G. Inc; Protolux фирмы Sche- ring — в СССР не используются Заменяет процессы цианистого цинкования, упрощается обезвреживание сточных вод
II. Показатели функциональные
1. 2. 3. Назначение Материал детали (ос- новного металла), мар- ка Способ выполнения операции Защитно-декоративное цинкование Сталь Катодное электроосаждение цинка из водного раствора окснда цинка и натра едкого с блеско- образующей добавкой НБЦ
III. Показатели квалификационные
1. 2. 3. 4. Требования к поверх- ности основного ме- талла Требования к основ- ным материалам Требования к вспо- могательным материа- лам Надежность Требования по ГОСТ 9.301—86: пп. 1.1—1.3; 1.5; 1.6; 1.8—1.10; 1.11 Детали простой и сложной конфигурации Цинка оксид по ГОСТ 10262—73 Натр едкий по ГОСТ 2263—71 Блескообразующие добавки НБЦ по ТУ 6-09-4799—79 Аноды цинковые ЦО по ГОСТ 1180—71 Вода дистиллированная по ГОСТ 6709—72 или обессоленная При постоянной работе электролит не требует замены
Паспортизация операций нанесения покрытий
363
Продолжение табл. 13
Перечень показателей Содержание показателя
5. Эффективность 6. Качество IV. 1. Состав электррлита, г/дм8 (раствора) 2. Количество катионов и анионов 3. Вредные примеси 4. Составление и кор- ректировка электро- лита (раствора) 5. Регенерация электро- лита (раствора) 6. Обезвреживание элек- тролита (раствора) 7. Утилизация V. По 1. Основное оборудова- ние 2. Вспомогательное обо- рудование 3. Оснастка Скорость осаждения, мкм/мин: 0,3—0,6—на, подвесках; 0,1—0,3 — во вращающихся уста- новках Рассеивающая способность по Фильду — 40—43 % Выход цинка по току (катодному) — 60—90 % Выход цинка по току (анодному) — 50—100 % Коррозионная стойкость — 630 ч в 5 % -ном солевом тумане до появления следов коррозии основы Показатели компонентные Цинка оксид 10—17 Натр едкий 90—120 Блескообразующие добавки: НБЦ-0 4—6 НБЦ-К 4—6 Количество катионов 2,4—3,2 М/дм8, анионов 2,25—3,0 М/дм8 Cr (VI) — 5.10-* г/дм8 См. РД 50-664—88 «Методические указания. Покрытия металлические и неметаллические не- органические. Методы приготовления и коррек- тирования электролитов» (Приложение 1, табл. 30) Электролит регенерируют путем корректировки Цинк из сточных вод удаляется методом ней- трализации (подщелачиванием раствора до pH = 84-9) каватели инструментальные Ванны стальные, футерованные стойким к Ще- лочам материалом (винипластом), имеют бортовые вентиляционные отсосы. Для поддержания необходимой температуры электролита ванна должна быть снабжена обо- рудованием для нагревания и охлаждения рас- твора. Необходимо предусмотреть оборудование для фильтрации электролита, фильтр из полипро- пиленовой ткани (по ТУ 17-4029—70). Рекомен- дуется намывать на фильтрующую ткаиь перлит (по ТУ 480-1-79—74) Запасная емкость, изготовленная из стали 10 Подвески и корзины изготовляют из стали 10, контакты т- медные или латунные, чехлы — из полипропиленовой ткани (по ТУ 17-4029—70), изо- ляция — пластизоль Д-2А (по ТУ 6-01-900—74)
364
Технологическое обеспечение качества покрытий
Продолжение табл. 13
Перечень показателей Содержание показателя
VI. Показатели контрольно-управленческие
1. Параметры контроля электролита (раство- ра) Концентрация цинка, едкого натра, блеско- образующей добавки
2. Параметры управле- ния операции Температура 20—30 °C Плотность тока: 1—4 А/дм? во вращающихся установ- ках 0,5—1,5 А/дм2 анодная Ю—15 А/дм? Реверсирование Не допу- скается Толчок тока До 30 % от номинального Напряжение на клеммах . . . 8—15 В Межэлектродное расстояние 10—40 см Интенсивность перемешивания 0,5—2 м’/мин
3. Математическая мо- дель Y = 2202 + 36Хх — 444Ха — 3,95Х8 — — 31Х4 — 1,6Х5 — 0,04X1 + 12X1 + + 0,053Xi + 3,2Х| — 0,006X1 — — 0,89XiX2 + 0,017XiX3 + 0,0435XiX4 — — 0,0016ХхХ8 + 0,lX2Xs — 0,09X2X4 + + 0,019Х2Хб — 0,17X3X4 — 0,029XsX5 — — 0,H9X4X6, где Y — выход по току, %; X4 — концентрация натра едкого, г/дм3; Х2 — концентрация окиси цннка, г/дм3; Х3 — концентрация добавки НБЦ, г/дм3; Х4 — плотность тока, А/дм2; Хв — темпе- ратура, °C
4. Неполадки VII. См. РД 50-664—88 «Методические указания. Покрытия металлические и неметаллические не- органические. Методы приготовления и коррек- тирования электролитов» (Приложение 1, табл. 30) Показатели экономические
1. Содержание основных материалов в детали Оксид цинка 4 г/м2' Натр едкий 20 г/м2 Лимеда НБЦ-К ..... 20 мл/м2
2. Расход материалов (основных и вспо- могательных) Основные химикаты кг/м? руб/кг 1. Оксид цинка 0,00207 1,05 2. Натр едкий 0,0153 0,55 3. Блескообразующие до- бавки: НБЦ-0 ........ Для кор- 1,15 ректи- ровки НБЦ-К 0,020 1,95 4. Аноды цинковые ЦО 7,6 8,432 5. Вода на промывку . . . 0,42 м3/м?
Паспортизация операций нанесения покрытий
365
Продолжение табл. 13
Перечень показателей Содержание показателя
3. Удельный расход Силовая 0,15
энергии кВт-ч/м? Электролизная 0,71
4. Отходы, г/м? Оксид цинка 2,2 Натр едкий 15,7 Добавка НБЦ-0 0,7 Добавка НБЦ-К 0,7
5. Трудоемкость, нормо- Способ обслуживания:
ч/м? автоматизированный 0,3 механизированный . . 0,5 немеханизированный 0,8
VIII. Показатели экологические и эргономические
1. Вредность Основные компоненты Класс опасности Оксид цинка 3 Натр едкий 2 Добавка блескообразующая Ли- меда НБЦ 4
2. Ликвидация —
3. ПДК и ПДВ Основные компоненты ПДК Оксид цинка 5 Натр едкий 50 (Na+)
4. Число работающих —
5. Меры безопасности Обязательно пользоваться средствами индиви- дуальной защиты органов дыхания, кожи, лица и глаз. Строго следить за постоянной работой вентиляционных установок и герметичностью оборудования и коммуникации, обязательно про- водить вакуумную или мокрую уборку пыли в производственных помещениях
6. Оценка степени риска Пожар о- и взрывобезопасен
ГЛАВА 11
РЕГЕНЕРАЦИЯ ЭЛЕКТРОЛИТОВ И МЕТАЛЛОВ
ТРЕБОВАНИЯ
К ОБЕЗВРЕЖИВАНИЮ,
УТИЛИЗАЦИИ И РЕГЕНЕРАЦИИ
Источниками загрязнения окружаю-
щей среды в гальванотехнике являются
промывные воды и отработанные кон-
центрированные растворы. Сбросы от-
работанных растворов по объему со-
ставляют 2—3 % от общего количества
сточных вод, а по общему содержанию
сбрасываемых загрязнений достигают
40—70 %. Залповый характер таких
сбросов нарушает режим работы очист-
ных сооружений, приводит к безвоз-
вратным потерям ценных материалов.
В современных условиях на передний
план выдвигается экологичность тех-
нологии с обеспечением регенерации
ценных веществ. Конечной целью яв-
ляется создание мало- и безотходных
технологических процессов.
Основные технологические цели,^до-
стигаемые при обработке концентри-
рованных отработанных растворов, сле-
дующие: регенерация, утилизация и
обезжиривание.
Необходимость сброса концентри-
рованных растворов в гальванопроиз-
водстве определяется следующими фак-
торами:
накоплением в электролитах посто-
ронних органических и неорганических
веществ; продуктов деструкции (раз-
ложения) некоторых компонентов (на-
пример, блескообразователей), а также
механических примесей, шлама или
необратимых дисперсий типа эмуль-
сий или суспензий;
нарушением соотношения основных
компонентов гальванических вани;
выработкой в растворах электроли-
тов отдельных веществ с одновремен-
ным накоплением продуктов реакции,
замедляющих скорость основных про-
цессов.
Практически все сбросы гальван
ческого производства имеют ярко вы-
раженную биологическую активность
и способны вызывать неблагоприят-
ные последствия. Сбрасываемые ме-
таллы, входящие в электролит, весьма
токсичны, т. е. обладают способностью
вызывать в организме губительные
биологические эффекты, представляя
опасность для здоровья людей. Сте-
пень токсичности и опасности различ-
ных веществ неодинакова и может
быть оценена по предельно допусти-
мым концентрациям (ПДК), учиты-
вающим наряду с токсичностью и
их кумулятивные свойства, т. е.
способность накапливаться в орга-
низме,
Важной характеристикой поведения
и миграции металлов и других загряз-
нений в водоемах является их фазо-
вое состояние, т. е. существование этих
компонентов в виде взвеси или рас-
твора. В порядке общей тенденции
следует отметить преобладание в При-
родных водах (водоемах) ионов меди,
цинка, никеля в растворенной форме,
а свинца, хрома и кадмия — во взве-
шенном состоянии. Отсюда ясно, что
попавшие в водоем медь, цинк и ни-
кель будут переноситься на значитель-
ные расстояния от места сброса и дли-
тельное время находиться в водной
средё, а свинец, хром и кадмий будут
накапливаться в донных отложениях
вблизи места сброса.
Современная унифицированная тех-
нология регенерации электролитов и
металлов в гальванотехнике должна
предусматривать:
максимальное быстрое и 100%-ное
извлечение ценных компонентов;
получение в качестве конечного про-
дукта регенерации концентрирован-
ных растворов извлекаемых метал-
лов, пригодных для повторного исполь-
зования в гальванотехнике;
Методы обезвреживания, утилизации и регенерации
367
применение высокопроизводитель-
ного оборудования, отвечающего тре-
бованиям современного производства,
и прежде всего встроенного в состав
гальванических автоматизированных
линий;
включение регенерации в техноло-
гический процесс с целью создания
безотходной технологии.
Целью регенерации концентрирован-
ных отработанных растворов яв-
ляются:
предотвращение залповых сбросов,
нарушающих режим работы локаль-
ных очистных сооружений предприя-
тий и способствующих попаданию вы-
соких концентраций вредных веществ
в коллекторы городской канализации
или в водоемы;
снижение безвозвратных потерь
ценных компонентов путем их селек-
тивного выделения и вторичного ис-
пользования, а также капитальных
и эксплуатационных затрат на водо-
очистку, поскольку удельные затраты
на обработку эквивалентного количе-
ства загрязняющих веществ в концент-
рированном виде значительно меньше,
чем в разбавленном состоянии при
обработке в сточных водах.
Регенерация восстанавливает работо-
способность раствора благодаря вы-
делению мешающих примесей. При не-
прерывной регенерации, когда рабочий
раствор циркулирует в системе «основ-
ная ванна — регенерирующая уста-
новка» срок службы раствора увели-
чивается и значительно сокращается
количество химикатов, идущих на
корректировку и приготовление све-
жего рабочего раствора с одновремен-
ным обеспечением высокого качества
гальванопокрытий.
Основные технологические цели ути-
лизации следующие:
использование отработанного рас-
твора на том же производстве для дру-
гих технологических нужд. Например,
отработанный электролит хромирова-
ния можег быть использован для при-
готовления раствора для пассивации,
отработанный раствор травления стали
— для обработки эмульсий смазочно-
охлаждающих жидкостей, или для
обезвреживания отработанных хром-
содержащих растворов на очистных
сооружениях;
переработка отработанного рас-
твора с целью получения «товарных»
продуктов, которые могут быть ис-
пользованы как на данном предприя-
тии, так и на других. Примером этого
является переработка травильных рас-
творов с целью получения окислов же-
леза, которые могут служить сырьем
для получения пигментов, ферритов,
строительных материалов;
выделение из отработанного рас-
твора ценных компонентов (металлы,
кислоты и другие вещества) и повтор-
ное их использование.
Методы обезвреживания отработан-
ных растворов сводятся к их нейтрали-
зации перед сбросом. Это может быть
осуществлено путем обработки раство-
ров после их смешения (например,
кислых и щелочных растворов) и по-
следующей нейтрализации, либо пу-
тем нейтрализации индивидуально каж-
дого раствора или определенной груп-
пы растворов. В первом случае обра-
зующиеся после нейтрализации гидро-
окиси металлов и нерастворимые соли
обычно не могут быть утилизированы.
Во втором случае, когда образуются
более однородные по химическому со-
ставу осадки гидроокисей и солей ме-
таллов, последние могут быть исполь-
зованы в качестве «товарных» про-
дуктов, например микроудобрений в
сельском хозяйстве.
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ
ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ,
УТИЛИЗАЦИИ И РЕГЕНЕРАЦИИ
Данная классификация предназна-
чена для определения наиболее пер-
спективных методов регенерации, ути-
лизации и обезвреживания ценных ве-
ществ из отработанных электролитов
и сточных вод в гальванотехнике.
Для этих целей могут быть использо-
ваны различные технологические ме-
тоды регенерации (рис. 1) в зависимо-
сти от физико-химических свойств ин-
гредиентов (табл. 1).
Электролиты и сточные воды в галь-
ванотехнике, как правило, характери-
зуются сложным качественным и ко-
личественным составом. Согласно клас-
сификации фазово-дисперсного со-
стояния водных сред оии могут пред-
368
Регенерация электролитов и металлов
1. Применение регенирационных методов в гальванотехнике
(разработана Л. А Кульским)
Свойства, ингредиентов Размеры частиц, мм
1 10~1 10~г 1Q-5 1O'S 1(ГЬ
| Решетки, гата[ | Ультрафильтрация | | Обратный есмос[
Тканевой
Микрофильтрация
Дисперсность
частиц
Коагуляция
Седиментация
Плотность
Диффузионнасть
Центрифугирование
| Ультрацентрифугирование\
| Обратный осмос |
| Диализ |
| Электродиализ |
Ионный заряд
Сорбция
Ионный обмен
Электролиз
Растворимость
Экстракция 1
I Осаждение ~|
Поверхностные
свойства
Температурный
режим
Флотация
\Дистилляция, метод низкотетерат.концентр\
Примечание. 1. При размерах частиц-.
1 - 10~ь тм - гетерогенная система, 10~s - 10~7мм - гомогенная
(1 - 10~3 мм - осаждаемые вещества, 10"^ -10~7мм -дисперсионные коллоиды).
ставлять собой растворы, механиче-
ские или коллоидно-дисперсные си-
стемы. К загрязняющим веществам
одного типа относятся нефтепродукты,
жиры и масла от операций мойки и
обезжиривания, другого типа (в виде
суспензии и коллоидов) — различные
шламы, гидроксиды металлов и про-
дукты деструкции органических до-
бавок.
Технические возможности и эконо-
мика регенерационных процессов дик-
туют в большинстве случаев необхо-
димость одновременного сочетания не-
скольких методов обработки водных
сред сложного состава. При этом свой-
ства рабочих электролитов не должны
меняться, а необходимая концентрация
ионов металлов должна обеспечива-
ться при минимальных расходах элект-
роэнергии, химикатов и трудоза-
трат.
Однако ни один из известных мето-
дов не удовлетворяет всем перечислен-
ным требованиям. Назначение и тех-
нические возможности различных ме-
тодов приведены в табл. 2. Промывные
низкоконцентрированные сточные во-
ды обычно подразделяют на группы по
основному ценному компоненту, под-
лежащему утилизированию. Для вы-
бора соответствующего метода регене-
рации технологические высококон-
центрированные сточные воды следует
Методы обработки электролитов
369
Окислительно-
восстанови-
тельнал
обработка
Нейтрализация
Осаждение
и кристал-
лизация
Методы регенерации
электролитов и металлов
Мехами
Отстаивание
ъ.
Фильтрация
£
Е
химичес-
кая об,
В
Ионообменная
жидкостная
экстракция
i
I
I
I
I
Электрохимиче-
ские способы
Сорбционные
способы
Сорбция инпрег-
нированными
сорбентами
химичес-
кая од
й
I
II
si
Г
Мембранные
способы
Центрифу-
гирование
Каталитичес-
кая обработка
Рис. 1. Классификация методов
регенерации электролитов и металлов
группировать по назначению и близ-
ким составам.
Электролиты повышенной токсич-
ности при отсутствии разработок по
регенерации и обезвреживанию при-
менять не рекомендуется. Например,
введение комп.лексообразователей рез-
ко затрудняет извлекаемость металлов
ионным обменом, а поверхностно-ак-
тивные добавки отрицательно влияют
на электрохимические процессы при
извлечении металлов из промывочных
вод.
Имевшаяся ранее тенденция исполь-
зования высококонцентрированных
электролитов привела к большему вы-
носу токсичных компонентов в сточ-
ные воды и соответственно к большему
расходу воды на промывные операции.
Поэтому выбор состава электролитов
и технологии нанесения покрытий дол-
жен быть ограничен возможностью
использования имеющихся технических
средств для их регенерации и обезвре-
живания.
МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ
ЭЛЕКТРОЛИТОВ И МЕХАНИЗМЫ
РЕАКЦИЙ ПРИ РЕГЕНЕРАЦИИ,
обезвреживании
и УТИЛИЗАЦИИ
Химические методы обработки.
Под нейтрализацией кислых (pH <
< 6,5) или щелочных (pH > 8,5) рас-
творов понимают снижение в них кон-
центраций свободных ионов Н+ или
ОН~ до 6,5 < pH < 8,5. Нейтрали-
зация обеспечивается введением раст-
воримых в воде щелочных компонен-
тов CaO, NaOH, Са(ОН)2 или Na2CO3,
а при щелочной среде растворов —
добавлением минеральных кислот. Од-
нако сточные воды гальванических
производств содержат, как правило,
ионы тяжелых металлов, концентра-
ция которых намного превышает кон-
центрацию кислот. Поэтому в практи-
ке нейтрализация в чистом виде встре-
чается редко, так как в большинстве
случаев она сопровождается переводом
2. Методы регенерации и их применение (по Беннингхору)
Метод регенерации Назначение Состояние реген ерированных продуктов Химические изменения исходного материала Повторное ПСПОЛЬ30- ваине
Фильтрация Механические и физ1 Выделение макро- и микропримесей из кон- сческие Шлам Нет Нет
Ультрафиль- центратов, полученных из промывных вод и химически отработанных сточных вод Выделение микромолекулярных веществ из Водный раствор Меняется только Да
трация Испарение сточных вод и отработанных растворов, из масляных эмульсий и растворов для обезжи- ривания Концентрирование сточных вод после мно- Водный раствор количественное соотношение Да
Осаждение гостадииных каскадных промывок Химические Выделение металлов в виде гидроксидов, Шлам Да Нет
Ионный обмен оксидов, сульфидов и других нерастворимых в воде соединений Выделение цветных и благородных метал- Водный раствор Да Частично
Электролиз лов из сточных вод; локальная очистка техни- ческих растворов; обессоливание сточных вод Электрохимич Выделение цветных и благородных метал- еские Твердое вещество Да Да
Электродиализ лов из сточных вод и концентрированных растворов Выделение ионогеинорастворимых ингре- Водный раствор Меняется только Да
диентов из сточных вод, их концентрирование н выделение нз концентратов количественное соотношение
Регенерация электролитов и металлов
Методы обработки электролитов
371
3. Значения pH осаждения
гидроокисей металлов (исходная
концентрация 0,01 М)
Вид катиона Начало осаждения Полное осаждение
Fe»+ 7,5 9,7
Fes+ 2,3 4,1
Zn»+ 6,4 8,0
Сга+ 4,9 6,8
NP+ 7,7 9,5
Als+ 4,0 5,2
Cd’+ 8,2 9,7
ионов металлов в труднорастворимые
гидроокиси, выпадающие в осадок:
МеМ- + лОН~ -* Ме (ОН)П.
Значения pH, соответствующие на-
чалу и окончанию осаждения (пол-
ному осаждению) гидроокисей тяже-
лых металлов в водных растворах, при-
ведены в табл. 3.
Количественные значения pH гидра-
тообразования по кривым титрования
представлены на рис. 2. На первой
стадии нейтрализуется кислота, на
второй — протекает осаждение ме-
талла. По мере возрастания концентра-
Рис. 2. Кривые потенциометрического ти-
трования известью раствора серно-кислой
меди и серной кислоты, соответственно,
при концентрации HtSO( и Си’+, Г/л:
1 — в и 0; 2 — Би 0,Б; 3 — Би 1; 4 — в
и 2; S — Б и 4
ции металла требуется все больше
реагента Са (ОН)2 для изменения pH.
Металлы с амфотерными свойствами
(алюминий, цинк и др.) содержатся
в виде анионов в щелочных растворах
и осаждаются добавлением кислот:
А1О£- + Н+ + Н2О -> А1 (ОН)3|;
ZnO|“ + 2Н“ -> Zn (ОН)2|.
В избытке щелочей они растворя-
ются с образованием комплексных
амнионов. Так, при начале растворения
А1 (ОН)3, Сг (ОН)з и Zn (ОН)2 значе-
ния pH соответственно равны 7,8;
12,0 и 10,5.
При взаимодействии растворимых
солей металлов с гидроксидами ще-
лочных или щелочно-земельных ме-
таллов образуются осадки преимуще-
ственно в виде основных солей метал-
лов, например ZnSO4-Zn (ОН)2.
В случае применения соды для ней-
трализации металлсодержащих рас-
творов, протекают реакции, связанные
с гидролитическим разложением нор-
мальных (средних) карбонатов с об-
разованием основных карбонатов:
2ZnCl2 + 2Na2CO3 -*
-> 4NaCl + 2ZnCOa
2ZnCO3 + H2O
(ZnOH)2CO2 + CO2
2ZnCla+ 2Na2CO3+ H2O -> *
— 4NaCl + CO2 + (ZnOH)2CO3
Выделение CO2 приводит к возник-
новению флотационного эффекта, ве-
дущего к всплыванию части осадка на
поверхность обрабатываемого раство-
ра. Вместе с тем осадки, образую-
щиеся при такой обработке, так же
как и при обработке едким натром,
уплотняются значительно хуже, чем
при обработке растворов известью,
так как флокулирующие свойства содо-
продуктов выражены значительно сла-
бее.
При обработке металлсодержащих
растворов сульфидом натрия (Na2S)
достигается их более глубокая очистка
благодаря низким значениям произве-
дения растворимости сульфидов тя-
' желых металлов. Так, сульфиды меди,
свинца, кадмия и цинка осаждаются
372
Регенерация электролитов и металлов
Рис. 3. Схемы процессов регенерации
отработанных растворов травления стали
в двухкамерном (а, в, г) и трехкамер-
ном (б) электролизерах с анионитовой
(Л) и катионитовой (К) мембранами
в кислой среде, сульфид никеля —
при pH = 3,3, сульфид железа — при
pH = 4. Однако все сульфиды склон-
ны к образованию коллоидных раство-
ров, что требует дополнительного вве-
дения коагулянтов.
Из других видов химических мето-
дов следует также выделить окисли-
тельно-восстановительную обработку,
где в качестве реагентов может исполь-
зоваться большое разнообразие хими-
ческих веществ, и каталитическую об-
работку. Для этих целей могут быть
использованы восстановители типа
гипофосфита натрия (NaH2PO2), бор-
гидрида натрия (NaBH4) или ряд бо-
рорганических соединений, которые
при взаимодействии с ионами металлов
восстанавливают их до металлического
состояния, причем этот процесс имеет
каталитический характер: образую-
щиеся частицы восстановленного ме-
талла служат катализаторами реак-
ции взаимодействия ионов металла
с восстановителем, которая приобре-
тает цепиой характер. Нагревание
резко ускоряет этот процесс.
Для ускорения отстаивания вводят
синтетические флокулянты типа поли-
акриламида (ПАА), который в щелоч-
ной среде гидролизуется, что повы-
шает эффективность его действия.
Электродиализ является разновид-
ностью электролиза и подчиняется
основным закономерностям, связанным
с сепарацией ионов солей через мем-
бранные перегородки под действием
постоянного тока.
Электролизеры для осуществления
этих процессов могут быть двух-,
трех- и многокамерными с различным
чередованием катионитовых и анио-
нитовых мембран, образующих кон-
центрирующие и диэлюатные камеры.
Катионы под воздействием постоян-
ного тока, двигаясь к катоду, прони-
кают через катионитовые мембраны,
но задерживаются анионитовыми мем-
бранами, а анионы соответственно за-
держиваются катионитовыми мембра-
нами.
Схема работы двух- и трехкамерного
(по числу камер в элементарной ячейке)
электролизера приведена на рис. 3.
При электролизе отработанных серно-
кислых травильных растворов проте-
кают следующие процессы. Из на-
ходящегося в катодном пространстве
раствора происходит непрерывный од-
носторонний йереход SO|”-hohob через
анионитовые мембраны в анодные ка-
меры. В последних накапливается
серная кислота, концентрация которой
в процессе электролиза все время
возрастает. На анодах, помещенных
внутри анодных камер, разряжаются
гидроксильные ионы и выделяется
газообразный кислород.
На катодах первоначально выделя-
ется газообразный водород, а затем
после снижения концентрации свобод-
ной серной кислоты до 1—3 г/л (pH
раствора 1,7—1,8) на катодах начи-
нается электрохимическое восстановле-
ние ионов Fe2+. В результате этого
на поверхности катодов образуются
плотные либо губчатые осадки метал-
лического железа.
Полученная серная кислота из анод-
ных камер может быть повторно ис-
пользована для травления металличе-
ских изделий.
Аналогичные процессы избиратель-
ного ионного переноса протекают и
Методы обработки электролитов
373
в растворах более сложного ионного
состава (см. рис. 3, в, г).
Принцип мембранного разделения
имеет и другие функциональные воз-
можности, в частности, для корректи-
рования pH, предотвращения окисля-
емости отдельных компонентов в рас-
творах и др.
Сорбция и ионный обмен. У ионитов
на их внешней поверхности имеются
ионы с некомпенсированными заря-
дами, что приводит к образованию
диффузного слоя ионов во внешнем
растворе. При изменении состава рас-
твора эти ионы обмениваются на эк-
вивалентные количества ионов рас-
твора.
Синтетические ионообменные смолы
представляют собой гелиполиэлектро-
литы и обычно состоят из простран-
ственной решетки углеводородных це-
пей с фиксированными иа ней
активными ионогениыми группами.
При их набухании активные группы
диссоциируют на подвижные и не-
подвижные (связанные с матрицей),
фиксированные ионы (табл. 4).
При контакте ионообменных смол
с растворами электролитов подвиж-
ные противоионы замещаются экви-
валентным количеством ионов рас-
твора. В зависимости от противоиона,
которым насыщена ионообменная смо-
ла, различают: Н-, Na-, Са-форму и
г. д. для катионитов и соответственно
ОН-, Cl-форму и т. д. для анионитов.
Катиониты в Н-форме представляют
собой твердые поликислоты, аниониты
в ОН“форме — полиоснования.
Сильнокислотные катиониты, обычно
содержащие группу SO,, способны
к обмену в широком диапазоне pH,
обмен слабодиссоциирующих группи-
ровок типа СОО” имеет место при
pH < 7.
К снльноосновным относятся анио-
ниты, содержащие в качестве фикси-
рованиых ионов группу =N+, к слабо-
осиовным — содержащие первичные,
вторичные и третичные аминогруппы,
способные к обмену только при pH <
< 7.
Одним из главных преимуществ сорб-
ционных методов регенерации элект-
ролитов и металлов является возмож-
4. Активные группы ионообменных
смол
Катиониты Аниониты
Фиксиро- ванный ион Про- тиво- ион Фиксиро- ванный ион про- тиво- ион
SO1- 2Н+ —NH| ОН-
СОО Н+ =н| ОН-
РОЗ" 2Н+ sNH+ он-
SeO|- 2Н+ =N+ Л он-
AsOl" 2Н+ 1р+ ОН"
О2- 2Н+ Л
S’“ ЗН+ 1s л ОН-
ность использования сменных колони
(ионообменных патронных фильтров),
встроенных в автоматизированные ли-
нии. Регенерация ионитов с исполь-
зованием таких легкосъемных колонн
может осуществляться в базовом цехе
регенерации, обслуживающем про-
мышленный регион. Доставка насы-
щенных колонн в базовый цех реге-
нерации и отрегеиерироваиных ко-
лонн в гальванические цеха может
осуществляться межзаводским тран-
спортом.
Методы обратного осмоса и ультра-
фильтрации. Метод обратного осмоса
представляет собой процесс фильтро-
вания раствора под давлением через
пористую перегородку, способную про-
пускать молекулы растворителя и пол-
ностью или частично задерживать мо-
лекулы или гидратированные иоиы
растворимых веществ.
Основу метода составляет явление
осмоса — самопроизвольного переноса
молекул растворителя через пори-
стую перегородку.
Наглядно процесс возникновения
обратного осмоса иллюстрируется на
рис. 4.
На рис. 4, а представлен процесс
осмоса при обычных условиях, когда
рабочее давление р больше осмотиче-
ского р'. При равенстве осмотического
и рабочего давлений (рис. 4, б) нас-
тупает равновесие. Если же избыточ-
374
Регенерация электролитов и металлов
Рис. 4. Условия возникновения обратного осмоса
ное давление со стороны раствора пре-
вышает осмотическое, происходит про-
цесс возникновения обратного осмоса
(рис. 4, в), при котором перенос мо-
лекул растворителя происходит в об-
ратном направлении.
Процессы разделения сред при об-
ратном осмосе протекают прн избы-
точном давлении до 4—5 МПа, при
температуре окружающей среды, что
особо важно для нетермо?тойкнх рас-
творов. Конструкция аппаратов для
осуществления этих процессов явля-
ется предельно простой и включает
два основных элемента — насос для
создания давления и разделительную
ячейку с закрепленной в ней мембра-
ной (энергетические затраты при этом
невысокие).
Однако с течением времени на по-
верхности мембраны накапливаются
растворенные вещества, задерживае-
мые мембраной, обусловливая возра-
стание концентрационной поляриза-
ции. С ростом концентрации снижа-
ются проницаемость мембраны (т. е.
производительность установки) и ее
селективность (т. е. способность за-
держивать растворенное вещество). Для
предотвращения этого явления необ-
ходима турбулизация движения жид-
кости над поверхностью мембраны.
Процесс ультрафильтрации пред-
ставляет собой разделение высокомоле-
кулярных соединений через полупро-
ницаемые мембраны при небольшом
давлении (0,3—1 МПа). Основной дви-
жущей силой этого процесса является
разность рабочего и атмосферного дав-
лений по обе стороны мембраны. Про-
цесс осуществляется при линейной
скорости протока до 2—6 м/с.
Для объяснения механизма разде-
ления обратным осмосом и ультрафиль-
трацией существует несколько гипо-
тез. Самой простой из них является
гипотеза «просеивания», суть которой
заключается в избирательной пропу-
скаемое™ молекул растворителя и
задержании молекул или гидратиро-
ванных ионов растворенного вещества.
Другая гипотеза основана на прин-
ципе молекулярной диффузии, кото-
рая объясняет процесс проницаемости
различием в значениях коэффициентов
диффузии разделяемых компонентой.
' На основании капиллярно-фильтра-
ционной теории проницаемость мем-
браны при обратном осмосе объясня-
ется дегидратацией ионов, т. е. от-
бором воды, наименее связанной с
ионами солей.
ТЕХНОЛОГИЯ РЕГЕНЕРАЦИИ
ЭЛЕКТРОЛИТОВ
Регенерация электролитов обезжи-
ривания. Выход обезжиривающих
растворов из строя обусловлен нако-
плением в них масло- и нефтепродук-
тов преимущественно в эмульгирован-
Технология регенерации электролитов
375
ном состоянии, продуктов омыления
жиров, а также механических при-
месей.
Механические загрязнения и
неэмульгированные масла эффектив-
но удаляются электрофлотацией. Силь-
но загрязненные растворы на основе
NaOH — 20 г/л, Na3PO4-12H2O —
70 г/л, ОП-7 —• 2 г/л, содержащие до
3 г/л механических примесей и до
350 г/л минеральных масел, очищаются
в электрофлотационных установках под
действием постоянного тока с анодами
из стали марки 12Х18Н10Т и сетча-
тыми катодами при плотности тока
»к = 1254-200 А^м2 (для удаления
масел) и »к — 2004-250 А/м2 (для
удаления механических примесей).
Более тонкая очистка осуществля-
ется методом ультрафильтрации с ис-
пользованием трубчатых элементов на
фторопластовой основе типа БТУ
2/05-Ф1. Однако по мере отвода филь-
трата с низкомолекулярными ком-
понентами и увеличения концентрации
масел, которые коалесцируют в этих
условиях, повышается поляризация на
внутренней поверхности ультра-
фильтров. Поэтому этот процесс
следует вести с непрерывным отводом
масел.
Решение этих вопросов достигается
при применении установки, обеспечи-
вающей непрерывное электрофлота-
чионное удаление масел и других за-
грязнений (рис. 5). Отработанный рас-
твор через клапаи 1 подается в проме-
жуточную емкость 2 для прокачивания
через ультрафильтры 3. Под дейст-
вием давления на находящихся в
ультрафильтрационных элементах по-
лупроницаемых мембранах происхо-
jht разделение исходной обрабатывае-
мой жидкости на фильтрат, представ-
ляющий собой раствор низкомолеку-
лярных компонентов, и концентрат,
содержащий задерживаемые мембра-
ой высокомолекулярные вещества и
маслопродукты. Фильтрат (практи-
чески очищенный раствор) может воз-
вращаться в рабочую ванну.
Концентрат маслопродуктов по
трубопроводу, снабженному диффузо-
ром, вводится в конический электро-
флотатор 4. При подключении сет-
чатого катода и анода к источнику
постоянного электрического тока на
Рис. 5. Ультрафильтрационно-электрофло-
тационная регенерация отработанных обез-
жиривающих растворов
их поверхности начинается выделение
пузырьков электролизных газов, ко-
юрые обеспечивают флотацию скоа-
лесцированных частиц маслопродуктов.
Спиралеобразный поток жидкости во
флотаторе дополнительно способствует
концентрированию флотируемых ча-
стиц в области пеносборника в верх-
ней части обратного конуса флотатора.
Для обеспечения полноты флотацион-
ного отделения маслопродуктов на
вспомогательные электроды подается
напряжение.
Обрабатываемая, частично обезжи-
ренная жидкость повторно поступает
в отстойник-накопитель для непрерыв-
ной циркуляции. Благодаря отделе-
нию маслопродуктов создаются улуч-
шенные условия работы ультрафильт-
ратов вследствие значительного сни-
жения влияния концентрационной по-
ляризации.
Пеноконденсат маслопродуктов, на-
капливающихся в верхней зоне резер-
вуара, отводится через пеносборник
под действием воздушного потока,
осуществляемого через воздухораспре-
делитель.
376
Регенерация электролитов и металлов
Регенерация растворов травления
стали. При охлаждении серно-кислого
травильного раствора, имеющего тем-
пературу 60—80 °C, до 10—15 °C раст-
воримость соли серно-кислого железа
уменьшается в 2 раза и происходит
ее кристаллизация. Этот процесс мож-
но значительно интенсифицировать при
сочетании охлаждения травильного
раствора с одновременным испарением
при пониженном давлении. Для этого
может использоваться циклонный кри-
сталлизатор.
Более простым, но менее экономич-
ным методом является «выкисление»,
в котором используется явление
уменьшения растворимости FeSO4 пу-
тем увеличения концентрации H2SO4.
Выделенные кристаллы отделяют цент-
робежным способом, а жидкость вновь
используют при травлении.
Регенерацию серно-кислых раство-
ров проводят также методом электро-
лиза в двух- или многокамерной
электролитической ванне согласно
схеме (см. выше) с применением анио-
нитовых мембран при электродной
плотности тока 500—600 А/м2 и объем-
ной плотности 9—10 А/л. При элект-
ролизе в течение 8—10 ч на катодах
начинается выделение водорода, а за-
тем металлического железа, а в анод-
ных камерах происходит концентри-
рование серной кислоты. После 20 ч
электрохимической обработки кон-
центрация серной кислоты в отрабо-
танном травильном растворе умень-
шается с 60 до 1,5 г/л, а концентрация
Fe2+ — до 8,5 г/л. За это же время
концентрация серной кислоты в анод-
ных камерах соответственно возра-
стает с 30 до 420 г/л. Из 1 м3 отрабо-
танного травильного раствора выде-
ляется 25—40 кг металлического же-
леза (при предварительной нейтрали-
зации раствора 45—60 кг стальных
стружек) и 100—120 кг серной ки-
слоты, что составляет 80—85 % от
ее общего количества, потребляемого
в процессе травления стальных из-
делий.
Для регенерации соляно-кислых
растворов травления, в которых про-
дукты реакции FeCl2 обладают боль-
шой растворимостью, применяют сле-
дующие способы:
распыление в реакторе большой
емкости (способ Рутнера);
распыление в высокотурбулентном
реакторе (способ Отто);
обработка в кипящем слое (способ
Лурги—Керам—Хемма).
Способы основаны на следующем
принципе. Отработанный травильный
раствор распыляется в реакторе н
испаряется под действием горячих
газов. Хлористое железо термически
разлагается с образованием окиси же-
леза и хлористого водорода по ре-
акции:
4FeCl2+2H2O+O2 =
= 2Fe2O3 + 8НС1.
Образующийся оксид железа осаж-
дается в самом реакторе или в пыле-
отделителе и извлекается как побоч-
ный продукт. Газовая смесь, состоя-
щая из хлористого водорода, паров
воды и газообразных продуктов горе-
ния проходит через конденсационную
колонку, где охлаждается с образова-
нием раствора соляной кислоты, кото-
рая снова поступает в ванну травле-
ния.
По другому способу регенерацию
НС1 проводят при более низких тем-
пературах до 160 °C. Такой метод
предусматривает окисление FeCl2 до
FeCl3 с последующим гидролизным
расщеплением его на НС1 и Fe2O3.
Получаемая регенерированная кис-
лота содержит около 20 % НС1.
Экономичность указанных способов
возрастает с повышением объемов ре-
генерируемых растворов.
Регенерация медьсодержащих тра-
вильных растворов. Одним из наиболее
простых методов выделения меди из
отработанных травильных растворов
является кристаллизация, которая осу-
ществляется по замкнутой схеме: от-
работанный травильный раствор по-
ступает в ванны-кристаллизаторы, куда
вводится расчетное количество сер-
ной кислоты. В ванне происходит
кристаллизация медного купороса, ус-
коряющаяся при температуре 7—
10 °C, после чего он извлекается, а
маточник поступает в травильное от-
деление. После разбавления маточ-
ника водой до расчетной концентрации
кислоты раствор вновь используют
для травления.
Технология регенерации электролитов
377
Другим методом извлечения меди
из отработанных травильных растворов
является ее цементация на железной
стружке или скрапе. Вода из цемен-
татора направляется в нейтрализатор.
Метод требует довольно громоздких
сооружений и позволяет утилизиро-
вать только медь, выделившуюся на
железной стружке или пластинах.
Серно-кислые растворы регенери-
руются электрохимическим восста-
новлением из них меди при катодной
плотности тока 150- 200 А/м2. Ано-
дами служат свинцовые пластины,
катодами — медные, расстояние между
ними 5—10 см. Наиболее эффективно
осаждение меди протекает при тем-
пературе 40—60 °C. Регенерация рас-
твора начинается при концентрации
ионов меди 40—60 г/л и заканчивает-
ся при их концентрации 7—10 г/л. Та-
кой процесс регенерации экономически
эффективен. При выделении в про-
цессе регенерации 1 т меди получается
1,6 т серной кислоты.
Возможна и другая схема регенера-
ции, когда вместо специального элект-
ролизера используется ванна для трав-
ления. В этом случае в торцовой ча-
сти травильной ванны с помощью дере-
вянной решетки отделяется регенера-
ционная зона, которая оборудуется
двумя медными шинами, катодами
из медных листов и анодами из листо-
вого свинца. Электролиз ведется при
тех же параметрах. Метод позволяет
сократить расход серной кислоты в
2,5—3 раза и уменьшить слив отра-
ботанных кислых растворов в 5—6 раз.
Регенерация отработанных азотно-
кислых травильных растворов также
может быть осуществлена методами
электролиза, однако в этом случае
протекает более сложный процесс,
так как происходит восстановление
азотной кислоты до азотистой, кото-
рая является катализатором процесса
химического травления меди. Поэтому,
чтобы избежать растворения осажден-
ной на катоде меди, рекомендуется
непрерывно или периодически вводить
добавки веществ, связывающих азо-
тистую кислоту, например мочевину.
Поскольку ионы NOj являются силь-
ными окислителями, необходимо ис-
пользовать стойкие к окислению аноды
(платина, ниобий, тантал и др). Выход
металла по току в этом процессе
10-15%.
Другим методом регенерации отра-
ботанных азотно-кислых травильных
растворов является метод электродиа-
лиза.
Регенерация раствора может про-
водиться как в специальном электроди-
ализаторе, так и непосредственно в
ванне травления. Электродиализатор
представляет собой ванну, разделен-
ную катионитовой мембраной МК.-40
на две камеры — анодную и катодную.
Анодная камера заполнена раствором
серной кислоты, а катодная — реге-
нерируемым азотно-кислым раствором.
Катодом служит медная пластина,
а анодом — свинцовая. Оптимальная
катодная плотность тока 200 А/м2,
межэлектродное расстояние 20 мм,
причем расстояние между катодом и
мембраной — до 15 мм.
С увеличением межэлектродного рас-
стояния выход меди по току снижа-
ется, а удельный расход электроэнер-
гии возрастает. В течение 120 мин
происходит снижение концентрации
ионов меди с 25 до 12 г/л. Удельный
расход электроэнергии при регенера-
ции азотно-кислых травильных рас-
творов составляет 2340 кВт/ч на 1 т
катодной меди.
Регенерация электролитов хроми-
рования. В процессах хромирования
электролиты загрязняются примесями
ионов металлов, а также ионами хрома
(Ш) из-за нарушения соотношения
анодной и катодной поверхностей.
В случае использования электролитов
с добавками фторидов или кремний-
фторидных комплексов, вводимых для
улучшения кроющей способности и
получения покрытий сетчатой струк-
туры, накопление ионов посторонних
металлов возрастает. Повышение со-
держания примесных металлов сущест-
венно снижает удельную проводимость
раствора электролита, приводит к
уменьшению выхода по току хрома и
ослаблению рассеивающей способности
при электролизе. Загрязнение элект-
ролита ионами меди, железа, никеля,
цинка и др. препятствует образованию
равномерной сетки микротрещин и
снижает антикоррозионные свойства
хромовых покрытий.
378
Регенерация электролитов и металлов
Рис. 6. Технологическая схема регенера-
ции хромсодержащих растворов
Удаление примесных металлов про-
водят с помощью сильнокислотных
катионообменных смол в Н-форме для
связывания металлов и выделения в
раствор эквивалентного количества
ионов водорода. Однако этот метод при-
меним только для регенерации раз-
бавленных электролитов с концентра-
цией хромовой кислоты до 100 г/л.
При более высоком ее содержании про-
исходит деструкция смол с одновре-
менным восстановлением ионов хрома
до трехвалентного состояния.
Вместе с тем разбавлять электролит
для целей регенерации неэкономично.
Фирма Schering рекомендует совме-
стить этот процесс с регенерацией
хрома из промывных вод. Согласно
этому процессу (рис. 6) промывная
вода из каскадных ванн 2 (на которые
поступает вода из подготовительной
ванны 3) н ванн хромирования 1 посту-
пает в емкость 7, где рециркулирует
через катнонитовую колонку 4 с по-
мощью насоса 5, освобождаясь от при-
месных ионов, и насосом 6 подается
в испаритель-холодильник 9, работаю-
щий с вентилятором 8 от бортоотсосов
ванны хромирования.
Экономические показатели процесса
определяются снижением затрат: на
обезвреживание сточных вод и отра-
ботанного электролита — на 29,6 % ;
на использование химических материа-
лов благодаря достигаемой регенерации
хромовой кислоты и исключением за-
трат на приготовление нового электро-
лита — на 58,4 %, а также достигае-
мой экономией промывной воды —
на 13,9%. При этом одновременно
обеспечивается повышение качества
хромирования.
В качестве катионита может быть
применена Сульфостирольная смола
КУ-2-8 в Н-форме. Десорбция про-
изводится 10%-ным раствором сер-
ной кислоты, при этом происходят
следующие реакции:
,, , сорбция
Ме«+ ( ---*•
десорбция
[R-SOj-]„Me + H+.
п [К — SOoH] -4-
Более сложная установка для регене-
рации кислоты из сточных вод предло-
жена фирмой Organo (Япония), в ко-
торой промывные хромсодержащие ра-
створы пропускают поочередно через
катнонитовую колонку для удаления
катионов, затем через анионообмен-
ную колонку для адсорбции хромовой
кислоты и, наконец, через катионо-
обменную колонку для удаления нат-
рия.
В первой катионитовой колонке из
сточных вод удаляются катионы Сг3+, ч
Zn24’, Fe3+, Cu2+ и др. Десорбция катио-
нитовых смол осуществляется серно.’
кислотой. В анионообменной колоша
адсорбируются анионы хромовой кг
слоты. Десорбция анионита произ-
водится раствором едкого натра. Об-
разующийся элюат в виде хромата
натрия направляется на катионооб-
менную колонку для удаления ионов
натрия, а регенерированная хро.мо-
вая кислота повторно используется
в процессах хромирования.
Для очистки низко- и высококон-
центрированных хромсодержащих
сточных вод н отработанных растворов
рекомендуется применять отечестве!
ные иониты КУ-23, АВ-17-'
АВ-29, АВ-17-16. Прн этом подбир.
ются условия, чтобы в слое смол:
проходило хроматографическое раз-
деление ионов, фаза анионита мак-
симально насыщалась хромат-ионами,
а в раствор вытеснялись другие ани-
оны. В этом случае элюат после уда-
ления из него ионов Na+ (К+) пред-
ставляет собой раствор хромовой ки
слоты с содержанием примесей ниж
технологических норм. Концентраци
СгО3 в таком растворе находится в пр<
делах 50—60 г/л и после упариваяия
Технология регенерации електролитов
379
СгОа возвращается в гальваническую
ванну.
В установке «Цнкл-хром» исполь-
зована система промыВки с душирую-
щим контуром, обеспечивающая каче-
ственную промывку деталей за пять
ступеней и возврат концентрирован-
ных стоков в ванну хромирования.
Установка предназначена для износо-
стойкого хромирования и имеет про-
изводительность 0,45 м2/ч. По техно-
логии института «Казмеханобр» про-
мывные воды, содержащие 10—200 мг/л
Cr (VI), в том числе 5—30 мг/л Су (III),
после очистки на песчаном и угольном
фильтрах от взвешенных веществ по-
ступают последовательно на Н-катио-
нирование и ОН-аиионирование. Де-
минерализованная вода используется
для промывки изделий н составления
электролитов. Кислый элюат после
регенерации катионита, содержащий
соли жесткости и ионы цветных ме-
таллов и Сга+, обрабатывается извест-
ковым молоком. Из щелочного элюата
после десорбции анионита хром оса-
ждается соединениями свинца: гидро-
ксидом, оксидом, нитратом, ацетатом
с получением утилизируемого про-
дукта — хромата свинца, используе-
мого в качестве пигмента.
Институт химии и химической тех-
нологии АН Литовской ССР рекомен-
дует использовать порошкообразный
хромат свинца для окисления Cr (III)
до Cr (VI) в серно-кислых растворах.
Процесс протекает при оптимальной
температуре 60—70 °C. Перемешива-
ние увеличивает' скорость окисления
хройа (III) в 2—3 раза. Этот
метод может быть использован для
регенерации электролитов хромирова-
ния с низкой концентрацией H2SO4
(0,001—0,1 М) и для растворов трав-
ления пластмасс или металлов, в ко-
торых содержание серной кислоты
больше 1 М. При более высоком содер-
жании H2SO4 целесообразно приме-
нение электрохимической технологии.
В большинстве случаев анодными
материалами служат свинец, его спла-
вы с сурьмой, серебром и оловом, ти-
тан, сталь, покрытая окисью свинца
или марганца. Катоды изготавливают
нз меди или коррозионно-стойкой ста-
ли. Так как реакции окисления и вос-
становления протекают почти с оди-
наковой скоростью, то необходимо
изолировать катодную Зону от рас-
твора н исключить попадание в нее
ионов Cr (VI). Наиболее устойчивыми
для этих целей являются специально
изготовляемые керамические диафраг-
мы. Большинство ионитовых мембран
в хромсодержащих растворах теряют
селективность. Наиболее стойкими в
этих условиях являются ионитовые
мембраны МАЛ-2 и МП-2. Процесс
ведут прн температуре 40—60 °C,
плотности анодного тока 300—400 А/м4,
катодного тока 1700—2000 А/м2. Ка-
толитом служит серная кислота или
смеси солей сульфатов и бисульфатов.
ВНИИводгео рекомендует метод ре-
генерации отработанных хромсодер-
жащих растворов путем электролиза
этих растворов с примененйем элект-
рохимически активных ионитовых мемб>
ран. При использовании аниоиитовых
мембран отработанные растворы хромо-
вой кислоты помещают в катодную
камеру, а в анодную — 3—5 % -ный
раствор серной кислоты. Электролиз
по этой схеме регенерации позволяет
вернуть в производство 40—50 % хро-
мовой кислоты, остальное количество
в виде гидроксида хрома теряется.
Раствор хромовой кислоты после окон-
чания электролиза в анодной камере
практически не содержит примесей
Cr3+, Fe3+, Си2+н др., которые осажда-
ются в катодной камере преимущест-
венно в виде гидрооксндов.
При использовании катионитовых
мембран отработанные растворы хро-
мотой кислоты помещают в анодную
камеру диафрагменного электроли-
зера, а в катодную — 5 %-ный рас-
твор серной кислоты или сульфата нат-
рия, подкисленного серной кислотой.
Это позволяет обеспечить практически
полное удаление примесей Сг8+ и
большей части (70—90 %) иримесей
железа, цинка, меди без снижения
концентрации хромовой кислоты. Про-
цесс ведут при катодной плотности
тока 270—1000 А/м2 и объемной плот-
ности тока 2,2—8 А/л. Расход элект-
роэнергии на обработку 1 л электро-
лита составляет 0,4—1,7 кВт/ч.
Мембраны перед монтажом предва-
рительно вымачиваются в 5 % -ном
растворе серной кислоты под прессом и
после набухания поступают на сбор-
380
Регенерация электролитов и металлов
Рис. 7. Технологическая схема регенера-
ции растворов хроматирования;
1 — ванна пассивирования; 2 — ваина
улавливания; S — ванна каскадной про-
мывки; 4 — ванна нейтрализации; 5, 6 —
емкости для элюатов; 7, 8 — емкости
для регенерирующих растворов; 9 — На-
сос; /0, 11 — ионитовые колонки
ку. Для обеспечения механической
прочности мембран их помещают между
сепараторными сетками из винипла-
ста.
Процесс электролиза сопровожда-
ется повышением температуры электро-
литов в анодной и катодной камерах,
что приводит к увеличению их электро-
проводимости и соответствующему сни-
жению напряжения иа электролити-
ческой ванне и увеличению тока в
электролитической цепи. Однако это
вызывает снижение селективности
ионитовых мембран, усиление их меха-
нического изнашивания и нарушение
герметичности катодных камер. Поэ-
тому температура электролитов (ано-
лита и католита) должна поддержи-
ваться в пределах 40—50 °C путем
искусственного охлаждения.
В процессах без дополнительного
охлаждения за 20 ч электролиза при
270 А/м2 концентрация Cr3+, Си2+
и Fe3+ в анолите снижается соответ-
ственно с 5,8; 11,3 и 3,8 до 0; 2,5 и
1,2 г/л, а за 16 ч при плотности тока
330 А/м2 — до 0; 1,9 и 0,6 г/л. Расход
электроэнергии составляет соответ-
ственно 600 и 640 кВт-ч/м2. В условиях
дополнительного охлаждения элект-
ролита эффективность удаления при-
месей Сг3+ составляет 20—45 %,
Си2+ — 32—94 %, расход электро-
энергии — 612—1400 кВт-ч.
В Институте общей и неорганической
химии АН УССР разработан анало-
гичный процесс с использованием ней-
тральных мембранных перегородок из
тканей «бельтинг» или «хлорин» со
специальной термохимической обра-
боткой.
Во всех случаях примеси металлов
осаждаются иа катоде в виде рыхлого,
порошкообразного, легко отделяемого
осадка, частично осыпающегося с по-
верхности электродов.
Отработанные растворы хроматиро-
вания весьма часто подлежат сливу
из-за быстрого выхода из строя, хотя
такие растворы еще содержат достаточ-
но большое количество хромовой кис-
лоты и других компонентов, необхо-
димых для нанесения конверсионных
покрытий.
Регенерацию отработанных раство-
ров хроматирования можно проводить
путем фильтрации их через слой сильно-
кислотного катионита типа КУ-23 или
амфотерного ионита АНКБ, при этом
протекают следующие ионообменные
реакции:
2R — Н + Zn2+ **
#R2- Zn+ 2Н+;
3R — Н + Сг3+ **
=r* Rs — Сг + ЗН+.
При наличии ионов в растворах
одновалентных металлов они замеща
ются аналогичным образом благодаря
большему химическому сродству мно-
говалентных катионов к катиониту
по схеме
2R — Na + Zn2+
R2 — Zn + 2Na+.
Преимущественное высвобождение
ионов H+ в процессе регенерации поз-
воляет поддерживать кислотность
раствора иа оптимальном уровне, со-
ставляющем 1,2—1,4. Лишь после
семи-восьми регенерационных цик-
лов возникает необходимость коррек-
тировки раствора по кислотности.
На рис. 7 приведена схема установ-
ки для регенерации растворов хрома-
тирования. Во время перерывов в ра-
боте вани производится переключение
контура циркуляции раствора хромати-
рования через катионит для очистки
его от посторонних катионов. Десорб-
ция катионита осуществляется серной
кислотой после регенерации отрабо-
танного раствора хроматирования, по-
скольку в этом случае его насыщение
максимально.
Технология регенерации электролитов
381
Регенерация никелевых электро-
литов. Основными загрязняющими
примесями в электролитах никелиро-
вания являются продукты разложения
блескообразователей и других орга-
нических соединений, вводимых для
улучшения выравнивающей способ-
ности. Загрязнение электролита про-
исходит также вследствие захвата
деталями остатков полировальных
эмульсий и паст при механической об-
работке. Полное удаление этих заг-
рязнений всегда затруднено (даже
при электролитическом обезжирива-
нии или при применении ультразвука)
из-за наличия углубленных и экрани-
рованных участков поверхности де-
талей.
Наряду с органическими загрязне-
ниями происходит увеличение содер-
жания в электролите ионов посторон-
них металлов, особенно при обработке
медных и цинковых сплавов. Так,
при содержании ионов меди в электро-
лите до 20—40 мг/л резко ухудшается
коррозионная стойкость покрытий. За-
грязнение электролита ионами цинка
до 10 мг/л приводит к охрупчиванию
покрытий, а увеличение их концентра-
ции до 1 000 мг/л пр иводит к потемнению
и почернению покрытий.
Очистка электролита от органиче-
ских загрязнений наиболее эффектив-
на с помощью активированных углей,
при этом должна обеспечиваться из-
бирательность сорбции, чтобы пре-
дотвратить поглощение функциональ-
ных компонентов из электролита вме-
сте с продуктами их разложения.
Удаление иоиов посторонних ме-
таллов возможно путем селективного
электролиза при низкой плотности то-
ка (5—20 А/м2), причем величина ра-
бочего тока по отношению к общей ве-
личине тока на ванне никелирования
должна быть 1 : 100. Количество за-
грязняющих ионов в электролите при
этом не должно превышать 1—2 мг/л.
Некоторые органические добавки (на-
пример, сахарин) и продукты их раз-
ложения снижают эффективность се-
лективной обработки электролита, по-
этому необходимо их предварительно
Удалить сорбционным методом. Для
непрерывного проведения процесса
электролитической очистки без
прерывания процесса нанесения по-
крытия применяется вспомогательная
ванна с несколькими анодами и като-
дами и циркуляцией электролита из
основной ванны во вспомогательную
и обратно. Площадь поверхности
вспомогательных катодов должна со-
ставлять до 0,5 м2 на каждые 400 л
электролита никелирования; скорость
циркуляции раствора во вспомогатель-
ной ванне 1/4—1/3 объема раетвора
в 1 ч. Вспомогательные катоды гоф-
рированные, их следует располагать
на расстоянии не более 7,6 см от ано-
дов. Скорость протекания раствора
относительно катодов должна быть
не менее 1,8 м/мин. Электролитиче-
скую обработку никелевого электро-
лита проводят также непосредственно
в основной ванне никелирования, по-
гружая в нее вспомогательные гоф-
рированные катоды. Поверхность
вспомогательных катодов должна быть
возможно большей для достижения
максимальной эффективности выде-
ления металлических примесей. Ре-
жимы электролиза такие же, как и
в случае непрерывной обработки.
Обработка никелевых электролитов
с помощью химических методов про-
изводится подщелачиванием до pH =
= 5,5 путем введения в раствор из-
бытка основного карбоната или гид-
роксида никеля.
При повышении pH выпадают в оса-
док в виде гидроокисей многие метал-
лические примеси: Fe2+, Fe3+, Al3+
Si4+H Сг3+. Небольшие количества меди
и цинка лучше всего удаляются при
электролитической очистке. Для уско-
рения осаждения гидроокисей ме-
таллов, удаления из раствора дву-
окиси углерода, которая образуется
в процессе нейтрализации и может сни-
жать значение pH, а также для уско-
рения коагуляции гидроокисей, про-
цесс реагентной очистки ведут при
нагревании.
Такая химическая обработка нике-
левого электролита проводится на
установках периодического действия
с совмещенной сорбционной обработкой
активированным углем, который до-
бавляют к электролиту в количестве
2,4—9,6 г/л. Процесс ведут при тем-
пературе 60—70 °C в течение несколь-
ких часов, так как при повышенной
температуре улучшается смачивав-
382
Регенерация электролитов и металлов
Рис. 8. Технологическая схема регеиера*
ции никеля
мость частиц угля и обеспечивается
фильтрование суспензий. Перед очист-
кой активированным углем может быть
использована обработка электролита
никелирования окислительными ре-
агентами, такими, как перекись во-
дорода или перманганат калия, для
разрушения органических примесей
и перевода их в молекулярные формы,
которые легче адсорбируются акти-
вированным углем.
Очистку электролитов никелирова-
ния от ионов кальция проводят до-
бавлением бифторида натрия (NaHFa),
от фосфат-ионов хлорного железа
(FeCl3). В первом случае выпадает
в осадок фторид кальция (CaF2), 'во
втором — фосфат железа (FePO4).
Для очистки от примесей ионов ме-
таллов в электролите никелирования
возможно применение ионообменных
смол с избирательными сорбционными
свойствами. Для сорбции железа
(после перевода его в трехвалент>
ное состояние) служит катионит
КБ-2ПХ10, для сорбции меди —
анионит АВ-16Г, для сорбции цинка —
анионит АВ-27 (АВ-17). Регенерацию
смолы проводят 2 и. раствором сер«
ной кислоты. Сорбция хорошо про-
текает в хлоридных растворах нике-
ля, в сульфатных — процесс затруд-
нен.
Регенерацию отработанного суль-
фоматного электролита никелирова-
ния, содержащего продукты гидролиза,
в частности 0,005—0,1 М/л сульфата
аммония, проводят добавлением солей
свинца, например, амидосульфата или
хлорида. Известен также способ очист-
ки электролитов никелирования от
примесей цинка, меди, железа свя-
зыванием их в нерастворимые со л.,
с помощью диалкилдитиокарбоматиых
солей, а также алкилтиурамсульфи-
дов.
Фирма Schering (ФРГ) предложила
комплексную обработку электролитов
никелирования по схеме, показанной
на рис. 8. Вода из ванн 1 трехкаскад-
ной промывки, смешиваясь с парци-
альным потоком электролита, подавае-
мого из ванны 2 с помощью дозирую-
щего устройства 3, поступает в блок
обслуживания, состоящий из сорб-
ционного фильтра 4 и каскадной ван-
ны с зонами селективного электроли-
за 5 и электроосаждення 6 избыточ-
ного количества никеля, после чего
насосом 7 через фильтр механической
очистки 8 подается в рабочую ванну.
Наличие зоны вторичной электрохи-
мической обработки электролита не-
обходимо для поддержания в электро-
лите концентрации иоиов никеля, ко-
торая имеет тенденцию к увеличению
из-за высокого анодного выхода по то-
ку во всем диапазоне значений плот-
ности тока, близких к 100%, в то
время как катодный выход по току
находится в пределах 85—98 %.
Если весь отводимый с промывной
водой никель возвращать в рабочую
ванну, то его содержание должно
возрасти на величину, соответствую-
щую разности катодного и анодного
выхода никеля по току с учетом оса-
ждаемого количества в виде покрытия.
Согласно приведенным данным при
суммарном объеме электролитов ни-
келирования 30 м3, годовом объеме
покрытия 278 тыс. м3, наносимого
толщиной 9 мкм, и катодном выходе
никеля по току 95,4 % избыток ни-
келя составил бы 1,073 т/год, т.
содержание его в электролите увели-
чилось бы почти на 50 % .
Электроосаждеиный никель из зоны,
расположенной после зоны сорбцион-
ной и селективной очистки, содержит
весьма низкие уровни загрязнений и
обладает достаточно высоким качест-
вом, чтобы повторно использовать его
для никелевых анодов.
Регенерация электролитов цинко-
вания. В щелочных цианистых элек-
тролитах накапливается карбонат нат-
рия. Его образование в электролите
объясняется как контактом его с уголь-
Технология регенерации электролитов
383
Аппарат для
Воздух
Рис. 9. Технологическая схема регенерации
Ной кислотой в воздушной среде, так
и протеканием окислительных про-
цессов на аноде. Так, при затратах
электроэнергии до 200 А-ч/л содер-
жание Na2CO3 в электролите возра-
стает с 15 до 60 г/л, что является верх-
ним допустимым пределом. Увеличе-
ние содержания цинка в электролите
приводит к уменьшению его выхода по
току и необходимости снижения рабо-
чей плотности тока, что снижает про-
изводительность процесса.
Фирма Schering предлагает техно-
логию вымораживания карбоната нат-
рия для поддержания его концентра-
ции на уровне до 60—65 г/л (рис. 9).
Производительность установки 20 л/ч,
потребляемая электрическая мощность
600 Вт, достигаемая экономия гидро-
ксида и цианида натрия составляет
47 % .
Удаление карбоната натрия из ох-
лаждающего устройства производят
во время перерывов в работе путем
перекачивания через него теплого
электролита обезжиривания. Благо-
даря этому образующиеся отходы на
одном технологическом процессе яв-
ляются химическим материалом для
смежного процесса.
Для очистки электролитов цинко-
вания от примесей металлов (железо,
медь, свинец и др.), источниками ко-
торых могут быть используемые техни-
ческие химические продукты или мед-
ные детали ванн (штанги и др.), при-
менимы обычные методы селективной
цианистых электролитов цинкования
электролитической обработки электро-
литов при плотности тока 20—30 А/м3.
Для этой цели могут быть исполь-
зованы также различные способы хи-
мической обработки, например, же-
лезо можно удалять путем окисления
Fe2+ в Fe3+ введением в нагретый до
70—80 °C электролит перекиси водо-
рода (0,5 мл/л) и осаждения Fe (III)
в виде гидроокиси воздействием ще-
лочных реагентов (NaOH или Na2CO3).
Для очистки кислых электролитов
цинкования от органических приме-
сей рекомендуется профильтровать
электролит через активированный
уголь. Для очистки электролита от
загрязнений желатином, клеем и дру-
гими органическими веществами до-
бавляют раствор таннина из расчета
0,1 г/л, а образующийся осадок от-
фильтровывают.
Очистка от примесей ионов меди,
кадмия и других металлов эффективна
с помощью цинковой пыли или гра-
нул, размеров от 1 до 5 мм. Электролит
подается в аппарат под давлением
для создания псевдоожиженного слоя
части цинка. Благодаря высокой ско-
рости подачи раствора и турбулиза-
ции движения обеспечивается не-
прерывное контактирование между
гранулами, быстрое отслаивание и
удаление медно-кадмиевого слоя с по-
верхности гранул, а очищенная по
верхность снова активно вступает в
реакцию с соединениями примесных
металлов. Скорость пропускания элект.
384
Регенерация электролитов и металлов
Рис. 10. Электродный блок с объемио-
пористым катодом для регенерации окис-
ленных электролитов:
1 ~ электролитическая ванна; 2 — кор-
пус электродного блока, 3 — диафрагма;
4 — анод, 5 — вспомогательный объемно-
пористый катод; 6 — механизм регулиро-
вания высоты блока; 7 — рециркуляцион-
ный патрубок
ролита через слой из цинковых гранул
0,03—0,5 м/с; температура 40—50 °C.
Регенерация электролитов медне-
ния. Очистку электролитов меднения
от небольшого количества примесей
тяжелых металлов проводят селектив-
ной электролитической проработкой.
Для этих целей используют дополни-
тельные катоды, например, сетчатые,
на которых происходит преимущест-
венное осаждение металлических при-
месей. Процесс проводят с использо-
ванием периодического тока с раздель-
ным прохождением прямого и обрат-
ного импульсов с соотношением 2 : 1
через анод и дополнительный сетча-
тый катод, что обеспечивает повышение
степени очистки.
Во время прямого импульса ток
проходит через основной катод и анод,
а во время обратного — через до-
полнительный катод и основной ка-
тод, который в это время работает
анодом. При обратном импульсе про-
исходит проработка электролита при
низкой плотности тока, так как до-
полнительный катод имеет большую
поверхность. При этом на дополни-
тельном катоде происходит осаждение
примесей других металлов, в том числе
и более электроположительных, чем ос-
новной металл Поскольку величина
обратного импульса незначительна по
сравнению с Прямым, а дополнитель-
ный катод имеет развитую поверх-
ность, интенсивная выработка из
электролита примесей осуществляется
при очень небольшом расходе основ-
ного металла. Например, при элект-
ролитическом получении медных по-
крытий из пирофосфатного электро-
лита меднения, имеющего состав, г/л:
пирофосфор но-кислый калий — 330,
серно-кислая медь — 85, азотно-кис-
лый калий — 10, аммиак (25 %-ный)—
3 мл/л при pH электролита 8,5, плот-
ности тока 50 А/м2 и температуре
50 °C осадок меди имеет удельное со-
противление (1,6—1,75) 10~4 Ом-м. По
мере работы электролита сопротивле-
ние осадков меди возрастает за счет
включения в него других металлов
до значения 3,5-10“4 Ом-м. Проводя
далее процесс осаждения в соответ-
ствии с этим способом, удается полу-
чить осадки меди с удельным электри-
ческим сопротивлением 1,95 X
Х10~4 Ом-м, в то время как осадок
на дополнительном катоде имеет удель-
ное электрическое сопротивление
3,5- 10s Ом-м.
После пропускания через ванну
объемом 10 л количества электриче-
ства, равного 50 А-ч, удельное электри-
ческое сопротивление медных осад-
ков иа рабочем катоде составляет
1,83-10“4 Ом-м, тогда как на дополни-
тельном катоде оно составляет 2,3 X
Х10'1 Ом-м. Таким образом, можно
непрерывно очищать электролит от
примесей с одновременным получением
осадков металлов высокой степени
чистоты.
Очистку от органических примесей
производят фильтрованием электро-
лита через активированный уголь.
Регенерация электролитов анодного
оксидирования алюминия. Серно-
кислые электролиты анодирования вы-
ходят из строя, когда количество раст-
воренного алюминия достигает 25 г/л
и более. Регенерация таких электро-
литов производится кристаллизацией
сульфата алюминия из горячего на-
сыщенного раствора путем подкисле-
ния серной кислотой. В процессе ох-
лаждения со скоростью 10 °C в час
образуются крупные гексагональные
пластинчатые кристаллы. Таким об-
разом получают сульфат алюминия
высокой чистоты и серную кислоту,
которая вновь используется в процес-
сах анодирования.
Технология регенерации металлов
385
Удаление растворенного алюминия
из электролитов анодирования осуще-
ствляют также путем осаждения его
в виде алюмо-аммоииевых квасцов.
Для этого электролит периодически
выводится из ваины анодирования и
обрабатывается раствором (NHXSO.
концентрацией 30 г/л или NH4Oh
концентрацией 15 г/л. При темпера-
туре 0 °C проводится осаждение обра-
зовавшихся алюмо-аммоииевых квас-
цов [A1NH4 (SO4)2], имеющих очень
малую растворимость при низкой тем-
пературе. Осадок отделяют, а электро-
лит с остаточным содержанием алюми-
ния 2—4 г/л возвращают в ванну
анодирования.
Регенерация электролитов железие-
иия. Нарушение работы электролитов
для осаждения железа и его сплавов,
широко распространенных в ремонт-
ном производстве для восстановления
изношенных деталей машин, связано
с истощением их ионами железа, а
также с быстрой окисляемостью
ноновРе2+до Fe3*. Ионы трехвалентно-
го железа, гидролизуясь, включаются в
состав покрытий в виде гидроксидов,
ухудшая качество осадков.
Технология электрохимической ре-
генерации окисленных электролитов
производится с помощью электродного
блока, вставляемого в рабочую ванну
(рис. 10). Конструктивно он может
выполняться и в выносном варианте.
Электродный блок помещают в ра-
бочую ванну, регулируют его по вы-
соте относительно уровня электролита
в ванне с тем, чтобы обеспечить кас-
кадный переток электролита в анод-
ную камеру. Далее электролит про-
текает через объемио-пористый катод
и поступает в катодную камеру. По-
вышение уровня электролита в рабо-
чей ванне обусловливает его непрерыв-
ный переток в электродный блок и
рециркуляцию электролита в нем.
В процессе фильтрации через объемно-
порнстый электрод протекают элект-
рохимические реакции восстановления
ионов трехвалентного железа в объеме
электролита до двухвалентного состоя-
ния. Регенерированный таким обра-
зом электролит возвращается в рабочий
объем ваины.
Катодная плотность тока на объем-
но-пористом электроде 700—1000 А/м2.
Рис. 11. Электролизер для регенерации
электролитов железнения:
1 — стружечная загрузка; 2 — диэлек-
трическая прокладка; 3 — магнитная сфе-
рическая загрузка; 4 — активированный
уголь; б — соленоид
Мембраны изготавливают из инертных
материалов — тканей «хлорин» или
«бельтинг», или применяют ионитовые
мембраны иа лавсановой или фторо-
пластовой основе. В качестве электро-
дов применяют углеграфитовое волок-
но марки ВИНН-250 или КНМ, тол-
щиной 3—5 мм.
Другим техническим решением для
восполнения ионов Fe2+ и одновре-
менной регенерации ионов Fe2+ в окис-
ленном электролите является анодное
растворение стружки из низколегиро-
ванной стали во встраиваемом про-
точном электролизере (рис. 11) с пер-
форированным катодом и объемно-
насыпной угольной загрузкой, совер-
шающей колебательные движения в
переменном магнитном поле для уп-
лотнения стружечной загрузки.
ТЕХНОЛОГИЯ РЕГЕНЕРАЦИИ
МЕТАЛЛОВ ИЗ ПРОМЫВНЫХ
И СТОЧНЫХ ВОД
Наибольшее применение в настоя-
щее время нашли следующие методы
регенерации металлов из промывных
сточных вод: реагентный, электрохи-
мический, обратного осмоса и ионно-
обменный. Эти методы обеспечивают
возможность создания встроенных ре-
генерационных систем в составе АГЛ
локальной рекуперации н утилизации
цветных и драгоценных металлов.
13 П/Р В. Л. Врбчеико
386
Регенерация электролитов и металлов
5. Параметры нетканых УВМ
Материал Г, мкм Sy, СМ”1 Sy, СМ”1 SB, смг/г S9, см2/г х, см/г Е
ВНГ-50 6,0 250 265 1900 2000 1,3/2,6 0,92
ВНГ-30 5,5 150 160 2000 2100 0,09/0,33 0,96
ВИНН-250 4,5 190 280 3000 4700 0,1/0,4 0.97
НТМ-200 5,0 170 215 2700 3600 0,07/0,4 0,96
НТМ-100 5,4 170 220 2400 3400 0,03/0,12 0,96
Мтилон 5,1 240 270 2640 3000 0,13/0,5 0,94
ВВН-66-95 4,7 225 255 2800 3200 0,006/0,05 0,96
ФРН 5,0 5,0 90 125 2600 4100 0,001/0,005 0,98
КНМ 6,1 140 160 2100 2400 0,009/0,03 0,98
Обозначения: г — радиус цилиндра или моносферы волокон;
S® и Sy — удельная реакционная поверхность, отнесенная к объему ма-
териала в сжатом и свободном состоянии соответственно; S и S® — удель-
ная реакционная поверхность, отнесенная к массе материала в сжатом
и свободном состоянии соответственно; х — электропроводность в сво-
бодном состоянии при сжатом материале; Е — пористость.
Регенерация никеля. В производ-
ственных сточных водах, образующих-
ся в процессе никелирования, содер-
жатся ионы никеля (200—500 мг/л
натрия, 30—80 мг/л магния) н ряда
анионов (SO^_, С1~, ВО§~).
Одним из эффективных способов
является электрохимическое извлече-
ние никеля из ванн улавливания на
объемно-пористых электродах из угле-
графитового волокнистого материала
(УВМ) по разработке Института хи-
мии твердого тела и минерального
сырья СО АН СССР.
Основной характеристикой, позво-
ляющей эффективно использовать ие-
Рис. 12. Схема электролизера с углегра-
фитовыми катодами:
1 — катод; 2 — мембрана; 3 — анод
тканые УВМ для извлечения металлов
из разбавленных растворов, явля-
ется их высокоразвитая поверхность.
Для лучших образцов нетканых УВМ,
например ВИНН-250, ВНГ-50,
ВВН-66-95, реакционная поверхность
с учетом их сжатия составляет 500—
600 см2/см3.
В табл. 5 приведены основные техни-
ческие характеристики УВМ.
Электролиз осуществляется в аппа-
рате (рис. 12) с выделенным анодным
пространством.
Параметры процесса регенерации ни-
келя из промывных растворов линии
никелирования с использованием двух-
слойных объемиопористых электродов
толщиной 4—5 мм из углеграфитового
волокнистого материала КНМ с элект-
ропроводностью 0,30 Ом-1-см-1 при-
ведены ниже.
Параметр Оптнмаль-
ный режим
Состав электролита, по-
мещаемого в ванну улав-
ливания' (католита)и его
концентрация, г/л . . . Раствор
сульфа I а
натрия в
обессолен-
ной вод: 4
Технология регенерации металлов
387
Электропроводность иа-
толита, Ом-1-см-1 . . . 0,03
pH католита .......... 6—6,5
Скорость циркуляции
католита через электро-
лизер, л/(ч-см?) .... 2
Температура католита в
электролизере, °C . . . 40—50
Состав раствора, пода-
ваемого в анодную ка-
меру (анолита), и его
суммарная концентра-
ция H2SO4 : Na2SO4 =
= 1 : (3—4), г/л ... . 80—90
Скорость циркуляции
анолита через анодную
камеру, объемом 10 л, л/ч 200
Габаритная катодная
плотность тока в режиме
электроэкстракции ни-
келя из промывных рас-
творов на углеграфито-
вом волокнистом элек-
троде (УВЭ), А/м2 . . . 1000
Степень извлечения ни-
келя, % ............ 90—95
Габаритная анодная
плотность тока иа УВЭ,
А/м?.................. 600
Состав электролита,
применяемого при анод-
ном растворении иа УВЭ,
насыщенного никелем,
и его концентрация, г/л:
NiSO4-7H2O.......... 120
NH4CI .............. 20—25
Н3ВО3 .............. 20—40
сахарин............. 0,8—1,2
кислота барбитуровая 90 мг/л
1,4—бутиндиол . . . 0,8—1,2
Уровень концентрации
никеля (по ионам), под-
держиваемый постоян-
ным в ванне улавлива-
ния, кг/л..............0,45—0,5
Электролизер для осуществления
этого процесса встраивается в галь-
ваническую линию (рис. 13).
На аналогичном принципе основан
процесс Swiss-roll (рис. 14, а), в кото-
ром низкоконцентрироваиные промыв-
ные воды прокачиваются через сет-
чатый электрод, выполненный в виде
спирали [пат. № 4040938 (США)].
Основной частью электролизера яв-
ляется спиралеобразно намотаиная
13*
Рис. 13. Технологическая схема электро-
химической регенерации никели в электро-
лизере;
I •— ванна для нанесения электрохимиче-
ских покрытий; 2 — ванна улавливания]
3 — электролизер: 4 — вспомогательная
ванна для анолита] S — насосы; б — ван-
на промывки
на стержень 1 лента, состоящая из
четырех слоев: катода 2, анода 3
и двух слоев 4 изоляции. Лейта по-
мещена в цилиндрический корпус,
Рис. 14. Схема электролизеров со спирале-
образными сетчатыми электродами типа
Swiss-roll и Есо-cell (а) и установка (б)
для электрохимического извлечения ме-
таллов:
1 — стержень; 2 — катод; 3 — анод; 4 —
изоляционная прокладка; 5 — сборник про-
мывных вод; 6 — электролизер в сборе;
7 — емкость с кислотой; 8 — электро-
лизер для выделения металла; 9 — источ-
ник (ока
388
Регенерация электролитов и металлов
Рис. 15. Схема проточного электролизера
типа Есо-cell (а) н установка (б) для
извлечения металлов:
1 — вращающийся цилиндрический катод;
2 — вал; 3 — скребок; 4 — опора мем-
браны; 5 — анод; 6 — закрепляющая
рама; 7 — обрабатываемый раствор; 8 —
электролизер в сборе; 9 — порошок; 10 —
ионообменная мембрана; 11 — источник
тока; 12 — гидроциклои; 13 — сгусти-
тель; 14 — анолнт
причем обеспечивается постоянное про-
текание электролита через эту кон-
струкцию в продольном направлении.
Электроды могут представлять собой
как сплошную металлическую ленту,
так и сетку, а слой изоляции должен
способствовать турбулизации потока
даже при малой скорости потока элект-
ролита. Токоподвод осуществляется
с торцов скрученной ленты или с оси
и корпуса, при этом распределение
плотности тока по поверхности элект-
рода практически равномерное.
Катодом является титановый лист
или сетка, а анодом — титановый лист,
покрытый двуокисью рутения. Между
электродами расположена анионооб-
менная мембрана для предотвращения
чрезмерного увеличения толщины осад-
ка, что может вызвать замыкание.
Кроме того, электроды снабжены изо-
лирующими прокладками из полипро-
пилена: пористой катодной (толщина
1,6 мм) и анодной (толщина 0,4 мм).
Одно из важных преимуществ про-
цесса Swiss-roll состоит в том, что
благодаря очень малым расстояниям
между электродами можно производить
электролиз слабопроводящих раство-
ров при низком напряжении. Удаление
с катода осажденного металла может
быть осуществлено либо химическим
растворением (например, в HNO3 или
H2SO4), либо анодным растворением.
Удельная поверхность электродов
очень высока (200—300 дм-1). Этим
достигается весьма низкая плотность
тока без уменьшения производитель-
ности. Остаточные концентрации ионов
металлов в обработанных сточных во-
дах составляют менее 10—4 г/л.
Другой разновидностью такой тех-
нологии является процесс Есо-се11.
Его характерной особенностью явля-
ется использование электродов в виде
сетки из коррозионно-стойкой стали,
также разделенных пористыми диаф-
рагмами и скрученных в виде рулона.
Такая конструкция обеспечивает боль-
шую удельную электродную поверх-
ность (300—500 дм-1) и возможность
прокачивания электролита с линейной
скоростью до 1—10 см/с. Sa : SK =
= 10 : 1, плотность тока iK = (100-4-
2000) А/дм2 (пат. № 3859195 (США)].
Процесс осуществляется по схеме,
представленной на рис. 14, б. Важ-
ной характеристикой процесса явля-
ется соотношение времени осаждения
металла и времени его химического
растворения. Продолжительность пер-
вой стадии определяется скоростью
зарастания межэлектродного простран-
ства, о чем судят по возрастанию пере-
пада гидродинамического давления на
входе и выходе электролизера. При
обработке раствора с содержанием ио-
нов никеля 0,1 г/л в электролизере
высотой 900 мм при скорости потока
380 л/мин процесс осаждения про ' I-
жается 10—30 ч, концентрация
при этом снижается до 0,006 г/л
В электролизере Есо-cell получа-
ют металлические порошки на враща-
ющемся цилиндрическом катоде
(ВЦК), который размещен внутри кон-
центричного ему анода, причем i ">и
вращении электрода даже с низ
скоростью осуществляется интенсив-
Технология регенерации металлов
389
ный турбулентный режим течения
электролита [пат. № 1505736 (Ве-
ликобритания), пат. № 4028199
(США)].
Электролизер (рис. 15) состоит из
вращающегося цилиндрического ка-
тода, закрепленного на валу и окру-
женного концентричным анодом. Ка-
тодное отделение изолировано от анод-
ного ионообменной мембраной (зазор
между катодом и мембраной 10 мм).
Порошок извлекаемого металла, оса-
ждаемый на катоде, удаляется специ-
альным скребком и выводится пото-
ком очищенного раствора. Ввод и
вывод электролита производятся по
всей высоте вращающегося катода.
Токопровод к катоду осуществляется
с помощью скользящего контакта.
На рис. 15, б представлена схема
установки Есо-cell. Католит (обра-
батываемый раствор) поступает в ап-
парат с заданной скоростью. Металл
непрерывно выделяется в виде порош-
ка на вращающемся катоде, при этом
также идет постоянное выделение
водорода. Из потока очищенного рас-
твора в дальнейшем выделяется поро-
шок металла традиционными методами
(гидроциклон, сгуститель). Анолит
циркулирует через анодное простран-1
ство аппарата.
Предельная плотность тока на катоде
зависит от диаметра и скорости враща-
ющегося катода:
Где п. — число переданных электронов
при восстановлении; F — число Фа-
радея; v — окружная скорость катода;
d — диаметр катода; т; — вязкость
раствора; D — коэффициент диффузии;
Р и s — коэффициенты: р = (—0,08)4-
(—0,1); s = —0,644.
Поскольку Есо-cell работает в ре-
жиме диффузионного контроля, ско-
рость осаждения зависит от скорости
вращения цилиндра по уравнению:
1= kwn, где i — плотность тока; п «
ъ 0,7 (турбулентный поток). В ре-
зультате образования порошкового
осадка и его срезания скребком воз-
растает шероховатость поверхности и
п - 1.
Рис. 16. Устройство электролизера Pump-
cell с моио- (а) и биметаллической (tf)
конструкциями электродов;
1 — вращающийся диск; 2 — неподвиж-
ный диск; 3 — электроды; 4 — клеммы;
5 — ротор; 6 — статор; 7 — керамический
вал
Электролизер Есо-cell позволяет об-
рабатывать разбавленные растворы с
содержанием ионов металла от 2 X
X 10~3 до 1 г/л (остаточное содержание
металла 10~3—10“2 г/л) при высокой
плотности тока на катоде 2000—
4000 А/м2.
Разновидностью описанного про-
цесса является способ Pump-cell,
обеспечивающий непрерывное получе-
ние порошка металла на вращающемся
электроде. Вследствие высокой тур-
булентности возможно применение
большой плотности тока.
Электродами в аппарате (рис. 16, а)
являются два металлических диска
небольшой толщины, находящихся на
расстоянии 0,05—0,4 мм, причем один
из них (анод) вращается с большой
скоростью вокруг своей оси. Другой
диск (катод) неподвижен и имеет
центральное отверстие, через которое
обрабатываемый электролит подается
в рабочую зону из резервуара. Под
действием центробежных сил электро-
лит с большой скоростью движется
в междисковом пространстве к пери-
ферии дисков. Применение большой
плотности тока позволяет извлекать
металл из электролита в виде порошка.
На рис. 16, б представлена схема
устройства другого варианта Pump-
cell — аппарата с биполярным элект-
родом. Между двумя неподвижными
дисками (анодом и катодом) вращается
закрепленный на керамическом валу
металлический диск, являющийся би-
полярным электродом. Образование
металлического порошка происходит
в двух междисковых пространствах.
С помощью электролизера Pump-cell
390
Регенерация электролитов и металлов
Рис. 17. Электродиализное устройство
для регенерации выносимых солей ив
гальванических ванн;
1 — гальваническая ванна; 2 « блок с
ноноселективнымн мембранами; 3 — не-*
проточная ванна улавливания; 4 —* насоо
можно обрабатывать растворы с кон-
центрацией металла 0,05—1 г/л, плот-
ность тока прн этом должна быть до
10000 А/м2.
Другим техническим решением ре-
генерации выносимых солей из непро-
точных ванн улавливания является
электродиализное устройство (паг.
№ 4445984 (США)], содержащее
Рис. 18. Колонный аппарат для электро»
химической регенерации никеля:
/ — блок диафрагменного электролизера;
2 — клапан; 5 — зона фильтрации; 4 —
магнитная сферическая загрузка; 5 —•
соленоид; 6 — промежуточная емкость
(рис. 17) блоки с ионоселеитивныгм
мембранами, устанавливаемые в галь-
ваническую ванну в пространство меж-
ду анодами н покрываемыми деталями,
через которые циркулирует промывная
вода. Мембранные блоки изготавли-
вают в виде рам, причем со стороны
анода закрепляется аиионообмеяная
мембрана, со стороны катода — катио-
нообменная. Это обеспечивает переход
катионов и анионов из водного рас-
твора через мембраны под действием
постоянного тока в процессе нанесе-
ния гальванических покрытий. Поэ-
тому включение перекачивающего на-
соса должно быть сблокировано с си-
стемой подачн тока для электроосаж-
деяия покрытий. В целях предотвра-
щения выноса солей жесткости из
промывочных вод, рекомендуется ис-
пользовать в непроточной ванне улав-
ливания деионизированную воду.
Эта технология развивается в Ин-
ституте химии и химической техноло-
гии АН Литовской ССР применительно
к регенерации и многих других элект-
ролитов, используемых в гальвано-
технике.
Другим техническим решением та-
кой технологии является использова-
ние электрохимического и электро-
магнитного воздействия на процессы,
позволяющие обеспечить проведение
регенерации никеля в одном аппарате
колонного типа (рис. 18). Перед обра-
боткой промывной никельсодержг 1
воды анодное пространство элек т
лизера заполняется электролитом, на-
пример раствором сульфата нат> ,я,
борной кислоты и хлористого нат
близкого по составу к электро, иту
никелирования, а в катодное про-
странство включают подачу промыв-
ной воды. Вследствие повышения ще-
лочности католита образуется су< '
зия никеля, которая отводится
ком раствора в пространство, запо.
ное сферическими магнитными _ i
нулями, где подвергается воздействию
постоянного полиградиентного ,г
нитного поля. Это обеспечиваем
рупнение флокул за счет коагул )
и улучшение их последующего от
иия и концентрирования. После )
суспензия поступает в зону плавав tл
гранулированной загрузки и осветлен-
ная вода отводится из аппарата
Технология регенерации металлов
391
Одновременно с этим в процессе ре-
циркуляции электролита через анод-
ное пространство происходит его по-
степенное закисление до низких значе-
ний pH. После завершения фильтро-
цикла и накопления гидроксида ни-
келя в количестве, эквивалентном ко-
личеству образовавшейся кислоты, с по-
мощью системы запорной арматуры
производится переключение аппарата
на регенерационный цикл. Закислен-
ный электролит (анолит) подается в
надфильтровое пространство аппарата,
в результате чего происходит растворе-
ние гидроксида никеля, задержанной
плавающей гранулированной загруз-
кой. Одновременно на соленоид пода-
ется переменный ток промышленной
частоты, что приводит к интенсивным
колебательным движениям магнит-
ной загрузки, способствующей интен-
сификации растворения гидроксида
никеля в создающемся при этом магни-
тоожиженном слое. Колебательные
движения магнитных сферических
гранул повышают степень растворения
гидроксида никеля, накапливающегося
в нижней зоне зернистого фильтра.
Величина хаотического колеба-
тельного движения и выбросов верх-
него слоя магнитных сферических гра-
нул определяется величиной подавае-
мого на соленоид напряжения. Благо-
даря образованию магнитоожиженного
слоя происходит интенсивное пере-
мешивание обрабатываемого осадка и
создаются условия для равномерного
распределения кислотности в объеме,
что способствует более равномерному
растворению гидроксида закислен-
ным раствором анолита с образованием
электролита, близкого по составу к
электролиту никелирования.
После завершения цикла растворе-
ния гидроксида никеля раствор элект-
ролита выводится из аппарата. Полу-
ченный раствор, содержащий сульфат
никеля, сульфат натрия, борную кис-
лоту и хлорид натрия, может быть
повторно введен в рабочую ванну ни-
келирования, обеспечивая тем самым
принцип малоотходной технологии.
В качестве диафрагмы в электроли-
зере аппарата может быть использована
ионообменная мембрана марки МК-40Л.
Катоды могут быть изготовлены из
коррозионно-стойкой стали или из гра-
фита; аноды — из титана, плакиро-
ванного двуокисью рутения.
Зернистый фильтр представляет со-
бой сферические гранулы вспененного
полистирола, либо шунгизит с раз-
мерами гранул 0,8—1,0 мм.
Для извлечения никеля из промыв-
ных вод широкое применение нашел
метод ионного обмена с использова-
нием катионита КУ-2 в Н- и Na-фор-
мах, поскольку сорбируемый ион ни-
келя имеет большое сродство с катио-
ном Na+. Величина обменной емкости
сорбента не зависит от присутствия в
воде натриевых солей. Это позволяет
применять для этих целей сильно-
кислотный катионит КУ-2. Величина
рабочей обменной емкости катионита
существенно зависит от концентрации
сорбируемого иона и скорости фильт-
рования раствора. Оптимальными ус-
ловиями процесса Являются следую-
щие: исходная концентрация никеля
в сточной воде — 700 мг/л; скорость
ее фильтрования через катионит —
2,5—5 м/ч.
После насыщения катионита КУ-2
ионами никеля его подвергают десорб-
ции, осуществляемой раствором сер-
ной кислоты или серно-кислого нат-
рия. Для уменьшения расхода реа-
гентов и повышения концентрации
выделяемого соединения регенерация
ионитов осуществляется в два-три
этапа. Первая порция серно-кислого
элюата, образующаяся при регенера-
ции катионита и содержащая сульфат
никеля с концентрацией 65—70 г/л,
направляется на электродиализную
переработку; вторая и третья порции
используются повторно при регенера-
ции катионита.
Для электродиализной переработки
элюата, содержащего серную кислоту
(0,45 М/л) и серно-кислый никель (0,4—
0,45 М/л), используется трехмерный
электродиализный аппарат, камеры ко-
торого разделяются анионообмеиными
мембранами МА-41. При пропускании
электрического тока из катодной ка-
меры, заполненной раствором едкой
щелочи, гидроксил-ионы через анионо-
обменную мембрану переходят в сред-
нюю камеру, в которой находится пе-
рерабатываемый элюат. На катоде про-
исходит выделение водорода, а концен-
трация едкой щелочи в католите
392
Регенерация электролитов и металлов
Рис. 19. Схема устанрвки для комплексной
очистки металлсодержащих сточных вод:
/ — гальваническая ванна; 2 — ванна
улавливания; 3 — ванна каскадной про-
мывки; 4 — электролизер с углеграфито-
вымн проточными электродами; 5 — сорб-
ционный фильтр; 6 — катионообменный
фильтр; 7 — анионообменный фильтр; 8 —
диафрагменный электролизер
остается постоянной. Одновременно
в средней камере происходит снижение
концентрации серной кислоты за счет
нейтрализации ионов водорода гидро-
ксильными ионами и переноса сульфат-
ионов через анионообменную мембрану
в анодную камеру. В последней идет
процесс нарастания концентрации сер-
ной кислоты, сопровождающийся вы-
делением кислорода на аноде.
Для обеспечения стабильности элек-
тролизной переработки элюата указан-
ного состава и предотвращения восста-
новления ионов никеля до металла
большое значение имеет выбор следу-
ющих параметров: тип анионообменной
мембраны; концентрация едкой щелочи
в катодной камере; исходная плотность
тока в аппарате; остаточная концен-
трация серной кислоты в средней ка-
мере.
Предлагаемая схема очистки никель-
содержащих вод позволяет вернуть
в производство 90 % обессоленной во-
ды, раствор серно-кислого никеля (60—
70 г/л) для приготовления и коррек-
тировки электролитов никелирования,
а также серную кислоту.
Другой разновидностью этой техно-
логии является использование раство-
ра вспомогательных солей электролита
никелирования для регенерации ка-
тионита, содержащего сульфат натрия
(70—90 г/л), борную кислоту (40 г/л),
натрий хлористый (5—10 r/л). Ско-
рость пропускания раствора 0,5 м/ч.
Элюирование проводится в один этап,
при этом степень извлечения погло-
щенного катионитом никеля составляет
80—85 % , концентр ация никеля по
иоиу в элюате составляет 14—15 г/л.
Количественный состав компонентов'
в элюате близок по балансу к составу
электролитов никелирования и может 1
вновь возвращаться в ванну для вое- ’
полнения выноса его в процессе нике- 1
лирования. Кроме того, обеспечивает-
ся также возможность электроэкстрак- ’
цни никеля из элюатов такого состава ;
с выходом по току металла от 40 :
до 70 %•
Процесс электроэкстракции прово-
дят в' многокамерном диафрагменном 1
электролизере, представляющем собой
проточную ванну с помещенными в нее
анодными камерами. В качестве ано-
лита используется раствор серно-кис-
лого натрия (20 г/л). Оптимальное зна-
чение катодной плотности тока 50—
200 А/ма. Превышение этих значений
приводит к нагреву раствора и сниже-
нию выхода металла по току. Время
электроэкстракции 8—12 ч, при этом
концентрация никеля снижается до
2—3 г/л. Дальнейшее снижение содер-
жания иоиов никеля связано с повы-
шением энергозатрат, поэтому эконо-
мически целесообразно на второй ста-
дия электроэкстракцию проводить в
электролизере с объемно-пористым
электродом.
Такая технология является гибкой
и может осуществляться в гальваниче-
ских линиях (рис. 19). Наличие анионо-
обменной колонки позволяет одновре-
менно очищать и возвращать в техно-
логический цикл промывную воду.
Применяются схемы концентрирова-
ния никельсодержащих сточных вод
с последующей их реагентной обработ-j
кой и извлечением никеля в виде
гидроксида. Полученный осадок на-'
правляется на дальнейшую обработку
для извлечения никеля, либо возвра-
щается в производство после растворе-
ния в серной кислоте.
Регенерация хрома. Известным спо-
собом обработки хромсодержащих сточ-
ных вод является электродиализ. Про-
цесс осуществляется в многокамерном
электродиализаторе с чередующимися
катионитовыми и анионитовыми мем-
бранами. Катоды в электродиализато-
рах изготовляют из иорровионно-стой-
Технология регенерация металлов
393
кой стали или титана, аноды — из пла-
кированного титана или графита, анио-
нитовые и катионитовые мембраны ма-
рок МА-40 и МК-40 выпускаются се-
рийно.
Преимущества метода электродиали-
за — возможность концентрирования
растворов по безреагентной техноло-
гии, высокая степень очистки сточных
вод, возможность встраивания уста-
новки в технологическую линию.
Недостатки метода — значительный
расход электроэнергии; сложность за-
мены мембран; чувствительность мем-
бран к изменению состава примесей,
особенно железа, меди, никеля.
Наиболее перспективные методы ре-
генерации хрома — ионообменные. До-
пустимая концентрация его в ванне
промывки деталей после хромирования
10 мг/л, а предельно допустимая кон-
щнтрация в воде и водоемах хозяй-
ственно-питьевого и культурно-быто-
вого назначения 0,01 мг/л.
Технологический процесс осуще-
гвляется по схеме катионирование—
анионирование—катионирование. На
червой катионитовой колонне погло-
щается примесь трехвалентного хрома
'и другие катионы, а на анионитовой
колонке задерживается хромовый ан-
I идрнд. Регенерация анионита 5 % -ным
раствором едкого натра позволяет по-
лучить раствор хромата натрия, кото-
рый пропускается через вторую ка-
гионитовую колонну, где натрий заме-
щается водородом, и, таким образом,
иа выходе из колонны получается хро-
•ювый ангидрид, пригодный к повтор-
ному использованию. В качестве ка-
тионита в обеих колоннах может быть
применена сульфостирольная смола
марки КУ-2-8 Н-формы, в качестве
пиионита — гелевый анионит марки
AM ОН-формы.
Регенерация катионитовых колонн
производится 10 %-ным раствором сер-
ной кислоты, при этом происходят сле-
дующие реакции.
В первой катионитовой колонне:
сорбция
3 [R — SO3H] +СгЗ+->
-> [R — SO3'J Сг + ЗН+;
регенерация
[R-SO3-]3Cr + 3H+->
-> 3 [R — SO8H] -t- Сг8*.
В анионитовой колонне:
сорбция
2 [R'] — ОН + СгО8
-* [R2'jCrO4 + Н2О;
регенерация
R;CrO4 + 2NaOH->
->2R' — ОН -j- NaaCrO4.
Во второй катионитовой колонне:
сорбция
2 [R—SO8H] + Na2CrO4 -
- 2 [R—SO3Na] + CrO3 + H2O5
регенерация
IR—SO8Na] + H* -
- [RSO3H]+ Na*.
Кроме указанных марок могут при-
меняться и другие иониты: СГА-ЗК,
АНКБ, АМ-3, АВ-17П, но лучшие
результаты дали смолы АВ-17-8,
АВ-17-16, АВ-29, AM (гелевая) и
КУ-2-8.
Сорбция катионов на ионитах сни-
жается в присутствии неионогенных
ПАВ, что требует предварительной
сорбционной очистки стоков на акти-
вированных углях. На рис. 20 приве-
дена схема комплексной очистки хром-
содержащих промывных вод по раз-
работке Воронежского госуниверсите-
та, обеспечивающая также возмож-
ность получения глубокообессоленной
воды с помощью смешанных ионитов
КУ-2 и АВ-17. Кроме того, в схеме
предусмотрена очистка отработанных
электролитов.
Очистка хромсодержащих сточных
вод методом обратного осмоса позво-
ляет использовать малогабаритное обо-
рудование при достаточно высокой сте-
пени очистки. Лучшей селективностью
по отношению к ионам Сг (VI) обла-
дают мембраны типа МГА-100 (98,4 %)
и МГП-100 (99,5 %). При этом гидро-
хромат-ион хуже задерживается мем-
бранами, чем бихромат-ион, что объяс-
няется различием равмеров их молеиул
4
394
Регенерация электролитов и металлов
Рис. 20. Комплексная технологическая схема ионообменной очистки хромсодержащ!
сточных вод н регенерация хрома
и степенью гидратации. Мембраны на
основе целлюлозы с течением времени
теряют селективность при низких pH
из-за снижения их стойкости к окис-
ляющему действию бихромат-ионов в
кислой среде. Поэтому оптимальная
кислотность среды должна быть близка
к нейтральной.
Обработку следует проводить в две
ступени (рис. 21). Фильтрат после пер-
вой ступени очистки повторно исполь-
зуется в промывных операциях, а кон-
цен ip ат подается на вторую ступень.
В связи с тем, что при достижении
значительной концентрации раствора
селективность мембран недостаточна
для полной очистки сточных вод, часть
фильтрата возвращается на повторную
обработку. Для промышленных стоков
с повышенным содержанием хрома
(до 500 мг/л и выше) необходима дву-
кратная обратно-осмотическая обра-
ботка. Другие примеси, содержащиеся
в воде, такие, как SO|", С1~, Сг*1',
также концентрируются пропорцио-
нально. Поэтому в целях повторного
использования концентратов промыв-
ная вода в гальваническом производ-
50-100мг/л П-----------Г] 0,8-1 r/л П----------Г] ЦО г/л
. 20-50мг/л\ ^ат
|^Ц/мг/л s
стве должна предварительно обессоли-
ваться.
Особенности регенерации драго-
ценных металлов. Эффективное извле-
чение драгоценных металлов из про-
мывных вод может производиться элек-
трохимическим восстановлением на
проточных объемно-пористых электро-
дах по описанной выше технологии
регенерации никеля. Кроме того, раз-
работаны и внедрены в производство
новые методы ионообменной техноло-
гии, обеспечивающие практически пол-
ное извлечение драгоценных металлов
из сильноразбавленных растворов: экс-
тракция жидкими ионитами и сорбция
импрегнированными сорбентами.
Метод экстракции жидкими ионита-
ми отличается универсальностью и
имеет следующие преимущества:
жидкий экстрагент легко транспор-
тируется по аппаратам и трубопрово-
дам, что облегчает проведение про-
цесса экстракции в высокопроизводи-
тельном оборудовании;
процессы экстракции и реэкстракции
протекают в сотни раз быстрее, чем
процессы сорбции и десорбции, так как
Рис. 21. Схема очистки хром-
содержащих сточных вод ме-
тодом обратного осмоса
Техяологая регеяерацаа металлов
395
при экстракции молекулы извлекаемых
веществ распространяются в жидкости
быстрее за счет перемешивания и диф-
фузии, в то время как при сорбции
процесс диффузии в фазе твердой смо-
лы идет значительно медленнее;
для процессов экстракции приме-
няют более компактное оборудование,
чем для процессов сорбции;
примеси из экстрагента удаляются
более полно, чем из смолы, вследствие
чего при экстракции достигается высо-
кая очистка извлекаемых ценных ком-
понентов;
экстракция менее чувствительна к
побочным явлениям газовыделения, чем
сорбция с неподвижным слоем смолы,
так как газы легко удаляются из экс-
трагента при перемешивании жидкой
фазы.
Процесс экстракции проходит три
стадии:
распределение одной жидкости в дру-
гой для создания необходимой поверх-
ности фазового контакта;
взаимное движение жидкостей, во
время которого совершается в основ-
ном межфазовый обмен;
разделение жидкостей на основе раз-
ности удельных весов.
Процесс экстракции обычно прово-
дят в многоступенчатых аппаратах,
обеспечивающих эффект разделения,
остигаемый при многократном кон-
актировании раствора с экстрагентом.
Принцип работы этих аппаратов за-
ключается в следующем. Как только
смешивающиеся фазы жидкости, не
находящиеся в равновесии, начинают
взаимодействовать, происходит само-
поизвольная диффузия веществ, стре-
'ящаяся привести систему в равнове-
> ие. На этом основано разделение ве-
ществ методом экстракции. Осуще-
с । вляя процесс экстракции, необходи-
мо создать условия для повышения
скорости процесса. Скорость массооб-
- ена W между двумя жидкими фазами
описывается уравнением
W = Ом. ПДС,
1 де К. — общий коэффициент массопе-
иедачи; Ам. п — межфазная поверх-
ность; ДС — разность концентраций
веществ.
Важными условиями для выбора
экстракционной системы являются: се-
лективность по отношению к целевому
металлу; емкость — способность изби-
рательно поглощать относительно боль-
шое количество извлекаемого метал-
ла; реакционная способность; стабиль-
ность. Для снижения вязкости экстра-
гента его смешивают с инертными раз-
бавителями, при этом уменьшаются за-
траты энергии па перекачивание и пе-
ремешивание, увеличивается скорость
массопереноса.
Характеристика процесса экстрак-
ции определяется коэффициентом рас-
пределения
iz _ [Meppr]
Р~ £МеВ0Д] ’
где 1Меорг] и 1Мев0Д] — равновесные
концентрации металла соответственно
в органической и водной фазах. В ка-
честве экстрагента для извлечения зо-
лота применяют триалкиламин с угле-
водородным радикалом (R) = С7—С8,
разбавленный перхлорэтиленом. На-
сыщение соответствует реакции анион-
ного обмена:
RNHAopr+Au(CN)“„ + X+^
-> RNH Au (CN)2opr + КАВ0Д,
где R — С7Н16—С8Н18; А — аиион; К —
катион.
Для предотвращения образования
третьей фазы к растворам экстрагента
добавляют дециловый спирт в количе-
стве моль на моль амина. Добавление
к триалкиламину нейтральных соль-
ватирующих экстрагентов, таких, как
трибутилфосфат (ТБФ), резко увели-
чивает насыщение по золоту.
Таким образом, использование смеси
экстрагентов, разбавленных в перхлор-
этилене, обеспечивает более высокое
насыщение органической фазы по зо-
лоту и увеличение растворимости ор-
ганического комплекса золота в раз-
бавителе при одновременном повыше-
нии эффективности его извлечения.
Экстракция протекает при pH = 4н-5.
За 1 мин извлекается 50 % золота,
а за 5 мин 100 % золота переходит
в органическую фазу.
Конечным продуктом регенерации
является чистый раствор дицианоаура-
та калия, пригодный для повторного
использования в производстве. Реко-
396
Регенерация электролитов а металлов
Рис. 22. Схема установки регенерации драгоценных металлов?
/ — аппарат для экстракции; 2 — аппарат для реэкстракции, 3 — емкость (10 — 20 л)
для экстрагента после реэкстракции, 4 — емкость (10 — 20 л) для раствора дицнаноаурата
калия, 5 — напорная емкость (5 л) для реэкстрагирующ^го раствора, 6 — емкость (100 л)
для водного раствора после извлечения золота, 7 — емкость (25 л) для исходного золото-
содержащего раствора, 8 — емкость (8 — 20 л) для исходного экстрагента; 9 — ротаметры;
10 — иасосы для транспортирования органических и водных растворов; 11 — фильтр-
пресс; 1 — исходный водный раствор Au, 11 — реэкстрагирующий раствор; 111 — насы-
щенный Au экстрагент, IV — видный раствор после извлечения Au, V — в оборот, VI —•
на приготовление и корректировку электролитов золочения, V11 — анализ иа содержа-
ние золота; VII1 — сброс
мендуемые режимы реэкстракции: кон-
центрация КОН 30 г/л, время контакта
5 мин, число ступеней контакта — 3.
Наиболее эффективными для регене-
рации серебра являются четвертичные
аммониевые и фосфониевые соедине-
ния. Однако они весьма сильные по-
верхностно-активные вещества, поэто-
му большинство из них в контакте
с водной фазой образуют стойкие
эмульсии, что затрудняет их промыш-
ленное применение. Снижение эмуль-
гируемое™ достигается добавлением
в органическую фазу децилового или
нонилового спирта.
Кроме того, в качестве экстрагента
серебра может применяться дипиразо-
лонилгептан (ДПГ) в хлороформе или
дихлорэтане. При извлечении серебра
из карбонатных или нитратно-аммиач-
ных растворов экстрагирующий ком-
плекс не содержит молекул аммиака,
что свидетельствует о катионообменном
механизме экстракции:
Ag (NH3)+ + Н2Аорр -»
вод
-> [HAAg]opp + NH+ +
F ВОД
+ (л — 1) Nbh
1 ' > вод-
При экстракции серебра из галоге-
нидных, в частности хлоридных, рас-
творов ДПГ предполагается анионооб-
меннын механизм экстракции:
(n - m) RHClopr + [ Ag'nCl„]"-'n ->
-> [RHjn-.n, [AgCln]opr +
+ (n —m) С1вод,
Технология регенерации металлов
397
Рис. 23. Устройство смесителя-отстойника для регенерации благородных металлов?
1 — зона смешения; 2 — зона отстоя, 3 — турбинные мешалкн; 4 — диски; 5 — гидро-
затворы
где п, т — числовые коэффициенты;
R — углеводородный радикал.
Экстракцию ведуг при pH = 7-4-8
в течение 6—8 мин в четыре ступени
оптакта водной и органической фаз.
Для реэкстракции применяют щелоч-
ной раствор состава, г,л: 50—70 KCN,
<0—50 КОН. Конечным продуктом ре-
' операции, аналогично процессу реге-
нерации золота, является дицианоар-
тентат калия с содержанием серебра
’>0—50 Дл, который используется для
приготовления новых и корректирова-
ния работающих электролитов.
Установка для регенерации состоит
(рис. 22) из экстрактора и реэкстракто-
ра, представляющих собой смеситель-
ю-огстойные аппараты ящичного типа,
'ь.полненные из титана. Транспорти-
рование жидкостей осуществляется на-
v зсами, дозировка — ротаметрами.
Принцип работы аппаратов состоит
в многократном смешении и разделе-
ии фаз. При этом на каждой ступени
шпаратов взаимодействующие среды
имеют прямоточное движение, в то
гемя как в целом по аппарату осу-
ществляется противоточное движение
I1 >3. Исходный раствор предварительно
Фильтруется от твердых взвесей на
''нльтре-прессе во избежание образо-
ания труднорасслаивающихся эмуль-
сий на границе раздела фаз. Фильтр-
пресс встроен в установку. Устройство
месителя-отстойника для регенерации
драгоценных металлов представлено на
аис. 23.
Другим способом извлечения метал-
лов из водных растворов является ис-
пользование экстрагента, заключенно-
го в гранулы пористого гидрофобного
материала (импрегнирование). Экстрак-
ция импрегнированными сорбентами
по своим характеристикам прибли-
жается к ионообменной сорбции, но
отличается тем, что функциональные
группы находятся в гранулах в среде
органического разбавителя или самого
экстрагента.
Для извлечения золота нз отработан-
ных цитратных электролитов исполь-
зуется сорбент, полученный на основе
гранулированного пористого сополи-
мера стирола с 20 % дивинилбензола
и 50 %-ного раствора триалкиламина
в перхлорэтилене. Размер гранул сор-
бента составляет 0,8—1,6 мм, что обес-
печивает эффективную фильтрацию от-
работанного электролита через слой
сорбента и исключает закупоривание
его твердыми взвесями.
Сополимер стирола с дивинилбензо-
лом имеет сетчатую трехмерную струк-
туру, что исключает его растворение
в экстрагенте в процессе экстракции
и реэкстракции и обусловливает высо-
кую механическую прочность носителя.
Используемый импрегнированный
сорбент имеет следующие технические
характеристики: удельный вес 1,2 г/см3,
насыпная масса 0,7 г/см3, содержание
триалкиламина 17 % .
Процесс регенерации золота от от-
работанных цитратных электролитов
398
Регенерация злектролитов и металлов
волочения с применением импрегниро-
ваииых сорбентов может осуще-
ствляться иа установке с фиксирован-
ным слоем сорбента. Например, пере-
рабатываемый раствор имел следующий
состав, г/л: 3,65 Au; 1,4 Со; 210 цитра-
ты; pH = 4,7. Раствор содержал зна-
чительное количество трудиофильтру-
ющихся твердых взвесей. Прямая экс-
тракционная переработка такого рас-
твора затруднена из-за сильного эмуль-
гирования и плохого разделения вод-
ной и органической фаз. Скорость про-
пускания электролита через колонну
с сорбентом 1,4 м/ч. Извлечение золота
в импрегиироваииый сорбент 99,9 %.
Полная динамическая емкость по зо-
лоту 90 г/л (степень ее использова-
ния 70 %).
Динамический процесс поглощении
золота из промывных вод иа импрегии-
роваииом сорбенте может быть описан
уравнением Шилова:
т = 17,2 (Н — 0,53),
где-г — время до появления «проскока»
(появление следов золота в промывоч-
ной воде), ч; Н — высота слоя сор-
бента, м.
Это уравнение используется при
проектировании промышленных сорб-
ционных установок для регенерации
золота.
Регенерация сорбента осуществляет-
ся 3 %-иым раствором едкого кали.
Полученный в результате регенерации
дициаиоаурат калия с концентрацией
золота 20—25 г/л используется для
приготовления и корректирования ваин
золочения. •
В Московском институте тонкой хи-
мической технологии (МИТХТ) разра-
ботаны технология и устройство бара-
баииого типа дЛя электрохимического
извлечения металлов из иизкоконцен-
трироваииых сточных вод (рис. 24),
которое может периодически загру-
жаться в рабочие ваииы улавливания,
либо во вспомогательную ваииу с цир-
кулирующим через иее рабочим рас-
твором улавливания. В барабан за-
гружаются сферические гранулы ти-
тана. Вследствие вращения барабана
загрузка образует подвижный элек-
тродный слой с сильно развитой по-
верхностью, при этом коитактироваиие
аагруави обеспечивается рядом стерж-
Рис. 24. Схема погружного барабана с по-
движным электродным слоем;
I — корпус; 2 — привод; 3 — стержне-
вые токопроводы; 4 — сферическая катод-
ная загрузка
ней, расположенных по окружности
внутренней поверхности барабана.
Вследствие иитеисивиого гидроди-
намического режима, создаваемого зй
счет вращения стержневого барабана
и постоянного перемещения электрод-
ных тел, происходит периодическое
удаление осаждаемого металла. Так,
при извлечении серебра с его началь-
ной концентрацией 1,5 г/л в барабана
с суммарной площадью 1550 дм“ обес-
печивалась скорость обработки рас-
твора 166 л/ч, остаточная концентра-
ция металла при этом составляла
0,01 г/л.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ
ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ
В табл. 6 приведены основные харак-
теристики пористых гетерогенных мем-,
браи отечественного производства. И>
установку в аппараты производят в на-
бухшем состоянии, меняя за время иа-.
бухания (12 ч) воду или раствор ие май
иее 3 раз. При этом их высушиваний
недопустимо, так как при повторном:
набухании они уменьшаются в размер
рах по длине на 2 %, а по толщин*,
иа 10 %. '
При необходимости кондициоииро-i
ваиия проводят кислотио-щелочиук»)
обработку мембран 2—ЗЭД-ным раС4
Технологические материалы для регенерации
399
6. Ионитовые гетерогенные мембраны
Марка мембра- ны Иоиогеииая группа Марка ионита Содер- жание ионита, % Арми- рующая ткань Технические условия
МА-40 N+=NsN= эд-ion 55 Капрон ТУ 6-05-1203—73
МА-41 N+(CH3)3 AB-17 65 » —
МА-41Л N+(CH3)3 AB-17 60 Лавсан ТУ 6-05-211-1031—76
МА-43Л C6H4N(CH3) AB-23 60 » —
МК-40 SO3H КУ-2 65 Капрон ТУ 6-05-1203—73
МК-40Л SO3H КУ-2 60 Лавсан ТУ 6-05-211-1031—76
МК-41 PO8Ha КФ-1 65 Капрон ТУ 6-211-840—73
МК-42 COOH КБ-4 60 » —
творами НС1 и NaOH (мембрану
МА-43Л — 3 н. раствором HNO3), за-
тем их промывают водой от избытка
кислоты и обрабатывают 2—3 % -ным
раствором NaaCO3.
Электропроводность мембран сни-
жается с увеличением валентности про-
тивоиона.
С увеличением концентрации раство-
ров электролитов электропроводность
мембран, как правило', изменяется
экстремально.
Рабочий диапазон значений pH: 1—
14 — для мембран МК-40, МА-41; 7—
14 — для мембран МК-41; 1—7 — для
мембран МК-40Л, МА-40, МА-41Л,
МА-43Л. Мембрана МК-40Л химически
устойчива до 6 н. растворов НС1 и
HaSO4, мембрана МК-41 — в растворах
щелочей.
Анионитовые мембраны химически
менее стойки по сравнению с катиони-
товыми. Так, мембрана МА-40 устой-
чива в растворах НС1 и HaSO4 с кон-
центрацией до 5 %, а в растворах окис-
лителей не устойчива. Мембраны МА-41
(особенно МА-41Л) более устойчивы
в этих условиях, а МА-43Л имеет
удовлетворительную химическую
устойчивость в 5 н. растворе HNO3
(три месяца) и в 10%-ном растворе
НаСгаО7.
Отечественной промышленностью вы-
пускаются также модифицированные
мембраны МК-40М, МК-41М и МА-41М
из композиций, в состав которых вхо-
дят иониты с содержанием дивинил-
бензола (ДВБ) от 2 до 6 %, что способ-
ствует снижению их удельного элек-
трического 'сопротивления. В виде
опытных партий выпускают модифици-
рованные мембраны типа МА-41 из ком-
позиций, в состав которых входят
аниониты АВ-17П (макропористый) и
АВ-17И (изопористый), а также мем-
браны марки МА-41-Р с пористой ма-
трицей и смешанные мембраны марок
МС и МС-И.
Мембраны, армированные лавсано-
вой сеткой, обладают меньшим изме-
нением линейных размеров при набу-
хании. Виниловые и полипропилено-
вые ткани обеспечивают повышенную
стойкость мембран в кислой и щелоч-
ной средах. Интервал рабочих темпе-
ратур 10—50 °C.
Биполярные мембраны типа МБ
ГОСТ 6-05-211-890—73 изготовляют
спрессовыванием различных сочетаний
анионо- и катионообменных вальцован-
ных мембран: МК-40 и МА-40 (МБ-1);
МК-40 и МА-41 (МБ-2); МК-41 и МА-41
(МБ-3); МК-41 и МА-43 (МБ-4). Их
применяют взамен электродов в много-
камерных электродиализных аппара-
тах, для подкисления и подщелачива-
ния рабочих растворов.
Гомогенные ионообменные мембраны
типаМК-100, МА-100, МА-102, МК-Ю2,
МКП-102, МАП-102 представляют со-
бой термопласты с прививкой моно- и
дивинильных мономеров. Они обла-
дают высокой селективностью, могут
применяться для концентрирования
растворов электролитов и весьма устой-
чивы в 4 и. растворах НС1, HNO3,
400
Регенерация влектролатов а металлов
7. Эксплуатационные характеристики ультрафильтров
Марка В одоиеп ро ин ца е- мость прн дав- лении 0,2 МПа и температуре 20 °C, л/г pH Темпе- ратура, °C Назначение
А-1 50—100 4—8 5—35 Для отделения от жидкостей частнц раз- мером менее 0,05 мм
Ф-1 50—300 0,5—13 5—90 Для регенерации от- работанных обезжири- вающих растворов (ско- рость потока 5—6 м/с)
ПСА-1 50—250 3—11 5—50 Для концентрирования высокомолекулярных соединений
HaSO4, а также в растворах, содержа-
щих окислители. Для специальных це-
лей такие мембраны могут армировать-
ся тканью «фторлон».
Анионитовые мембраны МА-102 и
МАП-102 работают в диапазоне pH =
= l-i-4 и рекомендуются для исполь-
зования в кислых растворах и при по-
вышенной температуре (до 70 °C).
Ряд зарубежных фирм выпускают
аналогичные мембраны, имеющие огра-
ничения в зависимости от условий при-
менения. Мембраны «Неосента» фирмы
«Токуяния Сода» (Япония) армирова-
ны синтетическими тканями, рабочая
температура 40 °C, из них тип «АС»
химически устойчив в растворах кис-
лот и щелочей.
Трубчатые ультрафильтраты типа
БТУ 0,5/2 (ТУ 6-05-221-704—83) пред-
назначены для разделения, концентри-
рования и очистки компонентов водных
смесей, представляют собой блоки из
семи параллельно расположенных от-
крытопористых стеклопластиковых
трубок, внутренняя поверхность кото-
рых покрыта полупроницаемой мем-
браной на основе ацетата целлюлозы
(А-1), фторопласта (Ф-1) или поли-
сульфаноламида (ПСА-1). Концы тру-
бок залиты отверждающейся смолой.
Общая фильтрующая площадь мембран
в блоке составляет 0,5 м2, длина блока
2000 мм, диаметр 60 мм, масса 2 нт
{табл. 7).
Ультрафильтры поставляются про-
питанными консерватом (70 %-ный вод-
ный раствор глицерина с добавкой фор-
малина), их следует хранить и экс-
плуатировать в мокром виде. При оста-
новке на длительное время они должны
быть промыты ультрафильтратом и све-
жей водой с добавкой 4 г/л формальде-
гида или медного купороса, а прк
снижении производительности на
25 % — умягченной водой. Полное или
частичное высыхание их ведет к потере
эксплуатационных характеристик.
ОБОРУДОВАНИЕ
ДЛЯ РЕГЕНЕРАЦИИ
Обратноосмотические устаиовки
для улавливания ионов металлов из
разбавленных промывных вод обеспе-
чивают концентрирование и регенера-
цию электролитов. Эти установки легко
встраиваются в гальванические линии,
включающие средства управления тех-
нологическим процессом. Один из при-
меров технологической схемы приведен
на рнс. 25. Установка фильтр-прессно-
го типа комплектуется полупроницае-
мыми мембранами типа «Владипор»
марки МГА-90, обеспечивает при дав-
лении до 70 МПа производительность
по фильтрату до 500 л/ч. Рабочая
площадь мембран составляет 40 м’,
температура -—до 30 °C, солеаадержа-
Оборудование для регенерация
401
Рис. 25. Схема обратноосмотической установки для концентрирования никельсодержащих
промывных вод:
1—3 — баки; 4 — ванна улавливания; 5 — ванны покрытия; 6 — насос с предфиль-
тром; 7,8 — обратноосмотическая установка обессоливания; 9 — обратноосмотическая
установка водоподготовки рулонного типа; 10 — предфильтр
ние 90—96 % . Потребляемая мощность
установки 3 кВт, габаритные размеры
1300X900X2000 мм.
Установка обеспечивает увеличение
концентрации раствора в ванне улав-
ливания по NiSO4 с 0,4—4 до 250 г/л.
Электролит этой ванны подпитывается
обессоленной водой, получаемой на
обратноосмотической установке рулон-
ного типа на четырех элементах
ЭРО 25/400 (400 л/ч). Включение уста-
новки производится по мере накопле-
ния выносимого электролита в ванне
улавливания, после чего раствор пере-
качивается через предфильтр насоса 6
в бак I и подается на обратноосмотиче-
скую установку 7. Фильтрат возвра-
щается в ванну улавливания, а кон-
центрат — в бак для последующего
концентрирования с помощью установ-
ки 8, работающей в рециркуляционном
режиме, после чего он направляется
в ванны покрытий 5. Независимо рабо-
тающая обратноосмотическая установ-
ка 9 обеспечивает восполнение обессо-
ленной водой вынос из ванны улав-
ливания.
Сменяемость мембран — 1 раз в год.
Установки для электрохимической
регенерации типа ЭУ-1М (рис. 26)
обеспечивают извлечение благородных
и цветных металлов из промышленных
растворов и сточных вод с их исходной
концентрацией 0,02—2,0 г/л до оста-
точных концентраций менее 0,1 мг/л.
Отличие электролизера от известных
аппаратов с плоскими и пластинчаты-
ми катодами состоит в использовании
объемно-пористых электродов из во-
локнистых углеграфитовых материа-
лов, сквозь поры которых прокачи-
вается обрабатываемый раствор
(табл. 8). Катодные и анодные камеры
Рис. 26. Электролизер с объемно-пори-
стыми электродами:
1 — корпус; 2 — катодная камера; 3
анодная камера; 4 — направляющие; 5
распределители; 6 — слнвной карман; 7
уплотняющие кольца; 8 —• шины; 9, 10
ножевые контакта
1111
402
Регенерация электролитов и металлов
8. Технические характеристики электролизеров с проточными объемно-пористыми
электродами (напряжение на аппарате 4—12 В)
Тип электролизера
Параметр Э-ЭУК-1 Э-ЭУК-2 Э-ЭУК-3 ! Е-91А i ЭПУ-ВПТИЭМП
Сила постоянного тока, А Число камер: катодных анодных Производительность в пересчете на программу покрытий, тыс. м'Ф'год 50—150 1 2 15—20 100— 300 2 3 30—40 150— 450 3 4 45—60 10—20 1 1 1,0—1,5 1500— 2500 14 15 250—300
Уровень концентрации металла, поддерживаемый в ванне улавливания *, мг/л 10- -100 50—250
Габаритные размеры, мм 800X780X1526 230 X X 130Х Х320 2600Х X 1400Х X 1250
Масса, кг 100 125 150 10 1250
* Степень извлечения крытий, до 99 % . металла, выносимого из ванны нанесения по-
(рис. 27) проточные, кассетною типа,
электродные пространства разделены
ионообменными мембранами. Наличие
высокоразвитой реакционно-активной
поверхности катодов позволяет обес-
печить производительность электрохи-
мических процессов более чем в 100 раз
по сравнению с аппаратами с плоскими
пластинчатыми катодами при практи-
чески равных с ними габаритных раз-
мерах. Такой электролизер также мо-
жет использоваться для восстановле-
ния и окисления электроактивных ток-
сичных компонентов растворов без вы-
деления на электродах твердой фазы,
например для восстановления шести-
валентного хрома.
Производительность электролизера и
режим работы зависят от природы
извлекаемого металла и обрабатывае-
мого раствора. Расстояние между
анодной и катодной камерами 25 мм.
Материал электродов: аноды — свинец
марки С1, катод — углеграфитовое во-
локно в два слоя марки КНМ или
другое для обеспечения равного соот-
ношения электропроводностей УВЭ и
раствора.
Использование электролизеров с уг-
леграфитовыми волокнистыми электро-
дами обеспечивает эффективное извле-
чение металлов из разбавленных
растворов при работе как на авто-
матических линиях нанесения по-
Оборудование для регенерации
403
Рис. 27. Катодная (о) и анодная (в) камеры электролизера с объемно-пористыми като-
дами:
1 — рама; 2 — уплотняющая крышка; 3 — сетка вииипластовая; 4 — углеграфитовое
волокно; 5 — токоподводящая сетка; 6 — зажимные винты; 7 — токоподвод; 8 — по-
дающий коллектор; 9 — токоподвод; 10 — анод; 11 — мембраны; 12 — зажимная на-
кладка; 13 •— отводящий коллектор
крытий, таи и в стационарных
ваннах.
При циркуляции раствора сквозь
объем электрода металл осаждается иа
углеграфитовом катоде. Электроды с из-
влеченным металлом могут использо-
ваться в качестве растворимых анодов
в ванне нанесения покрытия. Установ-
ка размещается непосредственно в ван-
не (установка погружного типа) или
рядом с ванной улавливания и состав-
ляет с ней единую циркуляционную
систему.
Диафрагменный многокамерный
электролизер (рис. 28) обеспечивает
электрохимическую регенерацию ме-
таллов из отработанных электролитов
либо извлечение их из элюатов катио-
нообмеиных фильтров с последующей
рекуперацией этих металлов. Приме-
нительно к технологии регенерации
никеля электролизер имеет следующую
техническую характеристику.
Производительность (по
никелю), кг/ч......... 5
Расстояние между мем-
браной анодной камеры
и катодом, мм .... 20
Число анодных ка-
мер , шт.............. 28
Число никелевых като-
дов марки НП1, толщи-
ной 2 мм.............. 27
Материал анодов . . . Свинец
марки С1,
толщиной
4 мм
Суммарная поверхность
катодов, м2........... 20
Общий расход электро-
лита, проходящего че-
рез электролизер, м3/ч:
анолита............... 8,4
католита............ 8,1
Плотность тока, А/м2:
анодная .............. 50—300
катодная ........... 100—300
Температура обрабаты-
ваемого раствора, °C 60
Состав обрабатываемого
раствора, г/л
католит
Ni2+.................. 2—20
Na2SO4................ 40—50
NH4C1 ................ 20—25
H8BOj ................ 20—40
404
Регенерация электролитов а металлов
pH = 54-6,5
анолита
HaSO4 ............ 10—20
NaaSO4............ 50—60
pH = 0,84-1
Габаритные размеры, мм 2400X1140Х
Х1200
Масса (бее электроли-
тов), кг.............. 1400
Ионообменная установка (рис. 29)
предназначена для регенерации отра-
ботанных растворов пассивации, имеет
следующую техническую характери-
стику:
Производитель-
ность, м3/ч. . . .
Продолжитель-
ность фильтро-
цикла, мин . . .
Наполнитель ко-
лонны ..........
Масса наполни-
теля, кг........
Скорость пропу-
скания электро-
лита, м/ч ....
Установленная
мощность, кВт
Габаритные раз-
меры, мм ....
Масса в рабочем
состоянии, кг . .
2
6
Смола КУ-23 (по
ГОСТ 20298—74)
ПО
1,0
1,1
2500Х 2200X3600
1585
Установка обеспечивает регенера-
цию отработанных хромсодержащих
растворов пассивации путем избира-
тельной сорбции катионов цинка, ме-
ди, хрома (III) на катионите КУ-23
или КУ-2-8 Н-формы. Полная обмен-
ная суммарная емкость катионитов
составляет 500—600 М/л.
Регенерацию катионита проводят
20%-ным раствором серной кислоты
при скорости пропускания раствора
1,5—2 м/ч в режиме десорбции. Соот-
ношения объемов кислоты и катионита
при регенерации составляет 3:1.
Технические характеристики уста-
новок ионообменной жидкостной экс-
тракции (см. рис. 25—26) приведены
в табл. 9. Установка регенерации
ПП-330 состоит из четырехкамерного
экстрактора и трехкамерного реэкс-
трактора, представляющих собой сме-
сительно-отстойные аппараты ящично-
го типа, выполненные из титана.
При регенерации золота время до-
стижения экстракционного равновесия
в условиях интенсивного перемешива-
ния составляет 3—5 мин. Емкость при-
меняемой смеси экстрагентов по золоту
составляет 50—60 г/л, что позволяет
иметь в системе минимальное количе-
ство экстрагента. Экстрагент после ре-
генерации (реэкстракцнн) снова по-
ступает в оборот экстракционной си-
стемы. Конечным продуктом регене-
Рис. 28. Диафрагменный многокамерный электролизер!
1 — корпус; 2 — анодная камера; 3 — анод; 4 — катод; 3, б —• тоноподводм
Оборудование для регенерации
405
9. Технические характеристики оборудования для регенерации драгоценных
и цветных металлов
Параметр Ионообменная жидкостная экстракция дра- гоценных металлов Сорбция сорбентами Флокуля- циоииое извлечение драгоцен- ных метал- лов
ПП-330 ПП-381 ПП-378 ПП-379 ПП-373
Производительность, л/ч: по одной фазе, со- 20 30
держащей драго- ценные металлы по исходному хром- 1000 .
содержащему рас- твору по исходному медь- 300
содержащему рас- твору по суспензии 50
Объем сорбционной — — 314 68,4 —
КОЛОННЫ, л Объем реактора, л — — — — 2X60
Число колони — — 5 4 —
Число баков объемом, л: 2000 1 1
1000 — —- 3
500 — —— 6 1
250 — — — 5
Число ступеней: экстракции 4 5 — — —
реэкстракции 3 5 — — —
Объем ступени, л 4 6 — — —
Габаритные размеры, 1830Х 2890Х 10 534Х 6480 X 3035 X
ММ Х1130Х Х1000Х Х2421Х Х2421Х Х960Х
Х1580 Х2015 Х4000 Х4204 Х2500
Масса, кг 310 890 7700 4200 860
рации является концентрированный
по золоту (до 40 г/л) раствор дициано-
аур ата калия, который используется
для приготовления и корректирования
работающих электролитов золочения.
Особенностью установки ПП-378 для
извлечения хрома является примене-
ние сорбционных колонн с подвижны-
ми дренирующими насадками как в
нерхней, так и в нижней части колон-
ны. Это позволяет держать ионит в за-
жатом слое, несмотря иа изменение
его объема в процессе сорбции — де-
сорбции.
Установка ПП-379 предназначена
для регенерации меди из промывных
вод после операции гальванического
меднения в серно-кислых электролитах
и для очистки отработанного электро-
лита от примесей. Технологический
процесс может быть применен для
промывных вод с концентрацией меди
до 500 мг/л и свободной серной кисло-
ты — 400 мг/л.
Для извлечения коллоидных частиц
золота и серебра предназначена уста-
новка ПП-373, принцип действия кото-
рой основан иа применении флокулян-
406
Регенерация электролитов и металлов
Рис. 29. Ионообменная установка для
регенерации растворов хроматного пас-1
снвнрования:
1 — ванна; 2 — насос; 3 — ротаметр; 4
ионообменная колонна
тов. Установка состоит из двух серий-
но выпускаемых реакторов с мешалка-
ми для приготовления рабочего рас-
твора флокулянта и проведения самого
процесса коагуляции, а также нутч-
фильтра для фильтрации скоагулиро-
ванного осадка.
В качестве флокулянтов применяют
синтетические вещества различных ти-
пов: ВА-2, КФ-6, ППС, ПДМА и др.
Лучшие результаты были получены
при использовании катионо-активного
полимера 1,2-диметил-5-винилпириди-
нийметилсульфата (ППС) с последу-
ющей интенсификацией процесса отде-
ления золотосодержащего сфлокулиро-
ванного осадка от раствора добавками
порошкообразных наполнителей. При
этом выделение частиц золота и серебра
увеличивается.
Сущность процесса заключается в
том, что драгоценные металлы, нахо-
дящиеся в шлифовально-полироваль-
ных растворах, обрабатывают
0,1 %-ным раствором флокулянта ППС,
барботируя сжатым воздухом 1—2 мин,
затем добавляют порошкообразный на-
полнитель (перлит) и перемешивают
еще 1—2 мин, после чего фильтруют.
Скорость фильтрования суспензии
2000 (л/ма)/ч, полнота извлечения дра-
гоценного металла 100 %; скорость
фильтрования без добавления флоку-
лянтов в 20 раз меньше, а содержание
золота в фильтрате 0,05—0,10 г/л,
т. е. извлечение золота составляет
50—75 %.
После качественного анализа на со-
держание золота в случае наличия
последнего фильтрат пропускают через
установку экстракционного извлече-
ния.
ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ
ПОКАЗАТЕЛИ
Основные показатели эффективности
разработок и внедрения процессов ре-
генерации определяются следующими
параметрами:
фактическим ресурсосбережением,
экономией материалов энергоресурсов
и трудозатрат;
снижением капитальных вложений
на строительство дорогостоящих цен-
трализованных очистных сооружений;
предотвращенным ущербом от за-
грязнения окружающей среды;
эффектом, связанным с предотвраще-
нием безвозвратных потерь цветных
металлов.
Фактическая экономия обусловли-
вается регенерацией либо утилизацией.
Выкристаллизованный из травиль-
ных растворов сульфат железа исполь-
зуют на очистной установке в качестве
восстановителей хроматов в сточных
водах взамен бисульфата натрия. Се-
парированное масло может быть эф-
фективно использовано в производстве
строительных материалов (керамзита),
а также взамен или совместно с мазу-
том для вспучивания глинистой массы
(при сгорании).
Регенерация растворов хроматирова-
ния обеспечивает экономию химикатов
на 60—70 %. По данным фирмы She-
ring, общая экономия материалов за
счет создания регенерационных систем
при цинковании оценивается показате-
лями, представленными на рис. 30.
При этом не учтена экономия расходов
при обезвреживании сточных вод и
удалении твердый отводов (шламов),,
Технико-экономические показатели
407
Исходная
бода
ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZ21
——1 91,5%
Обезжирива-
ние________
Травление
zzzzzzzzzzzza
Л 60,5 %
Цинкование
блестящее
цинкование
Хроматиро-;
вание к
TZZZZZZ
51,7°/.
Общие
химикаты
Очистка сто-
чной воды
66,7%
TZZZZZZZZZZZZZZ2ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZL
... -.. I
771
Шлам
ZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZZl
о 2 6- 6 в 10 12 кг
Расход химикатов в пересчете на /Онг злектроосажденного цинка
Рис. 30. Диаграмма показателей экономии ценных веществ прн регенерации электролитов
и металлов (заштрихованные прямоугольники — данные, полученные при применении
традиционных установок, незаштрнхованные — данные при применении установок
с регенерацией ценных веществ)
которые при обычной технологии не-
избежны.
Экономическое обоснование инже-
нерных мероприятий по охране водных
ресурсов от загрязнений может быть
связано с определением предотвращаю-
щего ущерба, который наносится на-
родному хозяйству попаданием загряз-
ненных сточных вод в водоемы. Эко-
номический ущерб от загрязнения вод-
ных ресурсов можно выразить опре-
деленной суммой капитальных и теку-
щих затрат, поэтому в качестве кри-
терия оценки ущерба используются
приведенные затраты. Выражение
ущерба в виде приведенных затрат по-
зволяет использовать величину пре-
дотвращенного ущерба для определе-
ния экономической эффективности ин-
женерных мероприятий по борьбе с за-
грязнением водных ресурсов.
Затраты иа инженерные мероприя-
тия по борьбе с загрязнением водных
ресурсов носят характер как единовре-
менных (капитальных) вложений, так
и текущих (эксплуатационных) затрат.
Приведенные затраты (П), представля-
ющие собой сумму текущих (эксплуата-
ционных) затрат (Зт) и единовременных
(капитальных) вложений (Зв), приве-
денных к одинаковой годовой размер-
ности в соответствии с установленным
нормативным коэффициентом эффек-
тивности Эн = 0,12. определяют по
формуле
П = Зт + Эи Зк-
Экономическая оценка годового
ущерба (руб/год) от годичного сброса
загрязненных веществ в /г-й водохозяй-
ственный участок определяется по
формуле
п
У = S Aimi’
i=l
где у — константа; рекомендуется при-
нимать у = 400; Ofc — константа, в за-
висимости от степени загрязненности
регионов имеющая значение от 0,16
до 3,75 (устанавливается водохозяй-
ственными органами); i — номер сбра-
сываемой примеси; п — общее число
сбрасываемых загрязняющих приме-
сей; At — показатель относительной
опасности сброса i-ro вещества в во-
доемы, усл. т/т; mt — общая масса го-
дового сброса i-Й примеси, т/год.
Если сточные воды у-го типа сбрасы-
ваются без смешения со сточными во-
408
Регенерация электролитов и металлов
10. Расчет экономического ущерба до и после внедрения технологии
и оборудования для ионообменной и электрохимической регенерации никеля
Вещество (вон) Концен- трация в про- мывных водах Ср г/м* Масса • годо- вого сброса тр т/год И м съ я С Аг - 1/ПДКр.х.в, । усл. т/т Приведенная масса годового сброса данного загрязняющего вещества А^т^
До По- сле До После До По- сле
Никель (Nia+) 87 о,1 0,698 0,0008 0,01 100 69,8 0,08
Сульфаты (SOJ-) 540 300 4,336 2,409 200 0,005 0,022 0,012
Бораты (ВО|“) 8 0,1 0,064 0,0008 0,1 10,0 0,64 0,008
* Годовой объел сбр оса — 3030 м® /год. Итого: 70,462 0,1
дами других источников и концентра-
ция С (г/м8) t-й примеси в поступающих
в водоем сточных водах /-го типа в те-
чение года относительно постоянна, то
масса годового поступления i-ro ве-
щества со сточными водами /-го типа
triij (т/год) может быть приближенно
определена по формуле
mU = CijVj,
где V] — объем годового сброса сточ-
ных вод /-го типа, млн. м3/год.
Численное значение показателя А(
для каждого загрязняющего вещества
определяется по формуле
At = ПДКр. х. н>
где ПДКр. х. н — предельно допусти-
мая концентрация i-ro вещества в воде
водных объектов рыбохозяйственного
назначения.
В табл. 10 приведен расчет экономи-
ческого ущерба от сброса загрязнений
до (У!) и после (Уа) осуществления
регенерационных мероприятий для про-
цесса электрохимического никелиро-
вания.
Для n-го водохозяйственного региона
о», = 0,7, у = 400 руб/усл. т. Оценка
экономического ущерба соответственно
равна:
yj = 400 X 0,7 X 70,462 =
= 19 , 729 тыс. р.;
Уа = 400 X 0,7 X 0,1 = 28 р.
Предотвращающий ущерб или эко-
номический результат (годовой)
У = У( — Уа = 19,729 — 0,028 =
= 19,701 тыс. р.
С учетом капитальных вложений
Зк — 14,0 тыс. р. и эксплуатационных
расходов Зт = 1,8 тыс. р. приведен-
ные затраты составляют:
П= Зт + 0,12Х Зк =
= 1,8+0,12 X 14,0 = 3,48 тыс. р.
Следовательно, годовой экономиче-
ский эффект от предотвращения сброса
загрязнений
Э = У — П = 19,701 — 3,48 =
= 16,221 тыс. р.
Общая экономическая эффектив-
ность, рассчитываемая с учетом капи-
тальных вложений и эксплуатацион-
ных расходов по формуле
о У-Зт 19,701-1,8 . 9.
Эобщ = -^-------------------- 1.26,
больше нормативной (Эн), т. е. 1,26
> 0,12, поэтому внедряемая теииоло-
гия эноиомичэсии эффективна.
ГЛАВА 12
ЖИДКИЕ ОТХОДЫ В АГЛ
И ИХ ОБЕЗВРЕЖИВАНИЕ
ВИДЫ И ХАРАКТЕРИСТИКА
жидких ОТХОДОВ
Жидкие отходы АГЛ различают по
составу загрязнений, режиму сброса,
концентрации примесей. По составу
загрязнений жидкие отходы делятся
иа кислотно-щелочные, циаисодержа-
щие, хромсодержащие, содержащие
ионы тяжелых металлов (ИТМ) и др.
(табл. 1). В последнее время деление
отходов иа кислотно-щелочные и со-
держащие ИТМ ие производится из-за
наличия в кяслотио-щелочиых водах
ИТМ выше предельно допустимых кон-
центраций.
Основными компонентами загрязне-
ний жидких отходов АГЛ являются
высокотоксичиые цианиды, ИТМ, ор-
ганические вещества естественного и
искусственного происхождения (рис.1).
Как особенность, следует отметить,
что ИТМ находятся в воде в различной
степени дисперсности в зависимости
от их концентрации и растворимости
(рис. 2).
Ориентировочные объемы различных
категорий жидких отходов АГЛ при-
ведены в табл. 2.
По режиму сброса жидкие отходы
подразделяются иа постоииио посту-
пающие (промывные воды, образую-
щиеся при промывке изделий в проточ-
ных вайнах после обработки их в ос-
новных) и сбрасываемые периодически
(отработанные технологические раство-
ры, стоки от промывки фильтров вы-
тяжной вентиляции и технологической
мойки оборудования). Основное коли-
чество жидких отходов (90—95 %) со-
ставляют постоянно поступающие про-
мывные воды.
По концентрации загрязнений жид-
кие отходы подразделяются иа слабо-
концентрированные (промывочные во-
ды) и высококонцентрированные (отра-
ботанные концентрированные электро-
литы). Слабокоицеитрироваииые жид-
кие отходы образуются после промывки
деталей в проточных ваннах. Концен-
трация загрязнений в них зависит от
объема, концентрации и вязкости рас-
твора электролита, захватываемого по-
верхностью обрабатываемых деталей,
шероховатости поверхности деталей и
от других факторов. При обычной сме-
няемости воды в проточной ванне (0,5—
2,0 объема в 1 ч) концентрация загряз-
нений в промывной воде составляет
0,5—3,0 % от концентрации раствора
технологической ваииы. Ориентиро-
вочный состав промывных вод АГЛ
представлен в табл. 3.
К высококонцентрированным жид-
ким отходам относятся отработанные
технологические растворы, растворы
ванн «улавливания» и т. п. Концентра-
ции растворенных веществ в них, как
правило, превышают 30—100 г/л.
С учетом последующего выбора мето-
дов очистки воды от ИТМ жидкие отхо-
ды целесообразно классифицировать
в соответствии с данными, приведен-
ными на рис. 3.
Отработанные концентрированные
электролиты в свою очередь делятся
иа металлсодержащие без комплексо-
образователя (что упрощает методы их
обработки) и с комплексообразователем
(требующих применения специальных
методов разрушения комплексов), а
также иа содержащие органические
вещества, извлечение или разрушение
которых требует применении специаль-
ных методов.
На выбор методов очистки промыв-
ных вод существенно влияют и органи-
ческие вещества. Образование же ком-
плексов металлов в промывных водах
ие оказывает значительного влияния
иа выбор методов из-за их низкой кон-
центрации и слабой устойчивости.
Обезвреживание слабоконцентриро-
ваиных и сильиокоицеитрироваиных
циаисодержащих вод в каждом кон-
кретном случае требует специального
410
Жидкие отходы и их обезвреживание
1. Классификация жидких отходов АГЛ
Группа жидких отходов Основные технологические процессы образования жидких отходов Состав загрязнений
Кислотно- щелочные: кислотные щелочные Циаисодер- жащие Хромсодер- жащие Разные (фтор-, нитрит-, иикельсодер- жащие) Предварительное трав- ление, активация, подго- товка пластмасс, предва- рительная нейтрализация, нанесение покрытий в кис- лых средах Обезжиривание, луже- ние в щелочной среде Электролитическое обез- жиривание, цианистое меднение, цинкование, кад- мирование Хромирование, пассива- ция, травление деталей из стали, медных сплавов и алюминия, оцинкованных, кадмироваииых и сталь- ных деталей; электрохими- ческое анодирование алю- миниевых деталей; элек- трополироваиие стальных деталей Нейтрализация кисло- той, фосфатирование, на- несение покрытий с фтор- боратом и фторсиликатом, никелирование SOS", С1-, NOg, POf-, Fe2+, Cua+, Zna+, Cda+, Al3+, блеско- образователи, смачиватели, ин- гибиторы Na+, К+, Саа+, Sna+, орга- нические растворители, ПАВ CN-, [Cu(CN)2]-, [Cu(CN)3]a-, [Cu(CN)4]3-, [Zn(CN)4]®-, [Fe(CN)e]3-, [Cd(CN)4]2-, CU2+, Fe2+, Zn2+, Cd2+, СОГ. Cl-, NHf, блескообразователи HCrOj, соединения Cr3+, Zn2+, Cua+, Cda+, Fea+, Fe3+ и других металлов; Na+, K+, Ba+, SO|-, РОГ. НОГ. Cl-, СО|-. SiOr. блескообразова- тели, смачиватели F-, BF4, Ni2+, С1-, РОГ, NO?, Na+, NHt, SiF|-. Cu2+, Zn?+, Cd?+ и др.
2. Объем жидких отходов гальванического производства
Гальваническое производство Объем сбрасываемых жидких отходов, м’/ч
циаисодержащих хромсодержащих кислотио- щел очных
Крупное Св. 5,0 Св. 5,0 Св. 20,0
Среднее 2,0—5,0 1,0—5,0 5,0—20,0
Мелкое До 2,0 До 1,0 До 5,0
Видя жидких отходов
411
Рис.
1. Классификация загрязнений а жидких отходах гальванического производства
решения по выбору метода обработки
вследствие специального решения их
высокой токсичности.
Химические расчеты усредненного
состава загрязнений в жидких отходах
производятся отдельно по каждому
стоку и согласно исходным данным по
технологии основного производства.
Указанные расчеты могут быть прове-
дены как безмашинным способом, таи
и с помощью ЭВМ по соответствующей
программе. Совокупность результатов
расчетов может служить основой для
выбора и обоснования оптимальной
принципиальной схемы при проекти-
ровании очистных сооружений.
Суммарное количество химикатов
в жидких отходах определяется для
групп щелочных, кислых, циан- и
хромсодержащих веществ, солей тяже-
лых металлов и органических соедине-
Рис. 2. Остаточная концентрация С ме-
таллов в воде в зависимости от pH:
1 — Fe; 2 — Си; 3 — Сг; 4 — Zn; 5 —
Cd; б — Ni
3. Состав промывных вод АГЛ
Состав, растворимость Концентрация загрязнений, г/л
ци ансодержащнх хром содержащих кислотно- щелочных
Взвесь Сухой остаток Хлориды Сульфаты Тяжелые ме- таллы Цианиды 0,01—0,1 0,5—1,2 0,05 0,1 0,005—0,080 0,3 0,05—0,20 0,3—0,8 0,05 0,05—0,20 0,05—0,10 0,05—1,5 0,2—2,0 0,1—0,6 0,1 —1,0 0,01—0,2
рн 7,5—9,0 2—2 2—12
412
Жидкие отходы и ах обезвреживание
ний. Общее количество данного хими-
ката определяется суммированием от-
дельных его количеств Л1; в промыв-
ных водах после каждой ванны, в ра-
бочем растворе которой содержится
данный химикат:
Mt = qypCoSt, (1)
гДе ‘/уд — количество раствора, уноси-
мого с 1 м2 поверхности деталей, л/м2;
Со — концентрация данного химиката
в основной ванне, г/л; S — скорость
покрытия поверхности детали (часовая
программа), м2/ч; t—продолжитель-
ность работы ванны в течение суток, ч.
Суточное количество загрязнений в
промывных водах, поступающих на
очистку, суммируется со среднесуточ-
ным количеством этих загрязнений,
поступающих с отработанными техно-
логическими растворами.
Суммарная концентрация химикатов
в общем стоке предприятия опреде-
ляется путем деления общего количе-
ства данного химиката на суммарное
количество жидких отходов. Эта кон-
центрация может быть также опреде-
лена путем суммирования значений
концентраций Сст (г/л) данного хими-
ката в стоках после каждой операции.
Эти слагаемые могут быть определены
по следующим расчетным формулам:
для одноступенчатой промывки
с’т = -^; (2)
для многоступенчатой прямоточной
промывки
(3)
для многоступенчатой противоточ-
ной промывки
(4)
/К
где Q — концентрация каждого ком-
понента в технологической ванне, г/л;
К. — критерий промывки; N — число
промывных ванн многоступенчатой про-
мывки.
Классификация методов обезвреживания
413
ТРЕБОВАНИЯ К КАЧЕСТВУ
ОБЕЗВРЕЖЕННЫХ ОТХОДОВ
Обязательным требованием и очистке
жидких отходов АГЛ является их пол-
ное обезвреживание с целью охраны
водоемов от загрязнения. При этом
руководящими материалами служат:
«Правила охраны поверхностных вод
от загрязнения сточными водами»,
«Правила приема промышленных сточ-
ных вод в городскую канализацию»,
«СНиП 2.04.03—85. Канализация. На-
ружные сети и сооружения».
После обезвреживания жидкие отхо-
ды, как правило, направляются в сеть
бытовой канализации или водоем. Пре-
дельно допустимые концентрации наи-
более часто встречающихся веществ
в очищенных жидких отходах при сбро-
се их в водный объект или в сеть быто-
вой канализации приведены в табл. 4.
При использовании очищенной воды
в системе оборотного водоснабжения
гальванического цеха ее качество дол-
жно соответствовать требованиям, при-
веденным в табл. 4. При повторном ис-
пользовании очищенной воды для раз-
личных целей (гидрофильтры окрасоч-
ных камер, закалка деталей, охлажде-
ние печей и т. п.) следует руководство-
ваться требованиями к качеству воды,
используемой на эти операции.
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ
ОБЕЗВРЕЖИВАНИЯ ЖИДКИХ
отходов
Выбор технологических приемов вы-
деления примесей из воды определяет-
ся физико-химическими свойствами са-
мих примесей, в первую очередь, их
фазово-дисперсным состоянием. В за-
висимости от состояния примесей вы-
бирается метод водоочистки, опреде-
ляемый формой нахождения примесей
в воде (табл. 5).
В соответствии с классификацией
высококонцентрированные жидкие от-
ходы обрабатываются отдельно или
(в виде исключения) в смеси с слабо-
концентрированными отходами (про-
мывными водами) (рис. 4). При этом
первые должны дозироваться постоян-
ными порциями с целью избежания
резкого колебания концентраций за-
грязнений.
Промывные
воды
Отработанные
конц ентрированные
электролиты
Отработанные Промывные
концентрированные воды
электролиты
Обезвреженные Очищенная
растворы вода
вода
а)
Очищенная
SoSa
6)
Рис. 4. Схемы раздельной (а) и совмест-
ной (<Г) обработки слабо- и высококон-
центрированных жидких отходов:
ОС — очистные сооружения; Д — доза-
тор раствора
Извлечение примесей на очистных
сооружениях осуществляется, как ми-
нимум, в два этапа. На первом этапе
извлекаются примеси, склонные к фа-
зово-дисперсным превращениям при
концентрировании, изменении физико-
химических свойств раствора (pH, Eh,
температуры и т. п.), на втором этапе
извлекаются примеси, не склонные
к превращениям при таких изменениях
(хорошо растворимые соли).
Склонны к фазово-дисперсным пре-
вращениям такие примеси, как ИТМ,
аммиак, соли кальция и магния, кар-
бонаты и т. п. Эти примеси целесооб-
разно перевести в малорастворимое
состояние с образованием ГДП (путем
изменения pH или других факторов),
а затем выделить из жидкости одним
из методов, основанных на процессах
разделения примесей группы I (см.
табл. 5). Для таких примесей приме-
нение методов разделения приводит
к неэффективной работе аппаратов,
например, при гиперфильтрационной
очистке воды от ИТМ. Последователь-
ность стадий очистки представлена
на рис. 5.
Жидкие
отходы
Очищенная
вода
Рнс. 5. Последовательность стадий очи-
стки жидких отходов АГЛ:
1 — превращение примесей; 2 — выделе-
ние нз воды примесей, склонных к пре-
вращениям; 3 — выделение из воды при-
месей, не склонных к превращениям (хо-
рошо растворимые соли)
414
Жидкие отходя и их обезвреживание
4. Предельно допустимые концентрации (ПДК) веществ в жидких отходах АГЛ
при сбросе их в водоем и в сеть бытовой канализации
ПДК загрязняющих веществ, мг/л
в жидких отходах при нх сбросе в водоемах
се С , л 6 о &
Загрязняющее вещество се о Я ь Я Я Ef ю а to К «V Ч « J3 О о н в к я о в £ § 6 2 К з о « й я я о 0) м а со л © н ч ° 2» я й я В «J ft) о я Я Ь- О н о «2 и " ?р» g 5 8
SS О я Я ЙЯ Я etc в ок О „ о я «в св ft) ч 2 и о О I 3
я я с- я Й П р(К я н в з£§
ffl я й и Й fl ЙХ ЙЯ к в К О. О в
Железо: 0,5
серно-кислое 5,2 0,5
хлорное 5,0
Кадмий (Cd2+) 0,1 0,04 0,025 0,01 0,005
Калий-катион — •—• — ——- 50,0
Кальций-катион — — 180,0
Магний-катион — — — 40,0
Мышьяк (As31*) Медь: 0,1 0,2 0,2 0,05 0,05
хлористая 0,5 0,5 0,1 0,1 0,001
серно-кислая 0,2 0,5 0,1 0,1 0,001
Натрий Никель: — — — 120,0
серно-кислый 1,0 0,5 0,1 0,1 0,001
хлор истый 0,1 0,5 0,1 0,1 0,001
Нитраты (по азоту) — — — 10,0 9,1
Нитриты — — — 0,08
Нефтепродукты 25,0 4,4 0,7 0,1—0,3 0,05
Роданиды 100,0 — 0,1 —
Ртуть (Hg2+) 0,005 0,005 — 0,005 —
Свинец (РЫ-*) 0,1 0,44 0,42 0,1 0,1
Сульфанол НП-1 — —— 0,2 — 0,2
ОП-7 — 0,4 0,3 0,4 0,3
оп-ю — 1,5 0,5 1,5 0,5
Фтор (F~) —— — 1,5 0,05
Фенолы 15 0,05 0,05 0,001 0,001
Хлориды По общему солесодержанию ——- 300
Сульфаты — 100
Хром (Сг3*) 2,7 5,0 0,1 0,5 —
Хром (Сг6*) 0,1 0,1 — 0,1 0,001
Цианиды (CN~) 1,5 1,5 0,1 0,05
Цинк 1,0 6,0 0,06 1,0 0,01
5. Методы, используемые для удаления примесей (группы I—IV см. рис. 1)
Гетерогенные системы Гомогенные системы
Группа I | Группа II Группа Ш | Группа IV
Механические безреа- Процесс раз( Ультрафильтрация деления примесей Аэрация Г иперфильтрация
гентное разделение (про- цеживание, отстаивание, центрифугирование) Флотация: суспензий и Флотация коллоидов Эвапорация Экстракция органическими
эмульсий Электрофильтрация су- Электрофорез и электро- Экстракция органиче- растворителями Фиксация ионов на твердой
спензий осмос скими растворителями фазе ионитов
Электроудерживание микроорганизмов Пенная сепарация Использование подвижно-
Адгезия на гидроксидах Процесс железа и алюминия превращения примесей Адсорбция на активиро- сти ионов в электрическом поле Перевод ионов в малодис-
Адгезия на глинистых минералах ванных углях Ассоциация молекул социированные соединения Перевод ионов в малорас-
Адгезия на высокодис- Коагуляция коллоидных (при поляризации в элек- трическом или в магнит- ном поле) Окисление хлором, озо- творимые соединения Окисление (восстановление
персных материалах примесей ном, перманганатом калия ионов с переходом в малорас-
Адгезия на зернистых — Электролиз творимые соединения) Сепарация ионов при раз-
материалах Адгезия с помощью фло- Агрегация с помощью Биохимический распад личном фазовом состоянии воды Адсорбция на твердых сор-
кулянтов Бактерицидное воздей- флокулянтов катионного типа Вирулицидиое воздей- бентах
ствие на патогенные ми- кроорганизмы и споры ствие
Классификация методов обезвреживания
6. Методы, применяемые для очнсткя и обезвреживания жидких отходов АГЛ
Метод Область применения Преимущества Недостатки
Обработка «активным» хлором (гипохлорит на- трия и кальция, хлор- вая известь н жидкий хлор) Циансоде{. Для стоков различ- ных объемов с различ- ной концентрацией циа- нидов ежащие жидкие отходы 1. Очистка до ПДК- 2. Простота использования 1. Не обеспечивает возврата во- ды в производство из-за по- вышенного солесодержания. 2. Требуются большое реагент- ное хозяйство н значительные площади. 3. Высокий расход реагентов
Обработка солями же- леза Для отработанных растворов электроли- тов, а также циансо- держащих шламов 1. Отсутствие дефицитных реагентов. 2. Простота использования по сравнению с обезврежи- ванием «активным» хлором 1. Эффект очистки ие достигает ПДК, требуется дополнитель- ная очистка другими мето- дами. 2. Образование большого коли- чества осадка и сложность его обезвреживания. 3. Большая продолжительность очистки. 4. Необходимость строгого под- держания pH
Обработка перманга- натом калия Для незначительных количесгв стоков, в ос- новном для обезврежи- вания отработанных электролитов 1. Высокая степень очистки стоков при любых концен- трациях цианидов. 2. Очищенная вода может использоваться в произ- водстве. 3. Незначительное количество осадка 1. Высокая стоимость реагента. 2. Необходимость полного уда- ления МпО2 из воды в связи с его токсичностью
Жидкие отходы и их обезвреживание
14 П/р В. Л. Зубченко
Обезвреживание пе- рекисью водорода Для небольших объ- емов стоков с концен- трацией цианидов до 100 мг/л 1. Очистка до ПДК- 2. Исключение ввода посто- ронних ионов. 3. Простота использования. 4. Не образуется токсичный хлорциан. 5. Высокая окислительная способность перекиси во- дорода 1. Сложность хранения реагента. 2. Необходимость во введении катализатора (медиого купо- роса)
Обезвреживание озо- ном Для больших объе- мов стоков с концен- трацией цианидов до 100 мг/л 1. Очистка до ПДК- 2. Высокая окислительная способность озоиа. 3. Использование очищенной воды в обороте. 4. Высокая степень очистки стоков от простых и ком- плексных цианидов и орга- нических веществ 1. Громоздкость оборудования. 2. Необходимость во введении катализатора (ионов металлов). 3. Необходимость перемешивания
Выпаривание, вымо- раживание Для стоков с высокой концентрацией циани- дов Полное окисление цианидов Громоздкость оборудовании
Электролитическое окисление Для стоков с высо- ким и средним содер- жанием цианидов 1. Простота использования. 2. Не требует дефицитных реагентов. 3. Простота в управлении процессом 1. Требует дополнительного обо- рудования. 2. Эффект очистки не достигает ПДК, требуется дополнитель- ная очистка другими мето- дами
Классификация методов обезвреживания
Продолжение табл. 6
Метод Область применения Преимущества Недостатки
Кислотное расщепле- ние с каталитическим обжигом Для СТОКОВ с высоким и средним содержанием цианидов Возможна нейтрализация цианидов термического про- изводства 1. Громоздкость оборудования. 2. Необходимость поглощения щелочью остаточных цианидов с последующим расщеплением другими методами. 3. Необходимость тщательной герметизации оборудования
Ионообменная очист- ка Для стоков с низким содержанием цианидов Степень очистки позволяет регенерировать промывные во- ды и повторно использовать их в цикле промывки 1. Высокая стоимость ионооб- менных смол. 2. Требуется герметизация обо- рудования при нейтрализации элюатов
Электрокоагуляция Для цианистых сто- ков с часовым расходом до 100 м3/ч и концен- трацией цианидов до 150 мг/л 1. Очистка до ПДК- 2. Очищенная вода исполь- зуется в обороте. 3. Исключается расход реа- гентов. 4. Незначительные площади под оборудование 1. Двойное пропускание стока через электрокоагулятор. 2. Невозможность очистки кон- центрированных стоков без их разбавления. 3. Пассивация анодов
Хромсодержащие жидкие отходы
Обезвреживание суль- фитными соединениями (сульфит натрия, пиро- сульфит натрия, гидро- сульфит натрия) Для разных объемов стоков с различной кон- центрацией 1. Очистка до ПДК. 2. Простота в эксплуатации 1. Значительные расходы реаген- тов. 2. Внесение в очищаемую воду дополнительных загрязнений. 3. Потеря соединений хрома. 4. Не обеспечивает возврата во- ды в оборот из-за повышен- ного солесодержания
Жидкие отходы и их обезвреживание
Обезвреживание же- лезным купоросом Для незначительных объемов стоков с раз- личной концентрацией I. Очистка до ПДК. 2. Высокая скорость восста- новления Сг (VI) до Сг (III) 1. Потребление большого избыт- ^ка реагента. 2. Большое количество осадка и сложность его обезвожива- ния. 3. Окисление Fe (II) до Fe (III) в процессе хранения иа складе
Обезвреживание пе- рекисью водорода Для высококонцен- трированных стоков 1. Очистка до ПДК. 2. Простота дозирования Н2О2. 3. Возможность использования очищенной воды в обороте. 4. Отсутствие повышения об- щего солесодержания 1. Сложность хранения перекиси водорода. 2. Высокая стоимость Н20а
Метод Ланей Для уменьшения кон- центраци и хромсодер- жащих стоков Сравнительно простой метод нейтрализации, не требующий специальных устройств Невозможность регенерации Сг (VI)
Электрохимический метод Для хромовых стоков с концентрацией Сг (VI) 100—1000 мг/л 1. Возможность очистки до концентрации 1 мг/л 2. Выход по току ~100 % 1. Необходимость дополнитель- ного оборудования и энерго- затрат. 2. Возможная пассивация элек- тродов
Биохимический ме- тод Для смеси хромсодер- жащих и бытовых сто- ков с концентрацией Сг (VI) до 200 мг/л 1. Эффект бчистки достигает 100%. 2. Низкий расход электро- энергии. 3. Оборудование не требует спецвальной химической защиты. 4. Простота в эксплуатации 1. Необходимость поддержания температуры в определенных пределах. 2. Невозможность регенерации хрома. 3. Необходимость поддержания концентрации хрома и био- массы в определенных преде- лах. 4. Необходимость применения дефицитных реагентов (соды, бисульфита и т. п.)
Классификация методов обезвреживания
Продолжение табл.- 6
Метод Область применения Преимущества Недостатки
Реагентный Кислотно-щелочш Для стоков разных объемов с различной концентрацией загряз- нений lie и другие жидкие отходы 1. Очистка до ПДК. 2. Возможность очистки от- дельных стоков н их сме- си. 3. Легко поддается автомати- зации. 4. Стабильность процесса очистки 1. Невозможность использования воды в обороте из-за повы- шенного солесодержання. 2. Большие площади под шла- моотвалы. 3. Невозможность извлечения из шлама осажденных ме- таллов. 4. Сложность в эксплуатации
Электрокоагуляция Для хромовых сто- ков с часовым расходом до 100 м®/ч и концен- трацией хрома до 200 мг/л 1. Очистка до. ПДК. 2. Очищенная вода исполь- зуется в обороте. 3. Исключение расхода реа- гентов. 4. Незначительные площади под оборудование 1. Значительный расход металла на растворимые аноды. 2. Пассивация анодов. 3. Невозможность очистки кон- центрированных стоков без их разбавления
Электродиалиа Рекомендуется при- нимать в качестве ло- кальной очистки стоков от отдельных видов гальванических покры- тий. Количество обра- батываемых стоков за- висит от производитель- 1. Очистка до ПДК- 2. Возврат очищенной воды и регенерированных веществ в производство. 3. Установки малогабаритны и просты в управлении 1. Значительный расход элек- троэнергии. 2. Необходимость очистки сто- ков от механических и орга- нических загрязнений перед подачей в электродиализатор
Жидкие отходя а ах обезвреживание
1 f тора. Очищаются воды с различной концентра- цией загрязнений
Обратный осмос и ультрафильтрация Рекомендуется при- менять в виде локаль- ных очисток стоков от отдельных видов галь- ванических покрытий с различной концентра- цией загрязнений 1. Очистка до ПДК. 2. Возврат очищенной воды в оборот. 3. Регенерация растворенных веществ. 4. Незначительный расход электроэнергии. 5. Компактность установки. 6. Простота эксплуатации. 7. Легко автоматизируется 1. Наличие концентрационной поляризации. 2. Нестойкость ацетатцеллюлоз- ных мембран в агрессивных средах. 3. Выход из строя мембран в ре- зультате закупоривания пор осадком после концентриро- вания
Ионный обмен Для стоков с часовым расходом до 500 м3/ч и концентрацией до 400 мг/л. Для очистки хромовых электролитов от вредных примесей. Может применяться для всех видов стоков, в том числе содержащих ИТМ, при раздельном или совместном их ка- нализировании 1. Очистка до ПДК- 2. Возврат очищенной воды в производство. 3. Возможность очистки сме- шанных стоков. 4. Возможность селективного выделения вещества из воды 1. Необходима предварительная очистка воды, поступающей иа ионообменные колонны, от механических примесей, ма- сел, жиров, лаков, раствори- телей и других органических примесей. 2. Высокие требования к герме- тичности оборудования. 3. Образование элюатов, требу- ющих их дополнительного обез- вреживания. 4. Дефицитность ионообменных смол
422
Жидкие отходы и их обезвреживание
Такой подход характерен для очи-
стки как однокомпонентных, так и
многокомпонентных систем. Однако для
последних следует учитывать взаимо-
действие компонентов между собой,
а также с элементами аппаратов для
очистки. Например, при применении
ионного обмена или электродиализа
для извлечения солей металлов из воды
следует помнить об «отравлении» смол
или мембран органическими добавка-
ми (смачиватели, блескообразователи
и т. п.), присутствующими в отдельных
категориях жидких отходов.
В табл. 6 приведены основные мето-
ды, применяемые для очистки жидких
отходов АГЛ. Целесообразность вы-
бора того или иного метода и схемы
очистки жидких отходов АГЛ зависят
от состава, концентрации, режима по-
ступления и объема стоков, медико-
биологических и технологических тре-
бований к очищенной воде, необходи-
мости и возможности регенерации,
утилизации и повторного использова-
ния воды и ценных компонентов. Кро-
ме того, выбор метода и схемы очистки
должен производиться с учетом срав-
нения технико-экономических показа-
телей различных вариантов. При этом
следует учитывать:
необходимость блокировки очистных
сооружений от оборудования основ-
ного производства или выделение стан-
ции очистки в самостоятельное соору-
жение;
возможности заказчика по приобре-
тению необходимых реагентов и обо-
рудования, сооружений, наличие пло-
щади для очистных сооружений;
возможность повторного использова-
ния очищенной воды;
место выпуска очищенных вод;
дополнительные требования, предъ-
являемые местными органами государ-
ственного надзора.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОБЕЗВРЕ-
ЖИВАНИЯ ЖИДКИХ ОТХОДОВ
Реагентные методы. Очистка циаи-
и хромсодержащих отходов произво-
дится на установках периодического и
непрерывного действия (рис. 6). При
очистке по схеме периодического дей-
ствия стоки поступают в усреднитель
(накопитель), откуда подаются в реак-
тор с непрерывным перемешиванием,
который оборудован приборами авто-
матического регулирования подачи реа-
гентов до требуемого значения pH сре-
ды. После обезвреживания вода отво-
дится на нейтрализацию и отстаи-
вание.
При очистке по схеме непрерывного
действия жидкие отходы непрерывным
потоком через усреднитель поступают
в камеру реактора, куда с помощью
автоматического устройства подаются
требуемые реагенты до оптимального
значения pH среды. Далее обезврежен-
ная вода смешивается с кислотно-ще-
лочными стоками и направляется на
нейтрализацию и отстаивание.
В качестве реагентов для окисления
цианидов используют хлорную известь
(СаОС12), гипохлорит кальция
(Са(ОС1)2), гипохлорит натрия (NaOCl),
жидкий хлор (С12), перманганат калия
(КМпО4) и перекись водорода (Н2О2).
При обезвреживании хромсодержа-
щих жидких отходов в качестве восста-
новителя Сг (VI) используют сульфит-
ные реагенты: сульфит натрия (Na2SO3),
бисульфит натрия (NaHSO3), пиро-
сульфит натрия (Na2S2O6), а также же-
лезный купорос и перекись водорода.
При использовании таких реагентов,
как перманганат калия и перекись во-
дорода, используются, как правило,
установки только периодического дей-
ствия. Трубопроводы, резервуары и
другое оборудование, находящееся в
длительном контакте с Н2О2, рекомен-
дуется изготовлять из поливинилхло-
рида или тефлона; резервуары для
хранения концентрированных раство-
ров Н2О2 — из чистого алюминия, по-
лиэфирных пластиков или полиэти-
лена.
Оборудование, применяемое при очи-
стке жидких отходов по схеме постоян-
ного или периодического действия,
подразделяется на следующие группы:
накопители (усреднители), смесители,
камеры реакций, отстойники, реагент-
ное хозяйство. Полезные объемы нако-
пителей должны быть рассчитаны по
графикам притока жидких отходов и
колебаний концентраций в них. При
отсутствии графиков при непрерыв-
ной работе сооружений объем накопи-
телей допускается принимать равным
Обезвреживание жидких отходов
423
Рис. ь. Принципиальная схема очинки жидких отходов АГЛ реагентным методом
не менее двухчасового притока жид-
ких отходов, а при периодическом дей-
ствии сооружений — не менее четы-
рехчасового притока, число секций на-
копителей — не меиее двух (обе ра-
бочие).
Перемешивание жидких отходов в
усреднителях (накопителях) предусма-
тривается с помощью сжатого воздуха,
механических мешалок или насосов,
прн очистке циаисодержащих отхо-
дов — механическое нли гидравличе-
ское перемешивание. Перемешивание
сжатым воздухом не рекомендуется,
так как прн этом происходит отдув
цианистых соединений в атмосферу.
Расчет и конструирование усредните-
лей следует выполнять в соответствии
со СНиП 2.04.03—85. Размещать усред-
нитель следует, как правило, в поме-
щении станции нейтрализации. Ис-
пользование перекрытия усреднителя
(накопителя) для размещения обору-
дования запрещается. Каждый усред-
нитель должен быть оборудован ука-
зателями уровня, «дыхательными» тру-
бами, прн перемешивании сжатым воз-
духом— вытяжной вентиляцией.
Расчет смесительных устройств н нх
конструкцию следует принимать в соот-
ветствии со СНиП П-31—74. Число
смесителей должно быть не менее двух
(оба рабочие). Продолжительность кон-
такта стоков с реагентами для кислых
н щелочных жидких отходов следует
принимать 5—10 мин, для циан- и
хромсодержащих — не меиее 30 мин.
Объем камер реакций рассчитывает-
ся исходя нз времени, требуемого для
завершения химических реакций, и
обычно принимается равным 30-мннут-
ному притоку при непрерывной тех-
нологии очистки, а при технологиче-
ской схеме периодического действия —
часовому притоку.
Прн расходе жидких отходов до 15—
30 м^/ч н периодической схеме, камеры
реакции обычно совмещаются со сме-
сителями. Конструкции смесителей и
камер реакций не должны допускать
возможности осаждения взвеси н реа-
гентов, вводимых в виде суспензий.
Для перемешивания смесн реагентов
и жидких отходов, а также в качестве
реакторов используются аппараты с пе-
ремешивающими устройствами (рис. 7).
Онн представляют собой сварные ци-
линдрические емкости со съемными
крышками с установленными иа них
перемешивающими устройствами (про-
пеллерной нли рамной мешалкой) и
оснащены штуцерами для присоедине-
ния различных технологических тру-
бопроводов. Днище аппаратов с про-
424
Жидкие отходы и их обезвреживание
Рис. 7. Аппараты с перемешивающими устройствами;
а — с плоским днищем и пропеллерной мешалкой; б — с коническим днищем и рамиой
мешалкой; 1 — корпус; 2 — крышка; 3 — мешалка; 4 — патрубок
пеллерными мешалками выполняется
плоским, с рамными мешалками —
конусным. Привод мешалок осуще-
ствляется от вертикального электро-
двигателя с редуктором. Аппарат вы-
полняется из углеродистой стали мар-
ки ВМСт 3 и из кислотостойкой стали
марки 0,8Х18Н10Т. Техническая ха-
рактеристика аппаратов приведена
в табл. 7.
Аппараты с перемешивающими уст-
ройствами большой емкости выпу-
скаются объемом 8; 10; 12,5; 16; 20;
25 и 32 м3. Эти аппараты оснащают
турбинными, лопастными или пропел-
лерными мешалками.
Мешалки (кроме пропеллерной) вы-
полняют разборными. Аппараты вы-
полняются из углеродистой стали мар-
ки СтЗ или двухслойной стали
(ВМСтЗ + 0.8Х18Н10Т).
Аппараты с перемешивающими уст-
ройствами выпускаются заводами хи-
мического машиностроения по катало-
гам ЦИНТИхимнефтемаша.
В качестве камер реакции возможно
также вихревых камер хлопьеобразо-
вания, применяемых в системе подго-
товки воды.
Конструктивно отстойники могут
быть выполнены вертикальными или
горизонтальными. Допускается при-
менение тонкослойных блоков. Число
отстойников принимается не менее
двух (оба рабочие). Конструирование
и расчет отстойников следует выпол-
нять в соответствии со СНиП
2.04.03—85.
Запас для хранения реагентов сле-
дует принимать не менее чем на 7 сут
работы. Месячный запас реагентов
должен храниться на центральном
складе.
В целях уменьшения протяженности
реагентопр оводов и других коммуни-
каций установка для приготовления
растворов реагентов должна разме-
щаться возможно ближе к сооруже-
ниям, в которых производится обра-
ботка жидких отходов.
Хранение запасов твердых сыпучих
реагентов предусматривается в таре-
поставке. Хранение водных растворов
реагентов, расходуемых в течение су-
7. Техническая характеристика аппаратов с перемешивающими устройствами
Тип аппарата Объ- ем, м’ Размеры, мм Частота враще- ния мешалки, МИИ"1 Электродвигатель Масса, ф
D d в Марка Мощ- ность, кВт
С коническим днищем и рамной мешал- 6,3 1800 1700 4300 3000 АО51-4 4,5 2,4
КОЙ 8,0 2000 1900 4500 3250 32 АО52-4 7,0 2,8
10 2200 2120 4700 3350 АО52-4 7,0 3,4
12 2400 2240 5000 3700 АО52-4 7,0 3,7
С плоским днищем: с пропеллерной мешалкой 6,3 1800 600 4300 2600 АО51-4 4,5 2,3
8,0 2000 600 4900 2600 180 АО51-4 4,5 2,7
10 2200 710 5000 2600 АО52-4 7,0 3,3
12 2400 800 4800 2800 АО52-4 7,0 3,7
с лопастной мешалкой 2,5 1400 950 3040 1640 АО41-4 1,7 0,94
5,0 1800 1250 3500 2000 485 АО52-4 2,8 1,3
10,0 2200 850 4280 2590 АО51-4 4,5 2,1
Обезвреживание жидких отходов
426
Жидкие отходы и их обезвреживание
8. Техническая характеристика баков
для хранения жидких реагентов
Параметр БЕ-30 БЕ-15
Объем бака, м3 Давление, МПа рабочее пробное гидрав- лическое Масса, т собственно бака нагрузочная 30 0,6 0,9 4,84 50 15 0,6 0,9 3,26 30
ток или смены, должно осуществляться
в расходных баках, изготовляемых из
стали ВМСтЗ, коррозионно-стойкой ста-
ли, двухслойной стали (ВМСтЗ +
+ 0,8Х18Ы10Т), алюминия или дру-
гих коррозионно-стойких материалов,
а также гуммированных и эмалиро-
ванных.
Выпуск таких емкостей производит-
ся заводами химического машинострое-
ния по каталогам ЦИНТИхимнефте-
маша. Диапазон вместимости емкостей
от 1 до 32 м3.
Для хранения едкого натра на скла-
дах реагентов используются баки мар-
ки БЕ-30, изготовляемые из углероди-
стой стали без коррозионно-стойких
покрытий. При установке бака на от-
крытом воздухе необходима тепловая
9. Техническая характеристика
баллонов типа Е
Объем баллона, л Длина бал- лона, мм Масса, кг
20 770 34
25 925 40,5
27 985 43
30 1080 47
33 1170 51
36 1256 55
40 1390 60
45 1545 66,5
50 1700 73
55 1855 79,5
изоляция. Отбор едкого натра из бака
производится с помощью сжатого воз-
духа.
Для хранения концентрированной
серной кислоты на складах реагентов
используются баки марки БЕ-15, а так-
же изготовляемые из углеродистой
стали без коррозионно-стойких покры-
тий. Отбор кислоты из бака рекомен-
дуется производить под вакуумом.
Техническая характеристика баков
БЕ-30 и БЕ-15 приведена в табл. 8.
Баки выпускаются Таганрогским заво-
дом «Красный котельщик».
Для перевозки и хранения сжатых
или сжиженных газов, применяемых
для очистки циансодержащих стоков
(хлор, кислород), используются бал-
лоны типа Е, изготовляемые из угле-
родистой стали. Давление среды в бал-
лоне до 20 МПа. Баллоны поставляют-
ся с вентилями. Вентили хлорных бал-
лонов стальные с правой резьбой вы-
пускного штуцера. Техническая ха-
рактеристика баллонов типа Е приве-
дена в табл. 9. Баллоны выпускаются
Ждановским заводом имени Ильича и
Первоуральским новотрубным заводом.
Для хранения и транспортирования
жидкого хлора используются бочки
(контейнеры), применяемые также в ка-
честве испарителей хлора. Бочки обо-
рудуются специальными штуцерами
для отвода как жидкого, так и газооб-
разного хлора. Техническая характе-
ристика этих бочек приведена
в табл. 10.
Приготовление водных растворов
реагентов осуществляется в емкостях,
10. Техническая характеристика бочек
(контейнеров) для жидкого хлора
Параметр Объем бочки (контейнера), л
500 800 1000
Масса тары, кг Масса жидко- го хлора, кг Объем жидко- го хлора, л Рабочее давле- ние, МПа 428 640 410 1,5 660 1000 600 1,5 970 1250 800 1,5
Обезвреживание жидких отходов
427
предназначенных только для данного
вида реагента. Для этих целей можно
использовать и аппараты с перемеши-
вающими устройствами (см. табл. 7).
Подача реагентов из баков приготов-
ления растворов в расходные баки мо-
жет производиться как по самотечным,
так и по напорным трубопроводам.
При этом свободный напор на излив
принимается равным 1,5—3 м столба
Жидкости.
Дозирование реагентов осуществля-
ется как самотечным способом с по-
мощью различного типа дозаторов, так
н напорным с помощью насосов-доза-
торов.
Наиболее часто применяются поплав-
ковые дозаторы (рис. 8), расход реаген-
та в которых обеспечивается диафраг-
мой определенного диаметра, рассчи-
тываемой для заданного режима. Тех-
ническая характеристика приведена
в табл. 11.
Дозировочные насосы для подачи до-
зированных объемов растворов и сус-
пензий реагентов поставляются с элек-
тродвигателями в обычном и во взрыво-
безопасном герметичном исполнении
(ВЗГ). Регулирующий механизм обес-
печивает плавное бесступенчатое изме-
нение подачи от 2,5 до 2500 л/ч при
давлении 1—40 кПа как на ходу, так
и при выключенном электродвигателе.
Погрешность дозирования не превы-
шает 0,5 %. Насосы-дозаторы могут
объединяться в двух- и многоступенча-
тые агрегаты с присоединением к одно-
му электродвигателю, образуя дозиро-
вочные агрегаты (ДА). Такими агре-
гатами можно одновременно дознро-
Рис. 8. Поплавковый дозатор:
1 — поплавок; 2 — указатель уровня; 3 —
сменная диафрагма; 4 — резиновый шланг
вать два или три реагента. Основные
технические характеристики дозиро-
вочных насосов НД, выпускаемых за-
водом «Рнгахнммаш», приведены
в табл. 12.
Во ВНИИводгео разработан бункер-
ный автоматический дозатор известко-
вого молока пяти типоразмеров:
ДИМБА-1, ДИМБА-3, ДИМБА-10,
ДИМБА-20 и ДИМБА-40. Цифра,, вхо-
дящая в марку дозатора, означает
предел производительности (расход,
соответствующий наибольшей дозе реа-
гента, например щелочи).
Для дозирования газообразного хло-
ра, приготовления и подачи к месту
потребления хлорной воды, используе-
мой для обезвреживания цнансодержа-
щнх жидких отходов, используются
хлораторы. .Наибольшее распростра-
11. Техническая характеристика поплавковых дозаторов (Н = 150 мм)
Марка дозатора Реакция реагента Максимальный расход реаген- та, м*/ч Размеры, мм Масса, кг
d h Ь
ПДк-4 0,9 40 35 100 20 3,68
ПДк-60 Кислая 2,2 60 45 150 38 4,08
ПДк-70 2,5 70 55 200 50 5,66
ПДщ-32 0,9 32 35 105 20 4,27
ПДщ-50 Щелочная 2,2 50 45 150 38 5,28
ПДщ-70 6,5 70 55 210 40 7,38
428
Жидкие отходя и их обезвреживание
12. Основные технические
характеристики дозировочных насосов
с напором 100 м
Марка насоса Подача, 1 м’/ч Марка электро- двигателя Масса агре- гата, кг
НД 100/10 0,1 ВАО-071-4 48
АОЛ-21-4 33
ВАО-21-4 120
НД 630/10 0,63 АО2-21-4 107
НД 1000/10 1,0 ВАО-31-4 150
АО2-31-4 132
НД 1600/10 1,6 ВАО-32-4 239
АО2-32-4 221
НД 2500/10 2,5 ВАО-32-4 245
АО2-32-4 227
ненне получили хлораторы вакуумного
типа, исключающие утечку хлора. Тех-
ническая характеристика вакуумного
эжекторного хлоратора марки
ЛОНИИ-106, приведена ниже:
Давление хлора, МПа:
максимальное (до ре-
дукционного клапана) 3,5
рабочее (после редук-
ционного клапана) 0,02
Производительность,
кг/ч:
при эбонитовом по-
плавке .............1,28—8,1
прн дюралюминиевом
поплавке............2,05—12,8
Расход воды (м3/ч) прн
производительности по
хлору, кг/ч:
1—4......................... 2
5—9................. 3,5—5,4
Св. 10 ............. 7,2—8
Масса, кг.................. 32
Кроме хлоратора ЛОНИИ-180 мож-
но использовать вакуумные хлораторы
системы Л. А. Кульского, выпускаемые
трех типоразмеров с модификациями
по производительности (ЛК.-Ю— ма-
лой, средней, большой н увеличенной;
ЛК-Н — средней; ЛК-12 — большой)
н вакуумные хлораторы ХВ-11 системы
Н. И. Вечерского, выпускаемые произ-
водительностью по хлбру от 0,05 до
20 кг/ч.
Для небольших установок испарение
хлора осуществляется непосредственно
в таре для хранения; если требуется
производнтельносгь по хлору более
30 кг/ч, применяют нспарнтели с ис-
кусственным подогревом. Последние
подразделяют на емкостные и змееви-
ковые. Емкостные испарители пред-
ставляют собой нестандартизированное
оборудование, змеевиковые испарители
изготовляются Днепродзержинским ко-
тельно-сварочным заводом производи-
тельностью 25 н 50 кг/ч.
Оборудование, трубопроводы, арма-
тура и приборы, находящиеся в кон-
такте с агрессивными реагентами, дол-
жны быть выполнены в коррозионно-
стойком исполнении.
Для перекачки растворов агрессив-
ных реагентов, не содержащих абра-
зивных частиц, применяют насосы мар-
ки ХО н АХ, проточная часть которых
выполнена нз хромоникелевой стали
10Х18Н9ТЛ н 08Х18Н10Т (индекс К);
для перекачки хлорсодержащих реа-
гентов применяют насосы тех же ма-
рок, но изготавливают нх нз высоко-
кремннстою чугуна.
Трубы для транспортирования хлор-
содержащих реагентов выполняют нз
коррозионно-стойких хромоникелевых
сталей 10Х18Н9ТЛ н 08Х18Н10Т, ви-
нипласта, полиэтилена, фторопласта,
стекла. Для других реагентов — нз
углеродистых сталей. Для трубопрово-
дов реагентного хозяйства применяют
арматуру из пластмасс (винипласт, по-
лиэтилен), фторопласта, керамики,
фарфора, а также стальную н чугун-
ную арматуру, футерованную пласт-
массами илн гуммированную кнслото-
н щелочестойкой резиной.
Для транспортирования водных рас-
творов, приготовленных нз твердых и
сыпучих реагентов, диаметр труб при-
нимают не менее 25 мм для очищенного
продукта и не менее 50 мм — для не-
очищенного и для самотечных трубо-
проводов. Следует предусматривать
возможность периодической промывки
(прочистки) всех реагеитопроводов.
Углы поворота должны выполняться
радиусом, равным не менее пяти диа-
метрам трубы.
Обезвреживание жидких отходов
429
Остаточный озон
Цианосодержа-
щие жидкое
отходы
Рис, 9. Принципиальная схема очистки цнансодержащих жидких отходов окислением
озоном:
1 — усреднитель-накопитель; 2 — насос; 3 контактная колонна; 4 — озонатор
К реагентным способам очистки мож-
но отнести и метод окисления циами-
дов с применением озона, применяемый
для обезвреживания больших объемов
циансодержащих жидких отходов.
Принципиальная схема такой очистки
приведена на рис. 9. Жидкие отходы,
содержащие цианиды, подаются насо-
сом из усреднителя-накопителя в верх-
нюю часть контактной колонны. Озо-
нированный воздух поступает проти-
вотоком через барботажное устройство.
Озонирование ведется до требуемого
остаточного содержания цианидов в во-
де, после чего очищенная вода смеши-
вается с кислотно-щелочными стоками
и подается на нейтрализацию.
Параметры колонн для окисления
цианидов следующие: интенсивность
аэрации — 25 м3/ч озонированного воз-
духа на 1 м2 площади сечения; высота
озонируемого слоя в колонне — 2,5—
3,0 м.
На рис. 10 представлена озонатор-
ная установка ОП-121 с комплекту-
ющим оборудованием. Озонатор рас-
считан на питание от сети переменного
тока напряжением 380 В частотой
50 Гц. У воздуха, подаваемого на озо-
нирование, влагосодержание должно
быть не выше 30 мг/м3 (температура
росы минус 50 °C), а степень загрязне-
ния воздуха должна быть не ниже
первого класса (по ГОСТ 17433—
72).
Основные технические характеристи-
ки озонаторов, используемых в СССР,
приведены в табл. 13.
Для очистки малых объемов циан-
содержащих сточных вод используют
озонаторы ОК № 35, 100 и 500 произ-
водительностью соответственно 0,035;
0,1 и 0,5 кг/ч, изготовляемые в ЧССР
народным предприятием Kralovopolska
strojirna (г. Брно) в комплекте с воз-
духоочистительным и электротехниче-
ским оборудованием.
Опытным заводом Дзержинского
НИИхиммаш выпускаются лаборатор-
ные озонаторы производительностью 7,
8, 15, 70, 300, 500 и 1000 г/ч.
Электрохимические методы. Элек-
трохимические методы, применяемые
для очистки жидких отходов АГЛ.,
следующие:
электрохимического восстановления
ионов Сг (VI) с применением раствори-
мых анодов;
тоже, с применением нерастворимых
анодов;
электрохимическое окисление циани-
дов;
электродиализ.
Сущность метода электрохимическо-
го восстановления с использованием
растворимых стальных анодов заклю-
чается в восстановлении хромат- и
бихромат-ионов ионами двухвалент-
ного железа, переходящими в воду
при электролитическом растворении
стальных анодов, а также образующей-
ся при этом гидрозакисью железа.
Наряду с этим происходит образова-
ние гидроксидов хрома, железа и дру-
гих тяжелых металлов (цинк, медь, ни-
кель, кадмий к др.), содержащихся
430
Жидкие отходы и их обезвреживание
Рис. 10. Озонаторная установка марки ОП-121:
1 — генератор озона марки ОП-121; 2 — подача воздуха на озонирование; 3 — выход
охлажденной воды; 4 — подача охлаждающей воды; 5 — выход озонированного газа;
6 — щит управления марки ЩУ-50М; 7 — измерительный шкаф марки ШИ-50; в — транс-
форматор регулирующий марки РОТ-45/05; S — трансформатор масляный однофазный
марки ОМ 66/20; 10 — разъединитель марки PBP3-16-20/6300 с приводом
13. Техническая характеристика озонаторов трубчатого типа
Тип озонатора Номинальная производитель- ность по озону» кг/ч Массовая доля оэоиа в воздуш- ной смеси» % Средний расход воздуха, м’/ч Расход охла- ждающей воды, м*/ч Напряжение на электродах, кВ Изготовитель
ОП-4 1 16—17 40 1 10 Завод «Курган-
ОП-6 2 14—16 80 3 10 хнммаш»
ОП-121 1,6 14—16 120 10 16
ОП-315 3,6 12—14 300 30 18
ОП-510 6 12—14 450 50 18
«Шуази» 8,3 18—20 450 45 20 «Трейлигаз» (Франция)
в жидких отходах. Кроме того, ионы
тяжелых металлов сорбируются хлопь-
ями гидроксида и гидрозакиси железа
и гидроксида хрома. Технологическая
схема установки для очистки хромсо-
держащнх жидких отходов (рнс. 11)
включает электролизер, снабженный
вытяжной вентиляцией для отвода
газообразного водорода, образующего-
ся в процессе электролиза на катоде,
емкости приготовления щелочного реа-
гента (для корректировки велнчияы
Обезвреживание жидких отходов
431
pH) и раствора NaCl (для корректи-
ровки электропроводимости), а также
аппараты для осветления или фильтро-
вания воды.
Электролизеры для восстановления
ионов Сг (VI) могут быть диафрагмен-
ного или бездиафрагменного типа. В ка-
честве диафрагм используют пористые
синтетические материалы и ионооб-
менные мембраны. По способу подачи
обрабатываемой жидкости в электро-
лизер последние подразделяют на пря-
моточные и противоточные.
В прямоточных аппаратах направле-
ние движения обрабатываемой жид-
кости совпадает с направлением оса-
ждения примесей, в противоточных —
направления движения обрабатывае-
мой жидкости и осаждения примесей
противоположны. По конструктивно-
му оформлению электролизеры могут
быть в виде электролизных ванн, пря-
моугольные, цилиндрические, колон-
ные, барабанные, конические, труб-
чатые и других форм с горизонтально,
вертикально и наклонно расположен-
ными элек!родами. Электроды могут
быть пластинчатые, цилиндрические,
кольцевые, стержневые, призменные,
гофрированные, перфорированные,
стружечные, гранулированные. Выбор
типа электродов зависит от конструк-
ции аппаратов, вида содержащихся
в воде загрязнений, условий и харак-
тера хлопьеобразования, гидродина-
мической структуры потоков и других
факторов.
Электролизные ванны представляют
собой прямоугольные емкости, в кото-
рых параллельно друг другу располо-
жены пластинчатые растворимые элек-
троды. Эти аппараты бывают однока-
мерными (односекционными) и много-
камерными (многосекционными).
Колонные аппараты выполняют одно-
и многоемкостными, снабженными раз-
личными системами электродов.
Барабанные аппараты состоят из по-
лого цилиндрического барабана с уста-
новленными неподвижными дисковы-
ми или вращающимися электродами.
Конические аппараты выполняются
в виде усеченных конусов, причем кор-
пус служит катодом, а внутренний
электрод — анодом. Межэлектродный
зазор регулируется путем вертикаль-
ного перемещения анода.
В трубчатых аппаратах одним элек-
тродом является отрезок трубопрово-
да, другим может служить коаксиально
установленный стержень, либо перфо-
рированный диск, зажатый между дву-
мя фланцами.
В практике очистки жидких отходов
гальванических цехов наибольшее рас-
пространение получили электролизные
ванны с вертикально расположенными
электродами и вертикальным (восходя-
щим) или горизонтальным движением
обрабатываемой воды.
Примером бездиафрагменных элек-
тролизеров могут служить конструк-
ции аппаратов, разработанные Украин-
ским институтом инженеров водного
хозяйства, применяемые для превра-
щения ИТМ в жидких отходах АГЛ
(рис. 12).
Электролизер с нисходящим движе-
нием обрабатываемой жидкости в меж-
электродном пространстве (рис. 12, а)
Рис. 11. Принципиальная схема очистки
хромсодержащих жидких отходов электро*
химическим методом:
/ — усреднитель-накопитель; 2 — насос;
3 — электролизер} 4 — отстойник? 5 —
выпрямитель
Осадок на
обезвоживание
432
Жидкие отходы и их обезвреживание
Рис. 12. Схема электролизера превращения ИТМ?
/ — трубопровод подачи жидких отходов; 2 — приемный карман; 3 — камера смешения;
4 — камера электролиза; 5 — ннжнне упоры; 6 — камера «газового слоя»; 7 — распре-
делительная щель; з — осадочная часть; 9 — трубопровод подачи щелочи; 10 — соеди-
нительная камера; 11 — трубопровод выпуска осадка
14. Допустимая концентрация
Cr (VI) в зависимости
от солесодержания воды
Соле- содер- жанне, мг/л Концентра- ция Сг (VI), мг/л Солесодер- жанне, мг/л Концентра- ция Сг (VI), мг/л
80—150 5 400—500 30
150—200 10 500—700 40
200—300 15 700—900 50
300—400 20 900—1000 60
применяют при концентрации Cr (VI)
в исходной воде ниже допустимой,
определяемой в зависимости от сум-
марной концентрации хорошо раство-
римых солей (ионы Na+, К+, SO^-,
СГ) в соответствии с табл. 14.
Электролизер с непроточной камерой
электролиза (рис. 12, б) применяют
при концентрациях хрома в исходной
воде выше допустимых, а также при
повышенных концентрациях в воде
специфических ионов, склонных к об-
разованию отложений (Са2+, Mg2+,
РОГ и др.).
Электролизер функционирует сле-
дующим образом. По подающему тру-
Обезвреживание жидких отходов
433
бопроводу 1 вода поступает в прием-
ный карман 2, далее в камеру 3 сме-
шения и в камеру 5 электролиза. Про-
ходя в межэлектродном пространстве
электродной системы в результате рас-
творения анодов вода насыщается иона-
миЁе (II), восстанавливающимиСг (VI)
до Сг (III), а также пузырьками водо-
рода. Кроме того, в камере электро-
лиза происходит подщелачивание об-
рабатываемой воды за счет продуктов
электродных реакций на катодах. В со-
единительной камере 10 вода дополни-
тельно подщелачивается раствором ще-
лочи, подаваемой по трубопроводу 9,
и затем поступает в камеру 6 «газового
слоя», где происходят образование и
укрупнение флотокомплексов. Распре-
делительная щель 7 служит для по-
дачи воды во флотатор для дальнейшей
очистки. Продукты разрушения элек-
тродов, а также образовавшиеся отло-
жения попадают в осадочную часть 8,
откуда периодически удаляются по
трубопроводу 11.
Исходными параметрами для расчета
электролизера восстановления хрома
являются: исходная и остаточная кон-
центрации различных форм хрома
Сг (VI) и Сг (III) в воде; pH обрабаты-
ваемой воды; вольт-амперная характе-
ристика электролиза обрабатываемой
воды, расход очищаемой воды.
Масса превращаемого продукта в
единице объема, мг/л:
®п = СнЭпоп> (5)
где Сн — исходная концентрация хро-
ма в растворе, мг/л; Эп — эффект
превращения;
Ск
Эп=1-----тЛ, (6)
<-'Н
где С« — остаточная концентрация не-
восстановленного Сг (VI) (принимает-
ся С" = 04-0,001 мг/л); ац — степень
превращения;
*п=1—(7)
где и — соответственно началь-
ная и конечнаи концентрация Сг (VI)
в растворе, мг/л.
Если в необработанном растворе
присутствует только шестивалентный
хром, то аа = 1. При необходимости
восстановления всей массы хрома в рас-
творе Эа = 1.
Количество электричества, необхо-
димое для восстановления хрома, Кл/л:
= (8)
где dy — удельное количество электри-
чества, расходуемое на восстановление
1 мг хрома (dy — 10 Кл/мг); у — коэф-
фициент, учитывающий влияние фи-
зико-химических свойств раствора и
конструктивных особенностей электро-
лизера на восстановление хрома (pH
и т. п.); т] — выход по току железа,
зависящий от исходного солесодержа-
ния, pH обрабатываемой воды и др.
Значения коэффициента у и выхода
железа по току т] в зависимости от pH
обрабатываемой воды приведены виже.
pH .............. 2,0 3,0 4,0 5,0
1]............... 1,0 0,9 0,8 0,7
у................1,10 1,11 1,12 1,14
pH ................. 6,0 7,0 8,0
т].................. 0,6 0,5 0,4
у............ 1,16 1,20 1,30
Сила тока в сети электролизера, А:
где Q — расход обрабатываемой жид-
кости, м3/с; N3 — число электроли-
зеров.
Активная поверхность электродов
(анодная или катодная), м2:
<10’
где 1э — плотность тока на электродах,
А/м2; для равновеликих плоскопарал-
лельных электродов ia = tK = 504-
100 А/м2.
Полезный объем электролизера, м3:
у __
~ 1000
где 1м — расстояние между электро-
дами, мм (принимается /м — 64-8 мм).
Число электродов
— —§2—
3 2habB ’
434
Жидкие отходя а ах обезвреживание
Рнс. 13. Схема стружечного диафрагмен-
ного электролизера:
] — корпус; 2 — диафрагма; 3 — катод-
ная камера; 4 — анодная камера; 5 —
катод; 6 — пакет стальной стружки; 7 —
перфорированный нерастворимый анод;
8 — патрубок ввода жидких отходов; 9 —
патрубок отвода воды
где Лэ — высота электрода, м (прини-
мается Лэ = 0,54-1,2 м); Ьэ — ширина
электрода, м (принимается 1>д — 0,2-4-
0,8 м).
Число электродов в электродной си-
стеме по условиям монтажа и обслу-
живания, а также надежности ее ра-
боты не должно превышать 30—40.
На основе пластинчатых электроли-
зеров разработано типовое оборудова-
ние, которое выпускается малыми се-
риями применительно к разрабатывае-
мым проектам комплексных очистных
сооружений. Производительность та-
ких установок составляет 8 и 20 м3/ч.
Электродные блоки могут комплекто-
ваться с использованием железных,
алюминиевых анодов либо их сочета-
ния. Основные технические характери-
стики установок приведены в табл. 15.
Примером стружечного диафрагмен-
ного электролизера, применяемого при
электрохимической очистке жидких от-
ходов АГЛ, может служить конструк-
ция, разработанная в Украинском ин-
ституте инженеров водного хозяйства
(рис. 13).
Исходная вода по патрубку 8 по-
дается в катодную камеру 3, откуда
через поры диафрагмы она поступает
в анодную камеру 4. Отбор отработан-
ной воды производится из катодной
15. Технические характеристики
установок для электрохимической
очистки хромсодержащих жидких
отходов
Параметр Производитель- ность установ- ки, м3/ч
8 1 20
Производитель- ность электро- лизной ячейки, м3/ч 1
Число ячеек: рабочих резервных 2 1 5
Рабочее напря- жение на ячей- ках, В 6—12
Рабочая плот- ность тока, А/дм2 0,2- -1,0
Расстояние ме- жду электрода- ми, мм
Длина рабочей части электро- дов, м 0,75
Суммарная анодная площадь рабочей ячейки, м2 4,5
Потребляемая мощность, кВт 12,8 38,4
Габаритные размеры, м 1,2Х Х0.94Х X 1,38 2,25Х Х0,94Х X 1,39
Масса установ- ки, кг 780 1600
Скорость дви- жения воды в межэлектродном пространстве, м/с 0,02- -0,03
Время обработ- ки воды в элек- тролизере, с 25—35
Обезвреживание жидких отходов
435
1в. Техническая характеристика установки Э-УЭПР
Параметр Тип электролизера
Э-ЭУК-1 Э-ЭУК-2 Э-ЭУК-3 Е-91А
Нагрузка постоиииого то- 50—150 100—300 150—450 10—20
ка, А Напряжение на аппарате, В Число камер: катодных 1 4- 2 -12 3 1
анодных 2 3 4 1
. Производительность в пе- 15—20 30—40 45—60 1,0—1,5
ресчете иа программу покры- тий, тыс. м2/год Уровень концентрации ме- талла, поддерживаемый в ван- не улавливания, мг/л Степень извлечении метал- ла, уносимого из ваииы галь- ванического покрытии, % Габаритные размеры, мм Масса, кг 100 К 800X7 125 —100 99 80Х1525 ,0
камеры 3 через патрубок 9. Аиодиаи
камера работает в непроточном режи-
ме, а катодная — в проточном. Вслед-
ствие электрохимических реакций иа
нерастворимом аиоде 7 кислотность
аиолита сиижаетси. Поскольку аиолит
не отбирается, то в анодной камере
устаиавливаетси кислаи среда и пакет
стружки растворяется с образованием
иоиов Fe (II), восстанавливающих
Cr (VI) до Сг (III). После обработки
в электролизере вода подаетси иа
фильтрование и отстаивание.
Метод электрохимического восста-
новлении иоиов Сг (VI) с использова-
нием нерастворимых анодов применим
дли обработки жидких отходов с боль-
шими коицеитрациими Cr (VI) (более
2 г/л). Электролиз производитси со
сниицовыми анодами, ие подвергающи-
миси электролитическому растворению.
Примеииютси аноды из РЬ или РЬ—
Sb-сплава. Катоды изготовлиют из ле-
гированной стали. В присутствии иоиов
Fe (III) катодный процесс восстановле-
нии Сг (VI) до Сг (III) интенсифици-
руется в одновременно ингибируется
анодный процесс окислении Сг(Ш)
до Cr (VI). После электрохимической
обработки к жидким отходам добав-
ляются щелочные реагенты дли оса-
ждении Сг (III) в виде Сг(ОН)3.
Электролиз чаще всего ведется в без-
диафрагменном непроточном электро-
лизере периодического действия со
свинцовыми анодами.
По конструктивному оформлению
электролизеры с нерастворимыми ано-
дами могут быть: с проточными пори-
стыми или объемно-насыпными като-
дами; с псевдоожиженными электро-
дами; с плоскими пластинчатыми или
сетчатыми электродами и загрузкой
из инертных материалов; с вращаю-
щимся катодом типа Swiss-roll.
Установка Э-УЭПР применяется для
извлечении ценных металлов из про-
мывных вод АГЛ, выполнена иа основе
электролизера с углеграфитовыми во-
локнистыми электродами. При цирку-
ляции раствора сквозь объем электро-
да металл осаждается иа углеграфито-
вом катоде. Электроды с извлеченным
металлом могут использоваться в ка-
честве растворимых анодов в ванне
нанесения покрытии. Техническая ха-
рактеристика установки приведена
в табл. 16.
436
Жидкие отходя а их обезвреживание
Рнс. 14. Принципиальная схема электро-
корректора pH:
1 ~~ катодные камеры; 2 — аиодиЫе ка-
меры; 3 —- диафрагма; 4 — катоды; 5 —
аноды; 6 — подводящий коллектор; 7 —
лоток отвода католита; 8 — лоток отвода
анолнта; 9, 10 —сборные карманы; 11 —
изолирующие пластины; 12 — отверстие
подачи воды в анодные камеры
Технологическая схема электрохи-
мического восстановления Cr (VI) в
жидких отходах АГЛ кроме электро-
лизеров включает оборудование для
корректировки Значения pH очищен-
ной воды, прошедшей электролиз, а
также для ее осветления или филь-
трации.
Для корректировки значения pH до
нормируемого значения может приме-
няться дозирование щелочного реаген-
та или электрообработка в диафрагмен-
ном электролизере.
Электрокорректор pH (рис. 14) пред-
ставляет собой аппарат емкостного или
фильтр-прессного типа и функциони-
рует следующим образом. Исходная
вода по подводящему коллектору 6
через отверстия 12 попадает в анодные
камеры 2, где вследствие разряда на
анодах молекул воды и гидроксильных
иоиов, сопровождающегося выделением
газообразного кислорода и образова-
нием водородных нонов, подкисляется.
Часть воды через диафрагму перете-
кает в катодные камеры 1, где вслед-
ствие разряда молекул воды и водо-
родных ионов, сопровождающегося вы-
делением газообразного водорода и
образованием гидроксильных ионов,
подщелачивается. Из этих камер ще-
лочной католит отводится через лот-
ки 7 и сборный карман 9. Из анодных
камер анолит с pH = 6,54-9,5 отво-
дится через лотки 8 и сборный кар-
ман 10.
Исходными параметрами для расчета
электрокорректора pH являются: рас-
ход воды Q (м3/ч), плотность тока на
электродах i (А/м2); концентрация
ИТМ в исходной воде К (мг/л).
Концентрация щелочи, необходимая
для осаждения ИТМ, мг-экв/л:
п
с = У + (рнк — рНн)ДСрн,
/=1
(13)
где Ki — концентрация ИТМ в исход-
ной воде, мг/л; ДС — количество
i
щелочи, необходимое для осажденяя
1 мг ИТМ, мг-экв; для ионов Ni2+,
Cu2+, Zn2+ACpH = 0,0304-0,035 мг-экв;
для ионов Сг (III) и Fe (III) ДСрн =
= 0,0554-0,060 мг-экв; рНк — конеч-
ное значение pH, необходимое для пол-
ного осаждения ИТМ; определяется
по наибольшему значению pH осажде-
ния металла, который находится в во-
де; рНн — значение pH исходной во-
ды; ДСрн — среднее количество ще-
лочи, необходимое для изменения pH
на единицу; при использовании для
промывки детален воды из подземных
источников ДСрн = 0,84-1,0 мг-экв/л,
из поверхностных источников ДСрн =
= 0,34-0,4 мг-экв/л; для оборотной
воды ДСрн = 0,44-0,5 мг-экв/л.
Значения pH осаждения ИТМ в про-
мывной воде АГЛ приведены ниже.
ИТМ................Cu2+ Zn2+ Сг’+
pH................. 10,2 8,0 6,8
ИТМ................ Fe3+ Nia+
pH................. 4,1 9,5
Расход щелочи для осаждения ИТМ,
г-экв/ч:
Щ = CQ. (14)
Обезвреживание жидких отходов
437
Концентрация щелочи в католите,
возвращаемом в исходную воду,
мг-экв/л:
Ск = Щ/<?к, (15)
где Он — расход католита, м3/ч;
Он = aQ (16)
(а — коэффициент, показывающий до-
лю исходной воды, обрабатываемой
в катодных камерах, от общего расхо-
да; а = 0,104-0,12).
(21)
Расход тока, необходимый для обра-
ботки воды в катодных камерах., Кл/л:
п 100Д*
к~ ЩуОя
где Щу — удельное изменение щелоч-
ности на 100 Кл/л расхода тока,
мг-экв/л.
Значения удельного изменения ще-
лочности воды Щу на 100 Кл/л рас-
хода тока в зависимости от солесодер-
жания воды приведены ниже.
50 300 500 2000 7000
0,18-0,29 0,37—0,55 0,60—0,72 0,88—0,95 0,95—1,00
Солесодержаине, мг/л . .
Щу, мг-экв/л...........
Если величина Ск превышает допу-
стимые значения (С*), то величину QK
можно определить из формулы
«--|г- (1”
Допустимые значения щелочности
(кислотности) в зависимости от соле-
содержаиия воды приведены ниже.
Рабочая поверхность катодов или
анодов с учетом перфорации электро-
дов, м2:
(22)
где i — поверхностная плотность тока
на электродах; определяется экспери-
ментально по вольт-амперным харак-
теристикам; ориентировочно может
быть принято: для солесодержания
Солесодержаине, мг/л 50 350 500 2000 7000
С*, мг^экв/ч........ 1,8—2,0 3,6—4,0 5,8—6,5 13—15 30—35
В случае, если
0к/0>адоп< (18)
гдеаЯоп = 0,20-4-0,25, в схеме очистки
необходимо использовать реагентное
хозяйство для дополнительного под-
щелачивания воды с расходом щелочи,
г-экв/ч:
Щр = Щ-а0кС*. (19)
Величина pH очищенной воды, вы-
ходящей из анодных камер,
где Ку — удельная концентрация кис-
лоты, идущая иа снижение pH анолита
иа единицу; при использовании для
промывки деталей воды из подземных
источников Ку = 0,94-1,1 мг-экв/л, во-
ды из поверхностных источников и
оборотной воды Ку = 0,44-0,6 мг-экв/л.
70—200 мг/л i = 254-30 Ам/2; для
солесодержания 200—500 мг/л i =
= 304-50 А/м2.
Требуемое число перфорированных
катодов и анодов:
с
«к = «а = Тд-, (23)
где I — рабочая длина электродов,
I = 0,74-0,9 м; h — рабочая высота
электродов, h = 0,54-0,7 м.
Расстояние между соседними перфо-
рированными катодами принимается
равным 20 мм, между анодами — 40—
50 мм, толщина катодов 2—3 мм.
Удаление образующегося осадка ги-
дроксидов в технологической схеме
обезвреживания жидких отходов АГЛ
электрохимическими методами осуще-
ствляется в отстойниках, флотаторах-
отстойниках, флотаторах-осветлите-
лях, фильтрах-отстойниках. Доочист-
ка жидкости производится на песчаных
или пенополистирольных фильтрах, в
438
Жидкие отходы и их обезвреживание
17. Основные технические характеристики установки для разложении цианидов
Производи- тельность установки, м8/ч Рабочий объем элек- тролизера, м8 Номиналь- ная сила постоянного тока, А Объем накопи- теля, м8 Расход хлористого натрия, кг/ч Мощность, кВт
1 установ- ленная ! потреб- ляемая
0,10 0.2 135 0,5 2,5 14 6
0,25 0,5 340 1,0 6,3 14 12
0,50 1,0 680 2,0 12,5 42 30
1,00 2,0 1360 2,0 25,0 76 46
электрофлотаторах илн обессоливанием
на ионообменных фильтрах.
Электр оокисленне цианидов приме-
няется для обезвреживания цнансодер-
жащих жидких отходов и отработан-
ных технологических растворов с кон-
центрациями цианидов более 200 мг/л.
Жидкие отходы обрабатывают в от-
крытых электролизерах непрерывного
или периодического действия. Аноды
применяют из графитированного угля
(в виде плит или стержней), магнетита
или диоксида свинца (на титановой
основе), а катоды — из легированной
стали. Процесс можно интенсифициро-
вать за счет применения проточных
пластинчатых электродов (ОРТА,
ОКТА).
При использовании электролизеров
проточного типа целесообразно разде-
лять их перегородками иа несколько
отсеков. В процессе электролиза жид-
кие отходы перемешивают сжатым
воздухом. Анодная плотность тока
составляет 0,5—2 А/дм2. Сила рабо-
чего тока / для электролизеров про-
точного типа ориентировочно может
быть определена по формуле
/ = (24)
где Сй — исходная концентрация циа-
нидов в сточных водах, г/м3; V —
объем воды в электролизере, м3; г] —
выход по току, Г] = 0,64-0,8; / — за-
данное время обработки жидких отхо-
дов, ч; 2,06 — коэффициент удельного
расхода электричества, А-ч/г.
Удельный расход электроэнергии для
обезвреживания жидких отходов, со-
держащих 200 мг/л цианидов, состав-
ляет примерно 40 кВт-ч/м3. Обработан-
ные жидкие отходы содержат до
200 мг/л активного хлора, поэтому
целесообразен их сброс в бытовую ка-
нализацию предприятия для обеззара-
живания стоков. Степень очистки жид-
ких отходов от цианидов данным мето-
дом достигает 100 % . В виде катодных
осадков утилизируется до 80 % об-
щего количества металлов, содержа-
щихся в жидких отходах. Остальное
количество металлов удаляется в виде
гидроксидов.
Основные технические характеристи-
ки установок различной производи-
тельности приведены в табл. 17.
Метод электродиализа целесообраз-
но применять для очистки жидких
отходов после отдельных видов покры-
тия. Это дает возможность повторно
использовать не только очищенную во-
ду, но и сконцентрированные вещества.
Промывные воды после ванн покры-
тия при наличии механических при-
месей направляются на фильтр, запол-
ненный активированным углем, а при
отсутствии примесей — сразу в элек-
тродиализатор.
Ионообменные мембраны для элек-
тродиализных аппаратов выпускаются
Щекинским химическим комбинатом.
Катионитовые мембраны МК-40 (ТУ
6-05-1203—73) изготовляют на основе
катнонообменной смолы КУ-2, анш>ни-
товые мембраны МА-40 (ТУ
6-05-1203—73) — на основе аннонооб-
менной смолы ЭДЭ-10п и МА-41 — на
основе анионообменной смолы АВ-17.
Для изготовления анодов используют
платинированный титан, графит, титаи
с покрытием из диоксида рутения
или диоксида марганца, для катодов —
Обезвреживание жидких отходов
439
углеродистую и легированную сталь,
титан и др.
Очистка жидких отходов методом
электродиализа может быть осуществ-
лена по одной из следующих схем:
проточно-р ецир кул яционной, цир ку-
ляционно-порционной и прямоточной.
В стационарных электродиализных
установках малой производительности
используются в основном проточно-
рециркуляционная и циркуляционно-
порционная схемы.
Очистка жидких отходов в элек-
тродиализаторах ведется при следу-
ющих условиях: pH = 4-4-9, концен-
трация загрязнений — 100—5000 мг/л,
плотность тока — 0,8—1,8 А/дм2, ско-
рость потока .— 0,5—0,7 л/мин, тем-
пература — 18—30 °C.
В настоящее время Алма-Атинский
электромеханический завод МПС СССР
выпускает по индивидуальным заказам
комплексные малогабаритные электро-
диализные установки ЭДУ-400Х2 (4,6)
производительностью 25—100 м3/сут
и аппараты ЭХО-М-5000Х200. ВНИИ-
водгео разработал конструкции уста-
новок производительностью 200—
1200 м3/сут, включающие аппарат
ЭХО-М-5000Х 200, состоящий из 200
камер с ионитовыми мембранами МА-40
и МК-40, внутри которых расположе-
ны сепараторы в виде сетки, изготов-
ленной из винипластовой пленки.
Электродиализная установка прямо-
точного типа ЭОУ-НИИПМ-25 произ-
водительностью 25 м3/сут выпускается
Тамбовским машиностроительным за-
водом. Установка состоит из металло-
керамических фильтров, предназначен-
ных для предварительной очистки жид-
ких отходов, электроионитного аппа-
рата рамочного типа «Родник-3», в ко-
тором установлено 200 камер обессо-
ливания и концентрирования на основе
ионообменных мембран МА-40 и
МК-40.
Электродиализатор ЭДУ-300 имеет
производительность 25 м3/сут и состоит
из 300 пар ионитовых мембран МА-40
и МК-40. Конструкция установки поз-
воляет производить очистку по про-
точной, проточно-циркуляциоиной или
циркуляционно-порционной схемам.
Установка ЭДУ-400Х2 (4, 6) рабо-
тает по проточно-циркуляционной схе-
ме, ее производительность 2—6 м3/ч.
В состав установок входят 2—6 аппа-
ратов Э-400М. В аппаратах исполь-
зуются мембраны МК-40 и МА-40.
Общее число ячеек в одном аппарате
200.
Таллиннский завод «Двигатель» вы-
пускает электродиализные установки
циркуляционного типа ЭДУ-50,
ЭДУ-100, ЭДУ-1000. Установка
ЭДУ-50 — электродиализатор фильтр-
прессного типа производительностью
50 м3/сут, состоящий из четырех паке-
тов по 125 ионитовых мембран МКК и
МАК. Для предварительной очистки
исходной воды в установке предусмо-
трены два напорных сульфоугольных
фильтра, ЭДУ-100 включает в себя
два электродиализатора ЭДУ-50 и
имеет производительность 100 м3/сут.
ЭДУ-1000 состоит из двух пакетов по
301 мембране МКК и МАК с лабиринт-
но-сетчатыми прокладками и имеет
производительность 1000 м3/сут.
В настоящее время перспективными
являются конструкции аппаратов с
прокладками струнного типа с профи-
лированными мембранами. В Институ-
те коллоидной химии и химии воды
АН УССР разработан новый струнный
тип электродиализатора, в котором для
снижения расхода электроэнергии и
уменьшения гидродинамического сопро-
тивления камер фиксаторы расстояния
между мембранами выполнены в виде
тонких неэлектропроводных струн, рас-
положенных параллельно друг другу
в каждой камере, а в любых двух
смежных камерах так, что их проекции
перпендикулярны. В настоящее время
этот институт разработал три типа
электродиализных аппаратов серии
ЭДС. В табл. 18 приведены основные
технические данные электродиализа-
торов.
За рубежом производством электро-
диализных аппаратов производитель-
ностью от десятков до нескольких
тыс. м3/сут занимаются фирмы Per-
mutit Со, Asahi Chemikal Industry Со
и ДР-
Ионообменные методы. Метод ион-
ного обмена хорошо зарекомендовал
себя при обезвреживании низкокон-
центрированных циансодержащих и
хромсодержащих жидких отходов с ог-
раниченными концентрациями загряз-
нений [по Cr (VI) — не более 300 мг/л,
440
Жидкие отходы и их обезвреживание
18. Техническая характеристика электродиализаторов серии ЭДС
Параметр ЭДС-1 ЭДС-84 эдс-в
Число мембран Число камер обессоливания Размер мембран, мм Мембранные расстояния, мм Коэффициент полезного ис- пользования мембран Коэффициент увеличения электросопротивления камер Материал анода Габаритные размеры аппа- рата, мм 2—20 1—10 195X76 0,1—1,0 0,72 1,12—1,48 Титан, покры- тый диоксидом марганца, • графит 380Х 240Х 180 84 42 400Х 400 0,2—0,3 0,9 1,14—1,2 Титан, покрьп дом мар 600X580X364 29 10 400X400 0,2—0,3 0,9 1,14—1,2 'ый диокси- ганца 688X550X Х265
по хлорид-иоиам — не более 500 мг/л],
а также в качестве дополнительной
очистки после реагентного, электродиа-
лизного и других методов очистки,
обеспечивающих снижение солевого
состава воды или замену токсичных
веществ, окислителей, восстановителей
простыми нейтральными солями.
Очистка производится с применением
ионитов, представляющих собой не-
растворимые в воде искусственные ор-
ганические смолы, которые имеют ак-
тивные ионные группы, способные при
контакте с водой приходить в движение
и в определенных условиях вступать
в реакцию обмена с ионами того же
знака, находящимися в растворе.
Различают сильно- и слабокислые
катиониты (в Н+- или Ма+-форме) и
сильно- или слабоосновные аниониты
(в ОН-- или солевой форме) (табл. 19),
а также иониты смешанного типа.
Сильиокислые катиониты широко
применяются при очистке жидких от-
ходов АГЛ ввиду их высокой селек-
тивности к многовалентным металлам.
Для этой группы ноиитов можно
привести следующий ряд селектив-
ности: Сг»+, Al3+, Ва2+, Pba+, Sra+,
Саа+, Nia+, Cda+, Cua+, Соа+, Zna+,
Mg2+, K\ NHt, Nah Hh
Слабокислые катиониты на очистных
станциях гальванического производ-
ства применяют в качестве заключи-
тельной стадии ионного обмена, а так-
же для улавливания неионогенных
ПАВ н извлечения цветных металлов.
Для, них можно привести следующий
ряд селективности: Н+, Сиа+, РЬа+,
Zn2+, Ni2+, Cd2+, Са2+, Mg2+, NHt,
K+, Na+.
Характеристика отечественных ка-
тионитов (по ГОСТ 20298—74), приме-
няемых для очистки жидких отходов
АГЛ, приведена в табл. 20.
Динамические емкости некоторых
катионитов по иоиам цинка, меди и ни-
келя при сорбции их из Жидких от-
ходов, содержащих преимущественно
один из этих ионов, приведены в
табл. 21.
Сильноосиовные аниониты способны
связывать анионы слабых кислот, по-
этому их часто принимают в качестве
заключительной ступени в ряду анио-
нитовых фильтров. Активность раз-
личных анионов к ним можно пред-
ставить в виде следующего ряда се-
лективности: NO3, СгО|", POj~, окса-
лат, NO2, С1-, формиат, цитрат, тар-
трат, фенолят, F-, ацетат, НСОд,
HSiOj, CN-, HaBOj, ОН-. Селектив-
ность слабоосновных ионитов повы-
шается с увеличением валентности
анионов. Для анионитов этой группы
можно привести следующий ряд селек-
19. Основные показатели ионитов, применяемых для очистки жидких отходов гальванических цехов
Группа ионитов Обменная способ- ность, г-экв/л Размер зерен, мм Стойкость к воздействию внешней среды Увеличение объема после ионного обмена, % Скорость фильтрова- ния, м/ч
полная полезная по pH по темпе- ратуре, °C
Катиониты: сильнокислые 1,4—1,9 0,8—1,5 0,3—1,2 1—14 До 120 4—9 5—40
слабокислые 3,5—4,5 1—3 0,3—1,5 4—14 До 100 До 60 10—50
Аниониты: слабоосновиые 1,5—2,0 1—1,5 0,3—1,5 До 100 20—30 5—40
сильноосновные 1,2 0,4—0,7 0,3—1,5 — 30—70 10—15 5—40
Обезвреживание жидких отходов
20. Характеристика отечественных катионитов
Марка катионита Фракционный состав набухшего катионита, мм Содер- жание рабочей фракции, %, ие менее Содер- жание влаги, % Насып- ная плот- ность товар- ного ионита, т/м’ Удель- ный объем набух- шего ноннта, м*/м Средняя обменная емкость, г-экв/м* Полная объем- ная емкость, г-экв/м8 Допуска- емая темпе- ратура воды при очистке, °C
прн Н+-ка- тионирова- нин при Ыа+-ка- тионирова- ннн
КУ-2-8 0,315—1,250 93 40—60 0,72—0,8 2,9 800 800 1850 120
КУ-2-20 0,315—1,250 92 30—40 0,8 2 — 1300 —
КУ-23 0,315—1,250 95 50—70 0,72 4,3 400 1100 120
КБ-4 0,355—1,50 90 35—65 0,55— 0,72 0,3 — — 1200 120
КБ-4п-2 0,355—1,50 95 60—75 0,7—0,8 2,8 2500 150
КБ-4-10П 0,355—1,50 95 55—70 — 3,3 — — 1800 —
21. Динамическая емкость катионитов по ионам металлов
Марка катионита Динамическая обменная емкость, мг-экв/л Динамическая обменная емкость, г на 1 г катионита
по Znz+ по Си2+ по Ntz+ по Znz + по Си®+ по Niz+
КУ-2 2—3 3,7—3,8 2,1—2,3 65—90 80—120 63—70
КБ-4 5 — — 163 — —
Сульфоуголь 0,2 2,5 0,4—1 6,5 70—80 11—30
КУ-1 0,4 — — 13 70—90 —
22. Характеристика отечественных анионитов
Марка анионита Фракцион- ный состав набухшего иоиита, мм Содержание ра- бочей фракции, %, не менее Содер- жание влаги, % Насып- ная плот- ность товар- ного ионита, т/м8 Удельный объем набухшего нонита, м3/т, не более Полная обменная емкость, г-экв/м3 Динами- ческая емкость, г-экв/м® Допускаемая температура при очистке, °C
по Cl" ПО soi~ по sioi"
АН-22 0,315—1,25 90 30—50 0,79 2,3±0,5 1800 1000 100
АН-221 0,315—1,25 90 40—60 0,83 3,9 1200 — — 860 100
ЭДЭ-10П 0,4—1,8 92 2—10 0,6—0,7 3,45 800 1000 50 1020—1160 45
АВ-17-8 0,355—1,25 92 40—60 0,74 2,9 650 800 400 670—900 90
АВ-17-8 ч. с. 0,4—1,25 95 — — 3,3 1050 900 90
АВ-29-12П 0,355—1,5 95 55—65 — 3,6 1000 — — 700 50
Жидкие отходы я их обезвреживание
Обезвреживание жидких отходов
443
Рис. 15. Принципиальная схема очистки кидких отходов гальванического производства
методом ионного обмена:
1 — накопитель; 2 — насосы; 3 — механический фильтр; 4 — катиоиитовые фильтры;
5 — анионитовые фильтры; 6 накопитель очищенной воды; 7 -» бак для кислоты;
8 — бак для щелочи
тивности: ОН-, [Fe(CN)0]4-<3_:i,
[Cu(CN)4]3-, [Ni(CN)41“2> анионоактив-
ные ПАВ, CrO|-, SOr, НРОГ, NOg,
SCN“, С1“, формиат, комплексонат, ци-
трат, тартрат, оксалат, F~. Характери-
стика отечественных анионитов, при-
меняемых в практике очистки жидких
отходов АГЛ, приведена в табл. 22.
Иониты смешанного типа проявляют
свойства смеси сильной и слабой кис-
лот или сильного и слабого основания.
Обменная емкость сильнокислотных
катионитов и сильноосновных аниони-
тов по отношению к различным ионам
остается постоянной в широком интер-
вале значений pH, а у слабоосновных
анионитов и слабокислотных катио-
нитов в большой степени зависит от
значения pH и максимальна для слабо-
кислотных катионитов в щелочной
среде, а для слабоосновных аниони-
тов — в кислой.
Большинство ионитов выпускается
и хранится во влажном состоянии или
под слоем воды. Если перед загрузкой
окажется, что ионит высох, его пред-
варительно замачивают в 20 %-ном
растворе хлористого натрия.
Принципиальная схема очистки жид-
ких отходов АГЛ методом ионного
обмена приведена на рис. 15.
Жидкие отходы из гальванического
цеха поступают в накопитель, где
происходит выравнивание концентра-
ций загрязнений в поступающей иа
очистку воде. Далее вода подается на
механический фильтр для очистки от
грубодисперсных загрязнений, содер-
жание которых в стоке отрицательно
сказывается на работе ионообменных
фильтров. Профильтрованная вода по-
дается на сильиокислый катионит в Н+-
форме, где ионы водорода обменивают-
ся на имеющиеся в воде катионы (ме-
таллы, аммоний, катионоактивиые
ПАВ). В случае очистки циансодержа-
щих жидких отходов на катиоиитовом
фильтре происходит также разложение
комплексных цианидов. Для более
глубокой очистки жидких отходов при-
меняется двухступенчатое катиониро-
вание на сильнокислотном катионите.
После катионирования вода, содержа-
щая преимущественно кислоты, по-
дается на слабоосновный анионит, где
происходит второй этап обессоливания,
т. е. связывание анионов, прежде всего
СгО^-' из хромсодержащих жидких
отходов и CN- из циаисодержащих.
Кроме неорганических анионов слабо-
основный анионит задерживает анионо-
активные ПАВ, а также благодаря
своей макропористой структуре адсор-
бирует часть неноногенных ПАВ.
При наличии в жидких отходах
анионов сильных и слабых кислот
анионироваиие производят в две сту-
пени. В таком случае вода после сла-
боосновного анионита дополнительно
очищается на сильноосновном анио-
444
Жидкие отходы и их обезвреживание
Рис. 16. Напорный кварцевый фильтр:
1 — подача воды; 2 — корпус; 3 — рас-
пределитель; 4 — загрузка; 5 — распре-
делительная система промывной воды;
6 — отвод очищенной воды; 7 — опорож-
нение; 8 — подача промывной воды; 9 —
отвод промывной воды; 10 — трубка отвода
проб
Ните для извлечения анионов слабых
кислот.
В процессе очистки обменная спо-
собность ионитов постоянно снижается.
При достижении полного замещения
ионоактивных групп производится ре-
генерация ионитов, в результате кото-
рой катионит переводится в Н+-форму,
анионит — в ОН~-форму. Продуктами
регенерации являются элюаты — рас-
творы кислот и щелочей, содержащие
извлекаемые из ионитов компоненты.
Первые порции элюатов являются
наиболее концентрированными по из-
влекаемым компонентам. В среднем их
концентрация в 50 раз выше концен-
трации поступающих на очистку жид- '
ких отходов.
Так как в процессе очистки иониты
уплотняются, перед регенерацией их
взрыхляют очищенной водой с интен-
сивностью 3—5 л/(с-м2). Регенерация
катионитов производится 7—8%-ным
раствором соляной кислоты; аниони-
тов— 4—5%-ным раствором едкого
натра. Элюаты от регенерации филь-
тров направляются на нейтрализацию
или обработку с целью утилизации из
них ценных продуктов.
Оборудование для очистки жидких
отходов методом ионного обмена вклю-
чает: накопитель стоков, напорный
механический фильтр, ионообменные
фильтры, баки для кислоты и щелочи,
применяемые для регенерации филь-
тров, дозаторы, насосы для перекачки
жидкостей.
Объем накопителя принимается рав-
ным получасовому притоку стоков.
Уровень воды в накопителе должен
контролироваться регуляторами уров-
ня, которые дают сигнал на выключе-
ние насосов при минимальном уровне
воды, на открытие задвижки для по-
дачи водопроводной воды, когда в ре-
зультате потерь снижается уровень
в резервуаре, а также сигнализируют
о создавшихся ситуациях на пульт.
Накопитель выполняется из железо-
бетона, гуммированной листовой стали
или пластмасс.
Механический напорный фильтр
(рис. 16) представляет собой закрытый
цилиндрический резервуар со сферичес-
ким днищем, рассчитанный на рабочее
давлениеО,6МПа.В нижней части филь-
тра -укреплено дренажное устройство,
над которым расположена фильтрую-
щая загрузка. На боковой поверхности
фильтра расположены два люка: один
для загрузки фильтрующего материала,
другой — смотровой. На передней стен-
ке фильтра установлены манометры и
трубки для отбора проб. Фильтры
опираются на три металлические опо-
ры из труб. Для защиты от химиче-
ского воздействия стоков внутренняя
поверхность фильтра гуммируется ре-
зиной толщиной 2—3 мм. Коммуника-
ции изготовляются из гуммированной
или легированной стали и пластмасс.
В качестве фильтрующей загрузки
чаще всего применяют кварцевый песок
с размером зерен 1—2 мм, уголь,
пластмассу и другие пористые мате-
риалы. Некоторые параметры напор-
ных кварцевых фильтров, выпускае-
мых Таганрогским котельным заводом,
приведены в табл. 23.
Техническая характеристика
фильтров с загрузкой кварцевым
песком
Высота фильтрующего слоя
нз кварцевого песка, м . . 1
Высота подстилающего слоя
из гравия м............. 0,45
Крупность кварцевого пе-
ска, мм................. 1-^2
Обезвреживание жидких отходов
445
Направление процесса
фильтрации ..............Сверху
вина
Скорость фильтрации, м/ч 5
Продолжительность фнль-
троцикла, ч ....... 40—60
Эффективность очистки, % 80
Грязеемкость фильтров по
смоле, кг/м3 (загрузки) . . 30
Конструкции напорных ионитовых
фильтров различны. Наибольшее при-
менение получил вертикальный напор-
ный однослойный однопоточный иони-
товый фильтр.
Все ионообменные фильтры унифи-
цированы как по геометрическим раз-
мерам, так и по различным устройствам
и аппаратуре. Размеры и масса Н+
и На+-катионитовых напорных одно-
поточных фильтров первой и второй
ступеней приведены в табл. 24.
Кроме однопоточных применяются
ионитовые фильтры и других конструк-
ций — многопоточные, многокамерные,
радиальные.
Регенерацию фильтров осуществляют
промывной водой температурой 60—
70 °C и продувкой сжатым воздухом
в такой последовательности:
первый этап — отключают фильтр
при понижении уровня воды в нем на
20—30 см ниже верха распределитель-
ной воронки и продувают воздухом
в течение 8—10 мм с интенсивностью
15—20 л/(с-м2);
второй этап — уменьшают интен-
сивность продувки фильтра воздухом
до 5—6 л/(с-м2) с одновременной пода-
чей в фильтр нагретой воды с интен-
сивностью 5—7 л/(с-м2) в течение
10—15 мин;
третий этап — прекращают подачу
воздуха, повышают интенсивность по-
дачи воды до 15—20 л/(с-м2).
После механического фильтра содер-
жание взвешенных веществ в жидких
отходах ие должно превышать 2—
3 мг/л.
Саратовским заводом тяжелого ма-
шиностроения, Таганрогским заводом
«Красный котельщик» и Бийским ко-
тельным заводом выпускаются парал-
лельно-точные ионообменные фильтры.
Характеристика Н+-катионитовых па-
раллельно-точных фильтров первой сту-
пени приведена в табл. 25.
23. Некоторые параметры
металлических однокамерных напорных
фильтров
Марка фильтра Диаметр, мм | Высота, мм Масса металла фильтра, т
без арма- туры 1 загру- 1 женного
ФОВ-2,0-6 ФОВ-2,6-6 ФОВ-3,0-6 ФОВ-3,4-6 2000 2600 3000 3400 3233 3505 3773 3932 2,22 3,94 5,12 6,54 15 23 37 50
Таганрогским заводом «Красный ко-
тельщик» выпускаются также про-
тивоточные фильтры ФИПр-2,6-6;
ФИПр-3,0-6, ФИПр-3,4-6.
Фильтры смешанного действия с вну-
тренней или выносной регенерацией
24. Размеры и масса однопоточных
катноннтовых фильтров
Фильтры первой ступени
X В-042-1 ХВ-040-1 1000 3380 1010 990 5
ХВ-042-2 ХВ-042-2 1500 3664 1585 1570 10
Фильтры второй ступени
X В-041-1 X В-043-1 1000 2662 916 920 3,5
ХВ-041-2 X В-043-2 1500 2948 1480 1485 7,5
446
Жидкие отходы и их обезвреживание
25. Характеристика Н+-катионитовых фильтров первой ступени
Параметр Тип фильтра
ФИПа-1-1-6 ФИПа-1-1-5,6 ФИПа-1-2-6 ФИПа-1-2-6,6 ФИПа-1-3-6 ФИПа-1-3,4-6
Рабочее давление, МПа Площадь фильтрования, м2 Диаметр фильтра, мм Высота слоя катионита, м Объем катионита, м8 Масса фильтра (с арма- турой), т Удельное давление на фундамент, МПа 0,6 0,785 1000 2 1,6 0,905 0,65 0,6 1,775 1500 2 3,56 1,692 0,63 0,6 5,14 2000 2,5 7,85 2,746 0,6 0,6 5,3 2600 2,5 13,25 4,558 0,65 0,6 7,1 3000 2,5 17,75 5,527 0,68 0,6 9,1 3400 2,5 22,75 7,848 0,65
26. Технические характеристики фильтров смешанного действии с внутренней
регенерацией
о О О
о оГ Q. со 6
Параметр о. Q. еч
я я я
е е ё е
Давление, МПа: рабочее
1 1 1 0,6
пробное гидравлическое 1,3 1,3 1,3 0,9
Площадь фильтрования, м2 3,14 5,3 9,1 2000
Диаметр фильтра, мм Высота фильтрующего слоя, м: 2000 2600 3400 2000
общая 1,2 1,2 1,2 1,2
катионита 0,6 0,6 0,6 0,6
анионита 0,6 0,6 0,6 0,6
Объем фильтрующей загрузки, м8:
катионита 1,9 3,18 5,5 1,9
. анионита 1,9 3,18 5,5 1,9
Масса фильтра (без арматуры), т Масса, т: 2,855 4,426 7,97 3,89
катионита 1,35 2,26 3,9 1,35
анионита 1,4 2,35 4,1 1,4
нагрузочная 1,4 2,35 4,1 1,4
Давление иа фундамент, МПа 0,6 0,5 0,6 0,6
Обезвреживание жадках отходов
447
применяют после анионитовых филь-
тров первой ступени. В практике очи-
стки жидких отходов большее распро-
странение получили фильтры с вну-
тренней регенерацией. Их технические
характеристики приведены в табл. 26.
При регенерации фильтров смешанного
действия иониты взрыхляют потоком
воды снизу вверх с разделением ка-
тионита (нижний слой) и анионита
(верхний слой). Регенерационные рас-
творы можно пропускать через иониты
одновременно или поочередно, отмы-
вают иониты обессоленной водой, пере-
мешивают сжатым воздухом и произ-
водят вторичную промывку обессолен-
ной водой.
Известен ряд конструкций аппара-
тов со взвешенным слоем ионита, в ко-
торых осуществляется непрерывный
процесс ионирования воды. В псевдо-
ожиженном слое ионита можно обра-
батывать воду, содержащую взвешен-
ные вещества, что позволяет значи-
тельно упростить конструкцию очист-
ных сооружений локальных ионооб-
менных установок. Одним из недо-
статков ионирования во взвешенном
слое является продольное перемешива-
ние частиц ионита, что снижает эффек-
тивность извлечения ионов в аппа-
ратах. Для уменьшения продольной
диффузии твердой фазы в фильтрах
обычно устанавливаются решетки, раз-
деляющие колонну на ряд тарелок.
Конструкции баков для кислоты и
щелочи, применяемых для регенера-
ции ионитов, а также дозаторов, ис-
пользуемых для приготовления регене-
рирующих растворов, аналогичны кон-
струкциям, применяемым в реагентном
хозяйстве при реагентном способе очи-
стки.
Мембранные методы. Методы ультра-
и гиперфильтрации применяются для
очистки жидких отходов, содержащих
ионы хрома и других тяжелых метал-
лов. Использование данных методов
позволяет получить пригодную для
повторно) о использования чистую воду
и сконцентрированные загрязняющие
вещества, которые в ряде случаев
легко утилизируются. Эти методы очи-
стки целесообразно применять в виде
локальной очистки после промывных
ванн, что позволяет использовать в ре-
цикле не только очищенную воду,
но и сконцентрированные продукты.
При очистке жидких отходов АГЛ
метод гиперфильтрации наиболее эко-
номичен для очистки стоков с высоким
солесодержанием (1—15 г/л).
Полупроницаемые мембраны являют-
ся основной частью любого обратно-ос-
мотического или ультрафильтрационно-
го аппарата и в значительной мере опре-
деляют не только технологические по-
казатели процесса, но и технические и
эксплуатационные характеристики ап-
паратов. Изготовляют полупроницае-
мые мембраны из различных полимер-
ных материалов, пористого стекла, гра-
фитов, металлической фольги и дру-
гих материалов. От материала мем-
браны зависят ее свойства (химическая
стойкость, прочность), а также в зна-
чительной мере ее структура.
По форме мембраны делятся на ли-
стовые, трубчатые и выполненные в
виде полого волокна. Листовые мем-
браны изготовляют в виде ленты.
Трубчатые мембраны бывают двух ви-
дов: с расположением активного полу-
проницаемого слоя на внешней или на
внутренней поверхности мембранной
трубки.
В отечественной практике очистки
жидких отходов АГЛ наибольшее рас-
пространение получили мембраны из
ацетилцеллюлозы, устойчивые при дав-
лении до 10 МПа, температуре 0—
30 °C и при pH = 34-8. При темпера-
туре 50 °C ацетилцеллюлозные мем-
браны разрушаются. По отношению
к ионам различных веществ для этих
мембран можно привести следующий
ряд селективности: Al3+, Cd2+, Mg2+,
Са2*, Ва2+-, SO42-, Na+, F", К+-, Cl',
J", NO7, H+.
По разработкам ВНИИССа налаже-
но производство мембран марок МГА
(мембраны гиперфильтрационные аце-
татные) и УАМ (ультрафильтрацион-
ные ацетатные мембраны) Характери-
стика мембран МГА (ТУ
6-05-221-322—77) и УАМ (ТУ
6-05-221-341—74) представлена в
табл. 27.
Мембраны марок МГА и УАМ вы-
пускают в виде ленты длиной до 25 м,
шириной 0,4 м и толщиной в среднем
110 мкм. Наибольшее допустимое дав-
ление жидкости для мечбран типа
МГА — 10 МПа, типа УАМ - 1 МПа.
448
Жидкие отходы и их обезвреживание
27. Характеристика отечественных ацетатных полупроницаемых мембран
Марка мембраны Производи- тельность, л/(м8 сут) Селектив- ность, % Средний диаметр пор, им Пористость, %
МГА-80 600 80
МГА-90 350 90
МГА-95 250 95 —
МГА-100 150 97,5 — 75±3
УАМ-50м 29—58 — 5,0
УАМ-100м 58—230 — 7,5±2,5
УАМ-150м 230—690 125±25
УАМ-200м 504—1370 — 175±75 80±3
УАМ-500м 1730 — 300
Примечание. Буква «м» в марке ультрафильтрационных мем-
бран указывает на то, что мембраны выпускаются в мокром виде.
28. Характеристика ацетатцеллюлозных мембран, выпускаемых за рубежом
Фирма-изготовитель Тип мембраны Средняя производи- тельность, л/(м8-с) Селектив- ность, % Давление, МПа
«Истмен» (США) RO-90 1360—1400 88—92 9,8
RO-95 980—1360 92—96 9,8
RO-97 552—880 96—97 9,8
RO-98 360—552 97—99 9,8
«Кодак-Пате» (Фран- KR-89 1140—1420 89 5,9
ция) KR-94 900—1140 94 5,9
KR-97 650—900 97 5,9
«Дау Кемикал»(США) — 360 99,9 5,9
Примечание. Допустимая концентрация загрязнений, М/л:
0,34 — для мембран фирм «Истмен» и «Кодак Пате» и 0,59 — для мембран фирмы «Дау Кемикал».
Ацетатцеллюлозные мембраны про-
изводит ряд зарубежных фирм. Ха-
рактеристики некоторых из этих мем-
бран представлены в табл. 28.
Полимерные трубчатые ацетилцел-
люлозные мембраны выполняются на
пористом каркасе. За рубежом труб-
чатые мембраны выпускают фирмы
«Америкэн Стандарт», «Филко-Форд»
и «Абкор Дюрр». В СССР работы по
созданию опытного производства труб-
чатых мембран и мембранных элемен-
тов ведутся во ВНИИССе.
Полимерные мембраны, выполнен-
ные в виде полого волокна, могут ра-
ботать при подаче разделяемого рас-
Обезвреживание жидких отходов
449
z Z
Рис. 17. Принципиальная схема очистки хромсодержащих жидких отходов методом ги«
перфильтрации;
7, 4, 6 — накопитель: 2 — иасосы; 3 — механический фильтр; 5 — гиперфильтрацион-
иый аппарат первой ступени; 7 — гнперфнльтрацнонный аппарат второй ступени
твора как внутрь капилляра, так и
к его наружной поверхности. Внутрен-
ний диаметр этих мембран колеблется
от 20 до 150 мкм при толщине стенки
10—50 мкм. Изготовляют волокна из
ацетилцеллюлозы, ароматического по-
лиамида и других полимеров. За ру-
бежом мембраны, выполняемые в виде
полых волокон, выпускают фирмы
«Дюпон» и «Дау Кемнкал». В СССР
технология получения полупроницае-
мых волокон из ацетилцеллюлозы раз-
работана во ВНИИВе.
Ацетилцеллюлозные мембраны обла-
дают высокими селективностью и про-
ницаемостью, однако они обладают
низкой химической стойкостью в ра-
боте с кислыми и щелочными раство-
рами, имеют малую механическую
прочность и нестабильность характе-
ристик при длительной эксплуатации.
Для очистки кислых хромсодержащих
жидких отходов возможно использова-
ние полисульфидных мембран, селек-
тивность которых по Сг (VI) дости-
гает 97 %. Недостатком ацетилцел-
люлозных мембран типа МГА и У AM
является также то, что их необходимо
хранить и транспортировать во влаж-
ном состоянии. При их высыхании
происходят уменьшение пористости и
необратимая потеря проницаемости.
Принципиальная схема очистки жид-
ких отходов методом гиперфильтрации
представлена на рис. 17. Гиперфиль-
трационные установки выполнены двух-
ступенчатыми. На первой ступени про-
15 П/р В. Л. Зубченко
исходит концентрирование жидких от-
ходов, полученный концентрат возвра-
щается в производство. На второй
ступени проводят дополнительную очи-
стку фильтрата первой ступени. Для
жидких отходов с повышенной кон-
центрацией Or (VI) (более 0,5 г/л)
необходима двухкратная очистка ме-
тодом обратного осмоса.
Гипер- и ультрафильтрационный ап-
параты представляют собой устрой-
ства, состоящие из набора мембранных
элементов и приспособлений, обеспе-
чивающих их работу. Аппараты под-
разделяются по виду мембранных эле-
ментов (рис. 18).
Плоскокамериые аппараты различа-
ют по конструктивным признакам:
с элементами круглой и прямоуголь-
ной формы, с центральным или пери-
ферийным отводом фильтрата, кор-
пусной и бескорпусной конструк-
ции.
Для плоскокамерных аппаратов весь-
ма удобна блочная конструкция, поз-
воляющая собирать аппарат в короткое
время из изготовленных и испытанных
на заводе блоков, легко заменять
блоки в случае выхода их из строя.
Из готовых унифицированных эле-
ментов и блоков можно набирать
аппараты различной производитель-
ности. Конструкции плоскокамерных
аппаратов надежны в эксплуатации,
позволяют легко производить замену
мембран, а также не предъявляют
жестких требований к содержанию
450
Жидкие отходя и их обезвреживание
а)
Рис. 18. Схемы мембранных элементов5
а — плоскокамерный; б — трубчатый; в рулонный; е « в виде полого волокна) I «
мембранный элемент; 2 — мембрана; 3 ~ турбулизатор) 4 ** полое волокно) ОВ в очи»
щенная вода; ИВ •=- исходная вода
взвешенных веществ в обрабатываемой
воде.
Техническая характеристика
обратноосмотической установки
УРЖ-500 с использованием
плоскокамерного мембраввого
аппарата
Рабочее давление, МПа 4—6
Подача насоса, л/ч, не
более..................... 600
Выход по фильтрату, л/ч,
не более ................. 500
Солесодержание, % . . 90—96
Рабочая площадь мем-
браны, м2.............. 40—42
Температура раствора,
°C, не более .............. 30
pH раствора ........... 4—7
Потребляемая мощ-
ность, кВт.................. 3
Габаритные размеры, мм 1300Х900Х
Х2000
Масса, кг.............. 1500
В СССР конструкции аппаратов дан-
ного типа разработаны во ВНИИвод-
гео, МХТИ им. Д. И. Менделеева,
НИИ КВОВе. За рубежом — фирмами
«Аэроджет Дженерал Корпорейшен»
(США), «Де Данске Суккерфабриккер»
(Дания).
Аппарат рулонного типа представля-
ет собой напорный корпус в виде
трубы диаметром 7—20 см и длиной
1—9 м, внутри которого размещены
мембранные элементы рулонного типа.
Аппараты рулонного типа имеют вы-
сокую плотность укладки мембран,
в них легко осуществляется смена
мембранный элементов, однако ни при-
менение сдерживается необходимостью
тщательной очистки исходной воды
от коллоидных и взвешенных веществ
и более высокой стоимостью аппаратов
по сравнению с плоскокамериыми аппа-
ратами.
Техническая характеристика
обратноосмотической установки
УРЖ-1200 с использованием
мембранных элементов рулонного
типа ЭРО 3,0/400
Рабочее давление, МПа 4—5
Подача насоса, л/ч . . 1200
Выход по фильтрату,
л/ч, не более............ 1000
Солесодержание, %, не
менее................. 90
Число мембранных эле-
ментов ............... 40
Рабочая площадь мем-
браны, м?............. 25—28
Степень концентриро-
вания, не менее .... 50
Температура раствора,
°C, не более .............. 30
pH раствора .......... 4—7
Потребляемая мощ-
ность, кВт.................. 5
Габаритные размеры, мм 1800X1201
X 1800
Масса, кг................ 1700
На основе отечественных материалов
во ВНИИводгео разработан рулонный
аппарат с мембранами марки МГА.
За рубежом рулонные аппараты раз-
рабатываются фирмами «Галф Джене-
рал Атомик», «Дорр Оливер», «Истман-
Кодаи» (США).
Обезвреживание жидких отходов
451
Трубчатый аппарат состоит иа кор-
пуса, внутри которого уложены труб-
чатые мембранные элементы, выпол-
ненные из пористых трубок (пластмас-
совых, керамических, металлических)
диаметром 6—30 мм. В аппаратах
этого типа могут использоваться также
стержневые и концентрические мем-
бранные элементы.
Аппараты трубчатого типа имеют
низкую материалоемкость, простую
конструкцию, позволяют проводить ин-
тенсивную промывку мембранной по-
верхности. К недостаткам таких аппа-
ратов следует отнести сравнительно
невысокую плотность укладки мембран
и невозможность замены мембран в
отдельных элементах.
В НПО «Техэнергохимпром» разра-
ботан укрупненный блок (БРМ-Т) с 36
трубчатыми элементами. Краснодар-
ским ПКБ Пластмаш совместно с
УкрНИИПВом создан ультрафильтра-
ционный трубчатый блок (БЭСУ) из се-
ми элементов длиной 2 м. За рубежом
аппараты трубчатого типа выпускают
фирмы «Хавене», «Америкен Стандарт»
(США), «Абкор Дюр» (ФРГ).
Аппарат с полыми волокнами состоит
из полимерных трубок диаметром 50—
200 мкм (внутренний диаметр 30—
120 мкм), помещенных в напорный
корпус. Концы волокон с помощью
эпоксидной пробки выведены в тор-
цовую сторону аппарата. Конструк-
тивно такие аппараты выполняются
двух типов: с подачей обрабатываемой
жидкости в полость волокна и с пода-
чей к поверхности волокон. Эти аппа-
раты имеют наибольшую рабочую по-
верхность мембран (20 000 ма/м3). Ос-
новной их недостаток — необходимость
тщательной очистки жидких отходов:,
подаваемых на установку, от взвешен-
ных веществ, а также трудность об-
наружения и замены поврежденных
волокон.
В последнее время наблюдается за-
метная тенденция к преимуществен-
ному распространению аппаратов с по-
лыми волокнами. Во ВНИИводгео и
ВНИИВе был создан аппарат ВИТАК
с подводом очищаемой воды к наруж-
ной поверхности полых волокон. Фир-
мой «Дюпон» (США) выпускаются ап-
параты серии В также с подводом очи-
щаемой воды и наружной поверкности
15*
волокон. Установки В-9 и В-10 фирмы
«Дюпон» широко применяются для
очистки промывных вод гальваниче-
ского производства. Их производитель-
ность достигает 325 м3/сут. На основе
аппаратов В-9 выпускаются установки
фирмами «Эльга» (Англия), «Стилмас
«(Италия), «Патерсон Кэнди» (Англия),
«Дегремон» (Франция).
Основным оборудованием установок
кроме мембранных аппаратов являют-
ся насосы и фильтры. В качестве
основных насосов, обеспечивающих да-
вление и движение растворои в аппара-
тах, применяют поршневые, винтовые
и центробежные насосы. В установках
малой производительности могут быть
использованы одноплунжерные иа-
сосы-дозаторы марки НД. Насосы этой
серии позволяют регулировать подачу
исходной воды, однако создают пуль-
сирующий поток, в связи с чем воз-
никает необходимость применения де-
мпферов. В установке по обработке
хромсодержащих промывных вод в ка-
честве демпферов используются вы-
соконапорные емкости, заполненные
водой.
Для предварительной обработки
воды в ультра- и гиперфильтрацион-
ных установках применяются различ-
ные песчаные, сетчатые, целлюлозные
и другие фильтры. Для отечественных
установок с мембранными аппаратами
в НПО «Техэнергохимпром» разрабо-
тан высокоскоростной самоочищающий-
ся фильтр, отличающийся от суще-
ствующих тем, что оборудован про-
мывочным устройством, автоматически
включающимся в работу при повыше-
нии сопротивления иа фильтрующей
сетке до заданного виачения.
Сорбционные методы очистки. Сущ-
ность сорбционных методов очистки
заключается в фильтровании жидких
отходов сквозь слой сорбента, способ-
ного извлекать из жидкости различные
загрязняющие вещества.
При очистке сорбционным методом
кромсодержащих жидких отходов в ка-
честве сорбента чаще всего исполь-
зуется активированный уголь, обла-
дающий высокой сорбционной емко-
стью. Отечественной промышленностью
производятся следующие виды углей:
СКТ, АГ-3, АГ-5, БАУ, КАД, АР-3,
ОУ. Характеристики гранулирован-
452
Жидкие отходы а их обезвреживание
29. Характеристики некоторых
марок активных углей
Марка угля Размер верен, мм Объем макро- пор, г/см* Суммарный объем пор, г/см’
БАУ 1,0—5,0 0,22 1,5
АР-3 2,0—5,0 0,19 0,7
АР-3 1,5—2,7 0,30 0,9
ных активных углей приведены
в табл. 29.
Для хромсодержащнх жидких от-
ходов АГЛ рекомендуется использо-
вать активированный уголь БАУ-А.
Хромсодержащие жидкие отходы пред-
варительно подкисляются серной кис-
лотой до pH = 1,54-2,0. На активи-
рованном угле Cr (VI) восстанавли-
вается до Cr (HI). Трехвалентный хром
сорбируется активированным углем.
Регенерацию сорбента производят сер-
ной кислотой. Образующийся при этом
элю ат содержит Cr (HI) в видеСг2(8О4)3.
При регенерации сорбента 15 %-ной
едкой щелочью полученный элюат
содержит ионы СгО|~ в виде Na2CrO4.
После регенерации сорбент отмывают
водопроводной водой до pH = 74-8.
При очистке цнансодержащих жид-
ких отходов в качестве сорбента ис-
пользуются следующие активирован-
ные угли (в порядке убывания сорб-
ционной способности): СК.Т, БАУ,
АГ-3 — для простых цианидов; АГ-3,
СК.Т, БАУ — для комплексных циа-
нидов меди. Чаще всего используется
уголь АГ-3 по ТУ Д2ГУ-3-12—60
благодаря преобладанию в жидких
отходах комплексных цианидов. Сор-
бированные цианиды окисляются кис-
лородом. Регенерация сорбента про-
изводится периодически (1—2 раза
в год) 10 %-ным раствором соляной
кислоты, расход которой принимается
из расчета трехкратного наполнения
сорбционного фильтра.
Сорбционная установка состоит, каи
правило, из нескольких параллельно
включенных секций, в каждую из ко-
торых входит несколько последова-
тельно соединенны® фильтров. Кон-
струкция угольных аппаратов обычно
такая же, как и осветлительных филь-
тров с водяной промывкой. Основные
конструктивные и технологические па-
раметры угольных фильтров, такие,
как высота, крупность загрузки, ско-
рость фильтрации и др., изменяются
в широких пределах.
Сорбционная установка для реали-
зации технологии обработки воды акти-
вированными углями в виде порошка
включает: смесительный барабан, пред-
назначенный для предварительного за-
мачивания порошка угля; бункер для
приготовления угольной пульпы; до-
затор; контактную камеру, где обеспе-
чивается контакт угля с обработанной
водой (около 20 мин), н отстойник. На
практике используются одно- н много-
ступенчатые установки сорбционной
очистки. Последние применяют для
обр аботки высококонцентр ированных
жидких отходов илн при наличии вы-
соких требований к качеству очистки.
В отличие от установок с последова-
тельным введением сорбента установки
с противоточной подачей сорбента яв-
ляются более экономичными, так как
сорбент в них вводится только на
последней ступени и затем последова-
тельно поступает с каждой ступени
на предыдущую.
ЗАМКНУТЫЕ СИСТЕМЫ ВОДНОГО
ХОЗЯЙСТВА
Централизованные замкнутые си-
стемы. Технологические схемы под-
готовки воды в централизованных си-
стемах включают, как правило, ре-
агентный метод на предварительной
стадии очистки воды и ионообменный
или электродиализный на заключитель-
ной стадии для извлечения растворен-
ных примесей ионной ступени дисперс-
ности (рис. 19). В качестве первой
ступени очистки рекомендуют также
применять метод электрокоагуляции
(гальванокоагуляции) с последующим
отстаиванием и фильтрованием (рис. 20)
Только предварительное фильтрование
жидких отходов на механических и
сорбционных фильтрах перед ионо-
обменной установкой не обеспечивает
требуемого качества воды и может быть
Замкнутые системы водного хозяйства
453
Промывные _
воды
CN
содержащие
воды
FeSO
Нонцентри -
родами е
1лк/аты
HCl NaOH
канализацию
Рис. 19. Технологическая схема очистки воды в централизованной замкнутой системе
водного хозяйства с применением реагентного н ионообменного методов:
/ усреднитель промывных вод; 2 — накопитель циансодержащнх вод; 3 — накопи-
реть концентрированных электролитов; 4 — смеситель; 5 — отстойник; 6 — песчано-
гравийный фильтр; 7 — фильтр с активированным углем; 8 — Н-катиоиитовый фильтр;
9 ОН-анионнтовый фильтр; 10 — сборник очищенной воды; 11 — фильтр-пресс; 12 —
сборник осадка и промывной воды фильтров; 13 — шламоотстойник; 14 — бак-нейтрали
затор элюатов ионообменных фильтров
Рис. 20. Технологическая схема очнеткн воды в централизованной замкнутой системе
водного хозяйства с применением метода электрокоагуляции н электролиза:
/ - усреднитель промывных вод; 2 — накопитель циансодержащнх вод; 3 — накопи-
тель концентрированных электролитов;^ — электропоагулятор;5 — отстойник; 6 — пес-
чано-гравийный фильтр; 7 — фильтр с активированным углем; 8 — электродиализатор;
9 — сборник очищенной воды; 10 — шламоотстойник; 11 — сборник осадка и промывной
воды фильтров; 12 — фильтр; 13 сборный бак фильтрата
рекомендовано при низкой концентра-
ции органики и в воде.
При наличии в гальваническом цехе
горячих жидких отходов может быть
применена схема электромагнетитной
очистки воды, предложенная
ВПТИЭМП (рис. 21). При нагреве
воды до температуры 60—70 °C и
введении затравки ионов двухвалент-
ного железа (в соотношении Fa2*:
Fe3+ =1:2) образуется ферромагнит-
ный осадок, обладающий лучшими
седиментационными свойствами, чем
гидроксиды металлов. При электро-
лизе горячей воды снижается пассива-
ция электродов, при этом эффект
очистки от ИТМ без дополнительной
щелочной обработки повышается.
Перспективны аппараты для генера-
ции коагулянтов при одновременном
454
Жидкие отхода и их обезвреживание
Рис. 21* Схема очистки го«
рячей воды в централизо»
ванной замкнутой системе
водного хозяйства!
1 — усреднитель горячий
промывных вод; 2 — электро-
коагулятор; 3 — устройство
для осветления воды; 4 -*
усреднитель холодных про-
мывных вод; 5 — отстойник}
6 — ванна кондиционирова-
ния осадка} 7 вакуум-
фильтр
катодном осаждении металлов типа КБ,
разработанные институтом «Казмеха-
иобр» (г. Алма-Ата). Аппараты раз-
работаны в двух модификациях: КБ-1
и КБ-3 (рис. 22).
С помощью предложенных аппара-
тов эффективно извлекаются медь, ни-
кель, восстанавливается шестивалент-
ный хром. Однако для получения вы-
сокого качества очищенной воды после
аппарата необходимо устройство от-
стойников, фильтров, а также допол-
нительное подщелачивание до pH =
= 9-j-9,5, оптимального для выделе-
ния металлов из воды. При эксплуа-
тации такой схемы без подщелачива-
ния требуются повышенные дозы коа-
гулянта (железа), достигающие 8—
12 частей иа 1 часть шестивалентного
хрома или других металлов. Аппараты
целесообразно использовать при ре-
конструкции существующих очистных
сооружений гальванических цехов,
включающих в свой состав устройства
для разделения фаз.
Использование реагентов иа любой
стадии очистки воды в замкнутых
циклах (восстановление, подкисление,
подщелачивание) всегда приводит и
^вторичному» загрязнению воды ани-
онными (катиоииыми) остатками, в ос-
новном ионами С1“, SO|~, Na+, К+,
Саа+ и др. В отдельных случаях, кон-
центрация иоиов, вводимых в замкну-
тый цикл при очистке с реагентами,
превышает исходную концентрацию
этих иоиов в обрабатываемой воде.
Наибольший вклад во «вторичное» ва-
Опорные Вращающиеся
еопьца барабана
И
Лопатки, приваренные
к корпусу, Оля повьеми
а перемешивания
стружки (.могут выпопн
враопичнш вариантах')
-Перфорированный щит
Стружка
Злектроввагатет,
Ряс. 22. Стружечный барабан типа КБ (<Казмеханобр> г. Алма-Ата)
Замкнутые системы водного хозяйства
455
грязнение воды при ее очистке вносят
широко применяемые реагенты НС1,
H2SO4, NaOH, Са(ОН)2, FeSOa,
Na2S2Os, СаОС12 и др.
Использование в качестве первой
степени метода электрокоагуляции
(гальванокоагуляции) с последующи-
ми отстаиванием и фильтрованием не
обеспечивает глубокого извлечения
ионов тяжелых металлов без предва-
рительного подщелачивания обраба-
тываемой воды до pH = 9,0-5-10,0. Под-
щелачивание, в свою очередь, влечет
за собой необходимость последующего
подкисления воды.
Применение ионного обмена обеспе-
чивает выведение примесей из потока
воды замкнутого цикла водооборота,
но не решает проблему изолирован-
ности цикла от гидроэкологического
резервуара вследствие необходимости
сброса элюатов. Обработка элюатов
представляет собой дополнительную
задачу, сложную как в техническом,
так и в экономическом плане, и тре-
бует, в свою очередь, применения
реагентов. На предварительной сту-
пени очистки перед ионообменными
установками необходимо глубокое из-
влечение масел, красителей, ПАВ и
других органических примесей (менее
0,08—0,3 мг/л) из-за возможного «от-
равления» и разрушения смол, явля-
ющихся дефицитным материалом. При
регенерации смол от ИТМ объем реге-
нерационного раствора достигает объ-
ема обрабатываемой воды.
Применение гиперфильтрационных и
электродиализных аппаратов требует
глубокого извлечения на предвари-
тельной ступени грубодисперсных, кол-
лоидных, а также ионных примесей,
склонных к превращению при их кон-
центрировании (ИТМ, кальций, магний
и др.) из-за возможного роста сопро-
тивления мембраны и снижения их
селективности. В противном случае,
процесс разделения следует вести в сла-
бокислой или кислой среде для предо-
твращения образования нерастворимых
соединений. Гиперфильтрационные
установки требуют тщательной экс-
плуатации, периодической сборки и
разборки для промывки мембран, при-
менения высоконапорного оборудова-
ния.
Для проектирования скем, приве-
денных иа рис. 19 и 20, следует ис-
пользовать стандартное оборудование,
выпускаемое отечественной промыш-
ленностью (см. с. 457), за исключе-
нием электролизеров, усреднителей,
накопителей и вспомогательного обо-
рудования.
Исключение ^вторичного» вагрязне-
ния воды в основном вамкиутом цикле
водооборота может быть предотвра-
щено при применении технологиче-
ской схемы с мембранной электрохими-
ческой технологией превращения при-
месей на всех этапах очистки, предло-
женной в УИИВХ (рис. 23).
Смесь промывных вод проходит через
сооружения 4—8, где очищается до
требований, отвечающих категории
«техническая вода», а затем направ-
ляется в гальваническое производство
на промывные операции в количестве
70—90 % от общего объема очищенной
воды.
Циансодержащие промывные воды
обезвреживаются с помощью электро-
генератора хлора (диафрагменного
типа с инертной диафрагмой) и после
разрушения цианидов направляются
в усреднитель-накопитель / для до-
очистки совместно с остальными про-
мывными водами.
Отработанные концентрированные
электролиты поступают в диафрагмен-
ный электролизер, где в зависимости
от состава электролита подбираются
режимы работы, обеспечивающие вос-
становление шестивалентного хрома,
катодное осаждение металлов, разру-
шение комплексных соединений и т. п.
Циансодержащие электролиты допол-
нительно обрабатываются хлором, по-
лученным в электрогенераторе 9. Об-
разующийся после подщелачивания в
сборнике 12 осадок обезвоживается на
фильтр-прессе 13. Шлам направляется
на утилизацию, а рассол — в электро-
генератор кислоты и щелочи, которые
могут быть утилизированы в произ-
водстве.
Отсутствие ввода реагентов при очи-
стке обеспечивает низкий уровень по-
ступления примесей в замкнутую си-
стему, характеризующийся только вы-
носом электролита из ванн покрытий.
Учитывая частичное извлечение хоро-
шорастворимыи солей (РО|~, NOg,
456
Жидков отходы а ах обезвреживание
Промывные
воды
CN содержа-
щие воды
Концентри-
рованные
элюаты
Рис. 23. Технологическая схема очистки воды в централизованной замкнутой системе
водного хозяйства с применением мембранной электрохимической технологии (УИИВХ):
1 •— усреднитель-накопитель промывных вод; 2 — накопитель циансодержащнх вод;
3 — накопитель концентрированных электролитов; 4 — электрореактор с «газовым слоем»;
б — флоторазделитель; 6 — осветлитель со взвешенным слоем; 7 — фильтр с плавающей
загрузкой; 8 — электрокорректор pH; 9 — электрогенератор хлора; 10 — электро-
реактор обезвреживания кои центрированных электролитов; 11 — реактор обезврежива-
ния циансодержащнх электролитов; 12 — сборник шлама и электролитов; 13 — фильтр-
пресс; 14 — электрогенератор кислоты и щелочи; 16 — усреднитель-накопитель очи-
щенной воды
Очищенная вода
и)
Рис. 24. Установки горизонтального (в) и вертикального (б) типов для очистки воды
в системах водного хозяйства АГЛ:
1 — электрореактор с «газовым слоем»; 2 — флоторазделитель; 3 — осветлитель со
взвешенным осадком; 4 — фильтр с плавающей загрузкой; б — электро корректор pH
Cl", SO|_, Са2+, К+, Na+) при очистке
воды с образованием гидроксидов (до
20—30 %), накопления таких солей
в системе практически не происходит,
или происходит, ио в иезиачительиой
степени, что позволяет осуществлять
10—30 %-иую «продувку» системы или
обрабатывать эти значительно мень-
шие объемы иа обессоливающих уста-
новка®, что приемлемо по техниче-
ским и экономическим соображениям.
Обессоленная вода может быть ис-
пользована для ванн финишной про-
мывки, промывки деталей при опера-
циях никелирования, хромирования
и др.
Локальные замкнутые циклы опера-
ций никелирования, хромирования и
т.п.могут быть созданы иа базе гипер-
фильтр ациоиныи установок, предаю-
Замкнутые системы водного хозяйства
457
30. Основные габаритные размеры (м) блоков
компактных установок «ЭЛИОН»
Тип установки Произво- дитель- ность, Мв/я Блок превра- щения приме- сей Блок раз- деления фаз (фло- татор, осве- титель, фильтр) Блок пре- вращения воды (элек- трокоррек- тор pH)
Горизонтальный тип
ЭЛИОН-Г-1,0/2,5 1,0—2,5 0,35X0,35X1,6 2,0Х 1,0X4,0 1,0X0,5X1,0
ЭЛИОН-Г-2,5/5,0 2,5—5,0 0,4X0,4X1,6 3,0X1,5X4,0 1,0X1,0Х 1,0
ЭЛИОН-Г-5,0/Ю 5,0—10,0 0,6X0,6X1,6 4,0X2,0X4,0 1,0X2,0Х 1,0
ЭЛИОН-Г-Ю/15 10,0—15,0 0,75X0,75X1,6 5,0X2,5X4,0 1,0X3,0Х 1,0
ЭЛИОН-Г-15/20 15,0—20,0 0,85X0,85X1,6 6,0X3,0Х 4,0 1,0X4,0Х 1,0
Вертикальный тип
ЭЛИОН-В-1,0/2,5 1,0—2,5 0,35Х0,35Х 1,6 1,2X1,2X6,0 1,0X0,5X1,0
ЭЛИОН-В-2,5/5,0 2,5—5,0 0,4X0,4X1,6 1,6X1,6X6,0 1,0X1,0Х 1,0
ЭЛИОН-В-5,0/Ю 5,0—10,0 0,6X0,6X1,6 2,2X2,2X6,0 1,0X2,0X1,0
ЭЛИОН-В-Ю/15 10,0—15,0 0,75X0,75X1,6 2,8X2,8X6,0 1,0X3,0X1,0
ЭЛИОН-В-15/20 15,0—20,0 0,85X0,85X1,6 3,2X3,2X6,0 2,0X4,0Х 1,0
Примечание. Размеры блоков превращения примесей и воды
приведены для удельного расхода количества электричества 500 Кл/л.
женных ВНИИводгео, ГИСИ и др.
Конструкции установок и область
их применения. На основании техно-
логической схемы разработаны кон-
струкции блочных компактных уста-
новок горизонтального («ЭЛИОН-Г»)
и вертикального («ЭЛИОН-В») типов.
Установки горизонтального типа
«ЭЛИОН-Г» (рис. 24, а) применяются
при ограниченных габаритах по вы-
соте. Вертикальный тип установок
«ЭЛИОН-В» (рис. 24, б) позволяет ис-
пользовать минимальные площади для
размещения комплекса сооружений.
Установки «ЭЛИОН» могут быть
применены для очистки воды в замк-
нутых системах водного хозяйства от
ИТМ, нефтепродуктов, ПАВ, а также
и других ингредиентов.
Установки рекомендуется применять
в замкнутых циклах водного хозяй-
ства гальванических цехов и других
аналогичных производств при расходе
воды до 100 м8/ч, а для большей про-
изводительности — при соответству-
ющем технико-экономическом обосно-
вании.
Установки включают три основных
блока: блок превращения примесей
(электрореактор с «газовым слоем»
для восстановления хрома и образова-
ния твердой фазы гидроксидов), блок
разделения фаз (флоторазделитель, ос-
ветлитель, фильтр) и блок превраще-
ния воды (электрокорректор pH). Пос-
ледний может размещаться смежно или
раздельно с двумя первыми блоками.
Все блоки выполнены унифицирован-
ными, что позволяет комбинировать их
в различной последовательности. Бло-
ки электрохимического превращения
примесей и воды выполнены на базе
унифицированных модулей, позволя-
ющих компоновать различные типы
электродных систем. Габаритные раз-
меры блоков компактных установок
«ЭЛИОН» приведены в табл. 30.
Блоки установок представляют собой
независимые элементы и могут при-
мениться в различных техиологиче-
458
Жидкие отходы и их обезвреживание
31. Основные технические характеристики установок «ЭЛИОН»
Параметр Тип установки
горизонтальный вертикальный
Диапазон производительности (одна сек- ция), м3/ч Удельная производительность: на единицу объема установки, м3/(м3-ч) на единицу площади установки, м3/(м2- ч) на единицу объема очистных сооруже- ний, м3/(м3-ч) на единицу площади очистных сооруже- ний, м3/(м2-ч) Удельный расход электроэнергии: без корректирования pH, кВт-ч/м3 с корректированием pH, кВт-ч/м3 Эффективность разделения твердой и жид- кой фаз в установках, м3/м3 1—20 0,25 1,0 0,076 0,1—0,2 0,5—1,0 1,7—3,0 0,02—0,04 1—20 0,27 1,7 0,078 0,15—0,25 0,6—1,2 1,8—3,2 0,02—0,04
32. Качество исходной и очищенной воды в компактных
установках «ЭЛИОН»
Параметр Концентрация примеси Эффект очистки, %
исходная очищенная
непрерыв- ная мгновен- ная
Мутность, MI /л 250 500 3—10 96,0
Плотность, градус 50—80 100 20 —
Концентрация:
Сг (VI), мг/л 20—30 50 0,05—0,1 99,5
Сг (III), мг/л 30—50 100 0,1—0,3 99,0
Fe 30—40 50 0,3—1,0 98,5
Ni 15—20 50 0,3—0,5 96,0
Си 10—15 50 0,3—0,8 92,0
Zn 20—30 100 0,5—0,8 96,0
Cd 10—20 30 0,3—0,5 98,5
нефтепродуктов 30—50 100 0,5—1,0 96,6
ПАВ 1—5 20 0,5—1,0 50,0
pH 3—7 2-8 6,5—9,0 —
Примечания: 1. Значение pH очищенной воды может быть полу-
чено в пределах колебаний значения ±0,5 в диапазоне, указанном в таб-
лице.
2. Концентрация шестивалентного хрома в исходной воде может пре-
вышать значения, приведенные в таблице, при условии применения спе-
циальных электрореакторов для восстановления хрома, исключающих
пассивацию электродов.
Заякадгтяв системы водного хозяйства
459
ских схемах очистки воды по их
целевому назначению. В частности,
электрокорректоры pH могут быть
использованы в комбинации с реагент-
ными методами очистки природных
вод и жидких отходов (для под-
щелачивания при коагулировании
и т. п.).
Технические показатели установои
для очистки воды от ионов тяжелых
металлов приведены в табл. 31,
Рекомендуемая технологическая схе-
ма очистки воды на базе установон
кЭЛИОН» позволяет получать каче-
ство воды, соответствующее первой ка-
тегории (техническая вода) при раз-
личных режимах поступления отра-
ботанных вод (смесь всех категорий
вод, сброс концентрированных элек-
тролитов и т. п.), а также годное для
сброса ее в городскую канализацию
(табл. 32).
Указанное выше качество очищенной
воды может быть получено при сред-
них технологических параметрах, при-
веденных в табл. 33.
Локальные циклы замкнутых си-
стем. С целью создания локальных
циклов водооборота разработаны и
используются пять основных методов
обработки.
реагентный для регенерации никель-
содержащих растворов;
ионообменный для регенерации кром-
и никельсодержащих растворов;
гиперфильтрационный для регенера-
ции хром- и никельсодержащих рас-
творов;
электрохимическое осаждение на
электродах для регенерации медь- и
никельсодержащих растворов, а так-
же смеси ионов тяжелых металлов;
электрохимическое превращение ве-
ществ в объеме раствора для регенера-
ции никель- и цинкосодержащих рас-
творов.
Краткая характеристика схем ло-
кальных циклов приведена в табл. 34.
33. Основные параметры работы установок ЭЛИОН при очистке воды от ИТМ
Блок установки Параметр работы Значение параметра
Блои превращения примесей (электрореак- тор восстановления при- месей) Блои разделения (фло- татор-осветлитель) Блои превращения воды (электрокоррек- тор pH) Плотность тока, А/дм2 Расход количества электри- чества, Кл/л Напряжение электролиза, В Расход электроэнергии, кВт-ч/м3 Расход металла электродов (СтЗ), г/м8 Время флото-осветления, мин Скорость фильтрования, м/ч Расчетная интенсивность промывки, л/(с-м2) Продолжительность филь- тр оцик ла, ч pH подщелачивания Плотность тока, А/м2 Напряжение электроли- за, В Расход количества электри- чества, Кл/л Расход электроэнергии, кВт-ч/м8 pH католита pH анолита 30—50 200—300 10—18 0,3—1,0 40—60 30—40 1,8—2,0 15—20 5—8 8,5—10,2 20—50 12—24 250—480 1,2—2,0 11,6—11,9 6,5—8,2
34. Основные схемы локальных замкнутых циклов водного хозяйства гальванических производств
Операция нанесения покрытий Разработчик или место применения Применяемые методы воловня применения
Хромирование Organo (Япония) Afig (Швейцария) Blasberg (ФРГ) Schering (ФРГ) Advance Plating Со (США) ВНИИВО (г. Харь- ков) ВНИИводгео Ионообменное выделение Сг (VI) с возвратом воды и химической нейтрали- зацией элюатов Очистка на ионообменных фильтрах; разделение воды и электролита в испа- рителе; возврат воды и электролита Реагентная корректировка рНг элек- трохимическое выделение хрома Гиперфильтрационное разделение с возвратом воды и хрома Незначительное содержа- ние в стоке хромовой кислоты Крупносерийный и массо- вый выпуск продукции Производительность уста- новки 10 м3/ч Производительность уста- новок 10,0 и 25,0 м3/сут
Никелиро- вание Воронежский госуни- верситет, Organo (Япо- ния) ВПТИЭМП (г. Ки- шинев), Воронежский госуниверситет ИХТ и ТМС АН СССР (г. Новоси- бирск), УИИВХ (г. Ровно) Dearborn Brass (США) Очистка на ионообменных фильтрах; возврат воды и электролита в производство Ионообменная очистка стока, обработка элюата электродиализом или электрокоагу- ляцией; возврат воды и металла в произ- водство Электролитическое извлечение никеля из стока; возврат воды и металла в произ- водство Обратноосмотическое выделение нике- ля; возврат воды и металла в производ- ство Производительность уста- новки 12 м3/сут
Жидкие отходы и ах обезврежаванае
Продолжение табл. 34
Операция нанесения покрытий Разработчик или место применения Применяемые методы Условия применения
Меднение ЭКТИавтопром (г. Львов) МХТИ им. Д. И. Мен- делеева Машиностроительный завод [г. Бриджпорт (США)] Ионообменное выделение меди, обработка элюата в электролизере; возврат воды и меди в производство Обработка комплексообразователем; уль- трафильтрационное разделение с возвра- том воды и меди в производство Разделение воды и меди упариванием с возвратом их в производство Производительность уста- новки 0,19 м3/ч
Цинкование ГПИ (г. Ленинград) ВПТИ ЭМП г. Ки- шинев Машиностроительный завод [г. Бриджпорт (США)] Электродиализная очистка стока возвра- том воды в производство Очистка стока на ионообменных филь- трах с возвратом в производство воды и электролита Разделение воды и цинка упариванием с возвратом их в производство Производительность уста- новки 1,15 mS/ч
Замкнутые системы водного хозяйства
462
Жидкие отходы и их обезвреживание
Рис. 25. Ионообменная установка обезвреживания хромсодержащих промывных аод от
твердого хромирования:
/ — сборник хромсодержащих промывных вод,* 2 — песчаный фильтр; ‘3 — Н-катиоии-
товый фильтр (микропористый катионит); 4 — снльиоосновной анионитовый фильтр
(макропористый аиноннт); 5 резервуар обессоленной воды; 6 — сборник отработанных
электролитов и элюатов; 7 — реактор; 8 — нейтрализатор; 9 — шламоотстойннк; 10 —
фильтр-пресс
Реагентный метод выделения никеля
при подщелачивании NaOH (СаО) с по-
следующим растворением кислотой ни-
кельсодержащего осадка обеспечивает
возврат серно-кяслого никеля в ванну
покрытий деталей и воды в оборотный
цикл промывной воды. Однако при
этом необходимы дополнительное обес-
соливание части воды, вывод из нее
продуктов разложения блескообразо-
вателей и части никеля за счет его
накопления в цикле при дебалансе
по количеству анодно-растворяющего-
ся и осаждаемого вещества на элек-
троде и детали.
Применение ионообменников целе-
сообразно для извлечения и регенера-
ции из промывных вод шестивалент-
ного хрома (рис. 25). В ваннах трех-
ступенчатой последовательной про-
мывки при продувке воздухом, а также
с использованием повёрхностной струй-
ной промывки обеспечивается смыва-
ние примерно 99,5 % электролита с де-
талей. Окончательная промывка дета-
лей выполняется в последующих про-
мывных ваннах с циркуляцией воды.
Циркуляция воды осуществляется за
счет ее пропускания последовательно
через катионит и аняонит, регенерация
которых производится соответственно
раствором серной кислоты и едкого
натра. Вода нз первой ступени после-
довательной промывки поступает в
сборную емкость, откуда прокачи-
вается через катионообменннк с целью
освобождения от посторонних металлов
и трехвалентного хрома. Из сборной
емкости вода вместе с частью электро-
лита направляется на выпаривание и
далее в ванну покрытия. Конденсат
из вакуум-выпарного устройства ис-
пользуется для подпитки ванн после-
довательной промывки. Замкнутый ло-
кальный цикл обеспечивает возврат
более 98 % электролита для хроми-
рования.
Более простой вариант локального
цикла промывных вод от операций
хроматирования предложен ПКТБ
Минсвязи СССР (г. Москва) (рнс. 26).
Для этой цели использованы катали-
тические свойства активированного
угля, который в кислой среде восста-
навливает шестивалентный хром в трех-
валентный с последующей сорбцией
его на поверхности сорбента. Кислая
среда создается эа счет подкисления
Замкнутые састеяя водного хозяйства
463
Рис. 26. Схема локального цикла промыв»
иых зфомсодержаших вод: ’
Г^^ванна покрытий; 2 — промывная ван-
на; 3 сборник; 4 — насосз '5 —> адсорб*
цноннай колонка
серной кислотой до значений pH =
= 1,54-2,0. Регенерация адсорбцион-
ной колонки осуществляется 15 %-
ным раствором серной кислоты или
едкого натра. При регенерации колон-
ки кислотой получают элюат, со-
держащий трехвалентный хром, кото-
рый может быть выделен в виде гидро-
ксида. При регенерации колонки ще-
лочью получают элюат, содержащий
шестивалентный хром, который может
быть использован в технологических
процессах.
Применение гиперфильтрационного
меыда наиболее предпочтительно для
концентрирования никель- и хромсо-
держащих растворов. Получены удов-
летворительные результаты при испы-
тании в промышленных условиях
(рис. 27). Однако при применении ги-
перфильтрации с возвратом ценных
веществ в гальванические ванны под-
питку локального цикла следует про-
изводить обессоленной водой, так как
подпитка системы водопроводной водой
приведет к накоплению посторонних
солей в концентрированных электро-
литах. Кроме того, для получения тре-
буемой концентрации раствора, равной
концентрации электролита в ванне по-
крытия, требуется не менее 2—3 сту-
пеней концентрирования на гипер-
фильтрационных аппаратах или допол-
нительная вакуум-выпарка.
Катодные осаждения металлов из
промывных вод отдельных технологи-
ческих операций (золочение, серебре-
Рис. 27. Принципиальная схема очистки
сточных вод методом обратного осмоса:
1 — гальваническая ванна; 2, 3 — про-
мывные ванны; 4 — аппараты обратного
осмоса; 5 — насос высокого давления;
6 — фильтр; 7 — подпитка ванн свежей
водой; 8 — возврат концентрата; 9
возврат свежей воды
иие, кадмирование и т. п.) целесооб-
разно осуществлять с применением
электролизеров с углеграфитовыми во-
локнистыми электродами, предложен-
ных ИХТ ТСМ АН СССР (г. Ново-
сибирск) (рис. 29). Электроды с извле-
ченным металлом могут использовать-
ся в качестве растворимых анодов
в ванне нанесения покрытия. Уста-
новка располагается рядом с ванной
улавливания и составляет с ней еди-
ную циркуляционную систему или
размещается непосредственно в ванне.
Процесс «Химелек», предложенный
фирмой ECRC, предполагает катодное
осаждение цветных металлов из про-
мывных вод в установке с псевдоожи-
женным слоем стеклянных шариков,
стабилизирующих процесс осаждения.
Осажденный металл растворяется после
переключения полярности электродов
и используется в технологическом про-
цессе.
Рис. 28. Схема локального цикла с катод,
ным осаждением металлов:
1 — ванна покрытия; 2 — промывные ваи-
ны; 3 — установка Э-УЭПР; 4 — угле-
графитовый волокнистый катод
464
Жидкие отходы а ах обезвреживание
Рис. 29. Схема локального замкнутого цикла иикельсодер жащих промывных вод:
1 — технологическая ванна; 2 — ванна промывки; 3 — диафрагменный электролизер;
4 фильтр; 5 — отстойник промывной воды; 6 — насос
«Свнс-ролл* — процесс (Швейцария)
предусматривает осаждение металлов
в катодной камере аппарата, в котором
электродная система выполнена в виде
свернутого в рулон модуля, который
может регенерироваться отдельно или
в аппарате прн переключении поляр-
ности электродов.
В УИИВХ (г. Ровно) предложена и
апробирована технология очнсткн нн-
кельсодержащнх промывных вод с це-
лью возврата воды в ванну промывки,
а никеля — в технологическую ванну
(рнс. 29). Технология основана на
электрохимическом превращении ве-
ществ в объеме раствора (образовании
гидроксидов металлов прн электрохи-
мическом подщелачивании промывной
воды в катодной камере диафрагмен-
ного электролизера). Образующиеся
в результате подщелачивания гидро-
ксиды отделяются на фильтре с плава-
ющей загрузкой, а затем направляют-
ся в ванну нанесения покрытий, очи-
щенная вода — на промывные опера-
ции. Предотвращение накопления по-
сторонних примесей в воде осуществ-
ляется за счет сброса части воды
(~10 %) на очистные сооружения цен-
трализованной системы.
Более сложное решение предложено
ВПТИЭМП (г. Кишинев) (см. рнс. 30).
Промывная вода, содержащая солн
никеля, подается в катодную зону,
а в анодном пространстве циркулирует
постепенно закисляющийся раствор
вспомогательных солей основной галь-
ванической ванны. Гидроксиды нике-
ля, образующиеся в катодной зоне,
под действием потока жидкости и
эффекта флотации выносятся в верхнее
пространство колонны. Периодическая
регенерация установки производится
путем отключения электролизного про-
странства с помощью штока, н анолит
из буферной емкости подается через
фильтрующую загрузку в зону накоп-
ления гидроксида никеля. Затем на
соленоид подают переменный ток для
создания эффекта магннтоожнження
н ускоренного растворения осадка.
Раствор, близкий по составу к основ-
ной ванне никелирования, извлекается
из установки и может повторно вво-
диться в электролит, либо из него
может извлекаться металл посред-
ством электролиза.
С точки зрения использования ло-
кальных циклов водооборота в АГЛ
следует отметить и» технологическую
Обезвреживание концентрированная отходов
465
Рис. 30. Схема установки для регенерации
ионов тяжелых металлов из промывных
ваии:
1 — катоды; 2 — анодное пространство;
3 — магнитная загрузка; 4 — соленоид;
5 — плавающая фильтрующая загрузка;
6 — шток; 7 — буферная емкость
«жесткость», ие позволяющую исполь-
зовать оборудование при изменении
технологического процесса нанесения
покрытий. Одиако конструктивная
гибкость локальных циклов достаточно
высока, особенно при размещении
в АГЛ оборудования для очистки
воды. Следует считать переспективным
разработку локальных циклов промыв-
ных вод применительно к АГЛ в со-
четании с централизованными систе-
мами водного хозяйства.
ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ОБЕЗВРЕЖИ-
ВАНИЯ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ
ЖИДКИХ ОТХОДОВ
Свойства жидких отходов, образу-
ющихся при очистке сточных вод галь-
ванических производств. Концентри-
рованные жидкие отходы, образующие-
ся при очистке технологических отра-
ботанных вод, представляют собой
трудиофильтруемые и сильиосжимае-
мые осадки. Количество концентриро-
ванных отходов, образующихся при
реагентной очистке гальванического
стока, по данным ВНИИводгео, пред-
ставлено в табл. 35.
Результаты химического анализа
твердой фазы отходов в пересчете иа
окислы металлов, по данным ЛИСИ,
представлены в табл. 36.
Плотность твердой фазы отходов
находится в пределах 2,36—2,69 г/см8.
Наиболее обобщенным параметром
водоотдачи служит удельное сопро-
тивление фильтрации, которое зави-
сит от многих факторов. Удельное со-
противление осадков реагентной очи-
стки лежит в широких пределах —
(40—1000) 1010 см/г.
В процессе электрохимической очи-
стки иа установках «ЭЛИОН» образу-
ются концентрированные отходы двух
видов: флотационный шлам в количе-
стве 0,05—0,1%; электр окоагуля-
ционный осадок в количестве 0,3—
0,4 % от объема очищаемых вод.
Флотационный шлам представляет
собой высококонцентрированную сус-
пензию влажностью 96,8—96,2 % при
продолжительности накопления 1 сут.
При периоде накопления 5 сут влаж-
ность флотационного шлама составляет
86—88 % . Фильтрационные характе-
ристики осадка и шлама приведены
в табл. 37.
Электр окоагуляциоиный осадок со-
стоит в основном из y-FeOOH с неболь-
шим (менее 10 %) содержанием
a-FeOOH. Гидравлическая крупность
частиц электрокоагуляциониого осад-
ка составляет 0,1—0,3 мм/с.
Отходы, образующиеся при обезвре-
живании концентрированных электро-
литов, представляют собой высоко-
концентрированные тестообразные су-
спензии влажностью 75—90 % . Удель-
ное сопротивление фильтрованию таких
отходов равно (5—20) 1010 См/г, по-
этому они легко обезвреживаются иа
вакуум-фильтрах без предварительного
кондиционирования.
Методы обработки жидких отходов.
Классические методы обработки кон-
центрированных жидких отходов водо-
очистки указаны иа рис. 31. Способы
обработки концентрированных жид-
ких отходов с использованием извест-
466
Жидкое отхода и их обезвреживание
35. Зависимость объема концентрированных отходов
от содержания Сгв+ в исходной воде
Восстановитель Содержа- ние Сг®+ в СТОЧНЫХ водах, мг/л Объем образующе- гося осадка, % от объема общего стока pH овадна
Бисульфит Na 10 1,8 —2,0 9,4
25 2,5 —3,2 9,2
50 3,6 —4,2 9,0
Железный купорос 10 3,8
25 9,1 9,0—9,2
50 11,6
36. Химический состав твердой фазы отходов сточных вод
гальванических производств
Содер- жание твердой фазы в осадке, % Химический состав Потерн при про- калива- нии, %
SiO, Fe,O, Ai,o, Сг„Оя MnO, ZnO CaO MgO CuO
1,6 4,9 15,3 2,3 1,1 10,3 4,0 16,3 5,5 1,9 27,4
2,2 2,9 12,9 4,7 1,0 4,6 5,8 22,9 1,5 1,4 23,6
37. Фильтрационные характеристики флотационного шлама
и осадка из осветлителя, образующихся при очистке воды
на установке ЭЛИОН
Вид образующихся твердых отходов Влажность образующегося шлама (осадка), % Удельное сопротивле- ние филь- трования, 10хо см/р Производитель- ность вакуум- фильтра, кг/(м’« ч)
Флотационный шлам: 80—190 4,6—4,8
после 1 сут накопления 93,0—95,0 80—130 4,4—4,8
после 5 сут накопления Осадок: 88,0—93,0 100—250 0,7—0,4
свежий 99,7—99,9 100—250 0,4—0,7
после 8 ч уплотнения 98,8—99,2 70—250 1,2—1,6
Смесь флотационного шла- ма и осадка (1 : 1) 97,0—98,0 50—250 2,5—2,6
Обезвреживание концентрированных отходов
467
Рис. 31. Возможные варианты обработки концентрированных жидких отходов гальвани-
ческого производства
Рис. 32. Способы обработки концентрированных жидких отходов гальванического произ-
водства с использованием известных устройств
ных устройств представлены на
рис. 32.
Уплотнение концентрированных
жидких отходов. Уплотнение — наибо-
лее распространенный и экономичный
прием уменьшения объема отходов.
В настоящее время применяются сле-
дующие методы уплотнения: гравита-
ционный, флотационный, метод сгу-
щения в центробежном поле и филь-
трационный.
Гравитационное уплотнение — са-
мый распространенный метод уплотне-
ния концентрированных отходов. Вре-
468
Жидкие отходы а их обезвреживание
Рис. 33. Уплотнитель со стержневой мешалкой;
1 — трубопровод подачи исходного осадка; 2 — нлоскреб о вертикальной решеткой
мя уплотнения устанавливается экспе-
риментально и обычно колеблется в
широком диапазоне (2 — 24 ч). Кон-
центрация уплотненных отходов со-
ставляет 8,9—150 г/л. Низкая круп-
ность частиц гндроксидных осадков
(0,1—0,3 мм/с) приводит к увеличению
размеров уплотнителей.
Для интенсификации процесса уплот-
нения производится механическое пере-
мешивание отходов, в результате ко-
торого происходит разрушение сплош-
ной пространственной структуры осад-
ка, образование в нем дренажных ка-
налов и иммобилизация воды из струк-
турных полостей осадка. Скорость вра-
щения стержневой мешалки составля-
ет 1—4 м/мин. В настоящее время
предложен ряд конструкций уплот-
нителей и перемешивающих устройств.
Для этой цели используется радиаль-
ный уплотнитель диаметром 18 м с вер-
тикальной решеткой на илоскребе,
показанных на рис. 33,
Применение элементов тонкослой-
ного отслаивания позволяет значи-
тельно сократить продолжительность
уплотнения и, следовательно, объем
уплотнителей. Тонкослойные элемен-
ты полочного и трубчатого типов вы-
полняют из плоских или гофрирован-
ных листов пластмасс.
Напорная флотация для уплотнения
концентрированных осадков имеет ряд
преимуществ по сравнению с грави-
тационным отстаиванием, которые за-
ключаются в более высокой степени
уплотнения, большей скорости про-
цесса при меньших капитальных затра-
тах. Сущность метода в том, что ча-
стицы осадка прилипают к пузырькам
воздуха и всплывают на поверхность
жидкости, образуя высококонцентри-
рованный пенный слой.
Для уплотнения отходов применяет-
ся схема напорной флотации с ре-
циркуляцией рабочей жидкости
(рис. 34).
Рис. 84. Схема напорной фло-
тации рециркуляцией рабо«
чей жидкости!
1 — сборный бак) 2 & пере»
начинающий насос) 3 са«
куратор) 4 флотационная
установка
Обезвреживание концентрированных отходов
469
Перекачивающие насосы лучше
устраивать под заливом. Воздух для
флотации может подаваться непосред-
ственно во всасывающий трубопровод
насоса через патрубок с регулирующим
вентилем, когда колебание уровней
в сборном баке не превышает 1 м.
Если это требование не выполняется,
то воздух подается через эжектор,
установленный между напорным и вса-
сывающим патрубком. Количество воз-
духа, подсасываемого эжектором, со-
ставляет 2,5—3,5 % от расхода воды,
проходящей через насос. Продолжи-
тельность пребывания жидкости в са-
тураторе 2—4 мин, давление насыще-
ния 0,2—0,4 МПа.
Однако флотационное уплотнение
концентрированных жидких отходов
гальванических производств применя-
ется редко вследствие их высокой
гидрофильности.
Сгущение жидких отходов в поле
центробежных сил является одним из
эффективных и производительных про-
цессов разделения суспензий, осуще-
ствляющихся в гидроциклонах и се-
параторах. Скорость разделения сус-
пензий по сравнению с гравитационным
отстаиванием возрастает для гидро-
циклонов в 10—20 раз, а для сепарато-
ров в 1000 раз и более. Центробежная
сила создается либо за счет танген-
циального ввода суспензий (гидро-
циклоны), либо при раскручивании
жидкости, находящейся во вращаю-
щемся роторе (сепараторы). Суще-
ственным отличием открытых гидро-
циклонов (рис. 35) является большая
удельная пропускная способность [2—
20 м3/(м2-ч)].
Размеры основных элементов
гидроцнклона с конической
диафрагмой н цилиндрической
перегородкой
Цилиндрическая часть
Диаметр гидроцикло-
на D, м............... 2—6
Общая высота Н, м . . D + 0,5
Рабочая высота Hit м D
Коническая часть
Угол наклона а ... 60°
Внутренний цилиндр
Диаметр D2, м .... 0,850
Высота цилиндра, м . . 0,80
Коническая диафрагма
Диаметр отверстия Oj, м 0,50
Угол конуса 0 .... 90°
Выпускные патрубки
Число ................ 2
Диаметр, м............ 0,05D
Для промышленного применения ре-
комендуются также многоярусные, на-
порные гидроциклоны. Однако гидро-
циклоны применяют только для сгу-
щения отходов, плотность твердой фазы
которых значительно превышает плот-
ность воды. Существенным недостатком
гидроциклонов является также боль-
шой вынос взвешенных веществ с фу-
гатом.
Сепараторы состоят из пакета та-
рельчатых пластин (рнс. 36), с зазо-
ром до 1 мм, укрепленных на враща-
ющемся валу.
За счет действия центробежной силы
частицы осаждаются на внутренней
поверхности пакета тарелок, сдви-
гаются к периферии ротора, где на-
Рис. 35. Открытый гидроциклов с кони-
ческой диафрагмой и цилиндрической пере-
городкой;
1 подающая груба; 2 — шламоотводя-
щая труба; 3 — отводящая труба освет-
ленной жидкости; 4 — кольцевой водо-
сборный лоток; 5 — коническая диафрагма;
6 — цилиндрическая перегородка
470
Жидкие отхода а ах обезвреживавив
Рис* 38* Устройство тарельчатого сепа-
ратора.
1 питающая труба) 2 ™ пакет тарелок)
3 •— ротор; 4 « выгрузочное сопло) 5 *•
сливная труба
капливаются периодически, либо вы-
гружаются через сопла.
Недостатком сепараторов является
малая надежность работы и низкая
абразивная стойкость. Из выпускае-
мых отечественных сепараторов для
сгущения суспензий, например актив-
ных илов, применяются следующие
типы: СОС 501 К-1, СОС 501 К-3,
НВ-бООм, ВСС-2 (АИС), ВСВ, СДС-631
и др. Технические характеристики
отечественных сепараторов приведены
в табл. 38.
Перспективно применение тканевых
патронных и рукавных фильтров. Им
свойственна большая поверхность филь-
трования, приходящаяся на единицу
объема аппарата, возможность легко
регулировать параметры уплотнения.
Техническая характеристика
рукавного фильтра РФ-46
Полезный объем, ма . . . 9
Рабочая площадь поверх-
ности, м3 ................. 46
Число фильтрующих эле-
ментов .................. 126
Фильтровальная ткань . . ТЛФ-5
Продолжительность филь-
трования, мин............20—40
Производительность, м?/ч 7—10
Методы кондиционирования осадков,
Флокуляционная обработка концен-
трированных отходов является высоко-
эффективным методом их подготовки
перед обезвоживанием. Для этой цели
рекомендуется использовать органи-
ческие высокомолекулярные вещества,
флокулирующее действие которых ос-
новано на адсорбции макромолекул
или ассоциатов макромолекул на по-
верхности частиц твердой массы отхо-
дов и образовании мостиков, связыва-
ющих частицы между собой. В каче-
стве синтетического флокулята в СССР
применяется полиакриламид (ПАА),
Относящийся к классу неионогенных
флокулянтов. Технический ПАА про-
38. Технические характеристики сепараторов
Параметр ВСС-2 АИС ВСВ ДСГ-35 НВ-600 СДС 351 К-04
Производительность, м3/ч Частота вращения ро- тора, 103 мин-1 Диаметр ротора, мм 5 8—15 8—15 25—30 25—30
5,0 4,7 6,0 з,о 5,0
600 516 516 600 630
Число тарелок, шт. 133 47 67 230 118
Межтарелочный за- зор, мм 0,5 1,0 0,8 1,0 1,0
Мощность электро- двигателя, кВт Габариты, мм: 13 10 22 40 75
длина 1450 1350 1430 2260 2100
ширина 1050 1000 710 1700 1140
высота 1550 1450 1474 3000 2265
Масса, кг 1400 840 1320 8665 3376
Обезвреживание концентрированных отходов
471
изводят в виде геля известкового или
аммиачного (по ТУ 6.01-1049—80) и
сухого (по ТУ 6.16-1895—74) продукта.
Известковый и аммиачный ПАА-гель—
прозрачная, молочно-белая или желто-
зеленая желеобразная вязкая тягучая
масса.
Известковый ПАА-гель содержит 7—
9 % полимера, а аммиачный — 5—6 % .
ПАА-гель поставляют в полиэтилено-
вых мешалках, вложенных в картон-
ные барабаны (40—50 кг продукта),
илн в деревянных бочках с полиэти-
леновыми вкладышами или без них
(до 100—150 кг). Гарантийный срок
хранения ПАА-геля при температуре
не выше 30 °C — 4 мес со дня приго-
товления. Сухой ПАА — порошок, со-
держащий 52—54 % полимера, его
поставляют в бумажных или тканевых
мешках массой ие более 35 кг.
Для кондиционирования отходов ис-
пользуется разбавленный раствор ПАА
концентрацией 0,01—0,5 % . Рабочие
растворы обычно готовят в две стадии:
вначале получают 0,25—1 %-ные рас-
творы, которые непосредственно перед
дозированием разбавляют до необхо-
димой концентрации. На рис. 37 при-
ведена схема установки УПР-2М для
приготовления 0,5—1,0%-ного рас-
твора ПАА, выпускаемой московским
машиностроительным заводом «Ком-
мунальник», состоящей из самой уста-
новки конструкции ПКБ АКХ, цен-
тробежного насоса 2К-20/30, бака ме-
шалки объемом 2 м3, дозирующего
бачка постоянного уровня и эжек-
тора.
Для приготовления растворов ПАА
используют также пневматические и
гидравлические мешалки. Эффектив-
ность процесса флотации повышается
при дробном введении ПАА. Во ВНИИ-
водгео разработан метод кондициони-
рования отходов, сущность которого
заключается в трехступенчатом вве-
дении в осадок раствора ПАА с одно-
временным перемешиванием стержне-
вой мешалкой, удалении осветленной
жидкости и корректировке pH извест-
ковым молоком.
Обработка отходов может осуще-
ствляться в одном аппарате и преду-
сматривает выполнение следующих опе-
раций:
наполнение сгустителя осадкомз
Рис. 37. Установка УПР-2М для растворе*
ния ПАА:
/ —* бак с размешивающим устройством;
2 — циркуляционный насос; 3 — расход-
ный бак; 4 — дозатор; 5 — эжектор раз-
бавления рабочего раствора
ввод первой дозы ПАА, составля-
ющей 50—60 % от суммарного рас-
хода ПАА;
перемешивание смеси сжатым воз-
духом в течение 30—60 с;
медленное перемешивание сфлокули-
рованных отходов стержневой мешал-
кой в течение 10—15 мин с удалением
осветленной жидкости;
ввод второй дозы ПАА, составля-
ющей 20—25 % от суммарного расхода,
перемешивание сжатым воздухом 30—
60 с, медленное перемешивание ме-
шалкой 10—15 мин с одновременным
удалением осветленной жидкости;
ввод третьей дозы ПАА, составля-
ющей 20—25 % от суммарного расхода
и обработка по методике, указанной
выше;
ввод известкового молока до pH =
= 11,5-г-12Д перемешивание мешал-
кой в течение 5 мни.
Суммарный расход ПАА при влаж-
ности исходного осадка 99 % состав-
ляет 100 мг/л, время обработки 1 ч.
Этот метод позволяет сократить объем
осадка в 2—10 раз при влажности
сгущенного продукта 91—97 %. Одна-
ко при обезвоживании кондициониро-
ванного осадка происходит его нали-
пание на фильтровальную ткаиь, что
приводит к срыву работы аппарата.
При использовании для обезвоживания
фильтр-прессов эффективность исполь-
зования флокулянтов из-за низкой
прочности образующихся агрегатов не-
велика, кроме того реагентное хозяй-
ство громоздко и занимает большие про-
472
Жидкие отхода а ах обезвреживание
изводственные площади. В связи с этим
в отечественной практике обработки
осадков флокулянты имеют ограничен-
ное применение.
Представляет интерес широко рас-
пространенный за рубежом метод цеп-
ного кондиционирования. Неорганиче-
ский коагулянт (соли железа и алю-
миния) адсорбируется иа поверхности
частиц, коагулируя их. В полученную
смесь вводится органический флоку-
лянт, объединяющий скоагулированные
клопья в единые агрегаты (цепи).
В настоящее время разработан и
внедрен метод кондиционирования осад-
ка путем подкисления концентриро-
ванной серной кислотой или отрабо-
танным травильным раствором и после-
дующей нейтрализацией щелочью (из-
вестью). Обработку осадка кислотой
проводят при pH = 24-3 почти до
полного растворения. Нейтрализация
производится известковым молоком до
pH = 11,54-12,0. При этом новооб-
разованная твердая фаза обладает луч-
шими фильтрационными свойствами,
производительность обезвоживающего
оборудования повышается в 2—3 раза.
Существенным недостатком данного ме-
тода является большой расход реаген-
тов. Применение отходов производ-
ства (отработанные травильные рас-
творы, отходы титано-магниевого про-
изводства) позволяет избежать пере-
расхода реагента.
Процессы окисления используются
для обработки кислых железосодержа-
щих отходов. Частичный или полный
перевод Fe2+ в Fe3+ до получения окси-
дов или гидроксидов значительно уско-
ряет их уплотнение. Кондиционирова-
ние отходов производится путем их
ферритизации, т. е. получения твердой
фазы, обладающей шпинельной струк-
турой и магнитными свойствами для
последующего отделения на магнитных
фильтрах. Реакции ферритизации про-
текают с образованием ферромагнит-
ных оксидов железа Fe3O4 (магнетит),
y-Fe2O3 (маггемит), ферритов с общей
формулой MenFe3_nO4.
На очистных сооружениях Киши-
невского тракторного завода внедрена
технологическая схема, в которой про-
цесс электрокоагуляционной очистки
производится при повышенном содер-
жании двухвалентного железа в рас-
творе, отделении гидроксидных отхо-
дов и проведения ферритизации путем
их подогрева до температуры более
65 °C.
Для повышения эффекта ферритиза-
ции в процессе нагрева отходов в оса-
док добавляют железный купорос.
Возможно также введение допол нитель-
иого количества двухвалентного же-
леза в виде гидроксида железа (II),
полученного после нейтрализации от-
работанных растворов травления. Этот
вариант был испытан иа очистных со-
оружениях Люблинского литейно-
механического завода.
В Уральском лесотехническом ин-
ституте разработана и внедрена тех-
нология получения магнетита нейтра-
лизацией промывных вод и отрабо-
танных травильных растворов. Однако
процесс получения магнетита в этом
случае весьма неустойчив и зависит от
ряда труднорегулируемых факторов.
Изменение структуры осадка дости-
гаемся путем введения в него приса-
дочных материалов. Присадочные ма-
териалы — инертные, легкофильтру-
ющиеся вещества, не изменяющие заря-
да частиц, ио создающие крупнопори-
стую структуру. В качестве присадок
применяют кристаллический гипс, кар-
бонат кальция, диатомит, золу ТЭЦ,
шламы конверторных и доменных газо-
очисток, известково-глинистую пыль
И др-
Применение метода замораживания
и оттаивания приводит к перестройке
структурного каркаса гидроксидов, в
результате чего скорость осаждения
увеличивается в 1000 раз, а скорость
фильтрования в 200—500 раз.
Практический интерес представляет
собой тепловая обработка осадка, в не-
сколько раз повышающая производи-
тельность обезвоживающего оборудо-
вания. Недостатком этих процессов
является их большая энергоемкость.
Предварительная обработка отхо-
дов ультразвуком интенсивностью 1,0—
1,4 Вт/см уменьшает их объем в 3 раза.
Обезвоживание жидких отходов. Обез-
воживание отходов производится в есте-
ственных условиях (шламовые пло-
щадки, накопители) и в искусствен-
ных (вакуум-фильтры, фильтр-прессы,
центрифуги). Естественные методы обез-
воживания основаны иа ноицеитриро-
Обезвреживание кояцеятрироваяялх отходов
473
39. Технические характеристики вакуум-фильтров
о наружной фильтрующей поверхностью
Марка фильтра Пл о* Щадь филь- трова- ния, м* Диаметр бара- бана, и Частота вращения, мнн*“1 Потреб- ляемая мощность Для привода бараба- на, кВт Габаритные размера, мн Масса филь- тра, к?
БОУЗ-1,75 3 1,75 0,09—2,0 0,2—0,7 2200X2570X2350 3 000
БОУ5-1.75 5 1,75 0,09—2,0 0,2—0,9 2975X 2570X 2350 4 800
БОУЮ-2,6 10 2,6 0,09—2,0 0,3—1,2 3420X 3450X 3300 7 600
БОУ20-2.6 20 2,6 0,09—2,0 0,4—1,8 4740X3450X3300 12 700
Б ОУ 20-3 30 3,0 0,09—2,0 0,4—1,8 4600X 3710X 3700 10 500
БОУ40-3 40 3,0 0,09—2,0 0,5—2,5 6550X 3960 X 3650 16 000
БОУ60-3 60 3,0 0,09—2,0 — 8800X 3960 X 3650 20 000
вании твердой фазы отходов под дей-
ствием силы тяжести, фильтрования —
под действием гидростатического давле-
ния или подсыхания в естественных
условиях. Для этих целей широко
используются шламонакопители с пе-
риодом заполнения 10—15 лет. Не-
достатками этого метода является низ-
кая эффективность процессов уплот-
нения, большие капитальные затрать»,
невозможность удаления уплотненного
осадка.
Шламовые площадки применяются на
естественном и искусственном основа-
нии с дренажом. При удельном сопро-
тивлении осадка до 1000-101° См/г
используются площадки на искусствен-
ном основании с трубчатым дренажом;
при (1000—4000) 1010 См/г — площадки
иа естественном основании с дрена-
жом. Чем ниже удельное сопротивле-
ние осадка, тем выше нагрузка на
дренажные площадки. При контакте
с поверхностными и грунтовыми вода-
ми происходит растворение твердой
фазы осадка и токсичные ингредиенты
поступают в природные воды.
Механическое обезвоживание филь-
трованием представляет собой про-
цесс отделения твердой фазы осадка
от жидкой, происходящий при раз-
ности давлений под действием разреже-
ния, избыточного давления и центро-
бежных сил. Все фильтровальное обо-
рудование делится на фильтры не-
прерывного и периодического действия.
Фильтры периодичесиого действия де-
лятся иа работающие под разрежением
(нутч-фильтры) и под давлением
(фильтр-прессы, патронные фильтры).
В свою очередь, фильтры непрерыв-
ного действии делятся на работающие
под давлением (динамические) и под
разрежением (барабанные леяточные,
дисковые).
Вакуум-фильтрация основана на уда-
лении воды из слоя осадка на ткани
под действием вакуума. Барабанный
вакуум-фильтр представляет собой по-
лый горизонтально вращающийся ба-
рабан, обтянутый фильтровальным по-
лотном и погруженный в емкость с
осадком. Обезвоженный под действием
вакуума осадок (кек) срезается с по-
лотна специальным ножом, шнурами,
роликами и другими устройствами.
Основные характеристики барабан-
ных вакуум-фильтров с наружной
фильтрующей поверхностью, выпускае-
мых отечественной промышленностью,
представлены в табл. 39.
Конструкция барабанных вакуум-
фильтров с наружной фильтрующей по-
верхностью представлена на рис. 38,а.
Фильтрат вместе с воздухом отво-
дится к ресиверу, откуда подается
самотеком или насосами иа очистку.
Вакуум создается вакуумнасосами.
В случае применения сухих
вакуум-насосов нлн обезвоживания
агрессивных осадков на вакуумной
линии должна устанавливаться ло-
вушка. Величина вакуума, создавае-
мого вакуум-насосом, должна быть
474
Жидкие отходы а их обезвреживание
а) 6)
Рис. 38. Конструкции вакуум-фильтра с наружной фильтрующей поверхностью (а) и
с входящим полотном (б);
1 — барабан; 2 — корыто; 3 — нож для съема кека; 4 — регулировочный ролик; 5 —•
разгрузочный ролик; 6 —подача сжатого воздуха; 7 —форсунка для промывки ткани;
8 — натяжной ролик; 9 — разгрузочный ролик. Зоны работы фильтра: I — фильтрация;
II — сушка; III — отдувка; IV — соединение с атмосферой
в пределах 40—66 кПа, давление
воздуха на отдуве осадка — 20—
30 кПа.
Производительность вакуум-насоса
определяется из условия расхода воз-
духа 0,5 м3/мин на 1 м2 площади,
а расход сжатого воздуха 0,1 м3/мин
иа 1 м2 площади фильтра.
Отечественная промышленность ос-
воила выпуск вакуум-фильтров со
сходящим полотном, конструкция ко-
торых представлена на рис. 38, б.
Технические характеристики барабан-
ных вакуум-фильтров со сходящим
полотном приведены в табл. 40.
Характеристики вспомогательного
оборудования вакуум-фильтров, ваку-
ум-насосов и воздуходувок приведены
в табл. 41.
Типовая схема установки барабан-
ного вакуум-фильтра показана на
рис. 39.
Преимуществами вакуум-фильтров
являются непрерывность фильтрова-
ния, высокая автоматизация, простота
и надежность эксплуатации. Недо-
статками вакуум-фильтров являются
ограниченность времени фильтроцикла
и небольшое усилие фильтрования.
По данным В. М. Любарского, вакуум-
фильтры целесообразно применять для
обезвоживания осадков, имеющих ма-
лое удельное сопротивление (до 50 X
X 1010 См/г). Удельное сопротивление
осадков сточных вод гальванических
цехов превышает 50-1010 См/г, по-
этому вакуум-фильтры для их
обезвоживания применяются крайне
редко. При выборе вакуум-фильтра
необходимо правильно подбирать ма-
териал фильтрующего полотна. До-
статочно эффективен способ обезвожи-
вания труднофильтруемых суспензий
через слой вспомогательного вещества.
Он позволяет увеличить в 3—4 раза
производительность обезвоживающего
оборудования. Завод «Уралхиммаш»
выпускает вакуум-фильтры БбНК 1-1,
БбНК 3-1,75 и БбНК 10-2,6 площадью
фильтрования соответственно 1, 3 и
10 м2. В качестве вспомогательного
вещества используют диатомит, перлит
и древесную муку.
Бердичевский завод химического ма-
шиностроения «Прогресс» выпускает
ленточные вакуум-фильтры типа ЛУ,
конструкция которых показана на
рис. 40. Преимуществом этих фильтров
является совпадение движения потока
при фильтровании с направлением гра-
витационной силы. К недостаткам сле-
дует отнести большие габариты и ма-
лый перепад давления. Технические
характеристики ленточных вакуум-
фильтров приведены в табл. 42.
Фильтр-прессование основано на
отделении из отходов воды при про-
давливании их через фильтровальную
ткань под давлением 0,2—1,6 МПа.
Среди всех обезвоживающих уст-
ройств фильтр-прессы дают кек с самой
низкой влажностью. Достоинством
фильтр-прессов следует считать то,
что обезвоживание труднофильтруемых
осадков происходит при повышенном
давлении. Для обезвоживания осадков
Обезвреживание концентрированиях отходов
475
40. Технические характеристики барабанных вакуум-фильтров
со сходящим полотном (завод «Уралхиммаш» F. Свердловск)
Марка Площадь фильтро- вания, м2 Диаметр бараба- на, мм Установ- ленная мощ- ность , кВт Масса фильтра с приво- дом, КР Объем, м’
ревероа ловуш- ки
БохОУ1-11 БохОК1-1 1 1000 1,2 1 400 0,4 0,4
БсхОУЗ-1,75! БохОКЗ-1,75 3 1750 2,0 2 500 0,4 0,4
Б0ХОУ5-1,75; БохОК5-1,75 5 1750 2,0 3 000 1,0 0,4
БохОУЮ-2,6; БохОКЮ-2,6 10 2600 3,4 7 400 1,0 0,4
БохОУ20-2,6; БохОК20-2,6 20 2600 5,6 15 600 2,5 1,0
БохОУ40-3,4; БохОК40-3,4 40 3400 12,0 25 100 4,0 2,5
41. Технические характеристики вакуум-насосов и воздуходувок,
примениемых при комплектации вакуум-фильтров
Марка вакуум-насоса Производительность по всасываемому объему, ма/мии Потребляемая мощность, кВт
вакуум- насоса при ва- кууме 70 % воздуходувки при избыточном давлении нагнета» иия 0,05 МПа вакуум- иасоза воадукодувки
ВВН-1,5 1,5 1,5 3,4 3,3
ВВН-3 3,0 3,3 3,5 5,5
ВВН-6 6,0 6,0 13 13,4
ВВН-12 12 10,4 18 21
ВВН-25 25 25 58 63
ВВН-25 50 53 100 120
476
Жидкие отходы и их обезвреживание
1 — резервуар исходного осадка; 2 — иасос для подачи осадка, 3 — дозатор реагентов;
4 — вакуум-фильтр; 5 — ресивер; 6 — воздуходувка; 7 — вакуум-насос; 8 — насос для
откачки фильтрата, 9 — резервуар для гидравлического затвора
применяют камерные и рамные фильтр-
прессы. Отечественная промышлен-
ность выпускает фильтр-прессы
ФПАКМ с поверхностью фильтрования
2,5; 5; 10; 25; 50 и 100 м2.
Конструкция автоматизированного
фильтр-пресса типа ФПАКМ показана
на рис. 41.
Фильтр-пресс состоит из набора го-
ризонтальных прямоугольных плит—
верхней и нижней поддерживающих
и средних фильтровальных. Между
плитами зигзагообразно протянута бес-
конечная лента из фильтровальной
ткани.
Фильтровальные плиты могут пере-
мещаться вверх (сжатие) или вниз
(открытие) по четырем направляющим
за счет перемещения нижней поддер-
живающей плиты. Каждая фильтро-
вальная плита разделена глухой го-
Рис. 40. Конструкция ленточного вакуум-фильтра:
1 - фильтровальная ткань; 2 — направляющие для фильтровальной ткани, 3 - бара-
баны; 4 — лоток для подачи осадка, 5 — фильтровальный стол; 6 — прорезиненная
лента; 7 — сборный коллектор фильтрата
Обезвреживание концентрированных отходов
477
42. Технические характеристики ленточных вакуум-фильтров
Параметр ЛУ-1,6-0,5-3,2 ЛУ-2,5-0,5-4,8 ЛУ-3,2-0,5-6,4 ЛУ-4-0,5-8 оо to см о >>
Площадь филь- трования, м2 1,6 2,5 3,2 4,0 10,0
Ширина лен- ты, мм 500 500 500 1250 1250
Длина вакуум- камеры, м 3,2 4,8 6,4 8,0 8,0
Скорость дви- жения ленты, м/мин 0,8—4,8 0,8—4,8 1,0—6,0 1,5—9,0 4,0—10,0
Мощность электродвигателя привода ленты, кВт 3 3 5,5 5,5 10,0
Габаритные 5580Х 1970Х 720'0X1970Х 8790Х 11 630Х 13 360Х
размеры, мм Х1750 Х1750 X 1970Х Х1750 X 1 970Х Х2 100 Х4 650Х ХЗ 500
Масса фильтра с приводом, кг 3600 4170 5060 6 470 29 760
покрытого перфорированной перего-
родкой, и нижнюю — открытую снизу.
В нижней части по периметру плиты
укреплена эластичная резиновая диа-
фрагма. Технические характеристики
отечественных фильтр-прессов типов
ФПАКМ, ФПА и ФПАВ представлены
в табл. 43.
По сравнению с известными ФПАКМ
фильтр-прессы типа ФПАВ имеют боль-
шую поверхность фильтрования, воз-
можность автоматизированной раз-
грузки осадка, занимают меныпую
площадь. К недостаткам ФПАКМ и
ФПАВ следует отнести сложность кон-
струкции, периодичность работы, ма-
лую производительность, высокую стои-
мость оборудования.
Схема установки фильтр-пресса
ФПАКМ показана на рис. 42.
Для обезвоживания отходов галь-
ванических производств применение
фильтр-прессов предпочтительнее, чем
Рис. 41. Автоматизированный фильтр-
пресс типа ФПАКМ:
1 — подача осадка; 2 — поддерживающие
плиты; 3 — натяжные ролики; 4 — филь-
тровальные плты-камеры; 5 — направ-
ляющие ролики; 6 — фильтровальная
ткань; 7 — насадка для регенерации филь-
тровальной ткани; 8 — отвод промывной
воды; 9 — коллектор отвода фильтрата;
10 — транспортный конвейер обезвожен-
ного осадка; 11 — ножи для съема обез-
воженного осадка
43. Технические характеристики фильтр-прессов типа ФПАКМ
Параметр >3 LO 04 i * с G — - . ФПАКМ-БУ ФПАКМ-10У ФПАКМ-2БУ ФПАКМ-Б0У ФПАВ-100 ФПАВ-300
Площадь фильтрова- ния, м2 Зазор между плита- ми, мм Рабочее давление, МПа Число фильтрующих плит Ширина фильтрую- щей ткани, мм Мощность электро- двигателя, кВт: механизма зажима плит привода перемеще- ния ткани маслонасосной стан- ции водонасосной станции Габаритные разме- ры, мм Масса фильтр-прес- са, кг: без оборудования с комплектующим оборудованием 2,5 45 1,2 6 700—750 3,0 1,5 1,5 17 2660Х 1760Х Х2750 4770 6300 5,0 45 1,2 6 845—920 5,5 3,0 1,5 17 3375Х 2000Х Х2780 6900 8400 10,0 45 1,2 12 845—920 5,5 3,0 1,5 17 3375Х 2000Х Х3525 8 670 10 200 25,0 45 1,2 16 1100—1200 7,5 5,5 1,5 22 3780Х2150Х Х4240 14 280 16 600 50,0 50 ’ 1,2 20 1450 10,0 5,5 1,5 22 5000Х 2930Х Х5550 23 305 25 930 100 1,0 55 1600 7,5 9500Х 3000Х Х3400 28 750 300 0,8 111 1600 10,0 14 300Х Х3 000Х Х4 200 60 000
Пр имечаиие. Изготовитель — Бердичевский завод химического машиностроения «Прогресс».
Жидкие отходы и их обезвреживание
Обезвреживание кояцеятрироваятяя отходов
479
Рис. 42. Схема установки фильтр-пресса ФПАКОД
1 — резервуар исходного осадка; 2 — насос подачи осадка? 3 — смеситель осадка с ре-
агентами; 4 — насос подачн осадка на фильтр-пресс; 5 — водонасосная станция; 6 —•
фильтр-пресс; 7 — подача сжатого воздуха
вакуум-фильтров. Наиболее приемлемы
для обезвоживания отходов гальвани-
ческих производств ленточные фильтр-
прессы, конструкция которых пред-
ставлена на рис. 43.
Технические характеристики выпу-
скаемых ленточных фильтр-прессов
приведены в табл. 44.
Для обезвоживания осадков при-
меняются непрерывные осадительные
горизонтальные центрифуги со шне-
ковой выгрузкой типа ОГШ (по
ГОСТ 8459—68). Шнек и ротор вра-
щаются с различной частотой, вслед-
ствие чего происходят уплотнение и
выгрузка твердой фазы осадка из
ротора. Технические характеристики
центрифуг представлены в табл. 45.
В СССР выпускаются центрифуги
двух типов: прямоточные и противо-
точные. Конструкция противоточной
центрифуги представлена на рис. 44.
Концентрированные жидкие отходы по-
даются в резервуар, откуда самотеком
поступают на центрифугу (рис. 45).
Обезвоженный осадок непрерывно вы-
гружается на ленточный конвейер и
подается на сушку. Фугат самотеком
или насосом отправляется на очистку.
При добавлении флокулянтов повы-
шается эффективность задержания су-
хого вещества.
Недостатком центрифуг является
большой вынос (более 40%) взвешен-
ных веществ в фугате. Перспективным
для обработки гидроксидных отходов
является метод электрообезвоживания.
Обезвоживание осадков происходит
за счет пондеромоторного давления.
Сближающиеся частицы твердой фазы
Рис. 43. Горизонтальный
ленточный фильтр-пресс;
1 — подача осадка; 2 — сме-
ситель для подачи флокулян-
тов; 3 •— металлическая сет-
ка; 4 — промывные устрой-
ства; 5 — нейлоновая филь-
тровальная ткань; 6 — отвод
фильтрата и промывной во-
ды; 7 — транспортный кон-
вейер для отвода кека
5
7
44. Технические характеристики ленточных фильтр-прессов горизонтального типа
Марка Ширина фильтроваль- ной ленты, мм Габаритные размеры Масса установки, кг Установлен- ная мощ- ность, кВт Фирма, эавод-иэготовитель
BFP-075 BFP-125 BFP-2000 750 1250 2000 1250X 1600X4500 1750Х 1600X4500 2500X1600X4500 2000 3000 4000 1,3 2,4 2,4 «Пассаваит» (ФРГ)
ЛПрЮ-12 р-001 750 2900X2300X5900 6000 4,0 Завод «Прогресс» (г. Бердичев)
ФПЛ-1-5 750 4540Х 1450Х 1600 2300 1,1 Завод «Водмашинооборудова- ние» (г. Воронеж)
45. Технические характеристики центрифуг
Параметр Противоточного типа Прямоточного типа
ОГШ-352К-03 ОГШ-501 К-04 ОГШ-501 к-10 ОГШ-631К-02 ОГШ-1001 к-01
Расчетная производительность, м3/ч: без флокулянтов с флокулянтами Частота вращения, 103 мин-1 Диаметр ротора, мм Мощность электродвигателя, кВт Габаритные размеры, м Масса, т 4—8 1—3 40 350 28 2,5X1,5X1,2 1,4 6—12 1—3 2,6 500 28 2,78X2,0X1,6 1,8 15—25 8—15 2,6 500 75 4,0Х2,7Х 1,4 8,0 20—40 12—25 2,0 630 90 4,6X2,8X1,5 12,0 50—80 35—55 1,0 1000 100 6,6X3,5X2,1 17,0
Жидкие отходы а ах обезвреживали
Обезвреживание концентрированных отходов
481
противоточной цен**
2 — шнек; 3 — от-
осадка в полость
5 — отверстия для
бункер для отвода
отверстия; 8 — бун-
Рис. 44. Конструкция
трифуги ОГШ:
/ — питающая труба;
верстия для подачи
ротора; 4 — ротор;
выгрузки кека; 6 —
фугата; 7 — сливные
кер кека
Рис. 45. Схема обезвоживания отходов
с применением центрифуги ОГШ:
/ — вектор, 2 — подача сжатого воздуха;
3 — бак приготовления раствора ПАА;
4 — подача горячей воды; 5 — центри-
фуга; 6 — бункер обезвоженных отходов;
7 — подача отходов на вывоз, 8 — отвод
фугата; 9 — отвод осветленной воды
объединяются в агрегаты, в резуль-
тате чего осадок легко обезвоживается
под действием электрокинетических яв-
лений.
Сушка отходов. Термическая сушка
предназначена для снижения объема
отходов за счет испарения связанной
воды. Высушенные отходы не обладают
адгезией с металлом, легко транспор-
тируются.
Сушка производится на сушильных
установках, которые состоят из су-
шильного аппарата (сушилки) и вспо-
могательного оборудования: топок, по-
догревателей-теплообменников, пита-
телей, циклонов, скрубберов, дутьевых
устройств, конвейеров и бункеров.
В нашей стране для сушки обезво-
женных отходов применяются барабан-
ные сушилки (рис. 46) и сушилки
со встречными струями газовзвеси.
Основные конструктивные парамет-
ры барабанных сушилок приведены
в табл. 46.
Барабанные сушилки имеют еди-
ничную производительность, но малое
напряжение по влаге — 60 кг/(м3-ч),
что обусловливает их большие габа-
риты и массу. Эти сушилки требуют
больших капитальных затрат, имеют
низкий КПД и сложны в эксплуата-
ции.
Сушилка со встречными струями яв-
ляется двухступенчатым аппаратом,
нижняя ступень которого — элемент
со встречными струями, а верхняя —
аэрофонтанный аппарат.
Рис. 46. Схема барабанной сушилки:
1 — загрузка кека; 2 — бандажи; 3 — зубчатый венец привода; 4 — отработанные газы}
5 — выгрузочная камера; 6 — выгрузка сухого осадка; 7 — ролики; 8 — ведущая ше-
стерня; 9 —• редуктор; 10 — вращающийся барабан; 11 — электродвигатель; 12 — вра-
щающиеся ролики; 13 — загрузочная камера; 14 — топка; 1S — топочные газы
16 П/р В. Л. Зубченко
482
Жидкие отходы и их обезвреживание
46. Конструктивные параметры
барабанных сушилок, выпускаемых
заводом «Прогресс» (г. Бердичев)
Диаметр Длина Масса, кг
мм
1000 4 000 6 000 5 270 5 640
1200 6 000 8 000 10 000 8 030 8 650 9 200
1600 8 000 10 000 12 000 15 590 16 830 17 920
2000 8 000 10 000 12 000 24 880 26 600 29 430
Разработан типоразмерный ряд су-
шилок со встречными струями завод-
ского изготовления: СВС-1,4-2,2;
СВС-3,5-5 и СВС-9-10, производитель-
ностью соответственно 1,4—2,2; 3,5—5
и 9—10 т/ч по испаряемой влаге.
Технические характеристики
установки СВС-3,5-5
Влажность осадка, % :
до сушкн............ 60—85
после сушки .... 20—50
Температура нагретого
воздуха, °C.............. 600—800
Габаритные размеры (в
комплексе с оборудова-
нием очистки отводимых
газов), м
длина............... 12
ширина ............. 7
высота.................. 11,3
Масса (общая), т. . . . 40
В УИИВХ (г. Ровно) разработаны
и внедрены сушилки СПС-1, СПС-2,
СПС-3, которые представляют собой
цилиндроконические камеры с рас-
положенной в нижней части газорас-
пределительной решеткой. Температу-
ра теплоносителя (топочных газов) со-
ставляет 500—600 °C. Из экономиче-
ских соображений сушилки целесооб-
разно применять когда имеется тепло-
вая энергия (отходы тепла основных
производств) и при малых объемах
обрабатываемого осадка.
В практике обработки отходов про-
изводств сушку применяют крайне
редко.
Технологические схемы обработки
жидких отходов. На основании изло-
женных выше методов обработки раз-
работаны технологические схемы об-
работки жидких отходов гальваниче-
ских стоков, показанные на рис. 47.
Схема 7 получила наибольшее рас-
пространение. Осадок уплотняется в
отстойнике и поступает на обезвожива-
ние на вакуум-фильтр илн фильтр-
пресс.
Схема II предусматривает обработку
осадка флокулянтом н подачу его на
барабанный сетчатый фильтр.
Схема /// включает узел физико-
химической подготовки осадка и обез-
воживание осадка на вакуум-фильтре
или фильтр-прессе. Достоинством этой
схемы является возможность коррек-
тировки нагрузки на аппараты в за-
висимости от качества осадка.
Схема IV предусматривает обработ-
ку осадка полиакриламидом н после-
дующее обезвоживание на центрифуге
с вывозом осадка в отвал. Схема полу-
чила широкое практическое примене-
ние.
Схема V предполагает подачу осадка
на дренажные площадки. Схема про-
ста и может быть применена прн за-
труднении с применением других схем
обработки отходов.
Схема VI включает шламонакопи-
тель, в котором осадок уплотняется
н складируется. Схема получила ши-
рокое применение на практике.
Схема VII предусматривает сгуще-
ние осадка в гидроциклоне перед по-
дачей его на обезвоживающий аппарат.
Схема VIII предусматривает обез-
воживание осадка и сушку его в су-
шильных аппаратах до влажности 6—
8%.
Схема IX включает флотатор для
уплотнения осадка перед подачей на
обезвоживающий аппарат. Из-за ги-
дрофильности гидроксидного осадка не-
обходим ввод реагентов для повыше-
ния эффективности флотации.
Обезвреживание концентрированных отходов
483
Рнс. 47. Существующие схемы обработки концентрированных отходов гальванических
производств;
1 — уплотнитель? 2 — вакуум-фильтр или фильтр-пресс; 3 — центрифуга; 4 — сушиль-
ное устройство; 5 —шламонакопнтель; 6 —дренажная .площадка; 7 —фильтр-пресс;
8 — гндроцнклон; 9 — узел подготовки осадка; 10 — флотатор; 11 — электрообезвожи-
вающее устройство; 12 — реактор магнетита; 13 — магнитный сепаратор; Ф — фильтрат;
ФГ — фугат; ФЛ — флокулянт; О — осадок; ИС — исходный сток; ОС — очищенный
сток; ОТ — отстоянная жидкость; 00 — обезвоженный осадок; Р — ввод реагентов
Схема X предусматривает уплотне-
ние и электрообезвоживание отходов
методами электрофореза, электроос-
моса и др.
Схема XI включает уплотнение, пере-
вод гидроксидиых отходов в магнитные
оксиды и выделение их на магнитных
сепараторах.
Выбор схем обработки отходов про-
изводится для каждого конкретного
случая в зависимости от количества
отходов, их состава и возможностей
дальнейшего использования.
Захоронение, утилизация концен-
трированных жидких отходов и реге-
нерация из них ценных компонентов.
В силу недостаточной разработки во-
просов утилизации и регенерации цен-
ных компонентов из концентрирован-
ных отходов последние обычио выво-
зятся на захоронение иа свалки,
шламонакопители и хранилища дру-
гого типа. При контакте таких отхо-
дов с поверхностными и грунтовыми
водами происходит вымывание ток-
16*
сичных веществ, вредно влияющих на
окружающую среду, что вызывает тя-
желые заболевания у населения. При
надлежащей организации сбора и за-
хоронения отходов на спецполигоиах
(что требует значительных капиталь-
ных затрат) решаются вопросы охраны
окружающей среды, но значительное
количество ценных компонентов отхо-
дов при этом безвозвратно теряется.
Перспективно использование отхо-
дов водоочистки в качестве сырья для
металлургических процессов. В на-
стоящее время проведены работы по
использованию таких отходов в ка-
честве сырья для изготовления различ-
ных видов строительных материалов:
пористых заполнителей, в качестве
пигмента растворов защитно-декора-
тивной отделки зданий или пигмента
для фритта глазури облицовочных
плиток. Введение отходов в глинистое
сырье пористых заполнителей снизило
температуру плавления и улучшило
вспучиваемость материалов.
484
Жидкие отходы и их обезвреживание
Для приготовления декоративного
раствора отходы в количестве до 30 %
вводились в цементно-песчаный фак-
турный раствор. Полученный раствор
перемешивался и наносился на бетон-
ную поверхность. Цвет изменялся от
бежевого до светло-коричневого.
При изготовлении керамических пли-
ток отходы вводились в состав перли-
тово-боратной глазури в количестве
3—20 %. Глазурь наносилась на ке-
рамическую плитку после обжига,
после этого плитка обжигалась при
температуре 1030—1120 °C. Цвет пли-
ток — ровный шоколадный.
При введении гальванических отхо-
дов в количестве 3—15 % в формовоч-
ную массу при производстве красного
глиняного кирпича и керамики их
технологические свойства не ухудша-
лись.
Другим направлением утилизации
отходов является их использование
для получения коричневых пигментов
для лакокрасочных материалов. В Яро-
славском политехническом институте
разработан метод получения пигмента,
особенностью которого является вве-
дение в жидкие отходы зародышей
a-FeOOH в количестве 5 %, которые
сдвигают кристаллизацию отходов в
сторону образования оксигидратов а-
формы.
Получение отходов с ферритизиро-
ванной твердой фазой, обладающей
магнитными свойствами, расширяет
возможности их утилизации. По дан-
ным МХТИ, такие отходы предпола-
гается использовать в таких отраслях,
как радиотехника и электротехника.
Однако сырье для этих целей должно
обладать повышенной чистотой и ста-
бильностью состава.
За рубежом в последнее время ши-
роко применяется метод силикатиза-
ции отходов гальванического производ-
ства, сущность которого заключается
во введении в отходы раствора Na2SiOs,
нагревании и отделении фильтрова-
нием осадка ферросиликата.
Представляет интерес регенерация
из отходов коагулянта путем допол-
нительного электролиза.
Перспективным является метод Элек-
тр оосаждения, согласно которому от-
ходы поступают в электролизер, где
анодом является уголь или коррозион-
но-стойкая сталь, а катодом — металл,
который извлекают из отходов. Когда
толщина осажденного металла дости-
гает 0,1—0,3 мм, процесс прекращают
и металл снимают с электрода.
Все перечисленные выше методы
утилизации и регенерации ценных ком-
понентов из отходов являются до-
статочно дорогостоящими. Более эко-
номичным представляется . создание
централизованных станций обработки
осадков с утилизацией вторичных ре-
сурсов.
ГЛАВА 13
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ ВАНН
ТРЕБОВАНИЯ К СЕТИ, ПИТАЮЩЕЙ
ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫЕ АГРЕГАТЫ
Включение в сеть выпрямительных
агрегатов приводит к значительному
искажению кривой напряжения. Ос-
новной причиной искажения являются
коммутационные провалы напряжения.
Провалы напряжения есть результат
коротких замыканий, имеющих место
при переходе нагрузки с одного тири-
стора на другой без разрыва тока.
Эти замыкания отличаются от аварий-
ных своей кратковременностью.
Коммутационные искажения зависят
от схемы выпрямления, числа фаз
выпрямителя, мощности агрегата, тре-
буемой глубины регулирования, мощ-
ности питающей сети.
В результате искажений напряжения
и тока увеличиваются нагрев сетевого
трансформатора, загрузка сети реак-
тивным током, происходит нарушение
работы устройств автоматики и релей-
ной защиты.
Искажение сети сказывается также
на условиях работы системы импульс-
но-фазового управления (СИФУ) са-
мих выпрямительных агрегатов.
Коммутационные провалы, обуслов-
ленные работой одного выпрямитель-
ного агрегата, могут привести к на-
рушению работы другого. Особенно
заметно проявляются искажения, ко-
гда мощность выпрямительных агре-
гатов соизмерима с мощностью питаю-
щего трансформатора.
В связи с изложенным при проекти-
ровании сети необходимо при выборе
сетевого питающего трансформатора
для тиристорной нагрузки выполнение
условия:
SK > 30 S sn,
где SK — мощность короткого замы-
кания питающего трансформатора;
£Sn— суммарная мощность выпря-
мительных агрегатов.
Следует выделять тиристорную на-
грузку путем подключения ее к от-
дельному трансформатору и путем ра-
ционального секционирования шин,
отделяя ее от «спокойной нагрузки».
При компенсации низкого коэффи-
циента мощности при глубоком ре-
гулировании выпрямительных агре-
гатов путем установки конденсаторов
следует учитывать возможность появ-
ления при определенных условиях
резонанса токов на высших гармониках
и перегрева последних.
Питание силовых цепей выпрями-
тельных агрегатов мощностью до
150 кВт и их цепей управления осуще-
ствляется от сети 380 В, мощностью
свыше 150 кВт — от сети 6 или 10 кВ,
а цепи управления — от сетя 380 В.
В случае несоответствия группы
соединений сетевого трансформатора
(6 или 10 кВ), питающего силовой
трансформатор выпрямительного агре-
гата и сетевого трансформатора
(380 В), питающего цепи СИФУ этого
агрегата, обмотки трансформатора це-
пей управления агрегата следует пере-
ключить соответствующим образом.
Элементы защиты, устаиовлеиные
иа питающем пункте, должны быть
выбраны с учетом обеспечения селек-
тивности срабатывания защиты вы-
прямительного агрегата.
ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ,
ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ
К ИСТОЧНИКАМ ПИТАНИЯ
Возросший уровень гальванического
производства, появление новых тех-
нологических процессов определяют
новые дополнительные требования,
предъявляемые к современным источ-
никам питания:
расширение ряда номинальных на-
пряжений;
упорядочение ряда номинальных то-
ков;
486
Источники питания ванн
обеспечение широкого диапазона ре-
гулирования напряжения и тока;
повышение точности стабилизации
выходных параметров;
обеспечение реверсивного и импульс-
ного режимов работы;
уменьшение пульсаций;
обеспечение бесконтактного управ-
ления включением и отключением на-
грузки;
возможность дистанционного управ-
ления источником;
обеспечение работы источника по
фиксированным программам, опреде-
ляющим технологические режимы по-
крытий;
максимальное удобство обслужива-
ния;
управление агрегатом с помощью вы-
числительной машины путем подачи
на систему управления стандартизи-
рованных дискретных н аналоговых
сигналов;
повышение энергетических показа-
телей.
Расширение ряда напряжений вы-
звано внедрением новых прогрессив-
ных технологических процессов. Так,
для процессов твердого анодирования
алюминия и его сплавов, эмат^лиро-
вания требуются источники на номи-
нальное напряжение 115В постоянного
тока, а для анодирования титана —
до 220 В.
Широкий диапазон регулирования
напряжения позволяет обрабатывать
в ваннах детали любых размеров с лю-
бой плотностью тока.
Повышенные требования к качеству
покрытий, экономный расход материа-
ла покрытий, увеличение производи-
тельности формируют требования по-
вышения точности стабилизации за-
даваемых параметров. Импульсный и
реверсивный режимы работы источ-
ников интенсифицируют процесс на-
несения покрытий, положительно влия-
ют на структуру покрытий, придавая
нм твердость, износостойкость, по-
вышают антифрикционные свойства.
Применение режимов реверсирова-
ния в сочетании с программным управ-
лением обеспечивает получение моно-
кристаллических покрытий с мелко-
зернистой плотной структурой. Как
оказалось, значительное число про-
цессов чувствительно к пульсациям
выпрямленного тока. Принцип регу-
лирования путем изменения угла уп-
равления, заложенный прн использо-
вании тиристоров, приводит к значи-
тельным пульсациям выпрямленного
тока. Это ухудшает качество покрытий.
Особенно чувствительны к пульсациям
процессы хромирования, серебрения,
меднения, никелирования.
Бесконтактное управление включе-
нием и отключением нагрузки позво-
ляет упростить автоматизацию управ-
ления линней, увеличить надежность
работы агрегата, исключить подгора-
ние контактов коммутационной аппа-
ратуры.
Дистанционное управление позво-
ляет установить выпрямительные агре-
гаты вне среды, насыщенной парами
кислот и щелочей, и тем самым уве-
личить срок службы источников, улуч-
шить условия труда эксплуатацион-
ного персонала и ввести диспетчери-
зацию управления источниками.
Применение программных устройств
даст возможность обеспечить соблю-
дение технологического процесса, вы-
свободить персонал от необходимости
постоянного наблюдения и управления
ходом процесса, улучшить качество
покрытия, увеличить производитель-
ность .
Управление выпрямительными агре-
гатами от ЭВМ позволит максимально
автоматизировать процесс осаждения,
включить агрегаты в общую систему
АСУ ТП.
Высокая энергоемкость гальваниче-
ских процессов, длительная эксплуата-
ция мощных выпрямительных агре-
гатов ставнт задачу повышения энер-
гетических показателей.
В соответствии с техническими тре-
бованиями разработана н освоена се-
рия выпрямительных агрегатов ТЕ н
ТВ. При нх разработке использован
опыт эксплуатацнн источников серии
ВАК и В АКР. Применение сильноточ-
ных тиристоров с малым падением
напряжения позволило уменьшить мас-
согабаритные показатели, улучшить
энергетические показатели. Расшире-
ние ряда напряжений поставило усло-
вие использовать новые схемы выпрям-
ления: кольцевую, трехфазную, мо-
стовую.
Система управления решена на ми-
Типы выпрямительных агрегатов
487
кроэлектронных элементах, что позво-
лило повысить точность стабилизации
параметров.
Значительно уменьшена типовая
мощность мощных выпрямительных аг-
регатов, что также дало возможность
уменьшить их массогабарнтные по-
казатели.
ТИПЫ И ХАРАКТЕРИСТИКИ
ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ
Выпрямительные агрегаты серии ТЕ,
ТЕР, ТВ, ТВР и ТВИ предназначены
для питания гальванических ванн одно-
полярным или реверсивным, непре-
рывным или импульсным постоянным
током.
Типаж и основные параметры. Тех-
нические требования, изложенные вы-
ше, определили ряд значений напряже-
ний и токов, включенных в типаж
выпрямительных агрегатов основного
исполнения.
Агрегаты основного исполнения обес-
печивают номинальные параметры ис-
точника, глубину регулирования, ста-
билизацию уставок тока, напряжения
и плотности тока с заданной точностью,
реверсирование выходного тока и им-
пульсный режим. Они позволяют осу-
ществить управление непосредственно
на агрегате и дистанционно — от пуль-
та, принимать команды управления от
ЭВМ.
Для решения ряда технологических
задач, поставленных техническими тре-
бованиями, в типаж включен набор
дополнительных функциональных уст-
ройств. Подключение этих устройств
к агрегату основного исполнения об-
разует новое исполнение, сохраняю-
щее при этом характеристики основ-
ного. Например, при включении сгла-
живающего реактора в состав агрегата
обеспечивается снижение пульсации.
Дополнительные устройства кон-
структивно выполнены в отдельных
шкафах и поставляются по особому
заказу потребителя.
В табл. 1 и 2 приведен типаж основ-
ного исполнения выпрямительных аг-
регатов мощностью до 50 кВт и свыше
50 кВт.
Типаж выпрямительных агрегатов
(см. табл. 1 и 2) предусматривает мо-
дификации исполнении (табл. 3, 4),
каждая из которых представляет собой
агрегат основного (нулевого) типоис-
полнення с определенным набором
дополнительных устройств:
1 — сглаживающим реактором (СР);
2 — пультом дистанционного управ-
ления (ПДУ);
3 — пультом программного управ-
ления (ППУ);
5 — сглаживающим реактором (СР)
и пультом дистанционного управления
(ПДУ);
6 — сглаживающим реактором (СР)
и пультом программного управления
(ППУ);
8 — сглаживающим реактором (СР)
и шкафом высоковольтного ввода
(ШВВ);
9 — без системы автоматического ре-
гулирования ;
10 — пультом дистанционного уп-
равления (ПДУ) и шкафом высоко-
вольтного ввода (ШВВ);
1 1—пультом программного управ-
ления (ППУ) и шкафом высоковольт-
ного ввода (ШВВ);
12 — сглаживающим реактором
(СР), пультом дистанционного управ-
ления (ПДУ) и шкафом высоковольт-
ного ввода (ШВВ);
13 — сглаживающим реактором
(СР), пультом программного управле-
ния (ППУ) и шкафом высоковольтного
ввода (ШВВ);
14 — шкафом высоковольтного ввода
(ШВВ).
Типаж охватывает выпрямительные
агрегаты выходной мощностью 1,2—
1200 кВт. Конструктивные решения
агрегатов максимально унифицирова-
ны. Конструкции агрегатов до 80 кВт—
одношкафная, со встроенными сило-
выми трансформаторами, свыше
80 кВт — двухшкафного исполнения.
Выпрямительные агрегаты ТВ1-25000/
24Т-ОУХЛ4 и ТВ1-25000/48Т-ОУХЛ4
имеют два выпрямительных шкафа.
Выпуск агрегатов типа ТЕ1-100/
12-ОУХЛ4, ТЕР1-100/12-ОУХЛ4,
ТЕ1-ЮО/24-ОУХЛ4, ТЕР1-100/
24-ОУХЛ4, ТЕ1-400/12-ОУХЛ4,
ТЕР1-400/12-ОУХЛ4, ТЕ1-400/
24-ОУХЛ4, ТЕР1-400/24-ОУХЛ4 ос-
воен Рассказовским заводом низко-
вольтной аппаратуры. Остальные агре-
гаты этой группы выпускаются Бы-
1. Технические характеристики выпрямительных агрегатов серии ТЕ, ТЕР, ТВ, ТВР и ТВИ
мощностью до 50 кВт
Тип агрегата Номиналь- ный посто- янный ток. А Номиналь- ное посто- янное на- пряжение. В Наибольшее постоянное напряже- ние, В кпд Коэффи- циент мощ- ности Расход охлаждаю- щей воды, м*/ч, ие ме- нее Схема вы- прямления Тнп преобра- зовательного трансформатора (встроенного) Габаритные раз- меры (с закры- тыми дверями шкафа агрегата), мм
ТЕ1-100/12Т-ОУХЛ4 ТЕР1-ЮО/12Т-ОУХЛ4 ТЕЫОО/24Т-ОУХЛ4 ТЕ1-315/115Т-ОУХЛ4 ТЕ1-400/12Т-ОУХЛ4 ТЕР1-400/12Т-ОУХЛ4 ТЕ1-400/24Т-ОУХЛ4 ТЕР1-400/24Т-ОУХЛ4 ТЕ1-400/48Т-ОУХЛ4 ТВ1-800/12Т-ОУХЛ4 ТВР1-800/12Т-ОУХЛ4 ТВ1-800/24Т-ОУХЛ4 ТВР1-800/24Т-ОУХЛ4 100 12 13,2 0,78 0,85 — зн ТСП-2/0,4 600Х 400X1200
0,84
ТСП-4/0,4
315 115 126,5 0,92 0,93 зм ТСП-40/0,4 1000X 600X1680
400 12 13,2 0,93 0,82 0,92 6УР ТСП-8/0,4 1000X 400X1680
24 26,4 0,88 0,93 ТСП-16/0,4
48 52,8 0,89 0,1 ТСП-З», 5/0,4 1000X 600X1680
800 12 13,2 0,83 0,92 ТСП-16/0,4 1000X 400X1680
24 26,4 0,88 0,93 ТСП-31,5/0,4 1000X 600X1680
шла патана» ваяя
Продолжение табл. 1
Тип агрегата Номиналь- ный посто- янный ток, А Номиналь- ное посто- янное на- пряжение, В Наибольшее постоянное напряже- ние, В кпд Коэффи- циент мощ- ности Расход охлаждаю- щей воды» м’/ч, не ме- нее Схема вы- прямления Тип преобра- зовательного трансформатора (устроенного) Габаритные раз- меры (о закры- тыми дверями шкафа агрегата), мм
ТВ1-800/48Н-9 ТВ1-1600/12Т-ОУХЛ4 ТВР1-1600/12Т-ОУХЛ4 ТВ1-1600/24Т-ОУХЛ4 ТВР1-1600/24Т-ОУХЛ4 ТВИ1-1600/24Т-ОУХЛ4 ТВ1-3150/12Т-ОУХЛ4 ТВР1-3150/12Т-ОУХЛ4 ТВИ-3150/12Т-ОУХЛ4 800 48 52,0 0,89 0,93 0,1 6К ТСП-63/0,4 1000X 600X1680
1600 12 13,2 0,83 0,92 6УР ТСП-31,5/0,4
24 26,4 0,87 0,93 ТСП-63/0,4
3200 12 13,2 0,83 0,92 0,2
Примечания: 1. Напряжение питающей сети 380 В.
2. Обозначения: 6К — шестнфазная кольцевая; 6УР — шестифазная с уравнительным реактором^ 6М — треи-
фазная мостовая; ЗН — трехфазная нулевая.
Типа вапрямитемяая агрегатов
2. Технические характеристики выпрямительных агрегатоа серии ТВ, ТВР и ТВИ мощностью свыше 50 кВт
Тип агрегата Номинальный постоянный ток, А Номинальное постоянное напряжение, В Наибольшее постоянное на- пряжение, В кпд Коэффициент мощности Расход охла- ждающей жид- кости, мв/ч, ие менее Схема выпрям- ления Тип преобразова- тельного транс- форматора Габаритные раз- меры (с закры- тыми дверями шкафа агрегата), мм
ТВ1-1600/48Т-ОУХЛ4 ТВ1-3150/24Т-ОУХЛ4 ТВИ1-3150/24Т-ОУХЛ4 ТВР1-3150/24Т-ОУХЛ4 ТВ1-6300/12Т-ОУХЛ4 ' , ТВР1-6300/12Т-ОУХЛ4 ТВ1-1000/115Т-ОУХЛ4 ТВ1-3150/48Т-ОУХЛ4 ТВ 1 -6300/24Т-ОУХЛ4 ТВИ1-6300/24Т-ОУХЛ4 ТВР1-6300/24Т-ОУХЛ4 ТВ1-12500/12Т-ОУХЛ4 ТВР1-12500/12Т-ОУХЛ4 ТВ1-6300/48Т-ОУХЛ4 ТВ 1-12500/24Т-ОУХЛ4 * ТВР1-12500/24Т-ОУХЛ4 * ТВ1-3150/115Т-ОУХЛ4 * ТВ1-25000/24Т-ОУХЛ4 * ТВ1-25000/48Т-ОУХЛ4 * * Агрегаты имеют иапря 1600 48 53 0,91 0,92 0,2 6К ТСЗПК-160/0,7Г 1432Х 1920Х 1860
3150 24 26,4 0,89 0,92 0,36 6УР ТСЗПУ-160/0.7Г 1530Х 1920Х 1860
63Q0 12 14,2 0,84 0,91 0,6 6УР ТСЗПУ-160/0,тЧ< 1265Х 1920Х 1860
1000 3150 115 48 123 53 0,92 0,91 0,9 0,91 0,15 0,3 ЗМ 6К ТСЗП-160/0.7Г ТСЗПК-320/0.7Г 1320X1815X1860 1580X2115X 1860
6300 24 26,4 0,88 0,92 0,6 6УР ТСЗПУ-320/0.7Г 1675X2015X1860
12 500 12 13,5 0,82 0,9 1,6 ТСЗПУ-320/0.7Г 1875X 2090X1860
6 300 48 49,5 0,91 0,9 0,5 6К ТСЗПУ-630/10Г 2535X2630X1860
12 500 24 25,2 0,89 0,9 1,6 6УР ТСЗПУ-630/10Г ТСЗПУ-630/10Г 2535X 2645X1880
3 150 115 24 48 1ИТЭЯИЯ 115 25,2 49,2 силов 0,92 0,88 0,91 ой це 0,9 0,3 6К ТСЗПК-630/10Г ТСЗГ#У-12500/10Г ТСЗПУ-2500/10Г равления — 380 В. 2500X2645X1860 3060X3400X2625 3200X 3560X 3000
25 000 жеиия I 0,9 пи 6 4,0 или 10 6УР <В, уп
Примечания. 1. Напряжение питающей сети 380 В. 2. Обозначения: 6К — шестифазиая кольцевая; 6УР — шестифазная с уравнительным реактором; ЗМ — трехфазная мостовая.
Источники питания ват
Типы выпрямительных агрегатов
491
3. Модификация выпрямительных агрегатов.
Тип агрегата Дополнительные устройства
1 2 3 6 1 6
ТЕ1-100/12Т-ОУХЛ4 + + + __
ТЕР1-ЮО/12Т-ОУХЛ4 + + — +
ТЕ1-ЮО/24Т-ОУХЛ4 + + — +
ТЕ1-315/115Т-ОУХЛ4 + +
ТЕ1-400/12Т ОУХЛ4 —— +
ТЕР1-400/12Т-ОУХЛ4 —- + ——
ТЕ1-400/24Т-ОУХЛ4 +
ТЕР1-400/24Т-ОУХЛ4
ТЕ1-400/48Т-ОУХЛ4 — + + — —
ТВ1-800/12Т-ОУХЛ4 + + + __
ТВР1-800/12Т-ОУХЛ4 + + + +
ТВ1-800/24Т-ОУХЛ4 + + +
ТВР1-800-24Т-ОУХЛ4 —
ТВ1-1600/12Т-ОУХЛ4 + + + + +
ТВР1-1600/12Т-ОУХЛ4 + + + + +
ТВ1-1600/24Т-ОУХЛ4 + + + + +
ТВР1-1600/24Т-ОУХЛ4 + + + + +
ТВИ1-1600/24Т-ОУХЛ4
ТВ1-3150/12Т-ОУХЛ4 + + + + +
ТВР1-3150/12Т-ОУХЛ4 + + + + +
Примечание. Знак «минус» означает отсутствие дополнитель-
ных устройств,
4. Модификация выпрямительных агрегатов
Тип агрегата Дополнительные устройства
I 2 3 6 в а 10 11 12 13 14
ТВ1-1000/115Т-0 +
ТВ1-1600/48Т-0 — + +
ТВ1-3150/24Т-0 + + + + +
ТВ1-3150/48Т-0 +
ТВ1-3150/115Т-0 —— + — —— + + +
ТВ1-6300/12Т-0 + + + + +
ТВ1-6300/24Т-0 + + + + +
ТВ1-6300/48Т-0 — — + —- +
ТВ1-12500/12Т-0 + + + + +
ТВ1-12500/24Т-0 + + + + + + + + + + +
ТВ1-25000/24Т-0 — + +
ТВ1-25000/48Т-0 — +
ТВР1-3150/24Т-0 + + + + +
ТВР1-6300/12Т-0 + + + + +
ТВР1-6300/24Т-0 + + + + +
ТВР1-12500/12Т-0 + + + + +
ТВР1-12500/24Т-0 ТВИ1-3150/24Т-0 ТВИ1-6300/24Т-0 + + *4- + + + + + + + +
Пр имечание. Знак «минус» означает отсутствие дополнитель-
ных устройств.
492
Источники питания ванн
стровским электротехническим заводом
(Киргизская ССР).
Выпрямительные агрегаты серин
мощностью свыше 50 кВт выпускаются
заводом «Электропреобразователь»
(г. Гай, Оренбургская область).
Технические характеристики н обо-
значения выпрямительных агрегатов.
Обозначение агрегатов приведено на
рис. 1.
Условия эксплуатации: высота над
уровнем моря — 1600 м; относитель-
ная влажность окружающего воздуха
при температуре плюс 25 °C — 80 % ;
окружающая среда — невзрывоопас-
ная, не насыщенная токопроводящей
пылью, не содержащая агрессивные
пары и газы (должна удовлетворять
санитарным нормам СН-245-78).
Агрегаты автоматически стабилизи-
руют следующие параметры:
ток и среднее значение тока в им-
пульсе в диапазоне изменения уставок
от 10 до 100 % (погрешность ±3 %);
напряжение в диапазоне изменения
уставок от 0,5{7НОм до (7НОм в первом
режиме и от 0,25Л/НОМ до 0,5t7HOM во
втором режиме (погрешность ±3 %);
плотность тока (погрешность ±6 %).
Для агрегатов, рассчитанных на
номинальное напряжение 12 В, ста-
билизация напряжения во втором ре-
жиме обеспечиваетси при минимальном
напряжении 2 В.
При ручном регулировании выход-
ное напряжение можно изменять от
нуля до наибольшего значения.
TOOHZ3 СНТ — ср УХИ
— 0 основное
। исполнение
I—/ модификации
--------Трансформаторное
подключение к сети
----------выходное напряжение
В
—-------Выходной ток, А
Класс перегрузки
Реверсивный или
импульсный режим
(Рили И)
Охлаждение тирис
торов
В-водяное
Е естественное
Тириторныи
Рис. 1. Обозначения выпрямительных
агрегатов
На агрегатах предусматриваются три
вида защит: от перегрузок — более
1,1/ном! от короткого замыкании, сра-
батывающей прн токах более 2/ном;
от перегрева тиристоров.
Реверсивные агрегаты имеют воз-
можность менять полярность выход-
ного тока вручную и автоматически.
При автоматическом реверсе можно
задавать полярность в начале техноло-
гического процесса. В агрегатах преду-
смотрено раздельное регулирование
значений прямого и обратного токов.
Импульсные агрегаты позволяют по-
лучать непрерывные и импульсные
токи. Длительность импульсов от 0,01
до 0,1 с, пауз — от 0,03 до 0,5 с.
Для управления агрегатами с по-
мощью внешних сигналов от ЭВМ
предусматриваются специальные вы-
воды.
СИЛОВАЯ ЧАСТЬ
ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ
Схемы выпрямления, используемые
в агрегатах серии ТЕ, ТВ, ТЕР, ТВР
н ТВИ. Функции выпрямления пере-
менного тока осуществляет блок ти-
ристоров, выполняемый в соответствии
со схемой выпрямления.
Целесообразность выбора схемы вы-
прямления определяется ее энерге-
тическими показателями, режимом ра-
боты трансформатора, его типовой
мощностью, эффективностью исполь-
зования тиристоров По току и напря-
жению, конструктивными особенно-
стями реализации схемы.
Наиболее распространенной схемой
выпрямления для источников питания
иа большие токи и низкие напряжения
является схема две обратные звезды
с уравнительным реактором.
В последние годы получила распро-
странение кольцевая схема. В работе
[9] дан подробный анализ и сравнение
кольцевой схемы со схемой две обрат-
ные звезды с уравнительным реактором
и показана целесообразность примене-
ния в отдельных случаях кольцевой
схемы для выходных напряжений агре-
гатов.
На основе анализа схем выпрямле-
ния, а также принимая во внимание
опыт отечественного н зарубежного
Силовая часть выпрямительных агрегатов
493
проектирования источников питания
для гальванического производства,
разработчики серии выпрямительных
агрегатов в основном применили схему
две обратные звезды с уравнительным
реактором. На ее основе выполнены
все типы агрегатов иа выходное на-
пряжение 12 и 24 В.
Шестифазная кольцевая схема вы-
прямления применена на сильноточ-
I I' агрегатах напряжением 48 В.
1рехфазная мостовая схема использо-
вана в агрегатах на выходное напряже-
ние 115 В.
По трехфазной нулевой схеме собра-
ны агрегаты на 100 А; ТЕ1-100/12Т,
ТЕР1-100/12Т, ТЕ1-100/24Т и
ТЕР1-100/24Т.
Состав силовой части выпрямитель-
ного агрегата. Силовая часть агрегата
включает в себя блок коммутационной
аппаратуры, преобразовательный
трансформатор, блок тиристоров.
Силовая часть определена требуемы-
ми выходными параметрами, мощно-
стью и выбранной схемой выпрямле-
ния. Целесообразность применения той
или иной схемы выпрямления диктует-
ся энергетическими показателями, то-
ковой загрузкой тиристоров, выход-
ным напряжением, конструктивными
особенностями реализации схемы, ма-
териалоемкостью.
Роль коммутационно-защитных ап-
паратов иа вводе агрегата, питаемого
от сети 380 В, выполняют автоматиче-
ский выключатель и контактор (пу-
скатель). Выбор этих элементов осу-
ществлен с учетом напряжения сети
и потребляемых линейных токов агре-
гата. Автоматический выключатель от-
ключает аварийные токи, превышаю-
щие выбранную кратность уставки и
обеспечивает селективность при пуске
агрегата. Коммутационная способность
контактного узла контактора обеспе-
чивает отключение аварийных токов,
не допуская его сваривания.
Технические характеристики авто-
матических выключателей и пускате-
лей, применяемых в агрегатах, при-
ведены в табл. 5.
Трансформаторы тока установлены
таким образом, что независимо от
схемы соединения сетевых обмоток —
звезда или треугольник — по ним про-
текает фазный ток. Благодаря этому
напряжение, формируемое иа вторич-
ных обмотках трансформаторов тока,
пропорционально фазным токам, что
важно для отстройки защиты. Источ-
ником питания защиты от перегрузок
и коротких замыканий является диод-
ный трехфазный мост, питаемый от
вторичных обмоток трансформаторного
тока.
При питании агрегата от сети 6
или 10 кВ напряжение от внешнего
коммутационного аппарата (масляного
выключателя) или высоковольтного
шкафа (ШВВ) подается непосредствен-
но на сетевые обмотки преобразователь-
ного трансформатора.
Для этих трансформаторов допол-
нительно предусматриваются комму-
тационные аппараты, обеспечивающие
управление масляным выключателем
или ШВВ. Для исключения влияния
пусковых токов трансформатора иа
время пуска отключение защиты обес-
печивается с помощью реле. Силовые
трансформаторы выпрямительных аг-
регатов мощностью до 80 кВт выпол-
нены открытого незащищенного испол-
нения и размещаются внутри шкафа.
Магнитопровод трансформатора выпол-
нен из шихтованной электротехниче-
ской стали. На его стержни надеты
цилиндрические катушки с сетевыми
и вентильными обмотками. Сетевые
обмотки выполнены из медного провода
сплошной навивкой.
Вентильные обмотки секционирова-
ны, в соответствии со схемой выпрям-
ления их выводы объединяются для
подключении к тиристорным блокам.
Особенность этого трансформатора —
наличие экранной обмотки, исключаю-
щей попадание сетевого напряжения
на вентильные обмотки при нарушении
электрической изоляции между ними.
Трансформаторы агрегатов мощностью
свыше 50 кВт имеют типовые мощности
от 160 до 2500 кВ-А. Все они выпол-
нены в отдельных шкафах, сухие,
с естественным охлаждением.
Трансформаторы типовой мощностью
160 и 320 кВ-А имеют усиленную
электрическую изоляцию, что исклю-
чает возможность попадания напря-
жения сети на вентильные обмотки.
Высоковольтные трансформаторы уком-
плектованы пробивными предохрани-
телями.
5. Технические данные коммутационной аппаратуры, применяемой в выпримительных агрегатах серий ТЕ и ТВ «5
Тип агрегата Фазный ток агре- гата, А Автоматический выключатель Тип
Тип Номи- нальный ток ^ном> А Ток расцепи- теля, А Кратность тока отсеч- ки нли ток срабатыва- ния, А пускателя (контактора) трансформатора тока
ТЕ1-100/12Т ТЕ1-100/24Т ТЕ1-400/12Т ТЕ 1-400/24Т ТВ1-800/12Т ТВ1-400/48Т ТВ1-800/24Т ТВ1-1600/12Т ТЕ1-315/115Т ТВ1-800/48Т ТВ1-1600/24Т ТВ1-3150/12Т Т&1-1600/48Т ТВ 1-3200/24Т ТВ1-6300/12Т ТВ1-1000/115Т ТВ1-3150/48Т ТВ 1-6300/24Т ТВ1-12500/12Т ТВ1-6300/48Т ТВ1-12500/24Т ТВ1-3150/115Т ТВ 1-25000/24Т ТВ1-25000/48Т 1,60 3,30 6,18 АЕ-2026-10УЗ 16 10 12?ном ПМЕ-111 ТК40-5/5
16 ТК40-10/5
П.7 АЕ-2036-10УЗ 25 25 ПМЕ-211 ТК40-25/5
21,2 АЕ-2046-10УЗ 63 63 ПМА-4100 ТК40-30/5
43,0 АЕ-2056-10УЗ 100 100 ПМА-5100 ТК40-50/5
105,0 А-3722БУЗ 250 250 2000 КТ-6033 Т-0,66-200/5
Т-0,66-400/5
196,0 196,0 196 А-3732БУЗ 400 400 3200 КТ-6043
21,3 — — — — ТПЛ-30/5
42,6 83,0 ТПЛ-50/5 ТПЛ-100/5
Источники питания ванн
Системы управления, защиты и регулирования
495
Уравнительные реакторы в новой
серии выполнены иа тороидальных
сердечниках с обмотками из медиых
шин. Использование витых магнито-
проводов позволило упростить их кон-
струкцию, уменьшить габариты, сде-
лать реакторы более технологичными
в изготовлении. В агрегатах мощно-
стью до 50 кВт реакторы устанавли-
ваются в шкафах выпрямителя, свыше
50 кВт—встраиваются в шкафы
трансформаторов над ярмом.
Блок тиристоров включает: тири-
сторы (штыревые, таблеточные); охла-
дители; импульсные трансформаторы;
делители тока, используемые при па-
раллельном включении тиристоров.
Штыревые тиристоры применяются
на агрегатах ТЕ и ТЕР с номиналь-
ным током 100 А. На остальных агре-
гатах используются тиристоры табле-
точной конструкции.
Охлаждение тиристоров блока (иа
100 и 400 А) воздушное, с помощью
охладителей из алюминиевого прокат-
ного профиля. Все остальные блоки
тиристоров имеют водявое охлажде-
ние. Блоки собираются из таблеточных
тиристоров с индивидуальными охла-
дителями и монтируются в шкафу
выпрямительного агрегата. Над си-
ловыми тиристорными блоками раз-
мещаются платы с импульсными транс-
форматорами, резисторами, диодами.
Катушки импульсных трансформаторов
намотаны на витых сердечниках.
Рис. 2. Схема включения индуктивного
делителя
В фазе сильноточного агрегата мощ-
ностью свыше 50 кВт параллельно
устанавливаются до пяти тиристо-
ров. Выравнивание протекающих то-
ков между параллельно включенными
тиристорами обеспечивается делите-
лями.
В агрегате принят способ выравнива-
ния тока по одному ведущему тири-
стору. Делители соединены таким об-
разом, что за период изменения на-
пряжения сети каждый из них работает
с двумя смежными фазами (рис. 2).
В табл. 6 приведены типы блоков
тиристоров.
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ,
ЗАЩИТЫ И РЕГУЛИРОВАНИЯ
АГРЕГАТА
Управление, защита и регулирование
выпрямительного агрегата осуще-
ствляются устройствами, которые вы-
полняют следующие функции:
формирование импульсов управле-
ния;
защиту от внешних и внутренних ко-
ротких замыканий, перегрузок по то-
ку, от перегрева тиристоров;
ручное регулирование выходных па-
раметров;
автоматическую стабилизацию тока,
напряжения и плотности тока;
автоматическое реверсирование вы-
ходного тока;
автоматический импульсный режим
работы;
индикацию состояния агрегата.
Эти устройства сформированы в блок,
который включает следующие узлы:
питания, конструктивно размещенный
иа отдельной плате; формирования
импульсов управления; защиты и сиг-
нализации; регулятора. Все узлы бло-
ка (кроме узла питания) размещаются
иа одной плате, прикрепляемой иа
двери преобразователя.
Для реализации режима реверсиро-
вания и импульсного режима работы
агрегата блок дополняется узлом ре-
версирования или узлом импульсного
режима в зависимости от назначения
агрегата.
Узел питании. Питание цепей за-
щиты, управления и регулирования
осуществляется от многообмоточного
496
Источники питания ванн
6. Состав тиристорных блоков выпрямительных агрегатов
серий ТЕ, ТЕР, ТВ, ТВР и ТВИ
Тнп блока Схема вы- прямления Тнп Количество Агрегат основного типа
тиристора охлади- теля блоков тиристо- ров
ТБ-100 зн Т171-320 0181-80 1 3 ТЕ1-100/12Т-0 ТЕ1-100/24Т-0 ТЕР1-100/12Т-0
2 6
ТБ-400 6УР Т123-320 0143-150 1 6 2 ТЕ1-400/12Т-0 ТЕ1-400/24Т-0 ТЕ1-400/48Т-0 ТЕР1-400/12Т-0
2 12
ТБ-800 зм Т143-500 0343-150 1 6 ТЕ1-315/115Т-0
6УР ОМ-104 ТВ1-800/12Т-0 ТВ1-800/24Т-0 ТВ1-800/48Т-0
2 12 ТВР1-800/12Т-0 ТВР1-800/24Т-0
ТБ-3150 6УР 1 6 ТВ 1-1600/12Т-0 ТВ1-1600/24Т-0 ТВИ1-1600/24Т-0 ТВ1-3150/12Т-0 ТВИ1-3150/12Т-0
ТБР-3150 12 ТВР1-1600/12Т-0 ТВР1-1600/24Т-0 ТВР1-3150/12Т-0
ТБ-1000 зм Т143-630 3 24 18 ТВ1-1000/115Т-0 ТВ1-1600/48Т-0
ТБ-6300 6К
ТБ-3150 6УР 12 ТВ1-3150/24Т-0 ТВИ1-3150/24Т-0 ТВ1-3150/48Т-0 ТВ1-3150/115Т-0
ТБ-6300 6К 18 30
ТБ-12500
Системы управления, защиты и регулирования
497
Продолжение табл. 6
Тип блока Схема вы- прямления Тип Количество Агрегат основного типа
вирисвора охлади- теля блоков тиристо- ров
ТБ-6300 6УР Т143-630 ОМ-104 3 18 ТВ1-6300/12Т-0 ТВ1-6300/24Т-0 ТВИ1-6300/24Т-0 ТВ1-6300/48Т-0 ТВ1-12500/12Т-0 ТВ1-12500/24Т-0 ТВ1-25000/24Т-0 ТВ1-25000/48Т-0 ТВР1-3150/24Т-0 ТВР1-6300/12Т-0 ТВР1-6300/12Т-0 ТВР1-6300/24Т-0 ТВР1-12500/12Т-0 ТВР1-12500/24Т-0
ТБ-12500 6К 30
ТБ-12500 6УР
30X2
ТБ-3150 6УР 6 24
ТБ-6300 36
ТБ-12500 60
Примечание. Обозначения схем выпрямления см. примечания
к табл. 1 и 2.
сигнального трансформатора через вы-
прямители.
Питание функциональных узлов осу-
ществляется от источников постоян-
ным напряжением +15 и —15 В.
Эти напряжении используются для
питания микросхем: для питания вы-
ходных каскадов +15 В—0 —15 В
(постоянное напряжение 30 В);
дли питания реле и сигнальных
ламп 24 В (постоянное напряжение
24 В).
Этот же трансформатор используется
как синхронизирующий. Вторичные
обмотки трансформатора формируют
шестифазные напряжения, синхронизи-
рованные с напряжением сетевых об-
моток силового трансформатора. Схемы
соединении синхронизирующего и си-
лового трансформаторов должны совпа-
дать.
У выпрямительных агрегатов, пи-
таемых от сети 6 или 10 кВ, цепи управ-
ления запитываются от сети 380 В.
Напряжения питания и управлении
должны быть синхронизированы в со-
ответствии с группами соединений си-
ловых питающих трансформаторов.
Это достигается путем переключения
обмоток трансформатора синхрониза-
ции агрегата.
Узел формирования импульсов
управления. Устройство предназна-
чено дли формировании импульсов
управления тиристорами, синхрониза-
ции их с сетью, регулирования по фазе
относительно питающей сети и усиле-
ния по мощности.
В зависимости от схемы выпрямле-
нии имеются три (дли нулевой трех-
фазной схемы) или шесть (дли шести-
фазных схем) каналов, сдвинутых от-
носительно друг друга соответственно
на 120 и 60 эл. град.
Формирование импульса для каждо-
го ив каналов управления осуще-
498
Источники питания ванн
ствляется через диодный коммутатор,
на вход которого подается напряже-
ние с синхронизирующего трансфор-
матора. При отрицательной его полу-
волне происходит зарядка конденса-
тора от источника —15 В.
Напряжение заряда конденсатора и
управляющее напряжение от регуля-
тора или потенциометра ручного регу-
лирования приложены к неинверти-
рующему входу компаратора через
резисторы. В момент равенства напря-
жений знак на выходе компаратора
меняется. Изменение напряжения диф-
ференцируется. Импульс, усиленный
транзистором, трансформируется во
вторичную обмотку импульсного транс-
форматора и, воздействуя на управ-
ляющий электрод тиристора, откры-
вает его.
Техническая характеристика блока
управления, защиты и регулирования
приведена ниже.
Напряжение питающей
сети, В..........•. . 3X380
Потребляемая мощ-
ность, кВт 0,1
Напряжение источников
питания постоянного то-
ка, В:
питание микросхем +15, —15
питание реле, сигналь-
ных ламп............ 24
питание выходных ка-
скадов ............. 30
Параметры импульсов
управления:
амплитуда напряже-
ния, В................ 24
длительность на уров-
не 0,5 амплитуды на-
пряжения, с .... 0,2Х Ю~а
Диапазон регулирова-
ния по фазе, эл. град. 0—150
Напряжение логической
единицы, В............ 15
Напряжение логическо-
го нуля, В............ 1,5—2,5
Диапазон изменения ана-
логовых напряжений
управления, В .... О—10
Сопротивление аналого-
вого входа, кОм ... 10
Узел регулирования. Регулятор
обеспечивает стабилизацию следующих
выходных параметров выпрямительно-
го агрегата: напряжения, силы тока,
плотности тока.
Выбор режима осуществляется пере-
ключателем. В первом положении пе-
реключателя стабилизируется задан-
ная величина выходного напряжения.
На вход регулятора поступает, с од-
ной стороны, напряжение уставки с
потенциометра напряжения, установ-
ленного на двери выпрямителя, с дру-
гой — напряжение отрицательной об-
ратной связи по напряжению, взятое
непосредственно с объекта, где должно
обеспечиваться заданное постоянное
напряжение. Под действием напряже-
ния уставки напряжение на выходе
регулятора растет до тех пор, пока не
сравняется с напряжением обратной
связи, и, наоборот, если напряжение
обратной связи превышает напряже-
ние уставки, напряжение на выходе
регулятора уменьшается до тех пор,
пока не будет выполниться равенство
— ^уот + ^о. о.н — 0,
где 17уот — напряжение уставки;
Uo_ с. в — напряжение отрицательной
обратной связи по напряжению.
Режим стабилизации напряжения
применяется для процессов серно-кис-
лого анодирования алюминия. Стаби-
лизация заданного напряжения для
этих процессов обеспечивает при из-
менении загрузки ванны поддержание
постоянной плотности тока на де-
талях.
Во втором положении переключателя
стабилизируется заданная сила тока.
На вход регулятора подаетси напряже-
ние, соответствующее заданной уставке
тока от потенциометра тока, и напря-
жение отрицательной обратной связи
по току, поступающее с шунта через
двухкаскадный усилитель. При воз-
растании выходного тока вследствие,
например, увеличения электропровод-
ности ванны (при изменении темпера-
туры, концентрации) увеличивается
сигнал обратной связи, на выходе ре-
гулятора появляется разность между
напряжением уставки и напряжением
отрицательной обратной связи по току.
Это приводит к уменьшению выходного
напряжения настолько, чтобы выход-
ной ток остался неизменным. Анало-
гично работает схема и при уменьше-
Системы управления, защиты и регулирования
499
рис. 3. Вольт-амперные характеристики
электролитической ванны и линии равной
плотности
иии выпрямленного тока источника.
Для создания уставки тока необ-
ходима информация о площади по-
верхности F загружаемых в ванну
деталей и рекомендуемой для этих
деталей плотности тока. Площадь, как
правило, определяется расчетным пу-
тем. Иногда при построении системы
автоматического управления процес-
сом иаиесения покрытия для определе-
ния площади применяются косвенные
методы, основанные на использовании
зависимости полного сопротивления
ваииы от площади поверхности за-
груженных в нее деталей. Независимо
от способа определения площади по-
верхности процесс наиесеиия покрытия
ведется в режиме стабилизации тока.
Этот режим находит широкое распро-
странение в условиях мелкосерийного
многоиоменклатурного производства
для большинства технологических про-
цессов.
В третьем положении переключателя
агрегат обеспечивает стабилизацию
плотности тока. В основу стабилизации
положен метод вольт-ампериых ха-
рактеристик ваииы. Он сводится к
предварительному снятию семейства
характеристик UB = f (/в) для де-
талей, обрабатываемых в ванне
(рис. 3).
Характеристики снимаются для не-
скольких кратных нагрузок 1F, 2^.,
3F и т. д. при одинаковых температуре
и концентрации электролита. По иим
строятся линии равной плотности тока:
Fi Pt Fa ’
_ 21 _ 21 _ 21
Fi Ft F,'
где Fj = 2Ff; Fg = 3Fj.
Стабилизация плотности тока обес-
печиваетси путем подстройки восхо-
дящей характеристики выпрямитель-
ного агрегата к линиям равной плот-
ности тока электролитических ванн.
Подстройка производится потенцио-
метрами напряжения и тока, установ-
ленными на двери выпрямителя.
Воспроизведение восходящей харак-
теристики выпрямительного агрегата
реализуется введением в регулятор
начальной уставки напряжения Со,
обеспечивающей требуемую плотность
тока для минимальной загрузки ванны,
напряжения отрицательной обратной
связи по напряжению и напряжения
положительной обратной связи по то-
ку. Последнее обеспечивает ту же
плотность тока при максимальной за-
грузке деталей в ванну.
Под точностью стабилизации плот-
ности тока, указываемой в паспорте
агрегата, подразумевается линейность
воспроизведения восходящей характе-
ристики агрегата, подстраиваемой к
линии равной плотности тока электро-
литической ванны, отснятой для опре-
деленного типа обрабатываемых в ней
деталей.
Поддержание с гарантированной точ-
ностью плотности тока возможно лишь
в том случае, если детали от загрузки
и загрузке мало отличаются по кон-
фигурации и однозначно или почти
однозначно ориентированы в электро-
литической ванне, т. е. когда линии
равной плотности тока для этих дета-
лей совпадают или близки, а темпе-
ратура электролита, кислотность и
его состав поддерживаются в опреде-
ленных пределах изменения.
Достоверность метода вольт-ампер-
иых характеристик существенно за-
висит от их воспроизводимости. Это
требует поддержания технологических
параметров (температуры, кислотно-
сти и т. д.) в узких пределах измене-
ния.
Из сказанного ясно, что в условиях
мелкосер ийиого, миогоиомеиклатур ио-
го производства метод, заложенный
в систему автоматики агрегата, не
обеспечивает поддержания эадаииой
500
Источники питания ванн
плотности тока при обработке деталей,
и использование его в этом режиме
неэффективно.
Узел защиты. Схема узла агрегата
обеспечивает защиту от внутренних
и внешних коротких замыканий, от
перегрузки, от перегрева тиристоров.
Датчиками для отработки двух пер-
вых защит являются трансформаторы
тока, нагруженные иа резисторы и
трехфазиый мостовой выпрямитель.
Сигнал с нагрузки моста подан иа
вход компаратора. При превышении
этого сигнала над сигналом уставки,
соответствующем двойному значению
номинального тока преобразователя,
компаратор срабатывает и через тран-
зисторный усилитель и реле отклю-
чает агрегат. При этом включается
соответствующая сигнализация. Одно-
временно в момент срабатывания ком-
паратора с него подается сигнал за-
прета на работу тиристоров.
Схема защиты от перегрузки вклю-
чает интегратор и компаратор. Уро-
вень перегрузки зафиксирован сигна-
лом, поданным на вход интегратора.
Появление сигнала с трансформаторов
тока, превышающего заданный уро-
вень, характеризует начало перегруз-
ки. Интегрирующая емкость начинает
перезаряжаться, меняется напряжение
выхода иа интеграторе. При достиже-
нии иа его выходе напряжения выше
заданного уровня иа компараторе,
последний срабатывает, открывается
транзисторный усилитель, включаются
реле и агрегат отключается. Одно-
временно включается лампа, сигна-
лизирующая о перегрузке.
Чем больше перегрузка, тем интен-
си'внее происходит перезаряд емкости,,
тем быстрее отключается агрегат. Пре-
кращение действия перегрузки до мо-
мента срабатывания компаратора воз-
вращает схему в исходное состояние.
Второй канал защиты от перегрузки,
предусмотренный схемой, обеспечива-
ет автоматический переход работы аг-
регата в режим стабилизации тока,
уровень перегрузки задается резисто-
ром. При уменьшении выходного тока
ниже заданного уровня канал токоог-
раиичения автоматически отключает-
ся. Источником сигнала для срабаты-
вания защиты от перегрева является
терморегулятор, установленный непо-
средственно на корпусе тиристора.
При повышении температуры тири-
стора сигнал с датчика температуры
увеличивается. Если же его величина
превышает напряжение уставки опор-
ного напряжения, защита срабатывает
и отключает агрегат, загорается лампа,
сигнализирующая о перегреве тири-
сторов.
Уставка опорного напряжения со-
ответствует температуре корпуса ти-
ристора 70 °C.
Узел управления реверса. Выпрями-
тельные агрегаты серии ТЕ, ТВ имеют
в своем составе реверсивные агрега-
ты — ТВР. Реверсирование осуще-
ствляется с помощью узла реверса,
являющегося дополнением к блоку
управления агрегата, укомплектован-
ного тиристорами прямого и обратного
направлений протекания тока. Выбор
направления протекания тока осуще-
ствляется сигналами, исходящими от
узла реверса. Эти сигналы управляют
герконовыми реле, которые обеспе-
чивают поочередное подключение им-
пульсных трансформаторов одного из
блоков силовых тиристоров к выход-
ным каскадам формирователей им-
пульсов.
Схема реверса обеспечивает макси-
мальную продолжительность прямого
тока 200 с с дискретностью 1 с; макси-
мальная продолжительность обратного
тока 20 с с дискретностью 0,1 с; мини-
мальная продолжительность прямого
и обратного тока соответственно 1 и
0,1 с. Блок-схема реверса приведена
на рис. 4.
Уставки времени протекания пря-
мого и обратного токов задаются
вручную с помощью переключателей
S8, S9. Схема предусматривает ручное
и автоматическое реверсирование то-
ков агрегата. Выбор осуществляется
переключателем Ss.
При включении агрегата счетные
элементы схемы могут принять любое
состояние. С точки зрения технологии
нанесения покрытия иногда важно,
чтобы процесс начинался с требуемой
полярности. Поэтому в схеме преду-
сматривается переключатель S2. Его
положение определяет полярность при
пуске агрегата.
Схема реверса включает:
времязадающее устройство, состоя-
Системы управления, защиты и регулирования
501
Рис. 4. Блок-схема реверса
щее из переключателей выбора вре-
мени 58, S8, счетчиков, управляемого
генератора импульсов:
триггер автоматического управле-
ния реверсирования агрегата (ТАР);
формирователь выходных сигналов
схемы реверса (ФСР);
формирователи временной задержки
(ФВЗ), исключающие встречное вклю-
чение тиристоров прямого и обратного
направлений;
переключатель S2, задающий пер-
воначальное направление протекания
тока;
выходные реле и К2 с усили-
телями.
Работа схемы осуществляется сле-
дующим образом. С помощью переклю-
чателей набора времени S8, Se за-
даются требуемые по технологии дли-
тельности протекания тока прямого
и обратного направлений. На схему
подается напряжение. Подача напря-
жения ориентирует ее элементы таким
образом, что на прямом выходе триг-
гера (ТАР) и выходных счетчиков
образуется сигнал, соответствующий
«единице». При этом в зависимости от
положения переключателя S2 на одном
из спаренных выходов элемента схемы
(ФСР), реализующего функцию сум-
матора по модулю «два», появляется
нулевой сигнал, на другом — еди-
ничный.
Нулевой сигнал на выходе элемента
ФСР, воздействуя через формирова-
тель выходных сигналов (ФВС) и уси-
литель, включает одно из реле (К,
или К2), выбор которого определен
положением переключателя S2. Кон-
тактами включенного реле подается
питание на импульсные трансформато-
ры системы управления (СУТ) блока
тиристоров заданного направления,
подключаются соответствующие регу-
ляторы выходных параметров агрега-
та. Одновременно замыканием кон-
тактов реле запитываются цепи управ-
ления генератора импульсов. Гене-
ратор выдает импульсы на вход ряда
последовательно соединенных счетчи-
ков с частотой, определяемой положе-
нием ползунка резисторов Р, и PJ.
После прохождения определенного
числа импульсов, соответствующего
заданному временному интервалу,
счетчик, подключаемый своим выхо-
дом через переключатель S8 или S8
и нормально открытый контакт реле
ко входу триггера ТАР, изменяет
свой сигнал с единичного на нулевой.
Выходные сигналы триггера при этом
меняются на противоположные. Это
ведет к изменению сигналов на вы-
ходах формирователя сигналов реверса
(ФСР).
На время перезарядки емкости С,
происходящей в результате перемены
сигналов на выходе триггера ТАР, на
выходах ФВЗ появляется единичный
сигнал — реле прямого и обратного
тока обесточиваются. Одновременно по-
502
Источники питания ванн
даются сигналы на сброс счетчиков
в исходное состояние и запрет в си-
стему управления обоих направлений
блоков тиристоров.
По окончании выдержки времени
включается реле, обеспечивающее ввод
в работу блока тиристоров противо-
положного направления, т. е. контакты
реле подают питание к импульсным
трансформаторам блока тиристоров об-
ратного направления, подключают со-
ответствующие регуляторы выходных
параметров агрегата, производят за-
пуск генератора импульсов с заданной
частотой. Отсчитав число импульсов,
соответствующее заданной временной
уставке, на выходе одного из счетчи-
ков, соединенного через переключа-
тель Sa или Se со входом триггера ТАР,
появится нулевой сигнал, который
возвратит триггер в первоначальное
положение. Далее цикл повторяется.
Повторение описанных циклов обес-
печивает реверсирование выходного
тока.
Узел импульсного управления. В се-
рию агрегатов ТВ включены импульс-
ные источники — ТВИ. Однополярный
импульсный режим в этих агрегатах
реализуется с помощью дополнитель-
ного узла, комплектуемого с источ-
ником.
Схема обеспечивает длительность им-
пульса 0,01—0,1 с, длительность паузы
0,025—0,5 с и одновременно решает
задачу симметричного распределения
тока нагрузки по фазам трансформато-
ра и тиристорам. Основным элементом
схемы является триггер ТИП. В за-
висимости от состояния триггера ТИП
иа выходе агрегата формируются им-
пульсы или паузы.
Входными сигналами для работы
схемы служат сигналы, снимаемые
с дифференцирующих цепочек фор-
мирователей импульсов шести кана-
лов системы управления тиристорами
(СУТ), являющих собой в данном
случае генератор импульсов. Эти сиг-
налы поступают в схему с частотой
300 Гц и суммируются иа элементе
СИ. При формировании рабочих им-
пульсов (импульсов выходного напря-
жения) поступающие сигналы направ-
ляются по команде триггера через
логический коммутатор (КЛ) иа счет-
чики СЧИ1 и СЧИ2.
В них к этому времени вписана ин-
формация о заданной длительности
импульса. В момент заполнения счет-
чиков СЧИ^ и СЧИ2 триггер ТИП
опрокидывается. Новое состояние
триггера ТИП определяет подачу сиг-
нала «Запрет» в систему управления
тиристоров и, следовательно, форми-
рование паузы выходного напряжения
агрегата.
В момент опрокидывания триггера
в счетчики СЧИХ и СЧИ2 вводится
информация о заданной переключате-
лями длительности текущей паузы.
При этом нулевой сигнал с инверсного
выхода триггера закрывает коммута-
тор КЛ и импульсы из СУТ подаются
на счетчик СЧИХ через счетчик С6
(коэффициент счета 6), т. е. с частотой
питающей сети 50 Гц.
Заполнение счетчиков СЧИХ и СЧИ2
импульсами, идущими со счетчика С6,
вызывает иа выходе СЧИ2 появление
нулевого сигнала и опрокидывание
триггера ТИП в исходное состояние,
соответствующее единичному сигналу
на его инверсном выходе. При этом
снимается сигнал «Запрет» с системы
управления тиристорами и начинается
формирование рабочего импульса иа
выходе — повторение цикла.
При необходимости уменьшить дли-
тельность импульса иа вход триггера
подается узкий нулевой сигнал, триг-
гер опрокидывается, наступает пауза.
Предусмотренный в схеме счетчик
С6 реализует минимальную длитель-
ность паузы — 0,02 с, т. е. равную
периоду питающей сети; любая боль-
шая пауза будет кратна этому периоду.
Это позволяет обеспечить периодиче-
скую последовательность работы тири-
сторов и их равномерную загрузку.
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ УСТРОЙСТВА,
КОМПЛЕКТУЕМЫЕ
С ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫМ
АГРЕГАТОМ
Пульт дистанционного управления.
Для управления агрегатом с рабочего
места оператора, по требованию по-
требителя в состав поставки включает-
ся пульт дистанционного управления
(ПДУ). Он представляет собой закры-
тый шкаф с передней дверью, иа кото-
Дополнителыияе устройства
503
рой повторен весь набор элементов
управления и сигнализации, имею-
щийся на агрегате. Защитное исполне-
ние шкафа IP41 позволяет располагать
его вблизи электролитической ванны.
Внутри шкафа закреплен набор за-
жимов для подключения соединитель-
ных кабелей. Зажимы пригодны для
подключения медных и алюминиевых
кабелей сечением до 2,5 мм2. Связи
с агрегатом должны быть выполнены
раздельными кабелями для цепей вы-
сокого и низкого напряжений. Необ-
ходимо предусматривать меры по за-
щите от внешних электрических помех.
Ввод кабелей осуществляется снизу —
через отверстие с втулкой. Кабель,
идущий от шунта, подключается не-
посредственно к зажимам амперметра,
минуя зажимную сборку. Габаритные
размеры пульта 450X150X 300 мм,
масса 20 кг.
Перевод управлении с агрегата на
пульт осуществляется переключателем
на два положения: местное — дистан-
ционное.
Пульты имеют два исполнения: для
управления реверсивным агрегатом;
для управления нереверсивным агре-
гатом.
С пульта управления осуществляют-
ся:
включение и отключение агрегата;
бесконтактное включение и отклю-
чение нагрузки;
ручное реверсирование тока нагруз-
ки;
задание требуемых значений выход-
ного тока или напряжения прямого
и обратного направлений (потенцио-
метрами напряжения или тока прямого
и обратного направлений);
контроль состояния агрегата по сиг-
нальным лампам;
контроль выходных тока и напря-
жения по приборам.
На пульте установлен амперметр
типа М-381. Однако его показания
при длине соединительного провода
35—50 м на 20—30 % ниже показаний
прибора на агрегате, что приводит
к браку изделий. Это вызвано недо-
пустимо большим сопротивлением про-
водов от шунта агрегата до прибора.
Для обеспечения работы прибора в
заданном классе точности сопротивле-
ние проводов не должно превышать
0,035 Ом. Это условие соблюдается,
если при расстоянии 50 м заложить
кабель сечением 25 мм2, подсоединить
такой кабель к зажиму прибора диа-
метром 4 мм невозможно. При замене
на пультах дистанционного управле-
ния прибора М-381 прибором М-300,
изготовляемым Краснодарским заво-
дом «ЗИП», будут обеспечены правиль-
ные его показания при расстоянии
между прибором и шунтом до 500 м
(сопротивление проводов до 7,0 Ом).
Пульт программного управления.
Пульт программного управления пред-
назначен для автоматического управ-
ления выходными параметрами агре-
гата по определенным программам.
Программа определяет характер из-
менения тока (напряжения) во вре-
мени. Пульт реализует шесть графи-
ков-программ и для каждой про-
граммы — восемь временных вариан-
тов.
Программы включают в себя ряд
типовых подпрограмм-участков. Их по-
следовательность в программе опреде-
лена технологическим процессом. Гра-
фики реализуемых программ изображе-
ны на рис. 5.
Положение переключателя St опре-
деляет выбор одной из шести программ.
Через контакт переключателя подается
единичный сигнал на дешифратор ДК-
Этим обеспечивается задействование
на его выходе тех типовых участков,
которые включает в себя выбранная
программа (рис. 6).
Длительность каждого участка про-
граммы определяется, с одной стороны,
частотой следования импульсов управ-
ляемого задающего генератора (УЗГ),
который имеет возможность задавать
три частоты следовании импульсов.
Выбор осуществляется с помощью
диодной матрицы и двух секций пере-
ключателя Ss (1Л). На строки этой
матрицы заведены сигналы с двух
секций переключателя S8; на столб-
цы — сигналы с дешифратора ДК, оп-
ределяющие принадлежность к опре-
деленной программе.
С помощью впаянных в матрицу
диодов осуществляются передача сиг-
налов со столбцов к строкам и выбор,
таким образом, частоты следования
импульсов УЗГ при отработке каж-
дого участка программы.
504
Источника потакая ваяя
Чц It
It “d
it Ut »
Рис. в. Графики работы выпрямительного агрегата, реализуемые программным устрой-
ством :
а — ti — tt> — прогрев деталей без тока; — Л плавный подъем тока до тока толчка
!dyn = (1,24*1,8) lag (Jdg ~ уставка тока); — /2 — снижение тока до Idg; it — It —
стабилизация уставки тока Idg; б — — <0 —• прогрев деталей без тока; t2 — — плав-
ный подъем тока до тока уставки Idg} в —• ступенчатый подъем тока (напряжения); з —
<1 — <0 — прогрев деталей без тока; — подъем обратного тока Idg$ до (0,6 —
0,8) ldg; /3-/2 ~' плавный подъем прямого тока Idgn ДО Idy’’ (4 “ ^3 “• стабилизация
тока Idgni д — Ц прогрев тока бев тока; t% — ti —• подъем обратного тока ldgq
до (0,6 — 0,8) I dg* <3 — <2 ~ нмпульс тока Idg', /4 — /3 — пауза; a — <1 —• — прогрев
деталей без тока; 1% —• ti — подъем обратного тока Idg0 Д° (0,6 — 0,8) ldg; <3 —• <2 —
толчок прямого тока Idgn Д° (1,2 I,8) ^dg^ Ч (3 “ стабилизация тока Idg. Время
программы — 900 о
С другой стороны, длительность от-
работки участка программы опреде-
ляется матрицей, вырабатывающей код
задаваемой длительности. Она одно-
временно является запоминающим уст-
ройством (ЗУ).
К строкам матрицы подключены
контакты третьей секции переключате-
ля S8 (j) и далее элементы И—НЕ.
Выход каждого элемента расщеплен
иа восемь разрядов. На вход одного
из элементов через контакт переключа-
теля S8 (8), осуществляющего выбор
длительности, подан единичный сиг-
нал.
На столбцах матрицы формируется
восьмиразрядный код длительности от-
работки участка программы. Впаянные
в требуемых местах диоды передают
сигналы со строк яа столбцы. Меняя
места диодов, можно изменять вре-
менную уставку.
Рис. в. Управление агрегатом с помощью внешних сигналов
Дополнительные устройства
505
Подача единичного сигнала с де-
шифратора на вторые входы элемен-
тов И—НЕ в момент появления коман-
ды на переход к отработке следующего
участка программы вызывает срабаты-
вание одного из элементов И—НЕ.
На выходе матрицы, таким образом,
формируется код заданной длитель-
ности отработки участка программы.
Он передается на вход основного управ-
ляемого счетчика (ОУС). Здесь про-
изводится сравнение числа импульсов,
генерируемых УЗГ, с восьмиразряд-
ным кодом, поступающим с ЗУ. В мо-
мент их равенства на выходе ОУС
формируется импульс. Он свидетель-
ствует об окончании отработки вре-
менного задания. Этот импульс на-
правляется на счетчик команд. Здесь
простая последовательность импульсов
преобразуется в четырехразрядный
двоично-десятичный код команды и
подается на дешифратор ДК- Код,
поступивший иа вход ДК, преобра-
зуется в десятичную форму и дешиф-
руется в команду, реализующую про-
грамму с помощью релейного комму-
татора.
Релейный коммутатор представляет
собой набор реле, срабатывающих по
сигналам дешифратора. Каждое реле
коммутирует цепи, реализующие один
какой-либо типовой участок програм-
мы-графика. Реле подключают в со-
ответствующие цифроаналоговые пре-
образователи (ЦАП), формируя через
выходной каскад управляющее на-
пряжение, подаваемое на выпрямитель-
ный агрегат.
Уставки максимальных амплитуд вы-
ходных параметров выставляются опе-
ратором с помощью переключателей
Ss (десятые доли номинального тока
или напряжения) и S9 (сотые доли но-
минального тока или напряжения)
в цифровой форме. Эти уставки преоб-
разуются в аналоговые сигналы цифро-
аналоговым преобразователем ЦАП-1.
Формирование наклонного участка
графика программы осуществляется
по сигналам с ОУС путем преобразова-
ния монотонно возрастающего двоич-
но-десятичного кода в аналоговые сиг-
налы на ЦАП-2.
Окончательное формирование выход-
ного управляющего сигнала осуще-
ствляется выкодным каскадом ВК.
Пульт программного управления вы-
полняет функции пульта дистанцион-
ного управления.
Пульсации тока источников питания.
В агрегатах серий ТЕ, ТЕР, ТВ,
ТВР принятые схемы выпрямления
(две обратные звезды с уравнитель-
ным реактором — кольцевая, мосто-
вая) при полностью открытых тири-
сторах имеют коэффициент пульсаций
Кп = 5,7 % .
Регулирование выходного напряже-
ния, а следовательно, и тока нагрузки
при использовании тиристоров при-
водит к изменению формы кривой вы-
прямленного напряжения (тока) — ро-
сту переменной составляющей, т. е.
увеличению коэффициента пульсаций.
Увеличение коэффициента пульсаций
может быть вызвано не только глу-
боким регулированием, необходимым
для ведения технологического про-
цесса, но и наличием противо-ЭДС,
характерной для некоторых техноло-
гических процессов. Величина про-
тиво-ЭДС может достигать 3—4 В.
Под действием противо-ЭДС тиристоры
в зарегулированном режиме могут пе-
реходить в непроводящее состояние —
ток нагрузки при этом становится
прерывистым.
Коэффициент пульсации в некото-
рой степени снижается за счет индук-
тивности рассеяния фаз силового транс-
форматора, ошиновки, но снижение
это незначительно.
Применение этих агрегатов в ка-
честве источников тока в зарегулиро-
ванном режиме вместо электромашин-
ных генераторов приводит к значи-
тельному ухудшению качества покры-
тий, особенно хромовых. Вместо бле-
стящего, твердого, износостойкого по-
крытия осадки получаются серыми,
рыхлыми, хрупкими.
Выявлено, что для хромовых по-
крытий рост переменной составляющей
тока вызывает выделение на поверх-
ности покрытия порошкообразного ги-
дрида хрома, повышенное наводоро-
живание осадка и самого материала
детали, изменение структуры осад-
ка (гексагональный вместо кубиче-
ского).
Эти изменения приводят к снижению
физико-механических свойств осад-
ка — потери твердости, износостой-
506
Источники питания ванн
7. Технические характеристики сглаживающих реакторов типа СРОС
Тип реактора Иидук- тив« иость, мкГ Выходные параметры агрегата Габаритные размеры, мм Масса кг
ток, А напряжение, В
СРОС-0,63 230 100 12 150X 200X 280 14
СРОС-1 400 100 24 150X200X280 15
СРОС-4 25 800 12 300X 300X 310 55
СРОС-8 50 800 24 260X 350X 400 91
СРОС-8 13 1 600 12 300X 300X 410 65
СРОС-16 25 1 600 24 400X 350X 460 102
СРОС-16 6,6 3 150 12 300X 300X 410 12
СРОС-32 12,5 3 150 24 400X 400X 600 190
СРОС-32 3,2 6 300 12 400X 400X 550 175
СРОС-63 7 6 300 24 400X 400X 650 250
СРОС-63 2 12 500 12 400X 400X 650 365
СРОС-125 4 12 500 24 450X 500X 750 455
кости, блеска, покрытие становится
хрупким.
Анализ исследований показал, что
предельным значением коэффициента
пульсаций, при котором сохраняются
требуемые свойства хромового осадка,
следует принимать 25—30 % . С целью
поддержания коэффициента пульсаций
не более 25—30 % в комплект поставки
выпрямителя может быть включено
дополнительное устройство — сглажи-
вающий реактор.
Наличие в цепи постоянного тока
сглаживающих реакторов ограничивает
появляющийся в результате воздей-
ствия переменной составляющей по-
стоянного тока дополнительный пе-
регрев элементов цепи (ошиновки,
приспособлений, используемых для на-
вески деталей, электролита и самого
источника).
Сглаживающий реактор. С пелью
снижения коэффициента пульсации в
комплект поставки агрегата по особому
заказу может быть включен реактор
СРОС (сглаживающий реактор одно-
фазный сухой). Он снижает пульсации
выходного тока до значения не более
25 % в диапазоне изменения тока от
половины номинального значения до
номинального при выходном напряже-
нии 0,5(/ном в первом режиме (соеди-
нение первичных обмоток силового
трансформатора в треугольник). Сгла-
живание обеспечивается за счет вклю-
чения в цепь нагрузки индуктивности.
Переменная составляющая постоянного
тока наводит в ней ЭДС той же ча-
стоты и вызывает падение напряжения
на зажимах. Потребитель получает
соответственно более сглаженное вы-
прямленное напряжение.
Значения индуктивности сглаживаю-
щих реакторов, комплектуемых с агре-
гатами, и их габаритные размеры при-
ведены в табл. 7. Реактор включается
в разрыв плюсовой шины, в любом
месте между нагрузкой и агрегатом.
Конструктивно реактор представ-
ляет собой магнитопровод, выполнен-
ный из шихтованного железа с зазо-
ром. На стержнях магнитопровода
имеется обмотка. Выводы для подклю-
чения расположены на противополож-
ных сторонах. Снаружи реактор за-
крыт кожухом. Исполнение — IP21.
размещение
ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ
В ЦЕХАХ
И НА ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ
УЧАСТКАХ
Согласно ТУ 16.729.313—81 выпря-
мительные агрегаты предназначены для
работы в среде, удовлетворяющей тре-
бованиям санитарных норм проекта-
Охлаждение
507
рования промышленных предприятий
в части гальванических цехов, и до-
пускают установку их в местах, где
исключено попадание брызг электро-
лита.
Однако, как свидетельствует прак-
тика, несмотря на химически стойкие
покрытия элементов и узлов агрегатов,
происходит их постепенное разруше-
ние и они вскоре выходят из строя.
Это вызвано наличием в среде паров
кислот и щелочей. Особенно интен-
сивно это проявляется в нерабочее
время, когда отключена вентиляция
в цехе.
На ряде предприятий ванны и источ-
ники питания размещены в разных
помещениях, иногда на разных этажах.
Чаще всего агрегаты устанавливают
в полуподвале, так называемом тех-
ническом этаже, расположенном не-
посредственно под помещением, где
находятся гальванические ванны. Это
максимально уменьшает расстояние
между источниками и гальваническими
ваннами и исключает воздействие аг-
рессивной среды на источники.
На рабочих местах загрузки возле
линий и ванн, иа месте оператора
устанавливаются пульты дистанцион-
ного управления — шкафы со сте-
пенью защиты IP41. Такое размеще-
ние оборудования позволяет сокра-
тить площадь гальванического уча-
стка, улучшить организацию рабочих
мест, упорядочить обслуживание агре-
гатов персоналом.
УПРАВЛЕНИЕ
ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫМ АГРЕГАТОМ
С ПОМОЩЬЮ ВНЕШНИХ
СИГНАЛОВ
Выпрямительные агрегаты серий ТЕ,
ТЕР, ТВ, ТВР и ТВИ допускают
управление с помощью внешних сигна-
лов. Эти сигналы могут быть поданы
с диспетчерского пульта или от ЭВМ,
работающей в АСУ ТП. Управление
осуществляется дискретными и ана-
логовыми сигналами. Отсчет уровня
сигнала ведется от потенциала нуля
системы управления. Уровень дискрет-
ных сигналов: нулевого соответствует
напряжению 1,5—2,5 В; единичного —
15 В.
Дискретные сигналы используются
для наложения запрета на работу
тиристоров, управления реверсом и
импульсным режимом.
Включение и отключение силовой
части агрегата выполняются комму-
тирующими аппаратами с помощью
кнопок управления.
Бесконтактное включение и отклю-
чение агрегата осуществляются по-
дачей дискретных сигналов (единич-
ного и нулевого) на его соответствую-
щие наборные зажимы.
Управление реверсом может осу-
ществляться путем подключения внеш-
него времязадающего устройства, фор-
мирующего дискретные сигналы. Сме-
на уровней сигналов иа выводах обес-
печивает перемену направления про-
текания тока. Тумблер блока управле-
ния реверсом при этом должен быть
в положении «Ручное».
Аналоговые сигналы, подаваемые на
входы преобразователя, изменяют ве-
личину выходного напряжения при
работе в режиме стабилизации на-
пряжения, а выходного значения то-
ка — в режиме стабилизации тока.
Уровень аналогового нулевого сиг-
нала соответствует 10 В.
Выходное напряжение и ток макси-
мальны при управляющем напряже-
нии —10 В и равны нулю при управля-
ющем напряжении, равном нулю.
Уровень пульсаций управляющего
напряжения ие должен превышать
10 мВ.
При управлении агрегатом внешними
сигналами переключатель «М—Д» дол-
жен быть установлен в положение
«Дистанционное».
Сопротивление соединительного про-
вода от источника внешних сигналов
до выпрямительного агрегата не долж-
но превышать 2,5 Ом.
ОХЛАЖДЕНИЕ
ВЫПРЯМИТЕЛЬНЫХ АГРЕГАТОВ
При работе выпрямительных агре-
гатов имеют место потери мощности
(энергии), преобразуемые в тепло:
Рпотр — Р (1 -*])>
где Рпотр—мощность потерь, кВт;
Р — мощность агрегата, кВт; г, —
508
Источники питания ванн
КПД агрегата при работе в номи-
нальном режиме.
Источниками тепловыделений яв-
ляются силовые трансформаторы, бло-
ки тиристоров, системы управления.
В агрегатах на 100 и 400 А преду-
сматривается естественное охлаждение
за счет конвекции. Это обеспечивается
жалюзями, имеющимися в двери и
боковых стенках шкафа агрегата. От-
вод тепла от тиристоров осуществляет-
ся с помощью воздушных охладителей.
Для всех остальных агрегатов данной
серии принято естественное охлажде-
ние силового трансформатора, в том
числе и отдельно стоящего; охлажде-
ние тиристоров принудительное, води-
ное, расход воды указан в табл. 3 и 4.
Для всех агрегатов водяное охлажде-
ние снимает в среднем до 40 % вы-
деляемого тепла, остальная часть уда-
ляется естественной вентиляцией и
лучеиспусканием.
Следует отметить, что в зарегули-
рованном режиме работы агрегаты
выделяют больше тепла. Это связано
с понижением КПД и повышением
эффективного значения тока по сравне-
нию со средним. Поэтому при проек-
тировании вентиляции необходимо учи-
тывать увеличение тепловыделений на
15—20 % по сравнению с расчетным
значением РпоТр.
В агрегатах мощностью до 50 кВт
с водяным охлаждением применен
групповой односторонний охладитель
из медного прокатного профиля. Вто-
рая сторона тиристора охлаждается
индивидуальным водяным охладите-
лем. В агрегатах мощностью свыше
50 кВт тиристоры охлаждаются дву-
сторонними охладителями. Вода по-
дается в систему охлаждения по двум
параллельным ветвям, подключенным
к крайним охладителям тиристоров
через диэлектрические шланги.
В реверсивных агрегатах вода по-
следовательно обтекает сначала тири-
сторы одной полярности, а потом дру-
гой. Контроль температуры осуще-
ствляется терморезисторами, установ-
ленными непосредственно иа корпусе
тиристора.
Требования к воде, охлаждающей
агрегаты, следующие:
жесткость — не более 3,56 мг-экв/л
(во избежание образования накипи
на стенках охладителя);
электрическое сопротивление — не
менее 2 кОм на 1 см, так как высокая
проводимость воды способствует элек-
тролизу, разъедающему стенки охла-
дителя, а также для уменьшения вы-
носа потенциала;
нерастворимые осадки не должны
превышать 0,05 мг/л во избежание
закупорки водопроводящих путей ох-
ладителей и шлангов;
температура охлаждающей воды на
входе агрегата — не более 30 °C; на
выходе агрегата — не более 40 °C;
максимальное давление в системе
2,5-101! Па, потери давления в агре-
гате 1,5-10® Па.
Для водяного охлаждения агрега-
тов рекомендуются две системы, от-
личающиеся характером использова-
ния воды, — проточная и циркуля-
ционная.
При проточной системе охлаждение
производится водой из водопровода
или артезианской скважины. Вода
после прохождения через систему аг-
регата сбрасывается в канализацию.
Такая система не может быть широко
рекомендована для применения из-за
непостоянства температуры воды, на-
пора, непроизводительного расхода во-
ды.
При циркуляционной системе охла-
ждение достигается постоянным объ-
емом воды, охлаждение этой воды осу-
ществляется в теплообменнике. В си-
стеме предусматриваются сливной бак,
насос, теплообменник и дистиллятор.
В качестве резерва при выходе си-
стемы из строя используется водо-
проводная сеть. Долив воды в систему,
компенсирующий утечки, производится
из бака с дистиллированной водой.
Общая схема водяного охлаждения
при циркуляционной системе может
предусматривать как индивидуальное
охлаждающее устройство для каждого
выпрямителя (при- установке много-
амперных источников), так и общее
для нескольких агрегатов — группо-
вая схема. Подключать выпрямители
к общезаводской циркуляционной си-
стеме ие рекомендуется.
Электроизоляция гальванических ванн
509
ИСТОЧНИКИ ПИТАНИЯ
НА НАПРЯЖЕНИЕ 220 В
Одним из прогрессивных технологи-
ческих процессов, реализуемых в по-
следние годы, является анодирование
титана. Ойо производится с целью
повышения антифрикционных свойств
титановых сплавов и защиты их от
контактной коррозии.
Оксидное покрытие повышает твер-
дость поверхности, а также ее способ-
ность удерживать смазочный материал.
Максимальная толщина анодного по-
крытия получается прн напряжении
220 В постоянного тока. Особенность
процесса состоит и необходимости ис-
пользования импульсного тока с на-
растающей амплитудой в течение 90 с
и последующей его стабилизацией.
Ток, который обычно требуется для
ведения процесса, составляет 100—
1000 А. Сильноточные источники, из-
готовляемые для гальванического про-
изводства, не обеспечивают требуемого
напряжения постоянного тока.
Выходные параметры, удовлетворяю-
щие указанным выше требованиям,
имеют источники, используемые для
питания электропривода типа ЭПУ
(по ТУ 530.304—83). Эти агрегаты
допускают длительную работу при
указанных в табл. 8 значениях тока.
Такой агрегат, используемый для пи-
тания ванны анодирования титана и
работающий в импульсном режиме,
может быть выбран на меньшее зна-
чение номинального тока.
Однако при этом следует иметь
в виду, что среднее квадратическое
значение тока импульсного режима не
должно превышать номинального зна-
чения тока выбранного агрегата:
п
~Т~ J =
т
= + Zh2 + ^ип *п) ’
где /ном — номинальный ток преоб-
разователя; Т — период импульс—
пауза; /и — ток в импульсе; t — про-
должительность импульса.
электроизоляция
ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ВАНН
Электролитические ванны и их части
должны быть изолированы от земли.
Необходимость этой меры обусловлена
следующими факторами:
возможным нарушением технологи-
ческого процесса вследствие утечки
тока;
пояилением блуждающих токов, при-
водящих к выходу из строя цеховых
коммуникаций трубопроводов;
иыносом опасного с точки зрения
безопасности потенциала.
Сопротивление сухой гальваниче-
ской ванны должно быть не менее
0,5 МОм, заполненной раствором —
не менее 1 кОМ. В то же время со-
противление определяется максималь-
но допустимым током утечки. Однако,
как показывает опыт, добиться таких
значений сопротивления не удается.
Подключение металлических трубо-
проводов к установленной иа изоля-
торах ванне (к змеевикам охлаждения
8. Технические характеристики преобразователей ЭПУ
Тип агрегата Напряже- ние, В Выходной ток, А Габаритные размеры, мм
пита- ния вы- ход- ное блока управле- ния ВС токоограннчнвею- щего реактора
ЭПУ-1-1-40-27 380 230 100 325X240X250 750X 610X 735
ЭПУ-1-1-43-27 380 230 200 430X360X300 750X 610X 735
ЭПУ-1-1-46-27 380 230 400 560X400X360 750 X 610X 735
ЭПУ-1-1-48-27 380 230 630 1000X 460X 370 750X 610X 735 (с вентилятором)
510
Источника питания ванн
и нагрева н т. д.) снижает сопротивле-
ние. Используемые прн соединении
змеевиков с фланцами трубопроводов
электроизоляционные втулки не обес-
печивают Требуемой изоляции, таи
как проводящим элементом является
столб жидкости самою хладотепло-
носителя, высота которого для опи-
санной конструкции соединения со-
ставляет 2—5 мм.
Ниже приведены экспериментальные
данные удельных сопротивлений наи-
более распространенных жидкостей,
применяемых в гальваническом про-
изводстве для охлаждения и иагрева.
Вода:
дистиллированная . . 6,0—7,0
водопроводная . . . 1,6—1,8
подсоленная (10®-
ная) ............... 0,1—0,2
Антифриз...... 0,7—0,8
Для трубопровода Dy = 32 мм со-
противление столба жидкости высотой
5 мм, например антифриза, составит
0,1 кОм, что значительно меньше тре-
буемого значения.
Для обеспечения электрической изо-
ляции ванн, змеевиков и других эле-
ментов, погружаемых в раствор, не-
обходимо производить врезку изоли-
рующих вставок в местах сочленения
змеевиков и других элементов с тру-
бопроводами.
Используя данные удельных сопро-
тивлений, приведенные выше, можно
определить длину вставки для наи-
более употребляемых диаметров тру-
бопроводов. Так, для антифриза, при-
меняемого для заполнения системы,
охлаждающей ванну твердого аноди-
рования, при диаметре трубы Dy =
= 38 мм длина вставки должна быть
не менее 400 мм.
В качестве материала для вставок
на охлаждающих трубопроводах можно
использовать дуритовые шланги, пласт-
массовые трубы.
КОНСТРУИРОВАНИЕ
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКИХ ВАНН
НА НАПРЯЖЕНИЕ СВЫШЕ НО В
В типаж выпрямительных агрегатов
(см. табл. 3 н 4) включены источники
с номинальным напряжением 115 В
постоянного тока. Каи указано в ка-
талоге 05.43.08—86 на выпрямитель-
ные агрегаты серий ТЕ и ТВ, при ма-
лых токовых нагрузках напряжение
на их выходе может достигать 140 В,
что требует принятия особых мер по
технике безопасности в части кон-
струирования и обслуживания элек-
тролитических ванн.
В связи с этим целесообразно из-
ложить требования, которым должна
отвечать конструкция ванны, находя-
щаяся в ряду гальванической линии
и питаемая от источника напряжением
свыше НО В постоянного тока:
металлический корпус ванны дол-
жен быть изолирован тремя слоями
(толщиной по 3 мм) пластика [два
внутренних слоя — полиизобутилен
ПСГ (по ТУ 38-105203—70), наруж-
ный — пластикат рецептуры П57 (по
ТУ 16-05-1146—75)];
корпус должен устанавливаться на
изоляторах;
снаружи корпус ванны необходимо
закрыть металлическим кожухом, кре-
пящимся к корпусу ванны с помощью
изоляторов. Назначение кожуха —
исключить случайное прикосновение
к корпусу ванны (который может ока-
заться под напряжением), а также
к токоведущим частям;
кожух ванны должен быть заземлен
не менее чем в двух-трех местах.
Заземление должно быть выполнено
в соответствии с правилами техниче-
ской эксплуатации (ПТЭ) н правилами
техники безопасиостн (ПТБ). В ходе
эксплуатации следует обеспечить на-
блюдение за состоянием заземления:
токоведущие части установки долж-
ны быть недоступны персоналу, об-
служивающему ванну;
токоподвод к вание должен осуще-
ствляться кабелем и с химически стой-
кой изоляцией. Кабель проводится
между корпусом ванны и кожухом
н посредством шины подсоединяется
к ловителю. Для обеспечения доступа
к месту соединения кабеля с шиной на
кожухе должна быть предусмотрена
съемная крышка, изолированная вну-
три диэлектриком, исключающим слу-
чайное соприкосновение шины с ко-
жухом;
необходимо исключить попадание
раствора, воды и посторонних пред-
Перспективные направления разработки
511
метов (упавших деталей) на ловители,
питающий кабель или ошиновку;
рама подвески должна быть изоли-
рована от ее токоведущих частей;
транспортируемая рама должна
иметь крышку из диэлектрического
материала, которая исключит доступ
к токоведущим частям при нахожде-
нии рамы на электролитической ванне;
необходимо предусмотреть блоки-
ровку, обеспечивающую включение ис-
точника питания только при фиксиро-
ванном положении рамы на ловителях
ванны, а также отключение источника
ро подъема рамы манипулятором во
избежание появления электрической
дуги;
подвод магистральных трубопрово-
дов (металлических) к ванне должен
осуществляться через диэлектрические
вставки длиной 0,5—1,0 м при Dy —
= 50 ММ;
металлические трубопроводы, имею-
щие непосредственный контакт с рас-
твором ванны, не должны выступать
за пределы ванны и должны быть
доступными для персонала;
к обслуживанию установки следует
допускать только персонал, прошед-
ший соответствующую подготовку;
эксплуатация установки должна про-
водиться в соответствии с инструкцией,
учитывающей ее особенности.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ
НАПРАВЛЕНИЯ РАЗРАБОТКИ
ИСТОЧНИКОВ ПИТАНИЯ
Источники импульсного и периоди-
ческого тока. Принято считать, что
для получения качественных покрытий
с конкретными физико-механическими
свойствами необходимо осуществить
подбор соответствующего электролита,
подчас весьма сложного по составу.
Однако, как показали исследования,
а также отечественная и зарубежная
практика, эту же задачу можно ре-
шить путем изменения токового ре-
жима.
В последнее время все большее рас-
пространение находят технологические
процессы нанесения покрытий, где
используется токовый режим, отлич-
ный от традиционного режима (непре-
рывного постоянного тока). Так, при-
менение для процесса хромирования
прерывистого тока с длительностями
импульсов и пауз, лежащими в секунд-
ном диапазоне, позволяет улучшить
качество катодного покрытия, обес-
печить его равномерность, сделать оса-
док пластичным, твердым, с блеском,
а главное, уменьшить наводорожива-
ние покрытия и материала изделия.
Для реализации этого режима при-
меняются реверсивные агрегаты серий
ТЕР и ТВР. Имеется возможность
использования однополярных агрега-
тов этой серии при дополнении их тай-
мерами для выдерживания длительно-
стей импульсов и пауз.
Электроосаждение меди в таком то-
ковом режиме позволяет улучшить
рассеивающую способность электроли-
та и применить стандартный серно-
кислый электролит вместо цианистого,
интенсифицировать процесс покрытий
в 2—3 раза. Обе эти технологии широ-
ко внедрены в отечественной промыш-
ленности. Импульсные режимы покры-
тий нашли применение и для аноди-
рования титана.
Наиболее эффективным средством
управления процессом формирования
физико-механических свойств покры-
тия является, как показали исследо-
вания, применение импульсного тока,
отличающегося от прерывистого зна-
чительно меньшими длительностями
импульсов и пауз, соизмеримыми со
скоростью протекания электродных
процессов. Это позволяет осуществлять
контроль за кинетикой реакций на
электроде, оказывать влияние иа об-
разование микроструктуры осадка.
Характер взаимодействия времен-
ных параметров импульсного тока иа
свойства гальванических покрытий за-
висит от осаждаемого металла и типа
электролита. Для одних технологи-
ческих процессов нанесения покрытий
требуется длительность импульсов тока
(напряжения) 0,01—0,1 с и длитель-
ность пауз 0,03—0,5 с, для других —
1-10-8—1 -10“6 с с коэффициентом
пульсаций 25—75 %.
Первый диапазон требуемых дли-
тельностей импульсов и пауз обеспе-
чивается естественной коммутацией ти-
ристоров и может быть реализован
серийными сильноточными тиристор-
ными источниками, выпускаемыми про-
512
Источники питания ваяя
мышлеииостью. Агрегаты серий ТЕ
и ТВ предусматривают в своей номен-
клатуре агрегаты ТВИ (см. табл. 3
и 4). Они выпускаются Быстровским
электротехническим заводом (Киргиз-
ская ССР).
Однополярный импульсный режим
работы с указанными временными па-
раметрами реализуется в этих агре-
гатах с помощью узла импульсного
регулирования, который обеспечивает
равномерную загрузку фаз силового
трансформатора и тиристоров, а также
стабилизацию тока в импульсе. Путем
сравнительно несложной доработки
схемы можно обеспечить работу лю-
бого агрегата этой серии (до 100 кВт),
дополнительно заказав на заводе-из-
готовителе панель импульсного регу-
лирования.
Указанную длительность импульса
можно ограничить путем подачи сиг-
нала «Запрет» иа схему, ио за счет
увеличения длительности паузы и
уменьшения среднего значения выход-
ного напряжения.
Реализация второго диапазона дли-
тельностей прямого тока, обратного
тока и пауз встречает трудности, так
как при этом требуется применение
сильноточной высокочастотной техни-
ки. В настоящее время отечественная
промышленность выпускает несколько
типов генераторов импульсов с раз-
личными формами токов и в широком
диапазоне частот, ио все они слаботоч-
ные (0,1—0,2 А) и могут быть исполь-
зованы лишь для лабораторных иссле-
дований.
Выпускаемый Гомельским заводом
измерительных приборов потенциостат
ПИ-50-1 может обеспечить проведение
лабораторных исследований по элек-
троосаждеиию металлов импульсным
током с длительностью импульса
300 мкс и паузы 20 мс; максимальный
выходной ток — 6 А.
Для питания электроэрозиониых
станков используют серийные высоко-
частотные генераторы ГКИ-250 с им-
пульсом тока 250 А при нагрузке
0,05 Ом, частотой 8,22 кГц и типа
ШГИ-16-88Б с прямоугольной формой
импульса тока (импульс тока 16 А,
частота 3—880 кГц).
Для целей размерной электрохими-
ческой обработки разработан сильно-
точный импульсный агрегат, обеспе-
чивающий формирование импульса то-
ка в нагрузке длительностью 0,5—
2 мс; средний ток нагрузки — 1600 А.
Функциональная схема агрегата вклю-
чает в себя тиристорный агрегат типа
ТВИ1-1600/24Т и зависимый инвертор,
выполненный иа базе агрегата
ТВ1-1600/24Т.
Сильноточный импульсный агрегат
обеспечивает три режима: непрерывный
ток; импульсный ток, формируемый
узлом импульсного регулирования, и
импульсы тока длительностью 0,5—
2 мс. Формирование указанной дли-
тельности импульсов осуществляется
включением тиристоров инвертора и
коммутирующего ключа. Форма им-
пульса прямоугольная.
Во время пауз выпрямительный
агрегат работает иа инвертор, который
возвращает активную энергию, по-
требляемую агрегатом, в сеть. Форми-
рование импульса происходит путем
подачи сигнала управления иа комму-
тирующий ключ. Под действием на-
пряжения инвертора, находящегося
в противофазе с током нагрузки, про-
исходит коммутация тока с инвертора
в цепь нагрузки. Ток агрегата идет
через нагрузку.
Под действием напряжения управле-
ния, поданного на тиристор инвер-
тора, происходят коммутация тока
с нагрузки на инвертор. Она заканчи-
вается в момент выключения ключа.
По истечении заданной длительности
паузы процесс повторяется.
Описанный агрегат включается в ти-
паж агрегатов серий ТЕ, ТВИ и будет
выпускаться серийно Быстровским
электротехническим заводом.
Вместе с тем отсутствие до настоя-
щего времени промышленных импульс-
ных агрегатов с указанными длитель-
ностями импульсов и пауз побудило
авторов этого справочника вести ра-
боты по созданию импульсных источ-
ников питания гальванической на-
грузки и модернизации промышленных
образцов.
На казанском заводе «Теплокои-
троль» внедрен в производство источ-
ник периодического тока с обратным
импульсом с максимальным катодным
током 800 А, максимальным анодным
током 200 А.
Перспективные направления разработки
513
В последние годы ведутся исследо-
вания по электроосажденню металлов
с помощью импульсных токов, раз-
работаны новые источники импульс-
ного тока, в которых использован ток
заряда и разряда конденсаторов (ем-
костных накопителей тока). Схема
реализована в промышленном варианте
источника со следующими параметра-
ми: максимальный ток 1200 А; средний
ток 60 А; частота (0,54-1,1) 104 Гц.
В настоящее время проводится также
модернизация промышленных выпря-
мителей типа ВАС, ВАКР. На ряде
предприятий внедрены новые техноло-
гические процессы никелирования,
меднения, родирования с применением
модернизированных источников.
За рубежом швейцарской фирмой
Egatic выпускается импульсный гене-
ратор с максимальным током до 200 А,
с большим разнообразием реализуемых
форм тока, с длительностью импульсов
40 мкс — 10 мс и длительностью пауз
100 мкс — 100 мс.
В США выпускается устройство Po-
lar с источником питания. Оно ком-
плектуется ЭВМ. Устройство автомати-
чески реализует заданную программу,
обеспечивающую определенные физи-
ко-химические свойства осадка. В за-
висимости от типа электролита и из-
меренных с помощью датчиков элек-
тропроводности, градиента концентра-
ции ионов в диффузионном слое, окис-
лительно-восстановительного потенциа-
ла, pH и температуры раствора си-
стема выбирает оптимальный режим
нанесения покрытия — форму импуль-
са тока, длительность импульсов и
пауз, коэффициент заполнения, плот-
ность тока, а также использование
модулированных импульсов знакопе-
ременного тока. Процесс ведется ав-
томатически.
Следует отметить, что, хотя электро-
осаждение импульсным током приме-
нимо не для всех видов покрытий, по-
требность в таких источниках состав-
ляет не менее 10—15% от общего
числа агрегатов, выпускаемых про-
мышленностью.
Пульт программного управления
с применением микропроцессорной тех-
ники. Пульты программного управле-
ния (ППУ), выпускаемые в настоящее
время серийно промышленностью, име-
17 П/р В. Л. Зубченко
ют ряд существенных недостатков,
снижающих эффективность их при-
менения:
ограниченное число программ
(шесть);
ограниченное число типовых участ-
ков режима работы;
жесткая связь типовых участков
в программе;
отсутствие обратной связи, отсле-
живающей ход технологического про-
цесса;
невозможность оперативной пере-
стройки режима работы устройства;
несовместимость работы устройства
с ЭВМ;
сложность схемы, устаревшая эле-
ментная база;
невозможность одновременного уп-
равления программами нескольких ис-
точников.
Как показал опыт, в эксплуатации
не требуются универсальные устрой-
ства, обеспечивающие все виды про-
грамм с широким диапазоном времен-
ных уставок. Устройство, установлен-
ное на определенном технологическом
процессе, должно обеспечивать реа-
лизацию только двух-трех программ с
ограниченным дискретным временным
диапазоном. Такие устройства уже
успешно эксплуатируются на некото-
рых предприятиях страны. В некото-
рых из них предусмотрено введение
обратной связи, обеспечивающей сле-
жение за ходом технологического про-
цесса и выявляющей с предварением
возможность его нарушения.
Так, в устройстве, реализующем
постепенный подъем плотности тока
до определенного значения и после-
дующую ее стабилизацию (процесс
твердого анодирования), предусмотре-
ны обратные связи по напряжению и по
току.
Известно, что при твердом анодиро-
вании с ростом толщины оксидной
пленки при поддержании заданной
плотности тока напряжение растет.
Падение напряжения свидетельствует
о нарушении хода процесса. Об этом же
говорит и появление низкочастотных
колебаний тока. Для контроля за хо-
дом процесса схема предусматривает
периодическое (с интервалом в 10 с)
сравнение и дальнейшее обнуление
двух последующих значений иапряже-
514
Источники питания ванн
ния и тока. Если разность напряжений
положительна, а в токе отсутствуют
колебания — процесс ведется нор-
мально; если разность отрицательна
или в токе появились колебания —
имеются отклонения от нормального
хода процесса. О нарушении процесса
схема выдает сигнал.
Наиболее полно удовлетворить тре-
бования, предъявляемые к программ-
ным устройствам, можно, применив
микропроцессорную технику.
Использование для управления галь-
ванической линией микроЭВМ позво-
ляет передать ей функции программно-
го управления источниками питания.
МикроЭВМ включает в себя все
необходимые средства согласования с
источниками. Однако их применение
оправдано только для крупных галь-
ванических цехов. Для небольших
цехов и гальванических участков це-
лесообразно иметь устройства про-
блемно ориентированные, выполнен-
ные на базе микропроцессорной тех-
ники, обладающие определенным на-
бором режимов работы, возможностью
оперативной смены программы но сиг-
налам ЭВМ или оператором.
Имеются конкретные попытки постро-
ения пульта программного управления
(ППУ) на базе микроЭВМ. Основными
узлами схемы являются центральный
процессор, постоянное иоперативноеза-
поминающие устройства (ПЗУ и ОЗУ),
цифроаналоговые и аналого-цифровые
преобразователи (ЦАП и АЦП), тай-
меры, интерфейс, индикаторы и кла-
виатура.
Для реализации ППУ разработано
программное обеспечение с использо-
ванием стандартных программных
средств: микроЭВМ «Электроника-бОМ»
и узла связи, обеспечивающего пере-
дачу управляющих сигналов трем вен-
тильным преобразователям. Парал-
лельно с этим алгоритмом таймеры
отсчитывают длительность каждого ми-
крорежима или шага изменения вы-
ходного напряжения и выдают в цен-
тральный процессор сигналы преры-
ваний. Для задания параметров од-
ного наиболее длинного или информа-
тивного режима необходимо 30 байт.
ОЗУ емкостью 1 кбайт (восемь ми-
кросхем К565РУ2А) позволит хра-
нить информацию о 36 режимах. ПЗУ
емкостью 2 кбайта позволит хранить
информацию о 72 режимах, емкость
программ работы ППУ можно оце-
нить в 1 кбайт.
Пуск в работу ППУ от ЦЭВМ исклю-
чает необходимость постоянного об-
щения оператора с ППУ, высвобожда-
ет персонал для других работ. Для
работы ППУ в комплексе с силовыми
агрегатами разработан блок цифроана-
логовых преобразователей.
Для обеспечения параллельной ра-
боты цифроаналоговых преобразовате-
лей используется дешифратор адреса.
Применение счетчиков ампер-часов
в источниках питания. В качестве до-
полнительных устройств в комплект
поставки с источниками питания долж-
ны входить счетчики ампер-часов. Их
основное назначение — обеспечить
контроль технологического процесса
нанесения покрытий. С их помощью
можно измерять затраченное количе-
ство электричества (что позволит кос-
венно судить о толщине и качестве
нанесенного покрытия) и выдавать
сигналы для автоматического отклю-
чения источника. Применение счет-
чика ампер-часов позволит осуще-
ствить контроль основных компонен-
тов рабочих ванн и автоматизировать
коррекцию состава гальванических
ванн. Это важно в случаях, когда
применяемые компоненты поддаются
только сложному химическому анализу.
Включение счетчиков в автоматизи-
рованные системы управления обес-
печит экономию материала покрытий,
контроль за расходом электроэнергии.
В некоторых отраслях промышлен-
ности эксплуатируются хорошо заре-
комендовавшие себя амперчасметры
типа 1356 (НРБ). Они применяются
сейчас на процессах кадмирования, се-
ребрения, анодирования для измере-
ния количества электричества при
протекании постоянного тока, неста-
билизированного по времени с ча-
стотой пульсаций 50—300 Гц и про-
извольным коэффициентом пульсаций.
Амперчасметры типа 1356 ВР (НРБ)
щитового исполнения используются
для автоматизированного контроля,
имеют возможность авюматического
управления началом и концом про-
цесса, по заказу поставляются с изме-;
рительными шунтами на 75 и 100 мВ.
ГЛАВА 14
ЛОКАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АГЛ
КОНТРОЛЬ И РЕГУЛИРОВАНИЕ
ТЕМПЕРАТУРЫ
В ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ВАННАХ
Поддержание постоянного темпера-
турного режима электролита в галь-
ванических ваннах влияет на свойства
и качество покрытия, а также на тех-
нико-экономические показатели про-
цесса. Диапазон рабочих температур
растворов, используемых в процессе
нанесения покрытий, от—2 до-Н60 °C.
Для большинства процессов допу-
скается точность поддержания темпе-
ратур 5—7 °C (для ряда процессов
1—2 °C).
Средства контроля и регулирования
температуры. В практике регулирова-
ния температуры в гальванических
линиях находят применение следую-
щие датчики температуры: термопре-
образователи сопротивления и элек-
трические, контактные термометры,
манометрические термометры.
Термопреобразователи сопротивле-
ния и термоэлектрические. Термопре-
образователи сопротивления (ТС) пред-
назначены для измерения температуры
жидких и газообразных сред от—200 °C
до 600 °C и работают в комплекте с
уравновешенными мостами и логоме-
трами.
Преобразователи термоэлектриче-
ские (ТП) предназначены для изме-
рения температуры жидких и газо-
образных сред от —50 °C до 1200 °C
и работают в комплекте с потенцио-
метрами и милливольтметрами.
Основными условиями правильного
выбора термопреобразователей для из-
мерения температуры в требуемых ус-
ловиях являются: соответствие изме-
ряемой температуры пределам изме-
рения термопреобразователей; соот-
ветствие прочности материала защит-
ной арматуры условиям эксплуатации;
правильный выбор длины монтажной
части термопреобразователя; термопре-
17*
образователь сопротивления и уравно-
вешенный мост (логометр) должны
быть одной градуировки так же, как
и термоэлектрический преобразователь
и потенциометр (милливольтметр).
Технические характеристики термо-
преобразователей сопротивления и тер-
моэлектрических приведены в табл. 1.
Контактные термометры. Разли-
чают два типа контактных термоме-
тров: с заданной температурой кон-
тактирования (ТЗК) и с переменной
температурой контактирования, с маг-
нитной регулировкой контактирова-
ния (ТПК). Исполнения — прямые
и угловые.
Прямые контактные термометры вы-
пускают с нижней частью длиной 83—
403 мм для ТПК-П и 83—1003 мм для
ТЗК-П. Угловые термометры контакт-
ные выпускают длиной 141—441 мм
для ТПК-У и 141—1041 мм для ТЗК-У.
Оправы для контактных термоме-
тров выпускают с верхней частью
длиной 215 и 285 мм; длина нижней
части 63—1000 мм. Технические ха-
рактеристики контактных термоме-
тров приведены в табл. 2.
Включение термометров иа «минус»
(—) производится соединительным
контактом, на «плюс» (+) — рабочим
контактом. Коммутируемая мощность
тока при индуктивной нагрузке с по-
стоянной времени не более 0,005 с
не должна превышать 1 Вт. При частоте
включений не более 5 раз в 1 мин
гарантируется 10е включений. Не ре-
комендуется перегревать термометр от-
носительно установленной темпера-
туры контактирования более чем на
1 °C, так как это может привести к раз-
рыву ртутного столбика при пониже-
нии температуры.
Манометрические термометры в за-
висимости от заполнителя термосистемы
делят иа газовые (заполненные арго-
ном или азотом), жидкостные (запол-
ненные жидкостью типа ПМС-5), имею-
516
Локальные системы управления АГЛ
1. Технические характеристики термопреобразователей
сопротивления и термоэлектрического
Тип Номиналь- ная стати- ческая Ха- рактеристика Предел измерения, °C Инерцион- ность, с, не более Условное давление среды, МПа Материал защитной арматуры (сталь)
ТСМ-0879 50М; 100М --50-ь +200 40 0,4 08X13
ТСМ-0879-01 30 4,0 08X13,
ТХ К-0279 ХК (L) —50-Ь +600 180 12Х18Н10Т
щие равномерную шкалу, и конден-
сационные (заполненные низкокипя-
щими жидкостями: фреоном, ацето-
ном и др.), имеющие неравномерную
шкалу. Положение термобаллона мо-
жет быть любым, но он обязательно
должен быть полностью погружен
в измеряемую среду во избежание
дополнительных погрешностей изме-
рения. Манометрические термометры
выпускают бесшкальными, показываю-
щими и самопишущими. Они могут
быть снабжены сигнальным устрой-
ством. Напряжение питания сигналь-
ного устройства 220 В частотой 50 Гц.
Разрывная мощность контактов 50 В - А.
Длину соединительных капилляров вы-
бирают из ряда, м: 0,6; 1,0; 1,6; 2,5;
4,0; 6,0; 10,0; 12,0; 16,0; 25. Длина
погружаемых термобаллонов, мм: 160,
2. Технические характеристики
контактных термометров
Тип Предел измерения, °C Цена деления, °C Интервал меж- ду контактами, СС, ие менее
ТЗК-1П, —ЗО-ь + 70 2 10
ТПК-1П
ТЗК-2П, 0-ь+50 1 5
1ПК-2П
тзк-зп, 0-ь+ 100 2 10
тпк-зп
ТЗК-4П 0-ь+200 2 20
ТПК-6П 0-ь+300 5 30
200, 250, 315, 400, 500, 630, 800,
1000. Технические характеристики не-
которых типов манометрических тер-
мометров, применяемых для измере-
ния температуры в гальванических
линиях, приведены в табл. 3. Инер-
ционность приборов при измерении
в гальванических ваннах у газовых
термометров 15 с, у конденсационных
и жидкостных — 30 с.
Измерительные (нормирующие) пре-
образователи предназначены для пре-
образования сигналов от первичных
измерительных преобразователей в уни-
фицированные выходные сигналы. Эти
сигналы могут подаваться на вторич-
ные приборы прямого действия и
одновременно на задающие устрой-
ства регуляторов. Технические ха-
рактеристики некоторых серийно вы-
пускаемых преобразователей такого
типа приведены в табл. 4.
Вторичные приборы для измерения
температуры. Наиболее распростра-
ненными приборами этого типа яв-
ляются: логометры, милливольтметры,
автоматические потенциометры, урав-
новешенные мосты (табл. 5). При
измерении температуры логометрами
и уравновешенными мостами необхо-
димо подгонять измерительные линии
с помощью подгоночных катушек до
сопротивления каждой линии, указан-
ного в паспорте на прибор.
При измерении милливольтметрами
или потенциометрами линии связи
от датчиков необходимо монтировать
компенсационными проводами. Для ре-
гистрирующих приборов следящего
уравновешивания типа РП-160 при
измерениях термометрами сопротив-
ления подгоика линий не требуется,
регулирование температуры в ваннах
517
3. Технические характеристики манометрических термометров
Тип Наименование Пределы измерения, °C Длина дистан- ционного капилля- ра, м Длина погруже- ния термо- баллона, мм Класс точ- ности (по ГОСТ 8.401—80)
ТКП-160Сг Конденсацион- ный показываю- щий сигнализи- рующий —25-4- +75 0—120 0,6—25 160—1000 2,5 4,0
ТГП-ЮОЭк Газовый пока- зывающий сэлек- троконтактным устройством —50+-+200 1,6—40 160—630 1,0; 1,5
ТКП-ЮОЭк Конденсацион- ный показываю- щий с электро- контакТным уст- ройством -25-++ 100 1,6—25 125—400 1,5
ТЖС-711 Жидкостный самопишущий однозаписной —50-4- + 50; 0—100; 50—150 1,6; 2,5; 4; 6; 10 125—400 1,0
4. Технические характеристики измерительных преобразователей
Тип Номинальная ста- тическая харак- теристика Класс точ- ности (по ГОСТ 8.401—80) Габаритные размеры, мм Масса, кг
ПТ-ТП-68 ХК (L) 1,5 280X270X 130 7,0
ПТ-ТС-68 50М, 100М 1,0
НП-ТЛ1-М НП-СЛ1-М ХК (L); ХА (К) 50М; 100М 160Х 120 X 500 10
ТСМУ-0283 ТХАУ-0383 50Х ХА (К) 1,0 1,5 100—1000 1,06—1,36
ППСН2-1 ППСН2-2 ХК (L); ХА (К) 50М; 100М 0,6 320Х 295Х 227 10
ППСН1* — 320X300X225 6
* Преобразует частотный сигнал 4—8 кГц в электрический сигнал 0—100 мВ.
518
Локальные системы управления АГЛ
5. Технические характеристики вторичных приборов
для измерения температуры
Наименование н тип прибора Номиналь- ная стати- ческая ха- рактеристика Внешнее сопротив- ление» Ом Класс точ- ности (по ГОСТ 8.401—80) Масса, кг
Логометр Ш9002 50М; 100М 15 2,0 3,5
Милливольтметр Ш69004 в комплекте с блоком П691 (12-точечный мост) ХК (L)
Прибор узкопрофиль- ный МВУ-6-А со световым указателем и блоком: БУ-11 50М; 100М 5 2,8
БУ-21 XK(L)
Прибор регистрирую- щий следящего уравнове- шивания типа: РП-160-1 XK(L) — 0,5
РП-160-13 50М, 100М Не более 500 для каждой линии 16
Мост автоматический следящего уравновешива- ния для измерения и реги- страции температуры 12- точечный, с трехпозицион- ным регулирующим уст- ройством КСМ2-030 50М; 100М 2,5 на каждой линии 1,0 — для записи; 0,5 — для показаний 10,5
так как в этом случае соединение вы-
полняется по четырехпроводной схеме.
РП-160 регистрирует входной сигнал
частотой до 0,2 Гц. Внешнее магнит-
ное поле напряженностью 400 А/дм
обусловливает дополнительную по-
грешность ±0,2 % . Оптимальные ус-
ловия работы прибора: температура
окружающей среды (20 ± 5) °C. Влаж-
ность 80 % . Примеси агрессивных па-
ров недопустимы.
Датчики-реле температуры. Для
сигнализации и регулирования тем-
пературы в гальванических линиях
могут применяться терморегулирую-
щие устройства: дилатометрические
электрические типа ТУДЭ, регуля-
торы, работающие с термометрами
сопротивления типа РТ-049, а также
контактные устройства, встроенные во
вторичные сигнализирующие приборы^
Технические характеристики датчикои
реле температуры приведены в табл. 6.
Регулирующие приборы (регуля-
торы). Промышленностью выпу-
скаются регуляторы, реализующие
пять законов регулирования. Закон
регулирования описывается уравие-
Регулирование температуры в ваннах
519
6. Технические характеристики датчиков-реле температуры
Тип Предел установки срабатывания, °C Зона нечув- ствительности регулируемая, °C Основная допустимая погрешность (±), % Допустимый ток, ком- мутируемый контак- тами, А
ТУДЭ-1 -30-5-+40 2—10 4 10
ТУДЭ-2 0—100 2—10 2,5 2
ТДЭ-5 0—160 1—8 2,5 1,4
РТ-049М —20-Т- + 150 1—10 1,0 0,3
Т419-04 27—75 1—10 1,0 2,5
нием, связывающим отклонение ре-
гулирующего параметра У от отклоне-
ния регулируемого параметра X. На-
пример, для регулятора температуры
это связь подвода тепла с изменением
температуры.
Существуют следующие законы ре-
гулирования:
Y = КрХ — пропорциональный (П-
регулятор);
Y ' = КрХ — интегральный (И-
регулятор);
J = КрХ + — J Xdt — пропор-
ционально-интегральный (ПИ-регуля-
тор);
Y = КрХ + Т-арХ' — пропорцио-
нально-дифференциальный (ПД-регу-
лятор);
J = Кр (х + jx^+TnpX')-
пропорционально-интегрально-диффе-
ренциальный (ПИД-регулятор).
Здесь Кр — коэффициент пропор-
циональности регулятора; Тъ — время
изодрома (время, за которое регули-
рующее воздействие увеличивается в
2 раза по сравнению с первоначальным
значением); Тпр — время предваре-
ния (демпфирования), характеризую-
щее участие дифференциальной со-
ставляющей X' в регулирующем воз-
действии; t — текущее время.
Промышленные регуляторы имеют
возможность работать по любому из
указанных законов с коэффициентами
пропорциональности и временем изо-
дрома и предварения в диапазоне,
определенном при конструировании
регулятора. Тип закона и параметры
настройки коэффициентов регулятора
выбираются при наладке регуляторов
в системе автоматического регулиро-
вания. Наиболее распространенные
типы регуляторов температуры, вы-
пускаемые промышленностью, приве-
дены в табл 7.
Исполнительные механизмы в систе-
мах регулирования температуры.
Для регулирования температуры в
АГЛ используют три вида источников
тепловой энергии: жидкость, пар,
теплонагревательные элементы (ТЭНы).
В первых двух случаях регулирова-
ние температуры осуществляется ре-
гулирующими клапанами, в третьем
случае ТЭНы могут регулироваться
включением их непосредственно через
пускатели или тиристорные усилители.
Для пара и жидкостей регулирование
от электрических исполнительных ме-
ханизмов осуществляется через пус-
катели. Технические характеристики
электрических исполнительных меха-
низмов, пускателей и тиристорных
усилителей приведены в табл. 8.
Регулирующие клапаны. При приме-
нении в качестве теплоносителя пара,
воды или рассолов регулирование
температуры осуществляется с по-
мощью клапанов с электромеханиче-
скими, пневматическими или электро-
магнитными приводами. Технические
характеристики некоторых типов кла-
панов, применяемых для регулирова-
ния температуры в АГЛ, приведены
в табл. 9.
Регулирование температуры в галь-
ванических ваннах. При разработке
и наладке систем регулирования тем-
пературы, работающих с заданной
точностью, необходимо учитывать ди-
намические свойства объектов регули-
7. Технические характеристики регуляторов температуры
Тип Входные сигналы Коэффи- циент пропор- цноиаль- ностн, с/% Постоянная времени, с Выходные сигналы Зона чувстви- тель- ности, %* Диапа- зон дей- ствия задат- чика, % Масса, кг
интегри- рования демпфи- рования
РП4 Р17.3 Р27.2 ЛОЗ.З Р25.2 Р133 РС29.2 0—5 мА, ТП, ТС (2 входа) 0—5 мА, ТП 0—5 мА, ТС 0—5 мА, ТП ТС (2 входа) или 0—5 мА, ТС ТП, 0—5 мА ТС (3 входа) 0,5—5 0,3—100 0,3—100 0,2—5 0,3—50 0,2—10 5—500 20—2000; 5—500; 0,5—50 20—2000; 5—500 5—500 0,3—300 0—600; 0—100; 0—10 0—400; 0—100 0—22 0—100 0,25—5 Пульсирующий импульс- ный ток напряжением 24 В 0—5 мА; 0—20 мА; 4—20 мА Пульсирующий импульс- ный ток напряжением 24 В 0—10 В; 0—5 мА; 0— 20 мА; 0—1 В Пульсирующий импульс- ный ток напряжением 24 В Импульсы; от —10 В до 0, от 0 до +10 В 0,2—2 0,1—5 0,5 0,4—4 0—100 0—10; 0—100 0—10; 0—100 0—100 —7,5-=- +7,5 0—100 0—100 —10-5- +ю 6,5 5 6 3,5
Локальные системы управления АГЛ
Регулирование температуры в ваннах
521
8. Технические характеристики исполнительных механизмов
Тип Наименование Входной сигнал Выходной сигнал Потребляе- мая мощ- ность, В-А
МЭО Механизм электр и- 220 В Перемеще- 0,04—0,29
МЭМ ческий однооборотный Механизм электри- 220/380 В 220/380 В нне выход- ного вала 0,4
ПБР-ЗА ческий многооборот- ный Пускатель веской- (24±6) В 220 В 1,1
У13 тактный реверсивный Усилитель мощности тиристорный постоян- ного тока 0—5 мА 0—10 В 0—323 В 3,7
Примечание. Ход выходного вала 0,25 или 0,63 оборота; время
хода 10, 25, 63, 160 с.
рования. Ванна как объект регулиро-
вания температуры представляет со-
бой многоемкостный объект с само-
выравниванием и описывается диф-
ференциальным уравнением выше вто-
рого порядка. При оценке динамиче-
ских характеристик ванны, необходи-
мых для анализа системы регулирова-
ния и определения настройки регуля-
торов, упрощенно принимают ее как
последовательное соединение звена чи-
стого запаздывания и апериодического
звена первого порядка. Передаточная
функция такой системы W (р) описы-
вается формулой
W(p)
Ке~рТ
Т'рР
где К — коэффициент (передачи)
усиления объекта; Т — запаздывание;
Гр — время разгона объекта.
Коэффициент усиления объекта по-
казывает, на сколько изменится ре-
гулируемая величина при изменении
положения регулирующего органа:
У .. dT
dlfh — qj ’
где t — относительное отклонение ре-
гулируемого параметра (температуры);
<71 — относительный приток теплоты
в объект; qt — относительный расход
теплоты из объекта.
Постоянная времени объекта То ха-
рактеризует инерционность объекта и
связана с временем разгона объекта Гр
следующим соотношением:
Тр=т)Т0,
где т] < 1 — коэффициент нагрузки
объекта, равный отношению рассма-
триваемой нагрузки к максимальной.
Время разгона объекта определяется,
как время, в течение которого регули-
руемый параметр (температура) из-
менится от нуля до заданного значения
при изменении регулирующего органа
от нуля до максимума при условии,
что скорость изменения регулируемой
величины останется постоянной, а на-
грузка отсутствует. Время разгона
для теплообменника ориентировочно
(без учета потерь от ванны) может быть
определено по формуле
т GCM
2р—ёГ’
где G — масса нагреваемой жидкости,
кг; QT — максимальный тепловой по-
ток, подводимый для подогрева, Вт;
Д/ — разность температур от нуля
(минимальная температура процесса)
9. Технические характеристики запорно-регулирующих клапанов
Тип Конструктивная характеристика Регулируемые среды и их граничные пара- метры Диаметр условного прохода Z)y, мм Масса, кг
25ч939нж (И68082) Регулирующий двухседельный кла- пан с однооборотным исполнительным механизмом типа МЭО Жидкие и газообраз- ные среды до 250 °C; 1,6 МПа 25 26,9
25Б 670 7Р (СК 62045) Регулирующий латунный клапан с сильфонным пневмоприводом Вода до 50 °C; 0,2— 0,6 МПа 15 1,4
ГППУ-1 Регулирующий шланговый клапан Вода 15—50 °C; 0,6 МПа 25 32 50 11 17,6 26
151 859П (П326291.01М) Запорный латунный клапан с элек- тромагнитным приводом Пар и конденсат ПО—175 °C; 0,6 МПа 10 15 2,1 2,1
15кч888рСВМ (С326239.0309) Запорный мембранный клапан с электромагнитным приводом (фланце- вый) Вода до 45 °C, 1,6 МПа 25 40 50 65 6,2 7,8 13,1 27,1
15кч892пСВВ (С321087) Мембранный клапан с электромаг- нитным приводом постоянного тока 220 В Вода, пар 5—150 °C, 1,6 МПа 25 50 18 22
15С832р (ЛА26336М) Запорный проходной бессальниковый клапан с электромагнитным приводом типа ЭМП Вода до 35 °C Воздух 40—35 °C; 16 МПа 10 15 2,4 2,6
РКЭ-1 (ЕА058011) Трехходовой электромагнитный шту- церный клапан из капрона АР413 Вода и воздух до 40 °C; 0,8 МПа 6 2,0
Локальные системы управления АГЛ
Регулирование температуры в ваннах
523
до нормы; С — теплоемкость жидко-
сти, Дж/°С.
Запаздывание Т процесса в объекте
является свойством объекта и склады-
вается из двух составляющих: чистого
запаздывания и переходного. Чистое
(транспортное) запаздывание Т3 за-
висит от расстояния между регулирую-
щим органом и объектом, а также от
скорости распространения возмуще-
ния среды до датчика. Переходное
(емкостное) запаздывание Тп зависит
от тепловых сопротивлений между
емкостями объекта и определяется,
как промежуток времени между на-
чалом возмущения и началом измене-
ния регулируемой величины.
Полное запаздывание:
Т = Тв + ТП.
При регулировании температуры
для ванн можно приближенно при-
нять Т = Та и определять Тп в за-
висимости от числа емкостей в объекте:
для двухъемкостных объектов Тп =
= 0,12То;
для трехъемкостных объектов Та =
= 0,24То.
Время разгона Тп или постоянная
времени объекта То характеризует
общую продолжительность процесса
самовыравнивания регулируемого па-
раметра и характер изменения его
во времени.
Все параметры, характеризующие
динамические свойства объекта, можно
получить по экспериментально снятой
кривой разгона. Для объекта с само-
выравниванием кривая разгона при-
ведена на рис. 1. Как следует из по-
строений, Т = тэ + Та.
Схемы регулирования температуры
в ваннах гальванических линий. Для
регулирования температуры в галь-
ванических ваннах применяют три
типа регуляторов: прямого действия;
с приборным исполнением; с аппарат-
ным исполнением.
Регуляторы прямого действия пред-
ставляют собой полную систему регу-
лирования t датчиком манометриче-
ского типа и сильфонным устройством
(исполнительный механизм), связан-
ным с регулирующим клапаном.
Регуляторы прямого действия типа
PT-ДО (ДЗ) выпускают с регулирую-
щим клапаном, имеющим условный
Рис. J. Кривая разгона
проход 15—80 мм. Технические ха-
рактеристики регуляторов такого типа
приведены в табл. 10.
Варианты регуляторов с прибор-
ным исполнением строятся на базе
вторичного прибора — автокомпенса-
тора, в качестве которого применяют
автоматические мосты, потенциометры,
милливольтметры и др. Эти приборы
одновременно контролируют, реги-
стрируют и регулируют температуру.
Наиболее распространенные приборы
этого типа, выпускаемые промышлен-
ностью, приведены в табл. 5.
В регуляторах с приборным испол-
нением реализуется, как правило, по-
зиционное регулирование. По такому
же закону работают и схемы, построен-
ные на базе датчиков-реле (см. табл. 6).
При двухпозиционном регулирова-
нии регулирующий орган может за-
нимать два положения: «Открыл»,
«Закрыто». Для улучшения точности
регулирования позиционные регуля-
торы преобразуют в импульсные путем
включения в цепь управления регули-
рующим органом импульсного преры-
вателя.
Импульсный ступенчатый прерыва-
тель типа СИП-01М в качестве привода
имеет синхронный двигатель перемен-
ного тока на напряжение 220 В. При
напряжении 220 В ток размыкания 1 А,
потребляемая мощность 15 В-А, масса
прибора 2,7 кг. Значения периодов и
импульсов, иа которые настраивается
прибор, приведены в табл. 11. Импуль-
524
Локальные системы управления АГЛ
10. Технические характеристики регуляторов прямого действия PT-ДО (ДЗ)
Тип Диаметр условного прохода Dy, мм Условная пропускная способность, м8/ч Условное давление Ру, МПа Перепад давления на регули- рующем органе, МПа, не более Масса, кг
РТ-ДО (ДЗ)-15 15 2,5 1,0 0,6 7
PT-ДО (ДЗ)-25 25 6,8 9,5
РТ-ДО (ДЗ)-40 40 16,0 14,5
РТ-ДО (ДЗ)-50 50 25,0 22,0
РТ-ДО-80 80 60,0 0,6 0,4 40,0
Примечание. Диапазон настройки регулируемой темпера-
туры 20—180 °C (зона пропорциональности не более 10 °C; зона нечувстви-
тельности не более 1 °C); постоянная времени не более 100 с, протечка не
более 0,1 % от максимального расхода; температура регулирующей среды
15—225 °C; длина дистанционной связи, м: 1,6; 2,5; 4; 6; 10.
сом считается промежуток времени, на
который замыкается электрическая
цепь, периодом — промежуток вре-
мени между началом одного и после-
дующего импульса.
При типовой схеме регулирования
температура в ваннах АГЛ с исполь-
зованием двухпозиционного регулиро-
вания будет иметь колебательный ха-
рактер.
11. Настройки СИП
При симметричной статической ха-
рактеристике регулятора с зоной не-
однозначности и запаздыванием пара-
метры, характеризующие процесс уста-
новившихся колебаний, будут опреде-
ляться по следующим формулам:
амплитуда колебаний температуры,
Период, с Продолжительность импульсов •» с Масса, кг
15 30 60 120 * для д 1 14 1 29 1 59 1 119 Для коро линных — д 13 2 28 2 58 2 3 12 3 27 3 57 3 4 11 4 26 4 56 4 5 10 5 25 5 55 5 6 9 6 24 6 54 6 7 8 7 23 7 53 7
118 тких импу продол ЖР 117 льсов в чи ггельность 116 слителе пр паузы; в 115 одолжител знаменате 114 ьиость им ле — наоб 113 пульса, орот.
Регулирование температуры в ваннах
525
период колебаний, с
Число включений регулятора в се-
кунду
„ КобР
2 (аТ + К0($Т) ’
где а — зона неоднозначности регуля-
тора, °C; То — постоянная времени
объекта, с; Т — запаздывание, с;
Коб — коэффициент усиления объекта,
°C с/кДж; р — регулирующее воз-
действие, Дж/с.
Зона неоднозначности регулятора
определяется по формуле
2а = (U Ср У0Тп)/К,
где UCp—напряжение срабатывания
реле, В; Uora—напряжение опуска-
ния реле, В; К — коэффициент пере-
дачи участка, включающего датчик,
измерительное устройство и усили-
тель, В/°C.
В качестве примера на рис. 2 при-
ведена структурная схема регулиро-
вания температуры в ванне хромиро-
вания, выполненная на базе автомати-
ческого моста КСМ4. Характерной
особенностью данной схемы является
наличие двух регулирующих контуров
(пар и холодная вода). В качестве
исполнительных механизмов здесь ис-
пользованы исполнительные механизмы
типа ПР-1М. Система работает сле-
дующим образом: при t > /зад кла-
пан на пару закрывается, клапан на
воде открывается, при t < /зад —
наоборот.
Применение импульсного прерыва-
теля в схеме и реле времени позволяет
системе работать в импульсном режиме.
Рис. 2. Схема регулирования температуры
в ванне хромирования:
1 — нагреватель; 2 — автоматический
мост; 3 — схема управления; 4 — охла-
дитель
Схема регулирования температуры
в ванне АГЛ, выполненная на базе
аппаратных регуляторов, может быть
реализована на базе регуляторов, при-
веденных в табл. 7, и может выпол-
нять любые из приведенных выше за-
конов регулирования. Качество ре-
гулирования, которое обеспечивают
этой схемой при правильно выбранном
и настроенном регуляторе, должно
дать степень затухания процесса
~0,75.
Выбор регуляторов. П-регуляторы
обеспечивают устойчивое регулирова-
ние температуры в ванне при условии
КрКо>(~сЬ~^’
где Кр — коэффициент передачи
регулятора; Ко — коэффициент пере-
дачи объекта; GCT — статическая не-
равномерность (погрешность) регули-
рования.
Наличие статической неравномер-
ности означает, что каждому положе-
нию клапана будет соответствовать
свое значение температуры в ванне.
И-регулятор может работать устой-
чиво только при наличии в регуляторе
зоны нечувствительности. Регулиро-
вание И-регулятором будет устойчиво,
если соблюдается следующее условие:
гДе °с — скорость перемещения ре-
гулирующего органа; Ка — коэффи-
циент (сопротивления по входу); С —
теплоемкость объекта.
Для случая регулирования темпера-
туры в ванне
Аа = /п/(Спр Qot)>
гДе in — потенциальное значение тем-
пературы; (?Пр и (?от — количество
теплоты соответственно вносимое в объ-
ект и выносимое из объекта; С —
теплоемкость (Дж/°С) и означает то
количество теплоты, которое необхо-
димо подать на объект, чтобы увели-
чить его температуру на 1 °C.
ПИ-регуляторы применяют для объ-
ектов с большой емкостью, много-
емкостных со значительным запазды-
ванием Т > 0,1 То. Эти регуляторы
могут поддерживать температуру с вы-
526
Локальные системы управления АГЛ
сокой точностью без статической по-
грешности.
ПД-регуляторы применяют в объек-
тах средней емкости при большом вре-
мени запаздывания и при малых из-
менениях нагрузки ,ПИД-регуляторы—
в объектах любой емкости, с большим
запаздыванием и резким (большим)
изменением нагрузки. Применение
этих регуляторов вызывает трудности
в наладке, но правильно настроенные,
они обеспечивают качество регулиро-
вания, близкое к оптимальному.
СХЕМЫ И УСТРОЙСТВА
для КОНТРОЛЯ
И РЕГУЛИРОВАНИЯ УРОВНЯ
РАСТВОРОВ В ВАННАХ
С точки зрении регулирования
уровня, можно выделить три типа
ванн: рабочие, где находятся различ-
ные электролиты; улавливания (обычно
ставятся после экологически вредных
электролитов); промывочные.
Схемы регулирования уровня элек-
тролита. В рабочих ваннах необходимо
поддерживать такой уровень электро-
лита, чтобы детали были всегда пок-
крыты слоем электролита постоянной
толщины, так как изменение этого
параметра может влиять на распреде-
ление электрических полей в объеме
электролита. Точность поддержания
уровня составляет, как правило, ±5мм.
Причины, вызывающие изменение
уровня, следующие: вынос электро-
лита с деталями, вынос электролитов
в бортовые отсосы и их испарение
(особенно горячих).
Отдельно следует рассмотреть спо-
собы поддержания уровня электроли-
тов в ваннах, после которых установ-
лены ванны улавливания. В случае,
когда температура в основной ванне
высокая (следовательно, требуется ча-
стое восстановление уровня электро-
лита), применяют схему, приведенную
на рис. 3.
Датчик уровня, установленный в ос-
новной ванне, через схему управления
воздействует на электромагнитный
клапан, в качестве которого исполь-
зуются соленоидный воздушный кла-
пан и эрлифтное устройство. Прк
падении уровни электролита по сиг-
налу с датчика уровня в схеме управле-
ния срабатывает реле 2 и включает
воздушный клапан. Воздух Подается
в эрлифтное устройство, находящееся
в ванне улавливания. При достижении
в основной ванне заданного уровня
процесс прекращается. Датчик уровня,
находящийся в ванне улавливания,
воздействует через свою схему управ-
ления на электромагнитный клапан,
установленный на магистрали, подво-
дящей воду к ванне улавливания.
Когда температура в основной вание
невысокая (испарение электролита не-
значительно), в АГЛ целесообразно
вводить лишний ход манипуляторов.
Перед загрузкой в основную ванну
Рис. 3. Схема регулировании уровни алектролита с использованием ваииы улавливания;
1 — Датчик уровня; 2 — реле; 3 — влектромагиитиый клапан; 4 — эрлифт
устройства для регулирования уровня
527
Рис. 4. Схема алектроконтактного сигна-
лизатора уровня:
1 — ванна; 2 — реле; 3 — сигнализатор
подвеску сначала опускают в ванну
улавливания, а затем переносят в ос-
новную ваниу. Такой прием позволяет
реже корректировать уровень раствора
в основной ванне, так как в этом слу-
чае из ванны улавливания раствор
возвращается в основную ванну. Если
после основной ванны нет улавлива-
ния, то для поддержания уровня рас-
твора в основную ванну, как правило,
добавляют воду.
Регулирование уровня в промывоч-
ных ваннах по существу отсутствует.
Чистая вода подается в ванну для раз-
бавления концентрации электролитов
и выливается через сливные отверстия
на очистку или регенерацию. Регулиро-
вание уровня в промывочных ваннах
сводится к регулированию водоисполь-
зования АГЛ. Для этого предлага-
ются схемы управления подачей воды,
позволяющие уменьшить ее расход.
Эги схемы предполагают наличие в АГЛ
запорных соленоидных вентилей на
подводе воды к промывочным ваннам.
По первому решению вода подается
на промывочные ванны начиная с мо-
мента, когда в них загружаются де-
тали и прекращается подача воды после
подъема деталей из ванны промывки.
Более экономичной является схема,
требующая бдльшего числа приборов:
установка на выходе из ванн концентр а-
томеров, по сигналу которых произво-
дится подача воды.
Методы устройства для контроля
уровня в ваннах. Для контроля уровня
в ваннах применяют следующие методы.
Электроконтактный метод. Схема
Электроконтактного сигнализатора при-
ведена на рис. 4. Для срабатывания
сигнализатора необходимо, чтобы ток
Рис. 5. Поплавковый сигнализатор уровни .
1 — ванна; 2 — постоянный магнит; 3 —
геркон; 4 — поплавок с экраном
/р достиг значения, достаточного для
срабатывания реле 2:
U/(Rcp + Яр),
где 7?ср и Rp—сопротивление среды
и реле соответственно; U — напряже-
ние питания сигнализатора.
Применение этого метода в произ-
водственных условиях приводит к воз-
никновению токов утечки через за-
грязненный изолятор электрода, но,
несмотря на этот недостаток, эти при-
боры находят широкое применение
прн измерении уровня в ваннах.
Поплавковый метод. Подъемная
сила F поплавка определяется по
формуле
F = S/iopo + (р — р0) Sh,
где S — площадь сечения поплавка;
р и ро — плотность контролируемой
жидкости и среды над жидкостью со-
ответственно; Ло — высота поплавка;
h — текущее значение высоты уровня.
Возникающие при применении этого
метода погрешности — результат из-
менения плотности среды, температуры,
различных отложений на поплавок.
Погрешность от измерения удельного
веса может быть оценена по формуле
Ah = ha (1------Д— ,
“ к р + Др / ’
где ha — начальное погружение по-
плавка при плотности р; Др — изме-
нение плотности жидкости.
Как правило, применяется бескон-
тактный способ передачи сигнала от
поплавка к элементу сигнализации.
Схема такого сигнализатора представ-
лена на рис. 5. На поплавке укреплен
ферромагнетик. При вводе его в зону
действия магнита напряженность маг-
нитного поля в районе установки
магнитоуправляемого контакта умень-
528
Локальные системы управления АГЛ
12. Технические характеристики уровнемеров
Тип Погрешность измерения Температура жидкости, °C Выходной сигнал
РУС «Сигнал-15» ЭХО-3 ±1 мм ±5 мм ±3 мм 60—250 1—90 40—120 0—5 мА
ДУЖЕ-200М ±4 мм —55-ь+200 220 В; НО В-С
«Сапфир 22ДГ» (модели 2520, 2530) 0,25 % 0,5% 40—120 0—5 мА
шается, он размыкается, что использу-
ется в схеме для поддержания уровня.
Ультразвуковой метод. Разработаны
два типа приборов, использующих
этот метод. Первый построен иа за-
висимости акустического импеданса
стенки резервуара от вида соприкасаю-
щейся среды. Второй использует им-
пульсную локацию через газ, т. е.
определяет время между моментами
излучения и приема ультразвукового
импульса, отраженного от поверхности
границы раздела сред.
По первому способу работает сиг-
нализатор типа «Сигнал-15», по вто-
рому — сигнализатор типа ЭХО-3.
Высокочастотный резонансный ме-
тод. Этот метод основан на взаимо-
действии высокочастотных электро-
магнитных колебаний с контролируе-
мой средой. Разработана унифициро-
ванная система общепромышленных
уровнемеров и сигнализаторов уровня
типа «Румб», позволяющая решать все
основные задачи контроля уровня
жидких сред любой электропровод-
ности.
Емкостной метод. Метод основан
на изменении емкости первичного пре-
образователя в зависимости от поло-
жения уровня измеряемой среды. При
измерении электропроводящих жидко-
стей преобразователь выполняется в
виде коаксиальных цилиндров. Цен-
тральный электрод выполнен изолиро-
ванным, его емкость
р/
ся = 0,24——g—,
lgV
где Ся — емкость изолированного пер-
вичного преобразователя; I — изме-
ряемый уровень; D — внутренний дйа-
метр наружного электрода; d — диа-
метр внутреннего электрода; е — ди-
электрическая проницаемость изоля-
ции первичного преобразователя.
В нашей промышленности выпус-
кается широкая номенклатура емко-
стных уровнемеров. Недостатки ме-
тода, ограничивающие его применение
в АГЛ, — влияние на показания при-
бора выпадающей в осадок пленки,
разброс диэлектрической проницае-
мости среды, ограниченная дистанцион-
ность, влияние электрической прово-
димости.
Гидростатический метод. По этому
методу построены приборы типа «Сап-
фир». Измеряемое давление столба
жидкости подается в камеру измери-
тельного блока и вызывает деформацию
чувствительного элемента — пластины
из монокристалла сапфира с кремние-
выми пленочными тензопреобразовате-
лями. Сигнал с тензопреобразователей
подается в электронное устройство,
где усиливается до уровня 0—5 мА.
Технические характеристики наиболеее
применяемых типов уровнемеров при-
ведены в табл. 12.
КОНТРОЛЬ И РЕГУЛИРОВАНИЕ
кислотности
Несвоевременная корректировка
значений PH электролита отрицатель-
но сказывается иа структуре и ка-
честве осаждаемых покрытий. Тре-
Контроль и регулирование кислотности
529
Рис. в. Схема измерения pH
бования к точности поддержания pH
электролитов: pH = ± (0,05—0,75).
Приборы измерения кислотности.
Концентрация ионов водорода (pH)
электролита определяется по методу
прямой потенциометрии. Схема изме-
рения pH приведена на рис. 6. Два
электрода, помещенные в раствор,
образуют гальванический элемент.
Один электрод (измерительный) пред-
ставляет собой полый стеклянный ша-
рик диаметром 15—20 мм, изготовлен-
ный из стекла определенного состава.
Шарик крепится к стеклянной трубке
и наполняется составом с определен-
ным значением pH. Если такой шарик
опустить в раствор, где значение pH
будет другим, то на поверхности ша-
рика возникнет потенциал, пропорцио-
нальный разности pH внутреннего и
внешнего растворов.
Другой электрод (стандартный) —
электрод сравнения. Для системы,
показанной на рис. 6, электродный
окислительно-восстановительный по-
тенциал
£ = Евоп + Еш 4- Ех 4- Едиф 4- ^ср>
где Евсп — потенциал вспомогатель-
ного электрода; Еш — потенциал на
внутренней стенке стеклянного ша-
рика; Ех — потенциал на внешней
стенке стеклянного шарика; Едаф —
потенциал на границе электрический
ключ—раствор; Еср— потенциал элек-
трода сравнения.
Выделяя две составляющие этих
потенциалов, зависящие от температу-
ры и от pH, для системы из стеклянного
измерительного электрода и хлорсереб-
ряного электрода сравнения получим
уравнение
Е = 203 — (54,1 4- 0,198/р) X
Х(рНж — 4,13),
где t-p — температура измеряемой сре-
ды; Е = 203 мВ, pH = 4,13— ко-
ординаты изопотенциальной точки.
При pH =4,13 показания датчика
не будут зависеть от температуры,
а при pH = 12 эта зависимость будет
значительной: ~0,02 % иа 1 °C.
В случаях, когда температура ие
поддерживается автоматически, надо
выбирать приборы для измерения pH,
имеющие автоматическую компенса-
цию температурной погрешности.
pH-метры. Комплект pH-метра со-
стоит из чувствительного элемента и
преобразователя. Чувствительные
элементы (датчики) выпускают двух
типов — погружные (ДПг-4м) и маги-
стральные — проточные (ДМ-5м). Эти
датчики могут работать в растворах,
не разрушающих материалов, из ко-
торых они изготовлены (сталь
12Х18Н10Т, титан ВТО, полипропи-
лены, фторопласт), и ие образующих
на электродах плеики. Каждый дат-
чик комплектуется двумя электро-
дами — измерительным и стандартным
(сравнительным). Наибольшее рас-
пространение в практике измерения pH
в гальванических ваннах получили
измерительные стеклянные электроды
типа ЭСП-01.14 и ЭСП-04.14, а вспомо-
гательные — хлорсеребряиые типа
ЭВП-08.
Для подключения показывающих,
записывающих, сигнализирующих или
регулирующих приборов преобразова-
тели имеют потенциальный и токовый
выходы, позволяющие подключать
стандартные автоматические приборы
с унифицированным токовым сигна-
лом 0—5 мА или потенциометры.
530
Локальные системы управления АГЛ
Выпускают несколько типов пре-
образователей pH: П201, П205, П215,
имеющих диапазон измерения pH =
= 0—14, разбитый на поддиапазоны
по pH = 2,5. Допустимая основная
погрешность преобразователей ±1 %.
pH-метр имеет динамические свой-
ства, которые можно описать уравне-
нием апериодического звена с переда-
точной функцией:
В7рН (Р) = ЩТр + 1),
где Т — постоянная времени, равная
3—5 с.
Регулирование кислотности. Регу-
лирование pH в гальванических ван-
нах имеет свои особенности. Изме-
нение pH происходит медленно, пе-
риод между корректировками состав-
ляет десятки минут, часы. Выравни-
вание среднего значения pH в ванне
после внесения дозы корректирующего
раствора зависит от размеров ванн,
загрузки, способов перемешивания и
достигает величины ~10 мин.
Дополнительная погрешность изме-
рения pH в ваннах может быть на по-
рядок больше, чем основная допусти-
мая погрешность рН-метра.
Учитывая эти особенности для регу-
лирования pH, в гальванических ван-
нах целесообразно применять импульс-
ные системы регулирования, функцио-
нирующие следующим образом. Оп-
ределяется доза корректирующего рас-
твора, не вызывающая отклонения за
допустимые пределы. Система регули-
рования выдает эту дозу через время,
определяемое из условий усреднения
значения pH в ванне, производит
измерение pH, сравнивает измеренное
значение с заданным и выдает, если
это необходимо, следующую дозу.
Принципиально возможно построе-
ние САР с ПИ- и ПИД-законами регу-
лирования. Применение позиционных
регуляторов, как правило, будет ха-
рактеризоваться перерегулированием
pH. Эти схемы могут быть построены
с применением аппаратуры, указан-
ной на с. 520.
Дополнительные погрешности при
измерении pH в ваннах возникают
вследствие влияния электрических по-
лей на датчик, установленный в ванне,
влияния электромагнитных помех на
соединительные линии, температуры,
влажности, ошибок монтажа и т. д.
Некоторые рекомендации, соблюде-
ние которых позволит уменьшить до-
полнительные погрешности, указаны
в требованиях к монтажу приборов.
Требования к монтажу. Датчик рН-
метра включает электроды, арматуру
и дополнительные устройства (термо-
метр сопротивления, конденсатор и
соединительная клеммная коробка).
Термометр сопротивления предназна-
чен для компенсации температурных'
изменений ЭДС и применяется при
колебаниях температуры более 10 °C.
Компенсатор — устройство, поз-
воляющее устранить разброс характе-
ристик отдельных электродов. При-
меняется, когда несколько датчиков
работают на один преобразователь.
Соединительная клеммная коробка
служит для соединения и разделения
кабеля. От соединительной коробки
до преобразователя монтаж прово-
дится коаксиальным кабелем марки
РК с полиэтиленовой изоляцией. К изо-
ляции соединительных линий предъяв-
ляются исключительно высокие тре-
бования (применение других кабелей
недопустимо).
Прокладка должна производиться
одним куском кабеля. Сращивание от-
дельных кусков не рекомендуется.
В случае необходимости сращивания
кусков кабеля следует применять со-
единительную коробку типа
С-12-910.01 — такую же, как и в ком-
плекте датчика. На трассе таких ко-
робок должно быть не более двух
штук. Схемы внешнего соединения
для установки датчиков с вторичным
прибором 1 в емкости, заземленной и
находящейся под напряжением, при-
ведены на рис. 7. Кабель от датчика 3
и металлического экрана 4 проклады-
вается в винипластовой трубке. Со-
единительные коробки 2 изолированы
от земли (сопротивление изоляции
не менее 20 МОм). Корпуса коробок
соединены с защитным экраном и ме-
таллическими защитными трубками,
в которых проложен кабель. Эти
трубы прокладываются в местах, где
силовые магнитные поля меньше.
Способ установки датчиков в ванны
показан на рис. 8. Этот способ приме-
няется при необходимости непрерыв-
Регулирование состава электролитов
531
Рис. 7. Схема внешних соединен:.*' , •т-
чиков pH
Рис. 8. Способ установки датчика pH;
1 — ваина; 2 — погружной датчик; 3 —
проточный датчик
ного измерения pH, когда используется
напор от дополнительного насоса.
В сильнощелочных растворах реко-
мендуется применять способ периоди-
ческого отбора проб на контроль,
показанный на рис. 9. Это связано
с тем, что стеклянные электроды,
длительное время находясь в сильно-
щелочной среде, выщелачиваются, на-
чинают давать неверные показания и
быстро выходят из строя. Такой способ
полностью исключает влияние элек-
трических полей на электрод, позво-
Рис. 9. Схема установки датчика pH в силь-
нощелочной среде:
/ — ваниа; 2 — датчик pH; 3 — иэмери-
тельный стакан; 4 — эрлифт
ляет после измерения промыть элек-
троды или осушить их.
При необходимости провести измере-
ния в ванне для уменьшения влияния
электрических полей следует приме-
нять способ, показанный на рис. 10.
Электрод сравнения оснащен насад-
кой, изолирующей его от электромаг-
нитных полей, но сохраняющей связь
с электролитом в непосредственной
близости от измерительного электрода.
КОНТРОЛЬ
И РЕГУЛИРОВАНИЕ СОСТАВА
ЭЛЕКТРОЛИТОВ
Основные способы автоматического
контроля состава электролитов с по-
мощью автоматических приборов при-
ведены в табл. 13.
Способы и средства контроля элек-
тролитов. Для автоматического кон-
троля концентрации электролитов
в гальваническом производстве нашли
применение следующие способы. По-
тенциометрический способ. Измерения
проводят с помощью ионоселективных
532
Локальные системы управления АГЛ
13. Основные способы автоматического контроля электролитов
Способ Принцип действия Тип прибора
Потенциоме- трический Кондуктоме- трический Кулонометри- ческий Полярографи- ческий Фотоколори- метр ический Спектрофото- метрический Рефрактоме- трический Интерфероме- трический Нефелометри- ческий Турбидиметри- ческий Флюориметри- ческий Электрометрический анализ Измерение разности элек- трических потенциалов между разнородными электродами, опущенными в анализируемый раствор Измерение электрической проводимости растворов Измерение количества элек- тричества, затраченное на электрохимическое превраще- ние анализируемого вещества Снятие вольт-амперной ха- рактеристики раствора и определение начала электро- химической реакции восстанов- ления или окисления Оптический анализ Сравнение с помощью фо- тоэлементов интенсивностей световых потоков, прошедших через стандартный и анализи- руемый растворы Аналогичен фотоколори- метр ическому, но при этом используется монохроматич- ный поток света Измерение относительных показаний преломления луча в веществах Измерение сдвига интерфе- ренции световых лучей, про- ходящих через кюветы с ве- ществом и растворителем Измерение интенсивности света, рассеянного суспен- зией частиц, находящихся в растворе Измерение поглощения све- тового потока, проходящего через раствор Измерение интенсивности свечения веществ, возникаю- щее под различными воздей- ствиями рХ-метры См. табл. 14 Потенциостаты ПВ, ПЭБ, П-5848, ПИ-50-1 Полярографы ППТ-1 , ОП-02, ОП-ОЗ, Р-7, Р-7Е Фотокол ор иметры ФЭК-М, ФЭК-56М, ФЭК-Н-57, ФЭК-60, АМФ-69, КФО, КМФЦ-2, ФК-101.1 Спектрофотометры СФ-8, СФ-9, СФ-18, И КСИ 4 Рефрактометры РЛУ, ИРФ-22, РЛ Интерферометры ИТР-1, ИТР-2 Нефелометры НФМ, ЛМФ-69, ФЭН-90, ЛМ-110, АС-103 Турбидиметр ФЭТ-ХЛ4.2 Флюориметры ФМ-1, ФЛС-М, КФЛ-2-1 («Нева»)
Регулирование состава алектролитов
533
Продолжение табл. 13
Способ Принцип действия Тип прибора
Атомный спек- тральный анализ Ядер ный маг- нитный резонанс (ЯМР) Электронный паромагнитиый резонанс (ЭПР) Радиоактивный Масс-спектро- метрический Криоскопиче- ский Эбулиоскопи- ческий Калориметри- ческий Измерение видимых или ультрафиолетовых спектров испускания или поглощения атомов вещества Резонансный анализ Измерение поглощенной ча- сти энергии высокочастотных электромагнитных колебаний при прохождении их через ана- лизируемое вещество, находя- щееся в сильном магнитном по- ле. Фиксируется в виде спек- тра резонансного поглощения вещества То же, что и ЯМР, но ре- зонансное поглощение происхо- дит в микроволновом диапазоне Радиометрический анализ Измерение естественного ра- диационного фона. Измерение искусственной, полученной с помощью радиоактивных изото- пов радиоактивности Масс-спек траль ный анолис Основан иа разделении ионов по массе и заряду при их прохождении через маг- нитное или электрическое поле Термический анализ Измерение температуры плавления смеси и вычисле- ние молярной массы добавки Определение молярной мас- сы вещества по повышению тем- пературы кипения раствора ве- щества Измерение теплового пото- ка, поглощаемого или излу- чаемого веществом в процессе его нагрева Спектрометры ИСП-28, ИСП-30, ИСП-51, ДСФ-8, ДСФ-452, ФП-101, ПСФ-1, «Спектр-1» Спектрометры РЯ-2301, РЯ-2305, РЯ-2309, РЯ-2310 Спектрометры ЭПР Счетчики радиоак- тивного излучения > Масс-спектрометры MX-1302, МХ-2302, МХ-5201, МХ-6401 Специальные термо- метры Бекмана Специальное обору- дование. Калориметры
534
Локальные системы управления АГЛ
Продолжение табл. 13
Способ Принцип действия Тип прибора
Механический анализ
Денсиметр иче- ский Измерение плотности ана- 1 См. табл. 16 лизируемой жидкости | Хроматографический анализ
Газовый Жидкостный Распределение смеси на составляющие н анализ каж- дой составляющей смеси в га- зообразной форме Тот же принцип, но разде- ляется поток жидкости Хроматографы «Цвет», ЛХМ, ХГ, «Га- зохром»
Ионообменный Разделение смеси катионов и определение их количества ——
14. Ионоселективные гетерогенные электроды с твердыми мембранами
Основной химиче- ский элемент, опреде- ляемый элек- тродом Определяемые иоиы (Л) Концентра- ционный интервал измерения, М/л Коэффициент селек- тивности кЛ/в к ионам В pH Темпе- рату- ра, °C
Ag Ag+; S’" 1—10-’ Мешают следы ионов Hg’+ 2—8 0—80
Cd Си Pb S Ag+; Hg’+; Cd’+ Ag+; Hg2+; Cu’+ Ag+; Kg2*; Pb’+ Ag+; S’" 10-1— ю-e 1—10"® 10"1—10"® 1—КГ’ Pb’+~ 1; Zn’+; Со’+; Ni’+ ~ 10"8 РЬ2+; Со’+; Ni’+; Zn2+ ~ 10"» Fe’+ ~ 100 Cd2+ ~ 1 Мешают следы ионов Hg’+ CN ~ 400; I ~ 86,5 S2O|- ~ 60; Вг ~ 12 ОН ~ 0,02; SO^“ ~ ~ б-Ю’3 CN ~ 25; I — 20; S20s ~ 1,5; NO3 ~ 1; СГ ~ 6-10» 1—8 1—14 2—7 13—14 0—50
С1 Вг Ag+; S’’; Вг"; СГ Ag+; S’"; I; Br 1—5. ю-6 1—10"® 2—12
CN Ag+; S’"; I; CN 10-8—10-® SOI" ~ 3 11—13
Регулирование состава злектролитов
535
электродов (ИСЭ). Разработано боль-
шое количество ионоселективных элек-
тродов. Такие электроды обратимы по
отношению к какому-либо виду ка-
тиона или аниона, их принято обозна-
чать рХ-электродами. Электроды пред-
ставляют собой пористую мембрану,
проницаемую только для ионов одного
вида. В основе работы таких электро-
дов лежат ионообменные процессы,
протекающие на границе мембраны
с раствором. Селективность электрода
к определенному иоиу А в присут-
ствии другого иона В оценивается
коэффициентом селективности
КА/
1 а ав
где аА и ав — активность ионов со-
ответственно компонентов А и В,
при которых в бинарных водных рас-
творах (присутствует один из компо-
нентов — А или В) на измерительном
электроде образуется один и тот же
потенциал.
Основные технические характери-
стики некоторых ионоселективных
электродов, выпускаемых отечествен-
ной промышленностью приведены в
табл. 14. Интервал концентраций, до-
ступных этому методу измерений, от
10-8 до единиц М/л.
ИСЭ имеют унифицированные раз-
меры и выходные электрические сиг-
налы (ЭДС), что позволяет использо-
вать их в паре с серийно выпускае-
мыми ионометрами (ЭВ-74, И-115,
И-120, И-135), промышленными дат-
чиками (ДМ-5М, ДПГ-4М, ДПР-Зс),
преобразователями (П201, П202 и др.),
pH-метрами и ионометрами. Промыш-
ленностью непрерывно выпускается
целый ряд измерительных ИСЭ, на-
пример: калиевый — ЭМ-К-01; бро-
мидный — ЭМ-Вг-01; нитратный —
ЭМ-NOs-Ol; аммониевый — ЭМ-ЫН4-01;
перхлоратный — ЭМ-С1СХ; роданид-
ный — ЭМ-SCN-Ol; тетраборатный —
ЭМ-ВР4-01; хлоридный — ЭХ Т-02 и др.
При применении ИСЭ следует обра-
щать внимание на возможность работы
его в конкретных электролитах (про-
верять погрешность, иызванную коэф-
фициентом селективности к сопутст-
вующим ионам). Надо также иметь
в виду, что электроды имеют Ограничен-
ный срок эксплуатации, независимо
от того, работали они в системе изме-
рения или нет.
Кондуктометрический способ. Этим
способом можно определять содержа-
ние растворенного вещества в бинар-
ном, реже многокомпонентном рас-
творе. В кондуктометрах применяют
измерительные ячейки различных ти-
пов. Простейшая ячейка состоит из
двух плоскопараллельных элек[родов
площадью Л, отнесенных на величину L
и полностью погруженных в измеряе-
мую среду Для такого элемента истин-
ная удельная электропроводность ана-
лизируемой среды 0ист может быть
рассчитана по результатам измерен-
ной электропроводности этой среды
Оизм:
биот — - д- Сизм = КвИзгл.
Величина К = LlА является гео-
метрическим параметром измеритель-
ной ячейки и называется постоянной
ячейки. На практике величину К
определяют с помощью стандартных
эталонных растворов. Для этой цели
применяют 0,001 н. раствор хлорида
калия, значения удельной электро-
проводности которого следующие:
при = 18 °C х = 0,000127 См/см;
при = 25 °C х = 0,0001474 См/см.
При эксплуатации автоматических
кондуктометров в промышленных ус-
ловиях постоянная ячейки К может
изменяться. Основными причинами не-
стабильности величины К являются
колебания температуры, образование
на поверхности электродов различных
пленок, кристаллов, осаждение га-
зовых пузырей, химическая или элек-
трохимическая коррозия электродов,
изменяющая форму и размер их по-
верхности, разность потенциалов ме-
жду отдельными участками измеряе-
мой среды. Все эти погрешности не-
обходимо устранить до измерения кон-
центраций кондуктометрическим мето-
дом. При применении кондуктометриче-
ского метода анализа следует учиты-
иать, Что данный метод не обладает
избирательностью: наличие различ-
ных примесей искажает результаты
анализа.
536
Локальные системы управления АГЛ
Удельная электропроводность зави-
сит от температуры:
Kt = х18 [1 + « (t - 18) + р (t - 18)*],
где х — удельная электропроводность
раствора прн 18 °C; а, (3 — температур-
ные коэффициенты; t — температура
раствора, °C.
Расчеты показывают, что прн изме-
нении температуры на 1 °C удельная
электропроводность изменяется на 1—
2,5 %.
В концентрированных растворах
электролитов зависимость удельной
электропроводности от концентрации
сложная и часто бывает неоднознач-
ной. В разбавленных растворах элек-
тролитов (до 30 мг/л) удельная электро-
проводность линейно зависит от кон-
центрации и, как правило, в области
десятков мг/л кондуктометрический ме-
тод имеет высокую чувствительность.
Этот метод предусматривает два спо-
соба измерения: контактный и бескон-
тактный. Контактный способ в свою
очередь делится на электродный и
потенциометр нческий; бесконтактный—
на низкочастотный и высокочастотный.
В случае измерения удельной электро-
проводности контактным методом при
постоянном токе из-за поляризацион-
ных явлений возникают погрешности,
которые на два порядка выше, чем прн
измерениях на переменном токе. Для
повышения точности рекомендуется
работать с ячейками, выполненными
по четырехпроводной схеме.
Кондуктометрический способ ана-
лиза, основанный на зависимости элек-
тропроводности электролита от его
концентрации, осуществляется сле-
дующим образом. По стандартным
растворам строят градуировочный гра-
фик зависимости электропроводности
от концентрации компонентов электро-
лита. Определяют электропроводность
анализируемого раствора и по градуи-
ровочной кривой находят его концен-
трацию. Способ находит применение
при анализе концентрации кислот не-
которых солевых растворов, а также
электролитов в промывных водах АГЛ.
Построенные на кондуктометрическом
способе приборы, серийно выпускае-
мые промышленностью, приведены
в табл. 15.
Денсиметрический способ анализа.
Способ основан на измерении плот-
ности жидкости, в ряде случаев мо-
жет быть также использован для оп-
ределения концентрации одного нз
15. Кондуктометры
Тип Диапазон измерения контро- лируемого параметра анали- зируемого раствора Класс точ- ности (по ГОСТ 8.401—80)
КНЧ-1М-1УЗч-КНЧ-1М-4УЗ 65—95 % H8SO4 0,4
КНЧ-1М-6УЗ 7—26 % NaCl 4
КНЧ-1М-7УЗ 3—6 % HNOS 4
КНЧ-1М-10УЗ 0,5—5,5 г/л NaOH 4
КНЧ-1М-15УЗЧ-КНЧ-1М-17УЗ 3—58 % H8SO4 2,5
СЭ-2У2 1- 10s—5 См/см
АКК-201 НО’7-НО"’ См/см 2
Р5079К ь 10-И— 1 См 0,05
Р5079Э 0,01—99,9 мОм 0,02
КК 10-в—1 См/см 2,5
ДКБ-1 10-8—1 См/см 1.5
ТАД-Ш-01 0—1 См/см (0—5 % по СаО) 7
ДК-1М 2,5—10-а См/см 2,5
Регулирование состава электролитов
537
компонентов электролита. Этот спо-
соб имеет ряд недостатков:
трудность выделения такого компо-
нента электролита, плотность кото-
рого резко отличалась бы от плотности
других. Это приводит к неявной за-
висимости плотности смеси от ее со-
става;
необходимость термокомпенсации
плотномеров при различных темпера-
турах;
нестабильность нуля плотномеров.
К преимуществам метода относятся
конструктивная простота прибора,
удобство в эксплуатации. На практике
этот метод может быть применен при
определении концентрации известко-
вого молока, гипохлорита кальция и
ДР-
Плотность смеси для жидкостей, не
реагирующих друг с другом:
п
р = S ptCi,
гдерг—плотность /-го компонента;
Ci — массовая доля /-го компонента.
Зависимость плотности от темпера-
туры выражается следующими фор-
мулами:
Pi (П==Р1 (Го) [I - Pi (Г- То)];
п
Р (Г) = S Р/ (То) I1 -Р/ (Т-To)] Ct,
i=l
где р (Г) и р (То) — плотность смеси
соответственно при температуре Т
и То; Pi — температурный коэффи-
циент объемного расширения /-го ком-
понента.
В качестве примера рассмотрим при-
бор, сконструированный для опреде-
ления концентрации хромового аиги-
16. Автоматические плотиомеры
Тип Диапазон измерений, г/см1 Основная погреш- ность, %
ИПР-1М-1А 1.0—1,5 ±2
ПР-1025М 0,5—3,5 ±1
КМ, ДПМ, ДРП 0,9—1,8 ±4
дрида в универсальном электролите
хромирования, работа которого осно-
вана на принципе измерения плот-
ности электролита. Выходные сигналы
прибора проградуированы в г/л хро-
мового ангидрида. Техническая ха-
рактеристика прибора приведена ниже.
Верхний предел из-
мерения концентра-
ции, г/л................ 275
Дискретность изме-
рения, г/л......... 5
Индикация..........На светодиоды
Выходной сигнал . . Двоичный код
Диапазон измере-
ния, г/л...........±15 от задан-
ной установки
Габаритные разме-
ры прибора, мм . . . 55Х100Х 352
Серийно выпускаемые промышлен-
ностью приборы для измерения плот-
ности растворов электролитов и раз-
личных жидкостей приведены в
табл. 16.
Радиоактивный способ анализа. Этот
способ нашел практическое примене-
ние для автоматического контроля
электролитов. В приборах, работаю-
щих на принципе отражения-излуче-
ния от контролируемой пробы, ис-
пользуется физическая закономерность,
по которой число отраженных частиц
прямо пропорционально среднему
атомному номеру отдельных компонен-
тов раствора, т. е. концентрации ком-
понентов. По такому принципу разра-
ботана система автоматического кон-
троля концентрации электролита «Кон-
тур». Диапазон измеряемых концен-
траций анализируемых соединений,
г/л: 200—400 СгО3; 250—350 NiSO.X
Х7 Н.О; 2—50 H.SO.; 35—50 CdOj
25—35 Zn,+; 15—25 Ag; 3—5 Au;
25—60 Си.
Основная погреш-
ность измерения . . ±10 %
Время, мин:
измерения одного
элемента, ие более 3
установки рабоче-
го режима .... 30
непрерывной ра-
боты ................. 360
Питание, В .... 220
538
Локальные системы управления АГЛ
Мощность, Вт . . . 80
Габаритные размеры
источника длинно-
волнового рентгенов-
ского излучения, мм:
электронного бло-
ка ................ 485Х 250Х 250
блока измерения 223; 400 мм
Масса, кг........... 35
Прибор пригоден для контроля ос-
новных компонентов в электролитах
хромирования, никелирования, луже-
ния, кадмирования, меднения, цинко-
вания, серебрения и золочения.
Аналогичные параметры имеет чеш-
ский радиометрический анализатор
типа MN6202, использующий в ка-
честве источника излучения M(Sr—Y)
примерно 18,6-10® Бк. Выходной сиг-
нал унифицированный (10 В; 5 мА).
Способ титрования. Химический
способ количественного анализа —
титрование — отличается универсаль-
ностью и имеет широкое распростране-
ние. Способы титрования подразде-
ляются по видам используемых ин-
дикаторов.
Известно около 300 индикаторов
четырех типов: кислотно-основные; оса-
дительные; комплексообразующие;
окисл ительно-восстановительные.
Для автоматического проведения
анализа титрованием разработаны ав-
томатические титрометры типа
БАТ-12М для потенциометрического
титрования: Т-104 — с фотометриче-
ской или потенциометрической ин-
дикацией конца титрования, Т-103 —
со спектрофотометрической индика-
цией точки эквивалентности: ТАД-1 —
автоматический титратор промышлен-
ного назначения; ТАД-1-Ф — выпу-
скается с индикацией точки экви-
валентности фотоэлектрическим спо-
собом; ТАД-1-П — то же, потенцио-
метрическим способом. Применение ти-
тр омет ров позволяет в широких пре-
делах варьировать объемы компонен-
тов для проведения анализа, а также
продолжительность отдельных циклов
процесса, задаваемую по программе.
Магнитометрический способ. Дока-
зана возможность измерения концен-
трации в растроре паромагнитных
ионов Fe2, Fe3+, Мп2, Сг3, Со2, Ni2, Си2,
а также диамагнитных анионов тио-
сульфата и сульфида.
Принцип работы концентратомера
заключается в следующем. Исследуе-
мый образец (кювету с анализируемой
жидкостью) помещают в постоянное
магнитное поле, где он приобретает
собственный магнитный момент. Обра-
зец с помощью вибратора перемещается
относительно измерительных катушек,
на которых индуцируется переменное
напряжение, пропорциональное вели-
чине его магнитного момента.
Приборы для измерения концентра-
ции магнитометрическим способом про-
мышленностью не выпускаются. Ис-
пытания разработанного в лаборатор-
ных условиях прибора показывают
возможность измерять, например, кон-
центрацию иона Fe3+ в диапазоне от
—2Х 10-2 до 1 М с относительной пог-
решностью 1 %.
Недостатком способа следует счи-
тать низкую селективность по ионам.
Если паромагнитный ион в растворе
один, легко осуществить автоматиче-
ский контроль, в сложных системах
контроля такой прибор может быть
использован вместе с другими.
Контроль по ампер-часам (А-ч). Та-
кой контроль применяют, в первую
очередь, для анализа концентрации
добавок в электролитах, поскольку
добавки, как правило, представляют
собой химические соединения органи-
ческого характера, для которых не-
известны автоматические способы ана-
лиза состава, а аналитические методы
имеют значительную трудоемкость.
Для небольших отклонений концен-
траций справедливо уравнение
Е F
С(0 = с0—,
где Со и С (/) — концентрация элек-
тролита соответственно начальная и
в момент t; Е — составляющая ско-
рости изменения концентрации от элек-
трохимического процесса, А-ч; F —
составляющая, зависящая от выноса
электролита с деталями, м2; V —
объем ванны, ма.
Изготовители добавок обычно ука-
зывают количество добавок на еди-
ницу поверхности обрабатываемых де-
талей (мл/л2) или на количество элек-
тричества [мл/(А-ч)]. Примеры доз
для корректировки добавок приведены
Регулирование состава влектролитов
539
17. Корректирующие добавки
Тип электролита Тип добавки Количество добавки
Цинкатный электролит цин- кования Хлораммонийный электро- лит цинкования Цианидный электролит кад- мирования Электролит для пассивиро- вания цинковых покрытий Серно-кислый электролит меднения НБЦ-К ДХТИ-102 «Лимеда БК-2» «Ликонда 1» ЛТИ 0,5 л на 1000 А-ч 15—25 мл/м3 0,02 л/м3 (корректиров- ка после 3—4 А-ч/л) 1 кг на 65 м3 0,5 г/л через 15— 20 А-ч/л
в табл. 17. Если таких данных нет,
можно для конкретного случая, учи-
тывая площадь F обрабатываемых
деталей, удельный вынос а электро-
лита на поверхности деталей, полный
ток I, время Т обработки и начальную
концентрацию С добавок в электро-
лите, определить его текущую кон-
центрацию:
С(О = Со—Ь(£ + ^-).
Это выражение используется для
проектирования автоматической кор-
ректировки добавок с использованием
нагрузки в ампер-часах. Величина
Еа = Е + ~f~
определяет абсолютное значение тре-
буемого количества добавок по исте-
чении времени Т при нагрузке (А-ч).
При выборе интервала корректировки
добавок необходимо стремиться мини-
мизировать расход добавок, поддержи-
вая значение Со, близкое к перво-
начальному. Для этого задают точ-
ность К (%) поддержания Со и уста-
навливают предельно допустимое из-
менение концентрации С (t), мл/л:
С (/) = Со (1 - 10-»Л).
Количество добавок
G= [Со - С (QI V.
Интервал добавки — А-ч. Ожи-
Еа
даемый интервал добавки целесооб-
разно выбирать аЛа 1 ч.
При разработке системы автоматиче-
ской коррекции добавок в электро-
литы необходимо иметь счетчики ам-
пер-часов и дозирующие устройства.
Наибольшее распространение имеют
механические и электронные счетчики
электричества.
Отечественной промышленностью вы-
пускаются счетчики ампер-часов по-
стоянного тока типа СА-М640. Эти
счетчики включаются с добавочным
устройством Р640 через трансформатор
тока И58. Порог чувствительности
счетчика не более 2 % . Класс точности
0,5 (по ГОСТ 8.401—80). Счетчики
электролитические водородные типа
Х602 выпускают иа номинальные токи
150 А емкостью 650 А-ч и 5—35 кА-ч.
Счетчики работают от шунтов (75
или 100 мВ). Основная погрешность
измерения ±2,5 % от 2—100 мВ
и ±4 % от 1—2 мВ.
Технические требования к дозато-
рам для корректировки добавок сле-
дующие: добавки производятся малыми
дозами за короткое время; точность
дозирования — до 3 %; предел вязко-
сти среды 20-10“3 Па-с; ее плотность —
до 15 г/см3; размер частиц — до 10“3мм;
обеспечение простоты регулирования
и коррозионной стойкости устройства.
Опыт внедрения в производство ав-
томатических систем, коррректирую-
щих добавки малыми порциями в ин-
тервале 30—200 с при полной нагрузке
ваниы, показал, что при этом поддер-
540
Локальные системы управления АГЛ
живается практически постоянный со-
став концентрации добавок. Экономия
присадок колеблется от 30 до 80 %
по сравнению с корректировкой ванн
вручную.
Устройства для отбора проб и дози-
ровки растворов. Насосы-дозаторы. В
настоящее время выпускается серия
горизонтальных одноплунжерных на-
сосов-дозаторов типа НД. Гидравли-
ческая часть их выполнена из стали
12Х18Н10Т, чем и определяется ши-
рокий диапазон агрессивности пере-
качиваемых ими растворов. Произво-
дительность дозаторов определяется
по формуле
где F — площадь поршня; S — ход
поршня; п — число оборотов, мин~\
П - КПД.
Регулирование производительности
насосов-дозаторов можно осуществ-
лять тремя способами: изменяя S, п
или применяя импульсное включение
дозаторов. Производительность насо-
сов-дозаторов устанавливается изме-
нением хода плунжера вручную при
остановленном двигателе.
Единственный тип дозатора НД-0.5Э,
производительностью 5—100 л/ч, до-
пускает дистанционное регулирование
во время хода насоса. Регулирование
числа оборотов в насосах этой серии
не применяется.
Насосы имеют асинхронный коротко-
замкнутый двигатель. На практике
регулирование насоса осуществляется
в импульсном режиме включения дви-
гателя. Производительность насоса,
работающего в импульсном режиме,
определяется по формуле
где /р — продолжительность включе-
ния двигателя; /0 — продолжитель-
ность паузы; <?0 — производительность
в непрерывном режиме.
На этом же принципе дозирования
жидкости поршневыми элементами раз-
работан ряд дозирующих устройств,
обеспечивающих подачу микродоба-
вок.
«Дозатрон-3» — многофункциональ-
ное устройство, осуществляющее одно-
и двухкомпонентное дозирование, от-
бор и слив пробы с одновременным
сливом разбавителя или реагента. Со-
стоит из двух блоков: электрохимиче-
ского, основанного на дозировании
жидкости поршневым элементом с пере-
ключаемым клапаном, и электронного
блока управления. Устройство обес-
печивает регулирование объемов в диа-
пазоне от 10“3—10 мл.Основная погреш-
ность ± 1 %. Производительность
в автоматическом режиме не менее
20 доз/мин.
Простой по конструкции и высоко-
надежный дозатор типа ДВ имеет
три модификации; объем доз 0,4—10 мл.
Для приведения его в действие необ-
ходимо нажать на нажимную ручку
до упора, после чего подается необхо-
димая доза. Дозатор может навинчи-
ваться на бутыли с винтовой горлови-
ной.
Мембранные насосы-дозаторы при-
меняют при дозировании токсичных
агрессивных жидкостей. Эти дозаторы
полностью исключают попадание до-
зирующих сред в окружающее про-
странство. Мембранные дозирующие
насосы с электромагнитным приводом
(фирмы Chemie und Filter) имеют сле-
дующие технические характеристики:
минимальная единичная доза
0,03 мл/ход. Максимальная произ-
водительность 103,5 л/ч при противо-
давлениях до 25-106 Н/м3;
при непрерывном дозировании —
диапазон плавной настройки хода мем-
браны 10—100%;
общий диапазон настройки 0,4—
100 %;
регулирование частоты ходов 1 : 25;
регулирование частоты ходов от 0
до 100 % пропорционально токовому
унифицированному сигналу 0,4—
20 мА;
напряжение питания 220 В (или
24 В постоянного тока);
исполнение насоса для микродоз
имеет производительность 0,1—
1200 мл/ч;
точность дозирования ±0,5 % (не
зависит от колебания давления в си-
стеме).
Для подачи агрессивных сред мо-
жет применяться эрлифтное устрой-
ство, принцип действия которого за-
ключается в подаче жидкости вверх
регулирование состава электролитов
541
Рис. 11. Эрлифт:
а — схема; б — конструкция
под действием напора Н, равного раз-
ности удельных весов жидкости и
смеси этой жидкости и воздуха. Вы-
сота подачи эрлифтом жидкости с удель-
ным весом у пропорциональна глу-
бине погружения эрлифта и зависит
от концентрации воздуха в смеси.
Существует максимальная высота подъ-
ема, соответствующая критической.
Увеличивать удельный вес смеси жид-
кости и воздуха усм выше критического
недопустимо Принципиальная схема
эрлифта дана на рис. 11, а.
Расчет эрлифтного устройства можно
произвести по формуле
где Н — высота подачи жидкости;
Н-а — глубина погружения эрлифта.
При высоте подачи до 40 м прини-
мается Нп = 0,7 Н. Расход воздуха
при высоте подачи до 15 м равен 2 л
воздуха на 1 л жидкости. Пример кон-
струкции эрлифта показан на рис. 11,6.
Эжектор. Отбор пробы может про-
изводиться с помощью разрежения,
создаваемого побудителем расхода —
эжекционным пневматическим эжек-
тором типа ПЭП-4А-4025 или анало-
гичным ему. При давлении питающего
воздуха (137 ± 1,37) кПА и производи-
тельности по воздуху 250 л/ч он обес-
печивает разрежение 40 кПА. Масса
эжектора 0,08 кг. Разрежение может
быть стабилизировано подачей воз-
духа на эжектор.
Сифонный импульсный дозатор
(рис. 12). Реагент поступает в емкость 1,
и, когда его уровень достигает й2> на-
чинает работать сифон 2, который пере-
качивает дозу реагента в емкость 3.
После достижения в емкости 1 уровня
дроссельного отверстия в сифоне 2
реагент начинает подаваться с под-
Рис. 12. Сифонный импульсный дозатор:
1,3 — емкости; 3,5 — сифоны; 4 — дрос-
сельное отверстие в сифоне 1
542
Локальные системы управления АГЛ
сосом воздуха через дроссель, и, когда
в емкости 3 уровень достигнет hlt
сифои 2 прекратит подачу. В емкостях 1
и 2 начнет расти давление. После до-
стижения в емкости 3 уровня ht
сифои 5 выдает дозу реагента в ваииу.
Затем в емкости 1 уровень достигнет
и цикл подачи дозы повторится.
Цикл работы дозатора 7ц = V^/Q,
где Q — расход иа входе; Уд — объем
рабочих емкостей Vj и Уг. Оба си-
фона 2 и 5 работают последовательно,
поэтому для их более четкой работы
необходимо обеспечивать паузу
где Тг и Tt — время достижения уров-
ней Л2 и h. соответственно; К == 0,3-т-
0,4.
Сечеиие сифона выбирается по фор-
муле
f 2F (~\/Н — Ун — h)
T°V i-gs^
где F — площадь зеркала жидкости;
Н — расстояние от иижиего среза
сифона до начального уровня h2 жид-
кости, h — расстояние от нижнего
среза сифона до конечного уровня ht
жидкости; J £ — сумма гидравличе-
ских сопротивлений сифона; Тв —
время расходования дозы.
Регулирующие клапаны. Для агрес-
сивных сред, а также для загрязнен-
ных реагентов и суспензий применя-
ются шланговые клапаны с электриче-
ским приводом типа 324912Р и мем-
бранные клапаны типа 2247ГМ, ком-
плектующиеся пневматическим или
электрическим исполнительным меха-
низмом (ЭИМ).
Для чистых агрессивных сред при-
меняют регулирующие диафрагмен-
ные клапаны с пневмоприводом, футе-
рованные с полиэтиленом или фторо-
пластом с £)у 10 и выще. Для неагрес-
сивных реагентов — клапан типа
254931 иж с Dy С 50 мм и одиооборот-
иым ЭИМ.
Исполнительные устройства в виде
клапанов в системе автоматического
дозирования при регулировании в галь-
ваническом производстве чаще всего
строятси иа принципе частотно-им-
Рис. 13. Схема перистальтического микро-
дозатора:
1 — эластичная трубка; 1 — ролики
пульсиого регулирования. Они обес-
печивают диапазон регулирования от
долей литра до 1000 л/ч.
Импульсный позиционный клапан
типа ПРИ-1, работающий по типу
«открыто-закрыто» имеет сменный нип-
пель, которым можно до 1 м3/ч значи-
тельно изменять производительность
клапана. Управление осуществляется
подачей иа электромагнит клапана
импульсов постоянного тока. Произ-
водительность клапана будет зависеть
от частоты и длительности подаваемых
импульсов. Этот клапан может рабо-
тать в агрессивной среде и удобен для
применения в системах автоматиче-
ского регулирования pH.
Перистальтические микродозаторы
(или шланговые микроиасосы) обычно
работают по схеме с двумя роликами
(рис. 13). Эластичная трубка из ре-
зины (или пластмассы) уложена в полу-
круглый паз. По трубке перекатыва-
ются ролики, прогоиия содержимое
трубки. Производительность таких до-
заторов может составить 50-3—5 л/ч.
Зазор между роликом и корпусом дол-
жен быть меньше двукратной толщины
стенки.
Электрохимические микродозаторы.
В настоящее время разработаны микро-
дозаторы жидкости, в основу которых
положен электролиз воды. Схема та-
кого дозатора приведена иа рис. 14.
Металлический сосуд 1 заполняется
иа 3/4 объема раствором 30 %-него
КОН ('•'260 см3). По трубке 2 газы
(продукт электролиза) поступают в ем-
кость 3, где находится дозируемая
Управление манипуляторами АГЛ
543
Рис. 14. Схема электрохимическою доза-*
гора:
1 — сосуд с КОН; 2 — трубка; 3 — ем-
кость с дозирующей жидкостью; 4 —
ванна
жидкость. Под действием давления
газов жидкость подается в ваину 4.
Теоретически для получения 1500 л
газов необходимо 805 г воды на
2,95 кВт-ч энергии. Объем образую-
щегося газа, а следовательно, и дозы
жидкости рассчитывается по формуле
N = git,
где g = 0,6 мл/мА.
Диапазон производительности та-
кого дозатора 0,5—1000 мл/ч. Точность
подачи дозы 1 %.
УПРАВЛЕНИЕ МАНИПУЛЯТОРА-
МИ АГЛ
Схемы управления манипуляторами
должны обеспечивать абсолютно точ-
ное выполнение маршрута деталей по
ваннам в соответствии с их техноло-
гической программой. Кроме того,
должны быть выполнены заданные
выдержки времени в ваннах. Схема
управления манипулятором включает
командоаппарат, пусковую аппара-
туру, датчики путевые, конечные и
занятости. В гальванических цехах
на автооператориых линиях применяют
как серийно выпускаемые, так и спе-
циально разработанные различными
организациями командоаппараты.
Командоаппараты серийных АГЛ. Се-
рийно выпускаются три типа командо-
аппаратов: разработанные ПО «Галь-
ванотехника» (г. Тамбов) для линий
типа АГЛ; разработанные НПО «Аван-
гард» (г. Ленинград) для линий типа
АГ и иомаидоаппараты для линий
типа УГАЛ. Все серийно выпускае-
мые командоаппараты имеют, как ми-
нимум, три режима работы: наладоч-
ный, полуавтоматический и автома-
тический.
Наладочный режим применяется при
наладке путевых и конечных выключа-
телей; автооператор управляется кноп-
ками «Вперед», «Назад», «Вверх»,
«Вниз», «Стоп». В полуавтоматическом
режиме с пульта комаидоаппарата
задаются команды, содержащие при-
знак и адрес ванны. В этом режиме
обеспечивается автоматический оста-
нов по заданному адресу, но ие обес-
печивается автоматическая выдержка
времени в ваииах. Основным автома-
тическим режимом в серийных ко-
маидоайпаратах является работа по
циклограммам.
В наиболее общем виде построение
схем управления по циклограммам,
присущее всем выпускаемым командо-
аппаратам, показано иа рис. 15. Оче-
редность выполнения команд условно
показана как последовательность за-
мыкания ключей Ki—Kt- Число клю-
чей равно числу команд в циклограмме.
Для одиорядиой линии выполняется
четыре типа команд: «Вперед», «Назад»,
«Вверх», «Вниз». Для двухрядной
линии добавляются команды «Вправо»,
«Влево». Выдержки времени для ор-
Рис. 15. Функциональная схема команде-
аппарата АГЛ.
J — блок выдержки; 2 — блок согласова-
ния; 3 — усилители; 4 — блок коммута-
ции; 6 — блок переключений; 6 — кон-
такты переключателей
544
Локальные системы управления АГЛ
гаиизации ожидания манипулятора в
некоторых позициях устанавливаются
в блоке 1 выдержек времени. Каждая
команда (Пг—Пп', Пв; Пн) подается
в блок 2 согласования, где происходит
сравнение заданной команды с вы-
полненной, и после усиления команда
подается иа включение соответствую-
щего двигателя манипулятора. В мо-
мент согласования манипулятор оста-
навливается и подается сигнал «коман-
да выполнена». По этому сигналу в
блоке 5 переключения происходит
Подключение для выполнения очеред-
ной команды из записанных в цикло-
грамме. Набор конкретных команд,
составляющих заданную циклограмму,
осуществляется постановкой перемы-
чек между клеммами.
Различие между командоаппаратами,
выпускаемыми разными заводами-из-
готовителями, заключается в различ-
ном схемном исполнении отдельных
блоков и вызвано различием в эле-
ментной базе, иа которой строится
каждый командоаппарат. Например,
комаидоаппараты линий типа УГАЛ,
выполнены в релейном варианте. В ка-
честве блока переключений исполь-
зуются электромеханические шаговые
искатели типа ШИ-25/8, а блок совпа-
дения выполнен на герметичных реле
типа РМУГ. Удачная компоновка
схемы комаидоаппарата, простота в на-
ладке и эксплуатации обеспечивают
хорошую работу командоаппаратов
типа УГАЛ в течение многих лет в тя-
желых условиях гальванического цеха.
Комаидоаппараты АГЛ ПО «Гальва-
ника» (г. Тамбов) долгое время выпу-
скались собранными на элементной
базе сначала магнитной, а затем тран-
зисторной логике (элементы серии ЭТ).
Блок переключения строился или на
триггерных элементах серии ЭЛМ,
или выполнялся как сдвиговый ре-
гистр. Блок совпадения и выработки
«Команда выполнена» строился на эле-
ментах И, ИЛИ. Последние разработки
командоаппаратов ТЗГО выполнены
иа интегральной элементной базе с при-
менением серии «Логика И». Приме-
нение этой серии позволило уменьшить
габариты командоаппаратов и повы-
сить их надежность.
Комаидоаппараты автоматических ли-
ний серии АГ в качестве элементной
Рис. 16. Структурная схема контроллера
типа «Пичикои»
базы имеют интегральные микросхемы
серии 155. Последние разработки ко-
маидоаппаратов этой серии, предназна-
ченные для линий АГ-42, построены
уже по иерархическому принципу и
имеют кроме наладочного уровня еще
четыре уровня управления: первый
уровень — от кнопки иа операцию;
второй — по жесткой циклограмме;
третий — от кнопки на процесс;
четвертый — режим АСУ ТП.
Специальные разработки комаидо-
аппаратов. В качестве примера иа
рис. 16 приведена структурная схема
программируемого контроллера мо-
дели «Пичикои». Он состоит из: блока
управления (БУ) — битового логиче-
ского процессора; адресного счетчика;
блока памяти (БП), выполненного
иа ИМС К573РФ (в рабочем режиме),
иа ИМС КР188РУ2 (в режиме ввода и
отладки программ); входного и выход-
ного блоков — для подключения объ-
ектов управления (ОУ); пульта про-
граммирования (ПП).
Алгоритм, функционирования тех-
нологического оборудования записы-
вается на языке, легко доступном поль-
зователю — не программисту. В про-
цессе работы БУ считывает информа-
цию с БП, дешифрует ее и в зависимо-
сти от записываемой команды выпол-
няет опрос состояния датчика на входе
логических операций сложение или
умножение и выдачу управляющего
сигнала на заданный по программе
выход. Изготовлен в малогабаритном
типовом корпусе для встраивания
в шкафы управления. Техническая
характеристика: число входов-выхо-
дов — 256; уровень входных сигналов—
24 и 12 В;уровень выходных сигналов—
24 В; объем памяти (1000 ячеек) —
1X16 разрядов; напряжение пита-
Управление манипуляторами АГЛ
545
ния — 220 В; габаритные размеры —
560X 550X 350 мм; масса — 30 кг;
мощность — 150 Вт; время выполне-
ния команды — 10 мкс.
Программируемый контроллер мани-
пулятора АГЛ типа ПК-04 разработан
как модернизация системы управле-
ния АГЛ-35М. Обеспечена защищен-
ность контроллера от помех, возни-
кающих на входных каналах. Встроен-
ная система контроля отображает на
цифровом дисплее состояние техно-
логического оборудования н контрол-
лера. Принцип действия такого кон-
троллера основан на последовательной
выборке микрокоманд для выполне-
ния необходимого технологического
процесса. Используются трн основные
микрокоманды: команда движения,
команда выдержки иа позиции, выбор
следующего кадра.
Техническая характеристика про-
граммируемого контроллера: число
управляемых манипуляторов — 1,
число управляемых координат — 6;
число технологических команд — 8;
программоноситель — БИС ППЗУ 556;
число программ — 1—4; число кадров
в программе — 511; формат кадра дво-
ичных разрядов — 24; программируе-
мые выдержки времени — 0,1—990 с;
число позиций с регулированием вре-
мени выдержки — до 3. Параметры
входных сигналов: напряжение пере-
менного тока — 3—6 В; сила тока —
5—20 мА. Параметры выходных сиг-
налов: напряжение переменного тока —
220 В; сила тока — 1,0 А. Напряжение
питания — 5 В; потребляемая мощ-
ность — 20 В -А; габаритные размеры —
86X222X300 мм; масса — 2,5 кг.
Командоаппарат для управления
тремя манипуляторами, выполненный
иа микросхемах серии 155, 564, со-
стоит из шести блоков: питания; уп-
равления пускателями; ввода н трех
блоков управления. Он обеспечивает:
горизонтальное н вертикальное пере-
мещение; синхронизацию работы; вы-
держку времени на технологических
позициях. Максимальное число тех-
нологических позиций обслужива-
ния — 32. Имеет трн режима работы:
ручной, полуавтоматический, автома-
тический. Выработка сигналов управ-
ления производится в соответствии
с программой, записанной в ПЗУ в виде
18 П/р В. Л. Зубденко
Рнс. 17. Схема командоалпарата с буфер-
ной памятью:
1 — блок сравнения; 2 — таймер управле-
ния автооператором; 3 — блок управлении
манипулятором; 4 — блок формировании
команды «Выполнено»; 6 — сигнал от дат-
чиков положения; 6 — запрос следующей
команды; Пу—Пу — переключатели ре-
жимов
последовательности команд: <Вверх»,
«Вниз», «Влево», «Вправо», «Синхр. 1»,
«Синхр. 2», «Выдержка». На лицевой
панели нвднцируется следующая ин-
формация: номер позиции, и которой
движется манипулятор; команды дви-
жения: «Вверх», «Вниз». Блок управ-
ления пускателями выполнен иа эле-
ментах «Логика Н-406». Блок ввода
обеспечивает ввод в блоки управления
сигналов от путевых датчиков и ин-
дикацию положения. Блок питания
имеет выходы: -(-10 В — для питания
элементов индикации и развязки и
+5 В — для питания блоков управле-
ния (тактовые импульсы частотой
25 Гц).
Схема комавдоаппарата с буферной
памятью приведена на рнс. 17. Отли-
чительной особенностью аппарата яв-
ляется работа в режиме с буферной
памятью (ОЗУ). Команды поочередно
считываются из буферной памяти после
поступления очередного сигнала 6
«Команда выполнена». Средн команд,
записанных в память, могут быть и
команды ожидания в течение задан-
ного промежутка времени. Буферная
память периодически заполняется оче-
редным массивом команд при обраще-
нии к управляющей вычислительной
машине (УВМ). В режиме работы по
циклу командоаппарат отрабатывает
записанные заранее в память команды
546
Локальные системы управления АГЛ
цикла или любую очередь из 128
команд. Применение такого комаидоап-
парата придает системе управления
при работе с УВМ повышенную на-
дежность, так как при записи в буфер-
ную память достаточного числа команд
управление может осуществляться ав-
тономно в течение 2—3 ч. Обращение
к УВМ необходимо несколько раз
в смеиу — для получения очередной
порции команд. Системе присуща
большая эксплуатационная гибкость
управления: оиа может работать в че-
тырех режимах, ие считая наладоч-
ного (/): от УВМ без буферных уст-
ройств (///); параллельно от УВМ
и буферных запоминающих устройств
(//); управление от буферных устройств
при отключенной УВМ (V) (в этом
случае может быть организована ра-
бота по жесткой циклограмме, записы-
ваемой в буферном устройстве, что
удобно для обработки больших партий
однотипных деталей); работа с пульта
управления (IV) (оператор задает ад-
рес и признак движения автооператора,
в этом режиме УВМ и буферная па-
мять отключены).
Последний режим может быть реали-
зован оператором по массиву команд,
предварительно рассчитанному иа
УВМ и записанному иа бланке.
Устройства циклового управления
общепромышленного иазиачеиия. Для
управления линиями АГЛ могут быть
применены серийно выпускаемые уст-
ройства циклового программного уп-
равления и программируемые кон-
троллеры. В качестве циклового уст-
ройства управления служит устройство
циклового программного управления
УЦМ-100 — для управления дискрет-
ными производственными процессами.
Устройство выполнено на базе микро-
процессорного комплекта КР-580, оио
включает: блок управления; блок си-
лового питания для исполнительных
механизмов; пульт ручного управле-
ния технологическим оборудованием;
переключатель режима управления и
запуска программ в нужном режиме
работы.
Техническая характеристика
УЦМ-100: число датчиков ввода —
до 96; число выходов на управление
исполнительными органами — до 80;
число параллельно исполняемых про-
грамм потребителя — до 4; число одно-
временно управляемых координат про-
цесса — до 7; габаритные размеры —
800X650X600 мм. Масса — до 80 кг.
К числу программируемых контрол-
леров, выпускаемых серийно, отно-
сятся следующие типы устройств.
Программируемый контроллер
Б9601 реализует логические, времен-
ные и счетные функции управления
технологическим оборудованием в со-
ответствии с программой, записанной
в постоянной памяти. Программы со-
ставляются разработчиками системы
управления в соответствии с алго-
ритмом работы. Контроллер компону-
ется под конкретную задачу управле-
ния проектным путем из различного
сочетания типовых блоков, встраивае-
мых в шкафы. В комплект поставки
входит пульт управления для записи
программ и отладки контроллера.
Аналогичное построение имеет уст-
ройство управления с программируе-
мой логикой типа УЛП, предназначен-
ное для выполнения логических опе-
раций в системах промышленной авто-
матики.
Программируемые логические кон-
троллеры типа ПЛК-256 имеют до
256 входов-выходов; осуществляют
сбор, логическую и арифметическую
обработку дискретных аналоговых и
импульсных сигналов, формирование
дискретных и аналоговых команд по
законам вычисления логических функ-
ций и арифметических операций. Та-
кие контроллеры могут работать в ус-
ловиях промышленного производства
с повышенной влажностью, запылен-
ностью, при воздействии сильных элек-
тромагнитных помех. Контроллеры мо-
гут работать с ЭВМ верхнего уровня,
по бит-последовательиому интерфейсу
ИРПС. Рабочие программы хранятся
в свободно программируемой энерго-
независимой памяти или в ППЗУ.
Программируемый контроллер типа
КВУ входит в состав комплектной
автоматизированной системы «Поток»
совместно с комплектом малогабарит-
ных устройств ввода и отображения,
информации КМ УВОИ. Отдельные
комплектные устройства системы до-'
пускают самостоятельное применение:’
КМ УВОИ — в системах цеитрализо--
ванного контроля и управления, ва-
Управление манипуляторами АГЛ
547
меняет щиты сигнализации с мнемо-
схемами и пультов; КВУ — дли авто-
матизации работ оборудовании, за-
меняет релейные панели и бесконтакт-
ные станции управлении.
КМ УВОИ выпускается в виде стола
с настольной мнемосхемой и позволяет
выполнять следующие функции: ото-
бражение на мнемосхеме до 320 меха-
низмов и датчиков; ввод технологиче-
ских программ с помощью фотокаран-
даша; телеуправление до 160 объек-
тами с дискретными состояниями; теле-
измерение до 100 текущих значений
параметров; звуковая тональная сиг-
нализации при нарушении режима и
аварийной ситуации. Габаритные раз-
меры КМ УВОИ 1335X1550X820 мм.
КВУ представляет собой шкаф дву-
стороннего обслуживания (габаритные
размеры 2000X 800X 850 мм), в кото-
ром размещены унифицированные бло-
ки и ячейки проектируемой системы.
Связи между блоками и ячейками за-
даются в виде программы, хранящейся
в постоянном запоминающем устрой-
стве. Связь с датчиками объекта и
устройствами управлении осуществ-
ляется через ячейки ввода-вывода.
В системе происходит одновременный
параллельный прием-передача ин-
формации по всем каналам связи,
время передачи и приема по каждому
каналу 16 бит информации составляет
0,7 с.
Микроконтроллеры. Программиру-
емый микроконтроллер МКП-1 пред-
назначен дли циклового двухпозицион-
ного управлении манипуляторами ав-
томатических линий при мелкосерий-
ном производстве, когда необходима
оперативная смена управляющих про-
грамм. Программируемые функции сле-
дующие: управление выходами иа ис-
полнительные устройства; прием ин-
формации отдатчиков состоянии обору-
довании; формирование выдержек вре-
мени (дискретность их задании 0,1 с);
управление счетчиками; обращение к
подпрограммам. Режимы работы: руч-
ной — с пульта управлении; автомати-
ческий под .управлением программы.
Отображение информации осуществ-
ляется иа однострочном дисплее и
светодиодных индикаторах. Пара-
метры выходных сигналов связи с внеш-
ними устройствами: напряжение по-
18*
стоянного тока — 20—30 В; ток по
каждому выходу — 0,5 А. Параметры
входных сигналов: напряжение по-
стоянного тока — до 5 В (низкий уро-
вень) и 20—30 В (высокий уровень);
входной ток — 13 мА. При использо-
вании питании рабочих программ от
элементов А316 («Квант») обеспечи-
вается сохранение информации этой
памяти в течение не менее 6 мес.
Выпускаются четыре модификации кон-
троллера: МКП-1-16-05 и МКП-1-32-
0,5 — на 16 входов и выходов и 0,5
кбайт памяти; МКП-1-48-1 и
МКП-1-48-2 — на 48 входов и выхо-
дов, 1 и 2 кбайт памяти соответ-
ственно.
Последний модель имеет модуль по-
следовательного интерфейса для связи
с ЭВМ высшего ранга. Ее техническая
характеристика: длина линии связи —
до 300 м; протокол обмена — в со-
ответствии с интерфейсом дли радиаль-
ного подключении устройств с после-
довательной передачей информации
(ИРПС) СМ ЭВМ; наработка на отказ —
не менее 5000 ч; потребляемая мощ-
ность — до 60 Вт; габарирные размеры
до 440Х275Х 170 мм; масса — до 10 кг.
На базе однокристальной микроЭВМ
К1816ВЕ48 разработан универсаль-
ный микроконтроллер «Электроника-
МК48». Он может встраиваться в тех-
нологическое оборудование. Про-
грамма управлении технологическим
процессом хранится в ППЗУ, встроен-
ном в микроЭВМ К1816ВЕ48. Микро-
контроллер имеет 32 независимых вы-
хода (27 В, 100 мА); 16 дискретных
(2,4 В; 10 мА) и 8 аналоговых входов
(до 10,23 В). Объем управляющих
команд составляет 4 кбайт. Габаритные
размеры 530X 310X 85 мм, потребляе-
мая мощность ие более 15 Вт.
Дли повышении качества и сокра-
щении сроков разработки програм-
много обеспечении управлением тех-
нологических процессов разработай рид
крос-систем, отладочных систем и
САПР на базе ЭВМ типа СМ-4 и микро-
ЭВМ «Электроника-60». Эти средства
позволяют: создавать, модифициро-
вать и ассемблировать исходные мо-
дули; отлаживать программы управ-
лении технологическим оборудова-
нием; формировать загрузочные мо-
дули. С помощью серийно выпускав-.
548
Локальные системы управления АГЛ
мых программаторов МП-2 эти модули
записываются в ППЗУ микроЭВМ
К1816ВЕ48.
Для управления манипуляторами
АГЛ могут быть применены устрой-
ства, выполненные на БИС МК серии
К145. Они представляют собой одно-
кристальные микроЭВМ последова-
тельного действия с использованием
принципа многоуровневого програм-
мирования. Для построения схем уп-
равления манипулятором АГЛ наи-
более пригодна БИС МК К145ИК1807,
которая выполняет следующие функ-
ции: ввод номера исполняемой про-
граммы; обращение к внешнему ЗУ
(4000X 8 бит); автоматический поиск
программы во внешнем ЗУ; выполне-
ние заданной программы; ввод номера
выполняемой программы на индика-
тор; занесение программы во внешнее
ОЗУ или ППЗУ (258X8 бит). Число
управляемых объектов выходов —
до 256; число опрашиваемых датчиков:
в параллельном режиме — до 32, в по-
следовательном — не ограничено.
Автономное устройство управления
на основе МК К145ИК1807 включает:
генератор тактовых питающих импуль-
сов; пульт управления; собственно
микроконтроллер; запоминающее внеш-
нее устройство; входной регистр от
датчиков состояния объекта; выходной
регистр команд управления.
Элементы схем управления манипу-
ляторами. Важным элементом схем
управления манипуляторами являются
путевые выключатели, используемые
для определения положения: манипуля-
тора при горизонтальном передвиже-
нии его вдоль линии и между ее ря-
дами; подвесок (барабанов) при их
вертикальном перемещении, а также
для определения наличия штанг иа
ваннах.
Надежность работы всей системы
управления манипулятором АГЛ во
многом определяется надежностью ра-
боты именно путевых выключателей,
поэтому совершенствование как их
конструкций, так и схем их включения
является актуальной задачей для уп-
равления.
Для управления манипуляторами
применяются только бесконтактные
путевые выключатели (ВПБ). Ниже
приведены различные типы ВПБ.
По конструктивным признакам ВПБ
выполняются щелевыми и торцовыми.
При применении щелевых ВПБ рас-
стояние между управляющим элемен-
том и активной поверхностью выключа-
теля задано размером щели, для тор-
цовых это расстояние приведено в пас-
портных данных. Рабочая характе-
ристика ВПБ зависит от материала,
размеров и формы управляющего эле-
мента, который изготовляют из угле-
родистой стали толщиной 1 мм, ква-
дратного сечения с длиной стороны
не менее диаметра активной части
торцового ВПБ. При применении пла-
стины из другого материала макси-
мальное расстояние воздействия уп-
равляющего элемента будет другим,
для определения размера щели в этом
случае следует вводить корректирую-
щий коэффициент: для алюминия —
0,45, для меди — 0,42; для латуни —
0,55.
Сопротивление выходных цепей ВПБ
должно быть согласовано с электромаг-
нитным реле, бесконтактными элемен-
тами на транзисторах и интегральными
элементами. Основное условие согла-
сования: чтобы величина тока ВПБ
в отключенном состоянии была меньше,
чем при отключении нагрузки, а во
включенном состоянии — всегда боль-
ше, чем величина тока срабатывания
нагрузки.
Применяемые в настоящее время
схемы подключения различных на-
грузок (в том числе элементов серии
«Логика И») представлены на рис. 18.
Максимальное расстояние срабаты-
вания ВПБ определяется его габари-
тами. Для большинства торцовых ци-
линдрических ВПБ габаритные раз-
меры составляют ряд по диаметрам,
мм: 8, 12, 16, 18, 22, 24, 30, 36. Этому
ряду соответствуют максимальные рас-
стояния срабатывания, мм: 1, 2, 4, 5,
7—8, 10, 20.
Максимальное расстояние срабаты-
вания ВПБ, выполненных в унифи-
цированном пластмассовом прямоуголь-
ном корпусе с размерами чувствитель-
ной поверхности 40X40 мм, состав-
ляет 13—15 мм. Скорость перемещения
управляющего элемента приближенно
можно рассчитать по формуле
24*+<i
*О + *Ор’
Управление манипуляторами АГЛ
549
-12В ° -12В
о » + о-— --> +
-24В
Логика
И
В схему управления
+UB
о-----------------------------&-+2U8
Рнс. 18. Схемы выключателей путевых ВПБ типа КВП-8
где Ах — расстояние срабатывания,
мм; /ср— время срабатывания, мс;
d — длина исполнительного элемента,
мм; tc — минимальное время сигнала
для повторного управления, мс.
Основные параметры отечественных
ВПБ приведены в табл. 18. По своим
параметрам выключатели унифици-
рованной серии типа ВПБ 13.14.17
соответствуют нормам, действующим
в нашей стране и за рубежом (нормы
EN 5008) могут без доработок исполь-
зоваться в АГЛ, поставляемых зару-
бежными фирмами. Установочные раз-
меры БПВ серии ВПБ 14 соответствуют
установочным размерам контактной
аппаратуры.
Применение в АГЛ находят и пе-
реключатели на герконах (герметизи-
рованные магнитоуправляемые кон-
такты). Основные технические харак-
теристики герконов даны в табл. 19.
Фотоэлектрические путевые выклю-
чатели (ФПВ) включают в себя три
основных элемента: источник света,
фотоприемник и управляющий эле-
мент. В качестве фотоприемников ис-
пользуются: фоторезисторы, фотодио-
ды, фототранзисторы и фототири-
сторы. В качестве источников света
применяют лампы накаливания и фото-
диоды. Наиболее распространены фо-
тодиоды, работающие в инфракрасном
или ультрафиолетовом диапазоне, по-
скольку они не боятся засветки ви-
димой частью спектра. Управление
ФПВ осуществляется двумя спосо-
бами: путем перекрытия непрозрач-
ным движущимся телом луча от фото-
диода на приемник или путем отраже-
ния света рабочей поверхностью объ-
екта, перемещение которого контроли-
руется.
ФПВ выпускаются в различных
конструктивных исполнениях: ще-
левом, торцовом, в цилиндрических
и прямоугольных корпусах (рис. 19).
На рис. 19, а и б излучатель U и фото-
приемник П размещены в отдельных
- корпусах, на схеме, приведенной иа
рис. 19, в, они расположены рядом и
засветка фотоприемника происходит
при отражении света, излучаемого
источником И от рабочей поверхности
конструктивного объекта или специ-
ального рефлектора Р. Эти выключа-
тели характеризуются большим рас-
стоянием срабатывания без рефлек-
тора — до 80 мм (если отражающая
поверхность белая), с рефлектором—
до 2 м.
Для определения положения мани-
пулятора на линии в системах управ-
ления АГЛ наиболее широко применя-
Рнс. 19. Схемы конструктивного исполне-
ния фотоэлектрических ВПБ:
а — щелевые; б — разобщенные: в — тор-
цовые; И — излучатель; П — фотоприем-
инк; Р — рефлектор
550
Локальные системы управления АГЛ
18. Технические характеристики ВПБ
Тип Номи- нальное расстоя- ние срабаты- вания, мм Основная погреш- ность, мм Характеристика нагрузки Напря- жение пита- ния, В Габаритные размеры, мм
КВП-8 КВП-16 8 16 ±0,2 ±0,3 220/470 Ом 12/24 95Х 65X43 95X65X43
БТП ВПБ-11 ВПБ13 7±0,7 2,5 4; 6; 10 0,025 ±0,05 0,025; 0,05; 0,1 Реле 600 мА Реле РП-0 24 0_24 0 16; 22; 30
ВПБ14 ВПД17 13 7; 12 ±0,1 ±0,1; 0,15 Интегральные микросхемы основных серий 40X40X106 0 22; 30
БК, БК-А 3 ±0,1 Логические эле- менты реле 0 21X75
квд-з КВД-6 3 6 ±0,15 ±0,2 33 мА 12/24 55X45X28
КВД-25 25 ±0,5 120 мА 166X47X69
КВД-50 квд-юо 50 100 ±0,25 ±0,3 100 мА 205X64X105 255X64X160
БВК-24; БВК-200; БВК-300 2,5; 4; 6; 10 ±0,15; ±0,15; ±0,05 Логические эле- менты, реле сопротивлением не менее 1600 Ом 24
19. Технические характеристики герконов
Тнп Коммутируе- мый ток, А Коммутируе- мое напряже- ние, в Габаритные размеры, мм Ресурс (число срабатываний)
КЭМ 1 КЭМ 2 кэмз МК 17 МУК-1А1 МКА-27102 10"«— 1,0 10~4 — 0,5 5-10~S — 1,0 Ю-12 — 0,15 5.10-в — 0,5 10'» — 0,5 сл сл сл сл о о о о о о о । । । J । । । ш Cd ЪЭ л ЪЭ ьэ ЪЭ 1 1 1 II 1 1 — — — О — — Ю СП ►— О ю 00 СЛ ООО ело о 0 5,6X50 0 3,2X21 0 4,5X18 0 3,1X20 0 3,1X21,5 0 3,8X28 10‘—10“ 5-108—10’ 108-8-105 108—10’ 2-108—10’ 108—10’
регулирование плотности тока
551
ются два способа адресации. При пер-
вом способе на каждую ваину устанав-
ливается датчик положения и манипу-
лятор при движении замыкает тот
датчик, против которого находится.
Сигналы с датчиков ванн в этом слу-
чае обычно подаются на шифратор по-
ложения, где преобразуются в двоич-
ный код. Второй способ заключается
в считывании от каждой ванны сразу
двоичного кода, для чего иа манипуля-
торе устанавливают линейку из п дат-
чиков, определяемых из условия
2" N, где N — число ванн. Код
ванн — набор от 1 до п элементов в раз-
ных сочетаниях.
КОНТРОЛЬ И РЕГУЛИРОВАНИЕ
ПЛОТНОСТИ ТОКА
Целью процесса электроосаждения
является получение заданной толщи-
ны покрытия с допустимой равномер-
ностью. Толщина покрытия рассчи-
тывается по следующей формуле:
6 = CT]if,
где с — константа пропорциональности
для данного вида покрытия; т) — вы-
ход по току; I — плотность тока; t —
время осаждения.
Плотность тока или отношение вели-
чины тока к площади загруженных
в ванну деталей — это средняя плот-
ность тока. В ГОСТ 9.305—84 или
паспорте процесса задается диапазон
плотности тока, гарантирующий ка-
чество покрытия при стабилизации
остальных параметров, влияющих на
качество. Диапазоны допустимых плот-
ностей тока для различных электроли-
тов колеблются от ±3 до ±50 %.
Местная плотность тока — это
плотность иа участке детали, площадь
которого достаточно мала. Для полу-
чения равномерной толщины покрытия
необходимо, чтобы местные плотности
тока были одинаковы. Практически,
особенно на деталях сложной формы,
этого достичь ие удается и отклонение
от заданной плотности тока иа раз-
личных участках детали может дости-
гать нескольких сотен процентов.
Другим параметром, влияющим на
толщину покрытия, является выход
по току — это процент от величины
полного тока, который в данном элект-
ролитическом процессе фактически идет
на получение покрытия. Выход по
току для большинства процессов со-
ставляет 70—90 % и меняется в за-
висимости от электрического режима
ванны, концентрации и температуры
электролита. При нормальной работе
ванны эти изменения ие превышают,
как правило, 10 %.
Третий параметр — длительность
осаждения — определяет толщину по-
крытия. Это единственный параметр,
задание и поддержание которого можно
выполнить с высокой точностью.
Формирование заданий (уставок)
тока. Существует два принципиально
различных способа задания уставок
тока. По первому способу определяется
площадь подвески с деталями и по
заданной в технологической карте
плотности тока вычисляется общий ток
в ванне, который и необходимо под-
держивать. По второму способу из-
меряется плотность тока через опре-
деленное сечение в объеме электролита
и регулируется общий ток в ванне до
тех пор, пока плотность тока на изме-
рительном участке ие достигнет за-
данной.
Подсчет величины полного тока по
первому способу может быть реализо-
ван двумя путями — в зависимости
от способа определения площади по-
крываемой детали. Таких способов
два: задание площади детали (или
уставки тока) в технологической кар-
те; автоматическое определение площа-
ди деталей, загружаемых в ванну.
Задание уставки в технологической
карте требует предварительного рас-
чета площади деталей, суммирования
их для одной загрузки и определения
величины полного тока в ванне. Та-
кой способ носит название расчетного.
Он обладает большой трудоемкостью,
особенно для АГЛ с многономенклатур-
ным характером производства.
На практике разработаны и приме-
няются два способа автоматического
формирования уставок тока по опре-
делению площади загружаемых деталей
и плотности тока в электролите.
Автоматическое определение пло-
щади поверхности загружаемых де-
талей. Наиболее часто применяемые
дли этого методы приведены ниже.
552
Локальные системы управления АГЛ
Рис. 20. Зависимость тока от площади
вагрузки для различных деталей:
1 — волноводы; 2 — плоские детали; 3 —
шасси; 4 — цилиндры
Метод I — SK кривых. Суть метода
заключается в том, что при постоянном
напряжении в ваине снимаются харак-
теристики ток ванны — площадь за-
грузки отдельно для деталей различ-
ной конфигурации. Пример такой за-
висимости для групп деталей типа вол-
новодов /, цилиндров 2, шасси 3 и
плоских деталей показан на рис. 20.
Если принять градуировочные усред-
ненные кривые для цилицдрических
и плоских деталей, то погрешность
измерения для цилиндрических дета-
лей не превышает 10—12 %, а для
плоских — 25 % при малых загруз-
ках и 15 % — при средних и больших
загрузках. При осуществлении метода
необходимо поддерживать температуру
и химический состав электролита. Так,
при измерении в цианистых электроли-
тах изменение температуры на 10 °C
изменяет удельное электрическое со-
противление электролита на 10—
12%, а при изменении химического
состава изменение удельного электри-
ческого сопротивления достигает 38 %.
Желательно для этих целей иметь
электролит, имеющий высокую рассеи-
вающую способность по току.
Емкостной метод имеет две моди-
фикации. Сущность первой заключа-
ется в измерении емкости между ме-
таллическим корпусом ванны (одна
обкладка конденсатора) и электроли-
том с анодами и деталями (другая
обкладка конденсатора), разделенными
диэлектриком, например винипластом.
Вторая модификация этого метода —
измерение емкости двойного электри-
ческого слоя. Двойной электрический
слой возникает на границе металл —
электролит и может быть охарактери-
зован емкостью С, величина которой
зависит от площади поверхности двой-
ного электрического слоя (площади
загружаемых деталей) при постоянном
составе и температуре электролита,
материале электродов.
Максимальная площадь измеряемой
поверхности — 200 дм2, погрешность
измерения 5 %.
Метод мерного датчика реализу-
ется несколькими способами. По од-
ному способу мерный датчик и измеряе-
мые детали включаются в противопо-
ложные плечи моста. При этом методе
датчик опускается в ванну до тех пор,
пока не наступит равенство потенциа-
лов в диагонали моста, что произой-
дет при равенстве активной поверх-
ности подвижного электрода и площа-
ди поверхности детали. Подвижный
электрод выполняется в виде правиль-
ной формы (цилиндр, шар, куб), ак-
тивная (погруженная) часть его по-
верхности легко рассчитывается по
известным формулам.
Определение плотности тока. Для
определения плотности тока, как пра-
вило, применяют следующие методы.
Метод вольт-амперных характери-
стик (ВАХ) используют зависимость
электрических параметров ванны от
площади загружаемых деталей. Для
определения этих зависимостей сни-
мается ряд кривых U—I при различ-
ных площадях загрузки. Семейство
характеристик обрабатывается для
получения линий равной плотности
тока. Эти зависимости используются
при построении системы регулирова-
ния плотности тока. Метод ВАХ реа-
лизован во всех серийно выпускаемых
источниках тока для питания гальва-
нических ванн, кроме ПТР. Работа
источников в этом режиме описана
в гл. 13.
Погрешность метода ±25 % и за-
висит от многих факторов: удельного
электрического сопротивления элект-
ролита, конфигурации деталей, поля-
ризации пассивации анодов и др.
Метод эталонного датчика. Суть
метода заключается в том, что вместе
с деталями в ванну опускается допол-
нительный электрод известной пло-
щади, включенный параллельно под-
веске с деталями. Общий ток уставав-
регулирование плотности тока
553
лнвается исходя из того,чтобы на допол-
нительном электроде была обеспечена
заданная плотность тока. Считается,
что на деталях автоматически будет
получена такая же или пропорциональ-
ная плотность. В действительности
в результате различия конфигураций
деталей и датчиков, расположений их
в ванне, неравномерности распределе-
ния во времени и пространстве элект-
ролита электрических, тепловых, кон-
центрационных полей, влияния поля-
ризации и других факторов зависи-
мость между величиной тока и пло-
щадью детали и дополнительного элект-
рода имеет сложный характер, что
приводит к значительным погрешно-
стям метода.
Метод измерения градиента по-
тенциала в электролите заключается
в том, что с помощью двух дополни-
тельных электродов (зонда), помещен-
ных в электролит, измеряют падение
напряжения на участке около детали.
При этом условно считают, что плот-
ность тока вблизи места измерения
постоянна. Тогда иа каждой условно
выделенной элементарной площади AS
вблизи катода толщиной AZ будет па-
дать напряжение
где р — удельное электрическое со-
противление электролита:
, AIZ
'= W’
т. е. зная AZ и р и измерив At/ между
электродами, можно судить о. плот-
ности тока на участке, прилегающем
к месту измерения.
Метод измерения плотности тока
вблизи поверхности деталей (метод
датчика плотности тока) основан на
определении тока, протекающего в
электролите через специально выде-
ленную около поверхности детали пло-
щадь. Ток, протекающий через эту
площадь, будет создавать среднюю
местную плотность тока. Для реа-
лизации метода применяют датчики
плотности тока: трансформаторные —
измеряющие пульсации постоянного
тока, по которым оценивается его ве-
личина; выполненные на основе транс-
форматоров или дросселей подмагни-
чивания преобразователи постоянного
тока.
Трансформаторные датчики имеют
индивидуальную градуировку и огра-
ниченное применение. Преобразова-
тели постоянного тока более точные и
при использовании их совместно с
электронными преобразователями со-
ставляют магнитоэлектронную авто-
компенсационную систему, обладаю-
щую достаточно высокими метрологи-
ческими характеристиками. Для пре-
образователя плотности тока типа
ИППТ-8 достигнуты следующие пока-
затели: предел преобразований плот-
ности тока — 0—12,5 А/дм8, аддитив-
ная погрешность — 1 %, мультипли-
кативная — 0,2 %; площадь окна дат-
чика — 314 мм8; диапазон рабочих
температур датчика — 10—100 °C;
длительность переходного процес-
са — 0,2 с; напряжение питания —
12 В (50 Гц).
Схемы регулирования плотности
тока. Промышленные выпрямитель-
ные агрегаты для питания гальваниче-
ских ванн выпускаются с системой
автоматической стабилизации тока, на-
пряжения и плотности тока. Однако
эти системы, особенно у агрегатов уста-
ревших Типов, имеют ограниченную
глубину регулирования; по току —
до 25 % (в новой серии — 10 %), по
напряжению — до 50 % (в новой се-
рии — 25 %).
Метод ВАХ для регулирования плот-
ности тока, применяемый в этих агре-
гатах, не обеспечивает точность выше
25 %. В тех случаях, когда требуется
обеспечить глубокое и плавное регули-
рование тока или напряжения или
регулирование плотности тока осуще-
ствляется другими методами (не по
ВАХ), применяются схемы регулиро-
вания, выполняемые, как правило, по
структурным схемам (рис. 21). По
схеме, приведенной иа рис. 21, а,
осуществляется глубокое плавное ре-
гулирование тока для агрегатов типа
ВАКГ. В агрегатах серии ТЕ режим
стабилизации тока выполнен встроен-
ным по аналогичной структуре. В ка-
честве датчиков используются шунты 3
с выходом 75 мВ. Сигналы с шунта
преобразуются в измерительных нор-
мирующих преобразователях 4 в уни-
554
Локальные системы управления АГЛ
а)
Рис. 21. Схемы регулирования плотности
тока:
а — с шунтом; б — с датчиком плотности
тока; 1 — ваииа; 2 — источник питания;
3 — шунт; 4 — преобразователь; 5 — уст-
ройство согласования; 6 — измеритель
плотйости тока; 7 — датчик плотности
тока
филированный сигнал. Для этих целей
могут быть использованы нормирую-
щие преобразователи постоянного тока
типов Е727М, Е826НП, Е826НЗ и
Е826У.
С выхода нормирующих преобразо-
вателей сигналы подаются иа устрой-
ства согласования 5. По схеме, при-
веденной на рис. 21, б, обеспечивается
качественное регулирование плот-
ности тока при работе с датчиками
плотности тока. В качестве датчиков 7
может быть использован преобразова-
тель постоянного тока типа ИППТ,
сигналы которого непосредственно по-
даются на измеритель 6 плотности
тока.
Устройство согласования выпол-
няет следующие функции: сравни-
вает сигналы от датчиков с заданными
уставками Ua, выделяет сигнал рас-
согласования и подает его на узел
формирования закона регулирования,
с которого сигнал подается на вход
источника питания,применяемого в схе-
ме регулирования. В зависимости от
вида входного сигнала, требуемого для
управления выпрямительными агрега-
тами, все выпрямительные агрегаты
делятся на два типа: управляемые от
сигналов постоянного тока; управляе-
мые за счет фазового сдвига напряже-
ния. Схема согласующего устройства
приведена на рис. 22.
Для агрегатов, управляемых по-
стоянным током, выходной усилитель
выполнен в виде усилителя 5 постоя н-
3 7 6
Рис. 22. Схема устройства согласования!
1 — узел сравнения; 2 — блок умноже-
ния; 3 — интегратор; 4 — сумматор; 5 —
усилитель постоянного тока; 6 — генера-
тор выходного напряжения; 7 — генера-
тор переменного напряжения
ного тока. В агрегатах, управляемых
с помощью фазосдвигающего устрой-
ства, выходная часть согласующего
устройства включает: генератор 6 ятл-
нейно изменяющегося напряжения, ге-
нератор 7 выходного напряжения,
формирующего импульсы, фазовый
сдвиг которых относительно фазы на-
пряжения, питающего выпрямитель-
ный агрегат, зависит от сигнала рас-
согласования между l/д и 1/а. Узел
формирования закона регулирования
содержит блок 2 умножения, интегра-
тор 3 и сумматор 4, выполненные на
операционных усилителях.
Согласующее устройство подключа-
ется к выпрямительному агрегату,
для чего обратные связи, имеющиеся
в агрегате, отключаются, а вместо
них вводятся сигналы от согласую-
щего устройства. Эти сигналы вводятся
в узлы агрегатов, которые обеспечи-
вают управление от внешних сигналов
(например, пультов дистанционного
управления, работающих в ручном
режиме). По этим каналам выполни*
ется регулирование агрегатов от нуля
до 100 %.
Предложенные схемы могут обеспе-
чить глубокое плавное регулирование
тока, напряжения или плотности тока
с погрешностью не более 3 %. По
существу эти схемы регулирования
представляют собой статический или
П-регулятор, если в согласующем уст-
ройстве не используется интегратор,
если интегратор используется —
ПИ-регуляторы. Последние применя-
ют, когда необходимо снизить статиче-
скую погрешность регулирования.
ГЛАВА 15
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АГЛ С ПРИМЕНЕНИЕМ
УПРАВЛЯЮЩИХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН
НАЗНАЧЕНИЕ И ОБЛАСТЬ
ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ
Системы управления АГЛ с приме-
нением управляющих вычислительных
машин являются последним достиже-
нием в области систем управления
АГЛ.
Такие системы предназначены как
для решения всех задач управления,
выполняемых обычными средствами
управления, так и для решения опти-
мизационных задач, а также задач,
связанных с выполнением расчетов и
логических операций.
Применение УВМ позволяет решить
вопрос об автоматизации гальваниче-
ских цехов'с мелкосерийным характе-
ром производства при большой номен-
клатуре партий деталей.
Особенно большое развитие эти си-
стемы должны получить при создании
гибкого автоматизированного произ-
водства гальванопокрытий (ГАП-Г).
Требования к системе управления
ГАП-Г, разработанные комиссией по
автоматизации гальванического про-
изводства, в рамках общих требований
к оборудованию единой государствен-
ной системы гибкого автоматизирован-
ного производства гальванопокрытий
ЕГС ГАП-Г предусматривают все кон-
тролирующие и управляющие функции
в ГАП-Г выполнять пятью подсистема-
ми управления: подготовкой произ-
водства; транспортно-складским комп-
лексом; нанесением покрытий; очист-
ными сооружениями; оперативного уп-
равления цехом.
Цепочка технологических операций,
разбивка их по подсистемам управле-
ния и связи между подсистемами по-
казаны на рис. 1. Система управления
выполняется по принципу децентра-
лизованной распределенной системы и
имеет три уровня управления.
На первом (высшем) уровне приме-
нена электронная вычислительная ма-
шина из семейства малых машин СМ
ЭВМ, на базе которой функционируют
подсистемы подготовки производства
и оперативного управления цехом.
На втором уровне применяются
микроЭВМ типа «Электроника 60» и
СМ 1800, на их базе выполняются
подсистемы управления транспортно-
складским комплексом, гальваниче-
скими линиями и очистными сооруже-
ниями.
На третьем уровне находятся локаль-
ные средства управления. Подсистема
управления транспортно-складским
комплексом обслуживает технологи-
ческую цепочку от входа деталей в цех
до гальванических линий. Подсистема
в общем виде содержит две самостоя-
тельные части: управление транспорт-
но-накопительными устройствами и
управление складом.
Подсистема управления транспорт-
но-накопительными устройствами вы-
полняет следующие функции:
входной контроль деталей, поступаю-
щих в цех;
управление синхронной подачей под-
весок, деталей штанг и Дополнительной
оснастки на монтажные места;
управление подачей подвесок с де-
талями на линию в соответствии с тем-
пом загрузки линии;
обеспечение монтажников и опера-
торов необходимой для эксплуатации
системы информацией;
выходной контроль деталей.
Подсистема управления складом вы-
полняет следующие функции:
создание и эксплуатация байка дан-
ных по деталям и оснастке;
формирование входных и выходных
документов;
управление кранами-штабелерами
автоматизированного склада;
диагностирование системы управле-
ния н технологического оборудова-
ния.
556
Системы управления АГЛ с применением УВМ
Рис. 1. Система управления гибким автоматизированным производством гальванических
покрытий:
1 — участок поступления деталей в цех; 2 — транспортные средства; 3 — склад деталей;
4 — накопитель подвесок; 5 — перегрузчик подвесок; 6 — накопитель штанг; 7 — галь-
ваническая линия; 8 — усреднитель стоков; 9 — очистные устройства; 10 — отстойники;
11 — участок выдачи деталей; 12 — участок подготовки деталей под покрытие; 13 — уча-
сток приготовления и раздачи электролитов; 14 — склад химикатов; 15 — участок фи-
нишной обработки
Подсистема управления подготов-
кой производства решает задачи под-
готовки технологического оборудова-
ния, поверхности деталей, технологи-
ческой документации и выполняет
следующие функции:
управление подготовкой поверх-
ности деталей под покрытие;
управление централизованным при-
готовлением и раздачей электролитов
и корректирующих растворов;
формирование сменно-суточного за-
дания (для каждой гальванической
линии).
Подсистема оперативного управле-
ния цехом выполняет следующие функ-
ции:
учет хода производственного про-
цесса за смену, сутки, месяц;
выдачу справочной информации по
запросу;
выдачу учетно-отчетных докумен-
тов;
учет баланса деталей по цеху;
учет отклонений от плановых зада-
ний;
связь с системами высшего уровня
(АСУ).
Подсистема управления очистными
сооружениями выполняет следующие
функции:
контроль за составом сбрасываемых
вод;
изменения уставок на локальных
системах управления;
учет прихода и расхода материалов и
химикатов;
выдачу по запросу нормативных
материалов;
составление ведомости дефицита ма-
териалов и химикатов;
прогнозирование возможности обе-
спечения принятия стоков при фор-
мировании сменно-суточных планов;
диагностирование состояния системы
управления и оборудования.
Подсистема управления гальвани-
ческими линиями обеспечивает управ-
ление автоматическими линиями на-
несения покрытий и выполняет следу-
ющие функции:
управление транспортированием де-
талей по линии;
управление током в электролитиче-
ских ваннах;
контроль и управление коррекцией
электролитов;
контроль и регулирование темпера-
туры, уровня, расхода воды;
оптимизацию параметров процесса;
диагностирование технической не-
исправности работы системы управле-
ния и оборудования.
управление технологическими параметрами
557
СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ АГЛ
С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭВМ
Анализ известных технических ре-
шений по автоматизации управления
гальваническими линиями на базе
использования управляющих вычисли-
тельных машин и микропроцессорной
техники как в нашей стране, так и
за рубежом позволяет выделить об-
щие принципы в построении струк-
турных схем таких систем (рис. 2).
На рис. 2, а приведена структура
систем, реализованных иа основе цент-
рализованного принципа. Особенно-
стью структур таких систем является
использование группового управления
множеством объектов, подключенных
к управляющей вычислительной ма-
шине (УВМ), а также множеством
функциональных задач, присущих ка-
ждому объекту управления, каждой
гальванической линии. В результате
такого подхода алгоритмы управле-
ния получаются сложными, трудно ре-
ализуемыми, а надежность системы
низкой.
Поэтому широкое распространение
получили децентрализованные си-
стемы, в которых объект управления
подвергается различным видам деком-
позиции — предметной и (или) функ-
циональной.
На рис. 2, б приведена структура
системы с использованием предметной
декомпозиции, когда каждой галь-
Рис. 2. Принципы построения структурных
схем систем управлении АГЛ
УВМ, решающая некоторое множество
различных функциональных задач (уп-
равление температурой, плотностью
тока, манипуляторами и т. д.), при-
сущих этой линии. Алгоритмы управ-
ления по такой схеме оказываются
проще, а программное обеспечение —
менее трудоемким в реализации.
На рис. 2, в приведена структура
децентрализованной системы управ-
ления, в которой использована деком-
позиция по функциональному приз-
наку.
В данном случае УВМ решает по
всем гальваническим линиям, т. е,
по всем объектам управления, одну
и ту же функциональную задачу,
например управляет движением мани-
пуляторов. Для решения следующей
функциональной задачи использу-
ется вторая УВМ и т. д.
На рис. 2, г приведена структура
системы, в которой использована как
предметная, так и функциональная де-
композиция. Здесь каждой функцио-
нальной задаче ставится в соответствие
свое управляющее устройство, чаще
всего микропроцессор (МП). Алгоритмы
управления в этом случае получаются
наиболее простыми и надежными в ра-
боте.
Преимущественное использование
в последнее время получили централи-
зованные структуры с предметной и
предметно-функциональной декомпо-
зицией (см. рис. 2, б, г).
УПРАВЛЕНИЕ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ
ПАРАМЕТРАМИ
ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
ОТ УВМ
В настоящее время известны техни-
ческие решения с использованием
УВМ для контроля и управления раз-
личными параметрами гальванических
процессов (движением манипуляторов,
температурой, плотностью тока и
ДР-)-
Использование УВМ позволяет пе-
рейти от жесткого управления режи-
мом нанесения гальванических по-
крытий к гибкому управлению, когда
становится возможным оперативно из-
менять режим обработки изделий, кор-
558
Системы управления АГЛ с применением УВМ
Рис. 3. Подсистема управления манипуля»
торами:
АГЛ — автоматическая гальваническая
линия; МВВДС — модель ввода-вывода
дискретных сигналов; ПУ — пульт управ-
ления; АО — манипулятор; Д — датчики
положения манипулятора
ректировать его, переходить на новые
процессы обработки. Применение
УВМ позволяет также оптимизировать
по различным критериям технологи-
ческие процессы, вводить в алгоритм
управления технологическими пара-
метрами элементы адаптации.
Рассмотрим типовые схемы управле-
ния технологическими параметрами
гальванических процессов от УВМ.
На рис. 3 приведена схема подсистемы
управления манипуляторами.
Объектом управления для подси-
стемы является гальваническая линия
с различным числом манипуляторов.
Подсистема осуществляет автомати-
ческое управление движением мани-
пуляторов в соответствии с техноло-
гией обработки деталей, сигнализа-
цию о положении манипуляторов и об
аварийных ситуациях, а также о по-
ложении манипуляторов, которое они
должны занимать после устранения
аварийной ситуации. Циклограмма
движения манипуляторов (или мно-
жество таких циклограмм) хранится
в программируемом постоянном запо-
минающем устройстве (ППЗУ) микро-
ЭВМ. Сопряжение подсистемы с галь-
ванической линией осуществляется с
помощью пульта управления гальвано-
автоматом, выполняющего роль уст-
ройства связи с объектом.
Использование УВМ позволяет так-
же осуществить в управлении мани-
Рис. 4. Подсистема управления темпера"
турой:
БП — блок переключения; МН — модуль
нормализации; ДТ — датчик температуры!
ЭМК — электромагнитный клапан
пуляторами ситуационный принцип и
исключить принцип управления по
циклограмме.
На рис. 4 приведена схема под-
системы управления температурой,
растворов электролитов в ваннах.
Число контролируемых ванн может
быть различным.
Подсистема осуществляет:
автоматическое измерение и регули-
рование температуры;
вывод по запросу текущих и номи-
нальных значений температуры на ви-
деотерминальное устройство;
сигнализацию об аварийных значе-
ниях температуры;
тестовое диагностирование работо-
способности контуров регулирования
температуры.
Измерение температуры в ваннах
осуществляется с помощью термо-
метров сопротивления и модулей связи
с объектом из номенклатуры средств
вычислительной техники.
Подсистема регулирования чистоты
промывных вод приведена на рис. 5.
Подсистема позволяет значительно со-
кратить расход воды на промывку
деталей.
В подсистеме для регулирования
чистоты промывных вод часто исполь-
зуется кондуктометрический метод из-
мерения концентрации вредных при-
месей. Диапазон измерения удельной
электрической проводимости растворов
составляет 10-4—10-х См/см.
Подсистема осуществляет:
автоматическое регулирование кон-
центрации примесей в промывных
Управление технологическими параметрами
559
Рис. 3. Подсистема управления чистотой
промывных вод:
ДЧПВ — датчик чистоты промывных вод;
КМ — коммутатор; БП — блок переклю-
чения
ваннах путем долива чистой воды;
вывод по запросу оператора теку-
щих и номинальных значений удель-
ной электрической проводимости воды
в промывных ваннах;
обнаружение и сигнализацию ава-
рийных ситуаций;
автоматический расчет расхода во-
ды АГЛ;
диагностирование работоспособности
контуров регулирования.
Измерение удельной электрической
проводимости в ваннах промывки
производится с помощью погружного
датчика. В устройстве связи с объек-
том (УСО) информация с датчика пре-
образуется и нормируется измери-
тельным модулем. Закон регулирова-
ния релейный.
Подсистема управления плотностью
тока предназначена для контроля
и регулирования тока в процессе на-
несения гальванических покрытий
(рис. 6).
Подсистема осуществляет;
стабилизацию тока гальванических
ванн в соответствии с уставками тока;
формирование уставок тока по шифру
деталей или по их суммарной площади,
задаваемых с модуля ручного ввода
информации (МРВИ);
распознавание и сигнализацию ава-
рийных ситуаций;
вывод по запросу оператора теку-
щих и номинальных значений тока
в гальванических ваннах.
Для сопряжения УВМ с источни-
ками питания гальванических ванн
используются локальные регуляторы
ни | | |ящс |
Рис. 6. Подсистема управления плотностью
тока:
БР — блок регулирования; ВА — выпря-
мительный агрегат; А — анод; К — катод;
В — ванна; М.Н — модуль нормализации;
МВВДС — модуль ввода-вывода дискрет-
ных сигналов
тока ванн, на которые с УВМ выдаются
уставки тока.
УВМ формирует уставки тока по
шифру обрабатываемых деталей или
по их площади, которые задаются
рабочим с помощью МРВИ.
Вместо модуля ручного ввода ин-
формации по шифру или по площади
деталей может быть использован ав-
томатический ввод величины площади
с датчиков определения площади
обрабатываемых деталей.
Подсистема контроля уровня рас-
творов осуществляет централизованный
контроль уровня в рабочих ваннах.
Схема подсистемы приведена на рис. 7.
Подсистема осуществляет: измере-
ние уровня растворов и сравнение его
фактического значения с аварийным и
Рис. 7. Подсистема контроля уровня рас-
творов влектролита в ваннах:
КСНУ — коммутатор сигналов низкого
уровня; Д — датчик уровня; ЭИУ — элек-
тронный индикатор уровня; В — ванна
560
Системы управления АГЛ с применением УВМ
Рис. 8 Подсистема регулирования показа-
теля кислотности pH:
БП — блок переключателя; ПП — пер-
вичный преобразователь; ВП — вторич-
ный преобразователь; ИМк и ИМщ —
исполнительные механизмы долива кисло-
ты и щелочи соответственно; В — ванна;
МН — модуль нормализации
предварительными значениями по
каждому контролируемому контуру;
печать текущих и номинальных зна-
чений уровня растворов; корректи-
ровку периода контроля номиналь-
ных, предварительных и аварийных
значений уровня растворов по запросу
оператора; выдачу информации об ава-
рийных и предварительных ситуациях.
В качестве датчиков уровня исполь-
зуются электронные индикаторы с вы-
ходным аналоговым сигналом до
100 мВ.
Подсистема управления кислотно-
стью растворов (рис. 8) предназначена
для оперативного контроля и регули-
рования показателя pH электролйтов
в рабочих ваннах АГЛ.
Подсистема осуществляет:
периодическое сравнение фактиче-
ского и номинального значений пока-
зателя кислотности;
регулирование pH в гальванических
ваннах путем долива кислоты или
щелочи;
печать текущих и номинальных зна-
чений pH;
корректировку номинальных зна-
чений, допустимых отклонений и пе-
риодов контроля и регулирования pH
в ваннах АГЛ по запросу оператора;
выдачу информации о возникновении
аварийных и предварительных ситуа-
ций.
Подсистема состоит из стандартных
и нестандартных технических средств.
В качестве стандартных используются
устройства связи с объектом, первич-
ные преобразователи типа ДПр-5315,
высокоомные преобразователи с повы-
шенной точностью (pH 201), исполни-
тельные механизмы — регулирующие
клапаны с пневматическим мембранным
приводом для подачи щелочи или кис-
лоты, к нестандартным относятся блоки
переключения.
Для контроля концентрации компо-
нентов электролита в последнее время
используется прямой или косвенный
метод, основанный на измерении или
расчете количества электричества, про-
шедшего через ванну.
Подсистема иа основании полученно-
го значения количества электричества
выполняет следующие функции:
производит вычисления прогнозируе-
мых значений концентрации компо-
нентов электролита на соответствую-
щий момент времени;
определяет количество расходуемых
компонентов раствора;
вычисляет время начала корректи-
ровки электролитов в основных ван-
нах;
выдает необходимую информацию
технологической службе по корректи-
ровке электролитов.
Для определения количества элект-
ролита чаще используется расчетный
способ, основанный на запоминании
УВМ количества загрузок, прошед-
ших через ванну, времени осажде-
ния металла в каждой ванне и плот-
ности тока. Эти три величины и ис-
пользуются в алгоритме прогнози-
рования концентрации электролитов.
Структура технических средств УВМ,
используемых для управления техно-
логическими параметрами, приведена
на рис. 9. Техническое обеспечение
включает: микроЭВМ(например, ЭВМ
«Электроника 60»); пульт управления;
блок отображения символьной ин-
формации; электрифицированную пи-
шущую машину; накопитель иа маг-
нитной ленте; фотосчитывающее уст-
ройство; ленточный перфоратор; уст-
ройство связи с объектом (рис. 10).
Технические средства системы уп-
равления обеспечивают ввод инфор-
мации с пульта управления, фото-
считывающего устройства, электрифи-
цированной пишущей машины, нако-
пителя на магнитной ленте и с ЭВМ
высшего уровня, а также вывод ин-
формации иа указанные средства.
Управление технологическими параметрами
561
рис. 9. Управляющий вычислительный комплекс иа базе микроЭВМ <Электроника 60М»
для управления АГЛ:
ЦП — центральный процессор; ОЗУ — оперативное запоминающее устройство; ППЗУ —•
перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство; Т — таймер; Ч — часы;
ИС — интерфейс связи; ПУ — пульт управления; К — печатающее устройство типа
«Консул»; БОСИ — блок отображения символьной информации, ФСУ — фотосчитыва-
ющее устройство; НМЛ — иаиопитель на магнитной ленте; ПЛ — перфоратор; УВМ —
машина верхнего уровня; УСО — устройство связи с объектом
К КС ЭВМ
К выпрямителю Отдатчиков
К клапанам
К во
Рис. 10. Устройство связи с объектом!
ИС — интерфейс связи; БВхС — блок входных сигналов; БВыхС — блок выходных
сигналов; КМ — коммутатор; АЦП — аналого-цифровой преобразователь; МН — модуль
нормализации; ПУ АО — пульт управления манипуляторами; БП — блок переклю-
чения; БР — блок регулирования; ПИГ — преобразователь измерительный групповой
562
Системы управления АГЛ и применением УВМ
Центральный процессор управляет
распределением времени использования
канала внешними блоками и выпол-
няет все необходимые арифметические
и логические операции для обработки
информации. Системно-технологиче-
ские и функциональные программы
записаны в ППЗУ, а управляющие
в ОЗУ.
Таймер в соответствии с программ-
но задаваемой величиной выдает сиг-
налы, по истечении которых происходят
прерывание функциональной програм-
мы и переход на программу обслужи-
вания.
Требование прерывания от таймера
имеет более высокий приоритет по
сравнению с обычным прерыванием от
внешних блоков.
Программируемые часы реального
времени служат для отсчета времен-
ных интервалов. Интервалы задаются
программно и используются как ин-
тервальный таймер.
Блок отображения символьной ин-
формации отображает иа экране бук-
венно-цифровую информацию. Блок
используется при вводе, отработке и
редактировании программ.
Накопитель на магнитной ленте
принимает дискретную информацию,
хранит ее и в случае необходимости
вновь выдает ее в центральный про-
цессор .
Связь между элементами прибор-
ного блока осуществляется через еди-
ный канал обмена информацией.
Через интерфейс связи осуществля-
ется подключение к магистрали УСО
блоков входных и выходных сигналов,
а также к АЦП (см. рис. 10).
Блок входных сигналов обеспечивает
бесконтактный прием сигналов по 16
каналам, причем вход выполнен на
оптронах, позволяющих осуществ-
лять полную гальваническую развяз-
ку электрических цепей.
Блок выходных сигналов обеспечи-
вает выдачу сигналов управления по
32 каналам. В качестве выходных эле-
ментов в нем также используются
оптроны.
Блок АЦП предназначен для пре-
образования напряжений в цифровой
код. Одни из каналов АЦП подключей
к измерительному преобразователю
ПИГ, предназначенному для пропор-
ционального преобразования в унифи-
цированный сигнал постоянного на-
пряжения сигналов с аналоговых дат-
чиков. Другой канал АЦП подключей
к двухполюсному коммутатору для
коммутации сигналов напряжения под-
системы управления плотностью тока.
Преобразование сигналов с блока ре-
гулирования в унифицированные на-
пряжения постоянного тока осущест-
вляется модулями нормализации, каж-
дый из которых рассчитан на подклю-
чение восьми каналов.
Блок регулирования предназначен
для работы в качестве локального ре-
гулятора тока в подсистеме управле-
ния плотностью тока.
Для коммутации силовых цепей
переменного тока с целью подключения
исполнительных механизмов под-
системы управления температурой ис-
пользуются два блока переключения,
рассчитанных на включение и отклю-
чение до восьми каналов каждый.
С помощью пульта управления ма-
нипуляторами (ПУ АО) подключа-
ются к системе манипуляторы галь-
ванической линии. Визуальное отоб-
ражение процесса управления АО осу-
ществляется на передней панели ПУ
АО в виде информационных сигналов.
ПРИМЕНЕНИЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ
МОДЕЛЕЙ
Математические модели для управ-
ления технологическими параме-
трами. Для управления параметрами
процесса применяют два типа моделей:
модели, получаемые на основе диф-
ференциальных уравнений, описываю-
щих переносы тепла, вещества и элект-
ричества. На основании этих моделей
могут быть улучшены системы управ-
ления температурой, плотностью тока,
концентрацией электролита и другими
параметрами;
модели, получаемые эксперименталь-
но-статистическими методами. С их
помощью можно получить модели-
уравнения, связывающие отдельные
параметры процесса таким образом,
чтобы управление по этим уравнениям
обеспечивало близкое к оптимальному
значение выходного параметра.
Задачу в общем виде можно сфор-
мулировать следующим образом. В об-
Применение математических моделей
563
ласти заданных технологических па-
раметров ищется уравнение регрессии,
обеспечивающее оптимизацию выход-
ного параметра (производительности
равномерности покрытия, выхода по
току экономичности и т. д.).
В качестве примера моделей первого
типа приведены уравнения для элект-
роосаждення хрома из универсаль-
ного электролита, составленные на
основании материального и теплового
баланса.
Допущения, принятые при состав-
лении модели:
концентрация ионов Сг®+ в электро-
лите постоянна;
суммарный электрохимический про-
цесс протекает при образовании
ионов Сг®+ согласно Сг®+ + Зе Сг3+;
доля тока, затрачиваемая на этот
процесс, постоянна.
Из объема электролита выпарива-
ется только вода.
Уравнение, описывающее изменение
температуры в ванне:
dT _ AQ
dt
i
где mt и Cpj — масса и теплоемкость
е-й части электрохимической системы.
Величина Д<? определяется из тепло-
вого баланса
AQ = Qnp Qpao
гДе Qnp — количество теплоты, выде-
ляемое при прохождении тока;
Qpao = Qt. п + Т’ (Срщтщ
+ Cpo2ffio2) + 1Н2(УПН2О,
где CpHj, CpOj — теплоемкости Н2
и Оа; mHj, mOt — массы Н2 и О2>
выделившиеся за время Д/; /пн о —
количество воды, унесенное с выделя-
ющимися газами за время Д/; iH о —
энтальпия воды при температуре Т
и атмосферном давлении; QT. п —
тепловые потери через стенки, днище
и зеркало электролита;
Ст.п = (Т-Т0)Д<2 KiSt,
i
где Kt — коэффициент теплопередачи;
St — поверхность теплопередачи;
То — температура окружающей среды.
Уравнение, описывающее изменение
концентрации С хромового ангидрида:
~~ц — —^СгЛк'кРк/МУ),
где КСг — электролитический эквива-
лент хрома; Лк — катодный выход по
току; >к — катодная плотность тока;
рк — площадь катода; А — доля хрома
в молекуле CrO8; V — объем электро-
лита.
Выражение КсгЛк'кРк = опре-
деляет количество осажденного хрома.
Количество выделяющихся газов Н2
и О2 описывается следующими урав-
нениями:
d/ин»
—щ— = Кн2 (1 Лк — Л*) [кРк>
—~ ^о2 0 — Л*) *кРк»
где Кн и Ко — электрохимические
эквиваленты Н2 и О2; л*—доля тока,
затрачиваемая на образование ионов
трехвалентного хрома.
Количество воды, уносимое газами,
определяется уравнением
d/nHjjO ... „ . „ .
—df~ = (<Рна(1 ~11 Лк) Кн2 +
Н-фОгО— Л*)Коа) »кРк.
где <рн и <ро — влагонасыщение Н2
и О2 соответственно;
9Рн2о 0,5625 РнаО
ФН2 = Р-Рн2о’ ф°2 = Р-Рн2о ’
где Pjj О — давление насыщенных
паров воды при данной температуре и
концентрации СгО8; Р — атмосферное
давление.
Изменение объема ДУ электролита
за время Д/
ДУ = (Д/ин2 + Длго2 + Длгн2о)/с;
в дифференциальной форме
dV
-^- = «1+<Рн2)(1-Л*-Лк) Кн2 +
+ (1 + Ч>О2) (1 — Л*) <кРк/с-
Применяют также модели, устанав-
ливающие зависимость между тол-
щиной или массой осаждеииого ме-
талла и факторами, существенно влия-
564
Системы управления АГЛ с применением УВМ
ющими на эту величину. Для многих
гальванических процессов (золочения,
кадмирования, цинкования, анодиро-
вания и др.) модель имеет вид
/ N \ t
6 = I а0 + J] aiTt j J Idx,
\ i=i /о
где 6 — толщина покрытия; Тi —
факторы, влияющие на толщину; ai —
коэффициенты, учитывающие влияние
каждого фактора; / — ток, протекаю-
щий через ванну; т — время покрытия
деталей; конкретно для процесса аноди-
рования модель имеет вид:
t
6 = (Но ахТ 4Z2^) J (т) dxt
а
где Т — температура электролита;
т — текущее время.
Модель процесса золочения может
быть представлена выражением
m = («о + «i-М + а2С + а3Т) х
t
X j I (т) dx,
о
где m — масса осажденного металла;
М — показатель кислотности; С —
концентрация солей золота.
Модель, описывающая процесс осаж-
дения серебра:
6 = + (ао + ailo 4~ а2То + аз^о) X
t
X j ifdt,
О
где i0, it — начальная и текущая плот,
ности тока на катоде; t0 — время об-
работки одной партии деталей; 6 —
толщина слоя серебра, нанесенного
при предварительном серебрении;
ао — аз — постоянные коэффициенты.
Для электролитов цианистого цин-
кования предложена модель управле-
ния током в зависимости от концентра-
ции основного компонента, которая
определяется с помощью счетчика ам-
пер-часов по уравнению
Cf = Со -f- HQ-уд,
где Со — исходное значение концентра-
ции компонента по химическому ана-
лизу; Ct — текущее значение концен-
трации компонента; А — коэффициент,
характеризующий скорость изменения
концентрации первого компонента;
<?Уд — количество электричества, про-
шедшее через 1 л электролита.
Для получения экспериментально-
статистических моделей второго типа
необходимо проведение пассивного или
активного эксперимента. При пассив-
ном эксперименте поочередно варьиру-
ется каждая переменная или набирает-
ся статистический материал в про-
цессе нормальной эксплуатации обо-
рудования. Отработка опытных дан-
ных проводится методами регрессион-
ного и корреляционного анализа.
Активный эксперимент предполагает
планирование эксперимента, при кото-
ром одновременно изменяют все пара-
метры, влияющие на процесс, и сразу
устанавливают силу взаимодействия
параметров, что позволяет резко со-
кратить число необходимых опытов
для получения искомых зависимостей.
Методика составления математиче-
ских моделей в химической технологии
и применение метода планирования
эксперимента в гальванотехнике из-
ложены в работах [29, 32].
Для исследования электролитиче-
ского никелирования предложен эф-
фективный метод планирования эк-
сперимента с применением ортогональ-
ных латинских квадратов, позволяю-
щий изучить влияние факторов на
большом числе уровней, а не с двумя
уровнями, как в стандартном методе
планирования.
Для описания процесса никелиро-
вания из сульфаматных электролитов
получены следующие уравнения.
Наивысший выход по току:
= 2,9^! + 11,ЗХ? — 12,ЗХ? —
— 5,5Х2 + 8,ЗХ2 — 11Х32 +
+ 18,0Х3 + 1 ,ЗХ| — 3,4Х4 —
— 8,6Х| + 0,2Х4 — 8,6Х5 +
+ 20,5Х| + 8,2Х®.
Наименьшее напряжение в осадке:
02 = —1,5Х? + 3,1Х2 + 3,0Х| —
— 3,ЗХ| — 2,7Х4 — 0,1Х| +
+ 3,0Xf+ 3,1Х| + 47Х|.
Применение математических моделей
565
Максимальное численное значение
оценки внешнего вида покрытия:
03 = —0,5^! + 0,8Х| + 0,2Х? —
— 0,4Х2 — 0,ЗХ| + 1 ,5Хд +
+ 0, 1Х| + 0,8Х| + 0,8X4 +
+ 0,2X4 + 0,2Х5 — 0,ЗХ| + 1,0Х|.
Лучшая рассеивающая способность:
= 0.8XJ — 3,0Xf + 1,3Xj -
— 2,0Х2 + 1,2Х| + 1,1Х| —
— 3,8Х3 + 1,3Xf + l,5Xf +
+ 1,5X4 + 2,3X4 — 0,9Х| +
+ 0,4Х5 — 0,6X5.
Здесь Xi — концентрация никеля,
г/л; Ха — концентрация хаурилсуль-
фата натрия, г/л; Xs — температура
электролита, °C; Х4 — плотность
тока, А/дм2; Хв — частота переме-
шивания электролита, мин-1.
Таким образом, имея уравнения мо-
дели процесса для получения оптималь-
ных значений выбранного критерия
управления, надо вводить в УВМ
Xi—Хв. Управление процессами на-
несения гальванических покрытий по
моделям, связывающим различные па-
раметры процесса, показывает высо-
кую эффективность такого управления.
Так, при работе с аналогичными моде-
лями для процесса хромирования из
универсального электролита получены
следующие показатели: время обра-
ботки деталей в основной ванне хро-
мирования уменьшилось на 30—35 %,
равномерность покрытия улучшилась
в 1,8—2 раза.
На рис. 11 приведен пример системы
управления процессом цинкования, ал-
горитм функционирования которой
разработан в соответствии с математи-
ческой моделью:
, /покрытие . барабан .
6, П,А ’ г,1,М,п ’
электролит
NaCN, NaOH, Zn, Na2S ’
режим \
i,S, pH, Н/ ’
где 3 — затраты на 1 м2 покрытия,
руб.; 6 — толщина покрытия; П —
пористость покрытия; А — адгезия по-
ЗВМ„Электроника 60М
| Х ЭВМ Высшего уровня
Канал ЗВМ
КС УСО
УСО
Магистраль УСО
УСО
УСО
Подсистема
управления
аВта-
операторами
Подсистема
управления
ппотностью
тока
Подсистема
управления
температурой
Рис. И. Система управления процессом цинкования по математической модели;
ИС -— интерфейс связи; УСО — устройство связи с объектом
566
Системы управления АГЛ с применением УВМ
Р — ванны с электролитами; Ск — кон-
центрация электролитов в промывных
ваннах; I — опрос fe-й ванны о типе оче-
редной подвески; 2 — определение выноса
очередной подвески; 3 — расчет кон-
центрации Ch в fe-й ванне от увеличения
Qj! 4 — сравнение С^ с допустимой кон-
центрацией Сдоп; 5 — расчет необходи-
мого количества воды для корректиров-
ки б — выдача команды «Коррек-
тировка:»; 7 — определение выданного ко-
личества воды Qa2; 8 — сравнение QBj
с Qb2: 9 ~ выдача команды «Стоп»; 10 —
установить значеяне Ch
крытия к обрабатываемой поверхности;
г — радиус барабана; I — длина ба-
рабана; М — коэффициент перемеши-
вания; п — частота вращения барабана;
i — плотность тока; S — площадь
поверхности деталей, Н — уровень
электролита.
Приведенная математическая мо-
дель разработана с целью минимиза-
ции затрат на 1 м2 покрытия и реали-
зована системой управления на базе
микроЭВМ «Электроника 60М». На
основании математической модели си-
стема рассчитывает оптимальные зна-
чения площади поверхности деталей,
подлежащих загрузке в барабан, и
оптимальвую уставку тока.
По числу загрузок деталей в ванну,
величине тока, проходящего через
ванну, и длительности процесса осаж-
дения для каждой загрузки система
рассчитывает количество электричества,
прошедшего через каждую ванну, осу-
ществляет прогнозирование концентра-
ции электролита и определяет время
его корректировки.
Регулируемыми параметрами для
процесса цинкования являются плот-
ность тока и температура. Все другие
параметры: покрытия, барабана,
электролита и режима вошли в коэф-
фициенты математической модели.
Управление манипуляторами осуще-
ствляет подсистема, функционирующая
на основе циклограмм, число которых
может быть любым.
Математические модели для приме-
нения в подсистеме управления водо-
использованием. Главная цель управ-
ления водоиспользованием — обеспе-
чить качественную промывку поверх-
ности деталей перед технологическими
операциями и после них при минималь-
ном расходе воды. С точки зрения
управления водоиспользованием АГЛ
в общем виде выглядит так, как пока-
зано на рис. 12.
На вход подается очередь из подве-
сок на обработку У Лг, (где ГЦ —
1
число подвесок). Каждая подвеска
характеризуется своим выносом Q из
ваины, т. е. на входе есть очередь
1
Все ванны в АГЛ делятся на две ка-
тегории: технологические и промыв-
ные. В технологических ваннах заданы
начальные концентрации и они под-
держиваются автоматической системой
управления концентрации постоян-
ными. В промывочных ваннах заданы
допустимые концентрации Сдоп, га-
рантирующие качество промывки. Та-
ким образом, первоначально задана
концентрация в каждой ванне (\...
Применение математических моделей
567
Ch, и задача сводится к расчету
накопления концентраций в ваннах
промывки.
Можно выделить три случая расчета
концентраций в промывных ваннах.
Для ванны улавливания расчет ве-
дется по формуле
С* = С0(1-ехр
где Со и Ct — начальная и текущая
концентрации растворов соответствен-
но; V — объем ванны; t — текущее
время.
Для промывочной ванны с различ-
ным числом ванн улавливания рас-
четная формула для определения кон-
центрации в ванне N-.
Г N 1
Cw = C0 J—Si (X—1)1X
Qt V-1 Q >
у) «p—
где k — 1, 2, ..., N — число ванн
промывки.
По этим формулам определяется
время, за которое концентрация в рас-
четной ванне достигнет Сдоп, для
этого находят Qj, при которой кон-
1
центрация в ванне достигает Сдоп.
Так как Qt берется из очереди, она
1
однозначно определяет, после какой
подвески необходимо производить кор-
ректировку ванны свежей порцией
воды, чтобы довести ее концентрацию
до заданного начального уровня.
В случае замкнутой системы водо-
снабжения АГЛ, когда вода возвраща-
ется после очистных сооружений с
концентрацией Свх, в качестве рас-
четной формулы накопления концен-
траций в системе принимается
7mtTR \
Cj — Со = I—у-----Со ) X
Х(* “ехр-удг),
где Ct и Со — текущая и начальная
концентрации; mf — интенсивность
поступлений й-го компонента от тех-
нологических операций, г/ч; Т —
— V'Q (V — объем системы; Q —
расход оборотной воды); R = 7</(1 — К)
(К — Свых^СВх); Свых— концентра-
ция, при которой вода подается на
очистные сооружения; Свх — кон-
центрация, подающаяся в ванны про-
мывки после очистных сооружений).
Алгоритм модели в случае замкну-
той системы водоснабжения будет ана-
логичен алгоритму разомкнутой си-
стемы. Изменится только расчетная
формула накопления концентрации в
промывочных ваннах.
Математические модели для приме-
нения в системах управлеиия очисткой
стоков. При проектировании очистных
устройств отсутствие информации о
возможных изменениях количества и
концентрации стоков (возмущениях)
компенсируется некоторым повыше-
нием объемов сооружений. В готовой
системе в период эксплуатации инфор-
мацию о предполагаемых нагрузках
иа очистные устройства можно полу-
чить при организации работы АГЛ
(для автоматизированного цеха в усло-
виях ГАП). Эта информация появля-
ется при формировании очереди деталей
на обработку. Для каждой линии суще-
ствует очередь обработки деталей,
т. е. очередь выноса их из ванн. В под-
системе управления водоиспользования
АГЛ формируются моменты сброса
порций воды из ванн промывки с кон-
центрациями Сдоп для каждой ванны.
Подсистема управления очистными
сооружениями может иметь модель
прогноза сброса растворов из разных
ванн в общий сток очистных сооруже-
ний, т. е. прогнозируемый поток воз-
мущений со стороны подачи стоков.
При работе АГЛ в циклических режи-
мах колебания концентраций на входе
в очистные устройства будут иметь
циклический характер, в режиме ди-
намической подстройки подающихся
партий деталей, характерных для
ГАП-Г, эти колебания будут носить
случайный характер. В этом случае
для расчета среднестатистического ка-
чества очистных сооружений можно
использовать понятия и методы стати-
ческой динамики. Информация об
ожидаемых изменениях концентрации
сбрасываемых растворов, полученная
в моделях системы управления водо-
568
Системы управления АГЛ с применением УВМ
использованием, позволяет совер-
шенствовать систему управления очист-
ными устройствами. Это совершенст-
вование может быть организовано дву-
мя путями: подачей упреждающего
воздействия на уставки местных (ло-
кальных) систем регулирования с це-
лью дать корректирующие управляю-
щие команды, не дожидаясь отклоне-
ний концентраций стоков от заданных
норм, и воздействием на параметры
динамических настроек регуляторов,
обеспечивая очистку в переходных
режимах с заданным качеством регу-
лирования. По существу в этих слу-
чаях необходимо иметь математиче-
ские модели Процессов и, подавая на
них прогнозируемые возмущения, вы-
числять в первом случае величину
корректирующей уставки, а во вто-
ром — параметры динамической на-
стройки регуляторов, т. е. коэффи-
циенты в уравнениях, описывающих
работу регуляторов в системе управле-
нии очистным устройством. Воздейст-
вие на зиачения этих коэффициентов
при подаче от УВМ корректирующих
команд (сигналов) на локальные ре-
гуляторы предполагает в этом слу-
чае применение регуляторов с дис-
кретной или аналоговой автопод-
стройкой (типа РБИ2, РБИЗ комплек-
са АКЭСР).
Для построения математических мо-
делей различных очистных систем ис-
пользуются уравнении кинетики реак-
ции и уравнения, описывающие работу
различных аппаратов, применяемых
в очистных устройствах.
Кинетика реакции. Математиче-
ская модель реакции нейтрализации
описывается следующей формулой:
С(/) = Соехр — -J-—,
* реак
где С (/) и Со —текущая и начальная
концентрации кислоты; Треак — по-
стояннаи времени реакции, может быть
определена по кривой разгона нейт-
рализации для подавляющего числа
гомогенных реакций не более 1—2 с,
для гетерогенных реакций (с приме-
нением известковых суспензий) — ие
более 10 с.
Реакции замещения. К этим реак-
циям относятся реакции осаждения
солей металлов. Реакции идут с доза-
ми реагентов, близкими к стехиометри-
ческим количествам, поэтому их моде-
ли могут быть получены из уравнений
реакции. Текущее значение концентра-
ции получается из той же формулы,
что и для реакций нейтрализации
(Т’реак — в пределах нескольких де-
сятков секунд).
Реакция обезвреживания хромистых
стоков. Эта реакция имеет характер-
ные особенности. Обезвреживание Сгв+
осуществляется сульфитом натрия в
кислой среде:
KgCrgO? 2Na2SOa 4H2SO4 =
“ Сгд (SO4)a -|- 3NaSO4 K2SO4 -|-
+ 4НаО.
Для проведения реакции необходим
значительный избыток сульфита нат-
рии (от стехиометрического количест-
ва). Количество избытка зависит от
начальной концентрации сульфита нат-
рия в растворе: чем меньше концен-
трация, тем больше избыток. Скорость
реакции зависит от начальных кон-
центраций бихромата калия, сульфита
натрия и серной кислоты, температуры
и других факторов, которые трудно
учесть в реальных условиях. Поэтому
принимают кинетическое уравнение ре-
акции первого порядка с условной
усредненной постоянной времени. Ди-
апазон значений постоянной времени
(1—10 мин) зависит от начальной кон-
центрации.
Математическая модель для усредне-
ния параметров стоков идеального
резервуара - смесителя
представлена передаточной функцией;
W (р) = Тр+ 1 *
Амплитудно-частотная характери-
стика (АЧХ):
А (Щ) = .
У1 +Та>
В реакторах-смесите-
лях, где идет интенсивное перемеши-
вание растворов мешалками или сжа-
тым воздухом, можно применять мо-
дели идеального смешения.
Для реакций нейтрализации переда-
точная функция реактора по концент-
Применение математических моделей
569
рационному параметру будет:
w (о) = _____L_ .
W Свх(р) Г£+Т
Передаточная функция реактора, в
котором протекает реакция первого
порядка;
W (Р) = Тр+КТ + 1 ’
где Т — постоянная времени (Г ==
= V/Q; V — объем реактора; Q —
расход стока); К — константа скорости
реакции.
Для сложных реакций и конструк-
ций реакторов чаще всего применяют
модель, которую путем упрощений
приводят к вцду:
е—kx е—рт
w = Т/С ч- 1 т
т/с ч-1
АЧХ такой модели
е-*т
А Т/с 4-1 х
-........—------------.
Модель для управления электромаг-
нитной обработки стоков. Математиче-
ская модель, полученная статистиче-
ским мето дем, может служить основой
для управления от УВМ процессом
электромагнитной обработки стоков
(ЭМО). При проведении процесса ЭМО
хромсодержащих вод, эффект феррити-
зацин достигается при удельном коли-
честве железа, составляющем опреде-
ленное соотношение с количеством
хрома. На это значение концентрации
железа влияют присутствие мешающих
анионов и температура процесса.
Уравнение, описывающее это влияние,
имеет вид
CFe = 5Сг 4- (48 - 0,4Т) C^t 4-
+ (22,6 — 0,24Т) 4- 80,
где С — концентрация, мг/л; Т —
температура процесса (65—90 °C).
Модель для управления периодиче-
ской реагеитиой очисткой хромсодер-
жащих стоков. Применение математи-
ческой модели может быть использо-
вано для минимизации расходов реа-
гентов, для чего в УВМ подают дан-
ные о начальной концентрации хрома
в реакторе и по модели реакции обезв-
реживания хрома в реакторе рассчи-
тывается необходимая доза реагента,
обеспечивающая минимизацию времени
обработки и расхода реагентов.
Для определения содержания хрома
в сточных водах может быть использо-
ван прибор, основанный на принципе
использования цветной реакции жид-
кого индикатора (раствор дифенил-
карбозида) с раствором шестивалент-
ного хрома. Один из приборов, раз-
работанных по этому принципу, имеет
следующую техническую характери-
стику: максимальная чувствитель-
ность — 0,05 мг/л; погрешность —
±20 %; диапазон определяемых кон-
центраций — 0,05—50 мг/л; время
замера — не более 90 с; время работы
с полной зарядкой индикатором —
ие менее 10 ч. Прибор может измерять
концентрацию хрома в растворах, име-
ющих значительную концентрацию же-
леза. Например, при очистке стоков
в электрокоагуляционных установках.
Применение моделей для управлении
регенерацией растворов. Все установки
регенерации имеют локальные системы
контроля и управления. Однако при
разработке ГАП-Г онн должны быть
включены в единую систему автомати-
зированного контроля и управления.
Они входят составными частями в замк-
нутые системы водоснабжения АГЛ
и должны быть включены в модели,
управляющие водоиснользованием.
При встроенных в АГЛ системах ре-
генерации функции контроли и уп-
равления целесообразно передать на
УВМ, управляющую АГЛ.
При регеиерацин на ионообменных
фильтрах необходимо оперативно сле-
дить за насыщением катионитовых и
аниоиитовых колонок. Их предельное
насыщение равно суммарному коли-
честву загрязнений, которое способен
выделить фильтр:
t
Q = f CVdt,
0
где С — концентрация потока; V —
скорость потока; t — текущее время.
570
Системы управления АГЛ с применением УВМ
Концентрации в промывных ваннах
и ваннах улавливания могут быть из-
вестны из модели, управляющей водо-
использованием. Скорость обычно под-
бирается при наладке системы.
Таким образом, при работе модели
водоиспользования будет непрерывно
выдаваться информация, позволяющая
рассчитывать использованную емкость
фильтров. Эта информация исполь-
зуется при прогнозе работы оборудо-
вания регенерации, организации цик-
лон регенерации фильтров.
Условия для ведения на оптималь-
ном уровне процесса извлечения гид-
роксидов тяжелых металлов на уста-
новках типа ЭЛИОН содержат такие
факторы, как pH воды, дисперсность
гидроксидов, скорость фильтрования,
гранулометрический состав фильтрую-
щей загрузки. Если гранулометриче-
ский состав оптимизируется при про-
ектировании установки, то остальные
параметры могут меняться в процессе
эксплуатации и быть оптимизированы
с помощью средств факторного анализа.
Для управления гиперфильтрацион-
ными системами регенерации раство-
ров имеется возможность оптимизи-
ровать процесс по энергетическим за-
тратам.
ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ АГЛ
С ПРИМЕНЕНИЕМ УВМ
В качестве УВМ для построения
систем управления АГЛ применяют
различные типы мини- и микроЭВМ
в базовом, типовом и специфицирован-
ном исполнении.
Миии-ЭВМ. Б азовые комплексы
технических средств (КТС) вместе со
стандартным программным обеспече-
нием (ПО) имеют состав, рассчитанный
на использование в качестве вычисли-
тельного ядра для построения систем
различного назначения.
Типовые КТС построены на основе
базовых и имеют дополнительные тех-
нические средства, расширяющие функ-
циональные возможности базовых ком-
плексов. Типовые комплексы постав-
ляются по документации, разрабаты-
ваемой головной организацией по вы-
числительной технике и заводом-из-
готовителем.
Специфицированные комплексы це-
левого назначения комплектуются по
спецификации заказчика. Доведение
типовых комплексов до специфициро-
ванных осуществляется в пределах
допустимых номенклатур устройств и
модулей.
СМ ЭВМ образуют две самостоятель-
но развивающиеся ветви (табл. 1, 2).
Комплексы СМ-1 и СМ-2 компону-
ются по спецификации заказчика иа
базе процессоров СМ-1П и СМ-2П
из агрегатных модулей системы СМ
ЭВМ.
В архитектуре СМ-1, СМ-2 выделя-
ются пять основных уровней модулей:
центральные обрабатывающие уст-
ройства, устройства внесистемной и
внутрисистемной связи, устройства
ввода-вывода, устройства внешней па-
мяти, устройства связи с объектом.
В этих комплексах реализована мно-
гоуровневая система прерывания че-
тырех типов: от средств контроля;
программное; по нарушению питания;
по запросам от периферийных уст-
ройств.
Ряд программно-совместимых вы-
числительных комплексов (ВК), яв-
ляющихся развитием приведенных вы-
ше систем, разработанных на единых
структурных и архитектурных прин-
ципах и единой конструктивно-техно-
логической базе, включает В К: СМ
1634; СМ-2М; СМ 1210; ПС-3000.
В К СМ 1634, выполненный на базе
микроЭВМ СМ 50/60, позволяет ис-
пользовать программные заделы, име-
ющиеся для управляющих вычисли-
тельных комплексов (УВК) иа базе
М6000/М7000 и СМ-1, СМ-2. Приме-
нение СМ 1634 для компоновки под-
систем в многомашинных комплексах
обеспечивает возможность децентра-
лизации вычислительного процесса,
что повышает производительность В К.
Комплекс СМ-2М предназначен для
компоновки одно- и многоуровневых
УВК. По всем основным параметрам
этот комплекс полностью заменяет
комплекс СМ-2, совместим с ним по
интерфейсу ввода-вывода и програм-
мно иа всех уровнях. Обладает повы-
шенной надежностью, улучшенными
характеристиками систем ввода-вы-
вода.
Для применения в сложных АСУ
Технические средства систем управления
571
1. Технические характеристики СМ ЭВМ совместимых с СМ-1, СМ-2
(интерфейс 2 К)
Параметр см-1 СМ-2 СМ 1634 СМ-2М СМ 1210 ПС-3000
Максимальное число основных процессоров в комплексе 1 2 1 2 2 4
Максимальный объем главной па- мяти в комплексе, кбайт 21 256 128 256 4096 8192
Максимальная пропускная спо- собность ввода-вывода, Мбайт/с Разрядность обрабатываемых дан- ных: — 1,6 2 2 5 48
с фиксированной запятой 16 16 16 16 16 16
с плавающей запятой 32 — 32 32 32
Максимальная производительность комплекса, млн. операций/с 0,2 0,5 0,16 0,9 2,2 7,4
2. Технические характеристики СМ ЭВМ совместимых с СМ-4
(интерфейс «Общая шина» )
Параметр СМ-4 СМ 1420 СМ 1300 СМ 1600
Максимальное число основ- ных процессоров в комплексе 2 1 1 2
Максимальный объем глав- ной памяти в комплексе, кбайт Разрядность обрабатывае- мых данных: 256 256 67 256
с фиксированной запятой 8; 16 8; 16; 32 — 16; 32
с плавающей запятой 32; 48 32; 64 — 32; 64
Максимальная производи- тельность комплекса, мли. операций/с 0,6 0,08
ТП разработаны комплексы СМ 1210
и ПС-3000, имеющие новые архитек-
турные решения н высокие техннко-
экономнческие показатели.
Для В К ПС-3000 разработана ори-
гинальная система команд с адреса-
цией к виртуальной памяти до
256 Мбайт.
В СМ 1210 принята аналогичная
система команд, обеспечивается режим
полной программной совместимости с
СМ-2, реализована развитая система
контроля и диагностирования динами-
ческой реконфигурации, что позво-
ляет строить системы управления по-
вышенной надежности.
Созданием семейства СМ 1634,
СМ-2М, СМ 1210, ПС-3000 обеспе-
чена возможность компоновки много-
уровневых комплексов, объединенных
общими структурными и архитектур-
ными принципами.
Вычислительные комплексы на
базе СМ-4 выпускают в виде семи
типовых комплексов, отличающихся
составом, объемом памяти, операцион-
ными системами.
572
Системы управления АГЛ с применением УВМ
3. Технические характеристики УВК на базе СМ-4
Типовой комплекс Объем опе- ративной памяти, 16- разрядных слов Цикл обра- щения к памяти, мкс Время вы- борки, мко Масса, кг, не более Потребляе- мая мощ- ность, кВ «А Средняя на- работка на отказ, ч Тип опера- ционной ‘ системы
СМ 1401.06 64К 1,2 0,6 1100 3,8 630 «Рафос»
СМ 1403 04 64К 1,0 0,71 710 3,9 820 ОС РВ
СМ 1403.05 64К 1,0 0,71 690 3,8 800 ОС РВ
СМ 1406 128К 1,0 0,71 1330 7,5 690 ОС РВ
СМ 1407 128К 1,0 0,71 875 4,6 630 ОС РВ
СМ 1407.01 128К 1,0 0,71 1720 8,9 580 ОС РВ
СМ 1410 64К 1,2 0,6 1050 4,8 600 «Рафос»
Параметры, определяющие основные
различия исполнений типовых УВК,
построенных на базе СМ-4, приведены
в табл. 3.
УВК на базе СМ 1420 является даль-
нейшим развитием комплексов СМ-4
и выпускается также в виде семи
типовых комплексов. В комплексах
реализован режим работы в реальном
масштабе времени. Для применения
комплекса в АСУ ТП разработана опе-
рационная система реального времени
ОС РВ.
Параметры, определяющие различия
УВК на базе СМ 1420 от типовых УВК,
приведены в табл. 4. На автоматиза-
цию технологических процессов ориен-
тированы комплексы повышенной на-
дежности — СМ 1420.21 и СМ 1420.22,
предназначенные для работы в много-
уровневых системах управления.
На базе СМ 1300 выпускают В К
для автоматизации управления тех-
нологическими процессами. Типовой
комплекс СМ 1300.1702 можно при-
менять самостоятельно, а также в со-
ставе многомашинной системы. Два
комплекса, снабженные многомашин-
ными связями, используют как комп-
лекс высокой надежности. Комплекс
с уменьшенным числом устройств мож-
но применять в качестве терминала
связи с управляемым объектом. На
базе СМ 1300 разработаны также тер-
минальная станция (ТСН) н графиче-
ские видеотерминалы ЭПГ-2, ЭПГ-3.
ТСН предназначена для построения
систем телеобработки. Станция вы-
полняет локальную обработку данных:
сбор, накопление и редактирование
информации, формирование массивов
и сообщений для ЭВМ верхнего уров-
ня.
ЭПГ-2 — интеллектуальный гра-
фический видеотерминал, обеспечивает
нтерактнвный диалог пользователя с
программой ЭВМ. ЭПГ-3 — графиче-
ский цветной дисплей, применяется
в АСУ ТП для обеспечения взаимодей-
ствия пользователя с ЭВМ в оператив-
ном режиме.
Параметры, определяющие основ-
ные различия исполнений УВК на
базе СМ 1300, приведены в табл. 5.
УВК СМ 1600 выпускают в виде
четырех типовых комплексов, пред-
назначенных для решения учетных,
планово-экономнческнх н статистиче-
ских задач.
Параметры, определяющие основ-
ные различия исполнений типовых
комплексов на базе СМ 1600, приведены
в табл. 6.
Устройство связи с объектом. Для
семейства СМ ЭВМ разработана н вы-
пускается большая номенклатура
средств связи с объектом (УСО).
УСО разработаны как для машин с ин-
терфейсом 2К, так н для машин с ин-
терфейсом «Общая шина» (ОШ). На-
личие устройства согласования интер-
фейсов 2К н ОШ (УСО ОШ/2К) позво-
ляет использовать для машин с ин-
терфейсом ОШ всю номенклатуру уст-
ройств н модулей АСВТ-М н СМ 1,2.
Технические характеристики устройств
Технические средства систем управления
573
4. Технические характеристики УВК иа базе СМ 1420
Типовой комплекс Объем памяти Число свобод- ных выходов для подключе- ния устройств ввода-вывода
оперативной, встроенной, 16-разряд- ных слов иа м ных СК Мб пол- ной агиит- Ди- ах, айт про- грам- мной на маг- нитной ленте, Мбит на гиб- ком маг- нитном диске, Мбнт
СМ 1420.01 СМ 1420.02 СМ 1420.03 СМ 1420.04 СМ 1420.06 128К 128К 128К 128К 128К 5 5 32 5 37 6 5 28 5 33 180 180 180 180 512 512 512 512 512 2 6 2 2 1
Типовой комплекс Число удален- ных ви- деотерми- налов Средняя наработка, я Масса, кр Потребляе- мая мощ- ность, кВ «А Занимае- мая пло- щадь, м* Тип опера- ционной системы
иа отказ иа сбой
СМ 1420.01 СМ 1420.02 СМ 1420.03 СМ 1420.04 СМ 1420.06 1 2 4 1 1 2500 2000 1000 2500 1000 250 200 100 250 100 950 910 1470 540 Нет д 4,0 4,5 13,2 3,0 1ННЫХ 17 18 18 15 30 ОС РВ ОС РВ ОС РВ «Рафос» ОС РВ
связи с объектом, имеющих интер-
фейс 2К, приведены в табл. 7.
В соответствии с функциональным
назначением модули устройств связи
делятся условно на группы ввода н
вывода аналоговых и дискретных сиг-
налов. Канал ввода аналоговых сигна-
лов в случае удаления источников сиг-
налов от УВК до 1 км выполняется
с помощью выносных модулей, в ка-
честве которых применяют групповые
преобразователи А614-1 для сигналов
5. Технические характеристики УВК на базе СМ 1300
Обозначение исполнений Тип опе- рационной системы Средняя наработка на отказ, ч Масса, кг Мощ- ность, кВ-А Занимаемая площадь, м*
СМ 1300.1701 «Рафос» 3000 400 3,0 10
СМ 1300.1702 БПО 2500 400 3,0 10
СМ 1300.1705 «Рафос» 1000 1050 15,0 20
ТС-Н ОС РВ; «Рафос» 1000 2300 0,7 6
ЭПГ-2 «Рафос» 3000 120 45 4
ЭПГ-3 ОС РВ; «Рафос» 4500 80 0,85 4
574
Системы управления АГЛ с применением УВМ
в. Технические характеристики УВК на базе СМ 1600
Обозначение исполнений Объем внешней памяти на магнитных дисках, Мбайт Средняя наработка, я Масса, кг Потреб- ляемая мощ- ность, кВ.А
на отказ на сбой
СМ 1600.01 42 700 70 1600 6,0
СМ 1600.02 42 630 60 1810 6,7
СМ 1600.03 84 650 60 2135 7,8
СМ 1600.04 84 600 60 2670 8,5
низкого уровня н А612-15 — для сиг-
налов среднего уровня. При удалении
до 500 м вывод аналоговых сигналов
может быть осуществлен с помощью
преобразователя код — ток марки
А631-3. Управление преобразователем
осуществляется модулем А641-9.
Модули А611-13/1—А611-13/9 обе-
спечивают подключение к УВК циф-
ровых измерительных приборов, имею-
щих выход иа цифровую регистрацию.
В устройствах связи с объектом,
имеющих выход на ОШ, имеется шесть
модификаций устройств ввода-вывода
аналоговых сигналов: УВАО—УВА5
(СМ 9104.014-06). Устройство та-
кого типа преобразует сигналы по-
стоянного тока низкого и среднего
уровня в параллельный 12-разрядный
код.
Основными являются модификации
УВАО с контактным коммутатором и
7. Технические характеристики УСО с интерфейсом 2К
Название устройства Шифр устройства Потребляе- мый ток, мА
Модуль аналого-цифрового преобразователя Коммутатор бесконтактный Модуль ввода инициативных сигналов Преобразователь код—ток Модуль ввода числонмпульс- иых сигналов Модуль вывода импульсных сигналов Модуль кодового управле- ния бесконтактный Модуль ввода-вывода диск- ретных сигналов Модуль нормализации ана- логовых сигналов Модуль нормальных диск- ретных сигналов Модуль гальванической раз- вязки А611-19/1,2 А612-11 с А611-19 А622-8/1, 2, 3 А631-6 А623-2/1, 5, 13, 14; А623-3/1, 5, 13, 14 А641-10 А641-9 А641-12/1, 5, 7, 10, 11, 14, 16; А622-1-1 А613-11/2, 4, 5, 7 А621-1/1, 4, 5, 7 А621-2/1, 2, 6 с А641-12; А621-3/1, 2 с А641-12 100—500 100—150 170 мА 200—400 500 мА 100 800 700 мА 100 мА 45—215 мА
Технические средства систем управления
575
УВА1 с бесконтактным. Остальные
модификации УВА используются для
увеличения входных каналов. Мак-
симальное число каналов аналогового
ввода в УВА при нспользованнн одного
блока сопряжения с ОШ 1027. Ско-
рость опроса входных каналов с ре-
лейным коммутатором — 200 кана-
лов/с, прн использовании бесконтакт-
ного коммутатора для сигналов низ-
кого уровня—до 2000 каналов/с, для
сигналов среднего уровня — 6000 ка-
налов/с.
Устройство ввода-вывода дискрет-
ных сигналов СМ 9104.074-18 имеет
модификации и предназначено для
приема сигналов с дискретных датчи-
ков н вывода дискретных н аналоговых
управляющих воздействий на различ-
ные механизмы. Эти устройства реали-
зуют ввод до 256 дискретных двух-
познцнонных сигналов положительной
илн отрицательной полярности н ввод
до 128 инициативных сигналов.
Устройство комбинированное бы-
стродействующее типа УКБ-200
производит следующие операции:
ввод аналоговых сигналов с числом
каналов 32;
с быстродействием 200 тыс. преобра-
зованнй/с в режиме последовательной
выборки и 450 тыс. преобразованнй/с
в режиме синхронной выборки;
вывод аналоговых сигналов с чис-
лом каналов 2 с быстродействием 200
тыс. преобразованнй/с;
ввод дискретных сигналов с числом
каналов 48;
ввбд чнслонмпульсных сигналов с
числом каналов 8.
Блок нормализации выносной
(БНВ04-БНВ16) для работы с УВА
(СМ 9104.19—СМ 9104.35) осуществ-
ляет нормализацию сигналов низкого
уровня от термометров (термоэлектри-
ческих и сопротивления). Максималь-
ное число датчиков, подключаемое к од-
ному блоку БНВ, равно 16.
Субкомплексы связи с объектом поз-
воляют перейти к децентрализованным
УСО, где модули связи с объектом
компонуются в виде активных терми-
нальных субкомплексов, управляемых
мнкропрограммнруемым контролле-
ром. Разработы и серийно выпускаются
субкомплексы ССО-2, ТСС, ТСО-7 н
др.
ССО-2 служит для сбора первичной
обработки аналоговых и дискретных
сигналов, предназначен для ввода и
обработки сигналов с сельсинов, а так-
же для выдачи н контроля сигналов
управления исполнительными меха-
низмами. ТСО-7 используется в АСУ
ТП, производит технологический конт-
роль аналоговой и дискретной ин-
формации с объекта.
Устройство связи с оперативным
персоналом. Разработан ряд видеотер-
миналов для оснащения рабочих мест
оперативного персонала в АСУ ТП,
в который входит терминал для ком-
поновки рабочего места оператора
РМО-01, терминалы для компоновки
рабочих мост операторов-технологов
РМОТ-01 н РМОТ-02, полутоновые
дисплеи ДГП-3 и ДГП-7, векторный
графический дисплей ДГВ.
РМО-01 обеспечивает хранение, ото-
бражение и редактирование на экране
электронно-лучевой трубки (ЭЛТ), а
также регистрацию на бумаге и кас-
сетной магнитной ленте алфавитно-
цифровой информации. РМОТ-014-02
служат для отображения н ре-
генерации хода ТП в удобном для
восприятия оператором виде.
МикроЭВМ. Для построения АСУ ТП
различных производств, в том числе
гальванического, могут быть приме-
нены несколько серийно выпускаемых
микроЭВМ.
МикроЭВМ «Электроника С5» вклю-
чает трн поколения моделей: к пер-
вому относятся построенные на базе
МПК-536 одноплатные «Электроника
С5-11» н «Электроника С5-12» н много-
платные «Электроника С5-01» и
«Электроника С5-02», второе поколение
представляют одноплатная ЭВМ
«Электроника С5-21» и многоплатная
«Электроника С5-22»; третье поколе-
ние представляют однокрнсталльные
микроЭВМ «Электроника С5-31».
Разработаны микропроцессорные'
функциональные модули следующего
состава:
«Электроника С5-121» — 15-ка-
нальный АЦП для сигналов постоян-
ного тока от —10 до 4-Ю В. Погреш-
ность — не более 0,4 %; время преоб-
разования — не более 0,1 с;
«Электроника С5-122» — модуль
цифровых входов-выходов с числом
576
Системы управления АГЛ с применением УВМ
входов и выходов по 4 байта;
«Электроника С5-123» — модуль
сопряжения с устройствами ввода-
вывода с перфоленты;
«Электроника С5-124» — модуль
сопряжения с телетайпом;
«Электроника С5-125 А, Б» — ОЗУ
объемом 2048 и 4096 16-разрядных
слов;
«Электроника П5-ППЗУ» — пере-
программируемое постоянное запоми-
нающее устройство объемом 1024 16-
разрядных слов;
«Электроника С5-126» — дисплей-
ный адаптер для телевизионного уст-
ройства типа «Квант-М».
МикроЭВМ «Электроника 60». Ос-
новной модуль — центральный про-
цессор — реализован на четырех БИС
серин К581. Базовое ОЗУ имеет объем
4К 16-разрядных слов; общая адресуе-
мая память — 28 кбайт; быстродейст-
вие — 250 тыс. операцнй/с.
Модернизированная микроЭВМ
«Электроника 60М» дополнительно име-
ет аппаратно реализованные команды
расширенной арифметики и операции
с плавающей запятой.
Однокристальная микроЭВМ
«Электроника 60Т» имеет максималь-
ную адресуемую память 64 кбайт,
быстродействие 300 тыс. операцнй/с
позволяет подключить до 17 перифе-
рийных устройств.
По архитектуре микроЭВМ «Элект-
роника 60» аналогична машинам СМ-3,
СМ-4. Внутрисистемный интерфейс вы-
полнен в виде усеченного канала ОШ,
содержащего 38 шнн. Кроме процес-
сора микроЭВМ «Электроника 60» мо-
жет иметь дополнительный набор мо-
дулей, подключаемых к системному
каналу связи: модуль управления пе-
чатающим механизмом ЭПМ «Кон-
сул-260»; модуль управления выводом
данных на перфоратор ПЛ-150; мо-
дуль управления вводом данных с пер-
фоленты FS-1501; модуль управления
магнитными лентами ИЗОТ-5003; мо-
дули оперативной памяти объемом
4К н 16К 16-разрядных слов; модуль
постоянной памяти объемом 2 К 16-
разрядных слов; модуль перепрограм-
мируемой памяти объемом 4 К 16-
разрядных слов; интерфейс параллель-
ного объема; интерфейс И7 накопителя
на гибких магнитных дисках; интер-
фейс связи с АЦПУ типа ДЗМ-180;
модули аналогового ввода и вывода;
устройство последовательного обмена.
МикроЭВМ семейства «Электрони-
ка». Выпускаются модели многоплат-
ных микроЭВМ «Электроника» типа
МС 1211—МС 1213, одноплатных мнк-
роЭВМ «Электроника С5-41», «Элект-
роника НЦ80-01Д», совместимых ап-
паратно-программно и имеющих еди-
ную систему команд с микроЭВМ
«Электроника 60».
На базе микроЭВМ «Электроника
НЦ80-01Д» и ее модификаций раз-
работаны диалоговые вычислительные
комплексы (ДВК).
Технические характеристики раз-
личных микроЭВМ семейства «Элект-
роника» приведены в табл. 8.
МироЭВМ СМ 1800 является пред-
ставителем направления СМ ЭВМ
с интерфейсом И41. Построенные иа
базе СМ 1800 комплексы могут при-
меняться как самостоятельно, так и
в составе иерархических систем на
ннжнем уровне для связи с СМ ЭВМ
типа СМ-1, СМ 1420, СМ 1600. Кон-
структивный и функциональный сос-
тав комплексов переменный и опреде-
ляется потребностями пользователя.
Техническая характеристика ти-
повых УВК на базе СМ 1800 сле-
дующая: система команд определяет-
ся архитектурой микропроцессора
КР580ИК80А; тактовая частота —
2 МГц; разрядность слова — 8 бнт;
быстродействие — до 200 тыс. опе-
рацнй/с; объем памяти (ОЗУ и ПЗУ
в произвольном сочетании) — до
64 кбайт; максимальное число адре-
суемых регистров ввода — 256, ре-
гистров вывода — 256; число уровней
прерывания — 8. Комплекс оснащеи
техническими средствами: для связи
с интерфейсами — ОШ, ИРПР,
ИРПС, стыком СТ2; для сопряжения
с системными внешними устройства-
ми — накопителями на гибких маг-
нитных дисках (СМ 5074), видеотер-
миналами ВТА-2000-30, ВТА-2000-15;
АЦПУ типа ДЗМ-180 и ДАРО-1156,
перфоленточным устройством ввода и
вывода СМ 6204; для ввода и вывода
аналоговых и дискретных сигналов с
гальванической развязкой.
Вычислительные терминалы связи с объектом
577
8. Технические характеристики микроЭВМ семейства «Электроника»
Тип Быстро- действие, тыс. опе- ра цн й/о Объем памяти кбайт Объем адре- еуемой памяти, байт Число команд Сойме- етнмость о СМ ЭВМ
ОЗУ ПЗУ
МС 1211.01 500 48 256 138 +
МС 1211.02 500 128 48 256 138 +
МС 1212 600 256 48 4 Мбайт 138 +
МС 1213 800 248 48 256 95 +
МС 2702 500 1 8 64 78
СК-21 М 200 0,5 6 64 64 —
МС 1202 1 500 2 16 64 64 +
НЦ80-01Д 800 56 8 64 72 +
МС 0501 02 500 56 8 64 64 +
(ДВК-2М) МС0501 1000 56 8 64 72 +
(ДВК-ЗМ2) МС 0585 600 512 16 4096 138 +
ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ТЕРМИНАЛЫ
СВЯЗИ С ОБЪЕКТОМ
ТИПА ТВСО-1
ТВСО-1 предназначены для ввода-
вывода и обработки дискретной и
аналоговой информации, связи с опе-
ратором-технологом, в АСУ ТП тер-
миналы могут работать на нижнем
уровне иерархических управляющих
вычислительных систем на базе УВК
типа СМ-1, СМ-2, СМ-2М, СМ 1210,
СМ 1634,
В качестве основного управляющего
и обрабатывающего звена в ТВСО-1
применяют процессор модели СМ 50/60,
архитектура которого совместима с
СМ-1, СМ-2, СМ-2М, что позволяет
использовать программные заделы этих
моделей.
Система команд расширена специ-
альными командами для связи с объек-
том, что делает возможным выполнять
операции ввода-вывода непосредствен-
но в задачах пользователя без обра-
щения к системным драйверам.
ТВСО изготовляется по карте зака-
за, составленной заказчиком, и по-
ставляется в виде готового изделия.
Номенклатура модулей связи с
объектом, входящим в ТВСО-1, обе-
спечивает: ввод-вывод аналоговых и
19 П/р В. Л. Зубченко
дискретных сигналов практически
всех диапазонов, шкал н уровней се-
рийных приборов, а также защиту от
промышленных помех.
Общее число каналов связи может
достигать 3000. Максимальная длина
линии связи между ТВСО н другими
В К с интерфейсом 2К и интерфейсом
унифицированных связей (ИУС) до
3 км.
Интерфейсы. Различаются трн уров-
ня интерфейсов. Интерфейсы первого
уровня связывают процессор с устрой-
ствами памяти н контроллерами внеш-
них устройств. Интерфейсы второго
уровня служат для подсоединения пе-
риферийных устройств. Интерфейсы
третьего уровня связывают удаленные
терминалы.
Для семейства СМ ЭВМ принят
интерфейс для радиального подключе-
ния устройств с параллельной переда-
чей информации (ИРПР). Этот интер-
фейс унифицирован физически, но
имеет логические модификации для
различных типов устройств: перфолен-
точных — ИРПР-ПЛ, печатающих —
ИРПР-Пч н т. д.
Архитектурная линия СМ-1, СМ-2
имеет радиальный интерфейс 2К. Пе-
редача информации 16-разрядными
словами содержит 29 выходных и 26
578
Система управления АГЛ с применением УВМ
входных однонаправленных шин. Ин-
терфейс обеспечивает целесообразное
распределение функций между раз-
личными терминалами. Максимальная
длина линии связи — до 1 км, ско-
рость передачи данных — до
400 кбит/с.
Для выхода на интерфейс ИРПР
с интерфейса 2К применяют согласо-
ватели 2К/ИРПР (А711-20, А711-21).
Удаленные терминалы в системе
СМ ЭВМ связываются через интерфей-
сы для радиального подключения уст-
ройств с последовательной передачей
информации ИРПС и стыки С1-ФЛ
и С2. Интерфейс ИРПС предназначен
для устройств ввода-вывода, имеющих
радиальное подключение. В качестве
соединительных линий могут быть
использованы кабель или пары жил,
выделенные в многожильном телефон-
ном кабеле. ИРПС позволяет осущест-
вить асинхронную передачу информа-
ции постоянным током (токовая петля)
по четырехпроводной дуплексной
связи.
Стык С1-ФЛ применяется в устрой-
ствах преобразования сигналов (УПС)
и аппаратуре передачи данных (АПД),
устанавливает параметры сопряжения
УПС с двух- или четырехпроводными
линиями ФЛ при обмене данными, не
превышающими 480 кбит/с.
Стык С2 телеобработки данных вклю-
чает цепи между вынесенным обору-
дованием и аппаратурой передачи дан-
ных, применим для синхронной и
асинхронной передач данных по не-
коммутируемым каналам связи при
использовании соединения между дву-
мя точками или многочисленными со-
единениями с коммутацией цепей.
Интерфейс линии связи с последова-
тельной передачей информации
(ИЛПС) обеспечивает создание ло-
кальных однородных и смешанных
комплексов и предназначен для по-
следовательной передачи данных, при-
меняется в АСУ ТП на отдельных
внутризаводских линиях связи, когда
они соответствуют требованию ИЛПС
при скорости передачи до 4000 кбит/с
и расстоянии до 3 км. Это расстояние
может быть сокращено в связи с мак-
симально допустимым затуханием по
Линии 18 дБ.
Для сопряжения интерфейса 2К
с аппаратурой передачи данных, име-
ющей выход на стык С2, применяют
модули сопряжения А721-6 и А721-7.
Специализированные субкомплексы
СМ ЭВМ и АСВТ-ПС, выполненные
на базе микропроцессора СМ 50/60
и микропрограммируемого контрол-
лера (МПК) А135-1, имеют выход на
внутренний ИУС. В ИУС одни и те же
двунаправленные шины используются
для передачи адресов и данных. Обмен
данными и передача адресов осущест-
вляется по асинхронному принципу в
режиме «запрос—ответ».
Интерфейсы ИУС имеют выход че-
рез согласователь ИКС/2К (А723-6)
на интерфейс 2К и стык С2 через сог-
ласователь ИУС/С2 (А721-11).
Архитектурная линия СМ-3—СМ-4
имеет магистрально модульный ин-
терфейс ОШ. Интерфейс имеет 56 ка-
налов. Принцип передачи асинхрон-
ный. Длина передачи — до 15 м.
Если необходимо иметь большую на-
грузочную способность, применяют
расширитель общей шины (РОШ). Для
сопряжения с интерфейсами других
типов применяют устройства ОШ/2К
для согласования общей шины с ин-
терфейсом 2 К-
МикроЭВМ семейства СМ 1800, а
также технические средства СМ ЭВМ,
в которых используются микропро-
цессорный набор серии К580, имеют
магистрально-модульный интерфейс
И41.
И41 — унифицированная магистраль
из функционально объединенных ли-
ний, по которым передаются вся ин-
формация и управляющие сигналы и
питание. Единицей обмена служит
слово из 1 или 2 байт. Общее число ли-
ний связи в магистрали 73. Число
компонентов, подключаемых к маги-
страли, 20. Принцип взаимодействия
компонентов (модулей) в интерфейсе
И41 основан на том, что в любой опера-
ции обмена данными всегда участ-
вуют два модуля, связанные между
собой как заказчик н исполнитель.
Для согласования с интерфейсами
других уровней имеются согласовате-
ли: И41/С2 (модуль СМ 1800 8501),
И41/ИРПС (модули СМ 1800 7002,
СМ 1800 4106), И41/ИРПР (модуль
СМ 1800 7001),И41/ОШ (модуль СМ
1800 4502).
Структура программного обеспечения
579
МикроЭВМ «Электроника 60» имеет
внутрисистемный интерфейс, реализо-
ванный в виде магистрального канала
ОШ, состоящий из 38 шин, из них 31 —
двунаправленная. Связь между двумя
устройствами, подключенными к ка-
налу, осуществляется по принципу
«управляющий — управляемый». Пе-
редача данных асинхронная. Фнзнчес-
ское наращивание канала осуществля-
ется подключением дополнительных
каркасов через специальный кабель-
канал и коннекторы с установленными
на ннх согласующими сопротивлени-
ями.
Прн подключения внешних уст-
ройств для обмена данными в парал-
лельном коде используется интер-
фейс параллельного обмена И2, а дйя
аппаратов, обменивающихся последо-
вательным кодам, — устройство после-
довательного обмена (УПО). Скорость
обмена до 9600 бнт/с. Межмашинный
обмен информацией между микроЭВМ
«Электроника 60» может быть органи-
зован с применением интерфейсов
И2 нлн с помощью модулей прямого
доступа в память ИЗ.
В агрегатном комплексе мнкроДАТ,
предназначенном для построения АСУ
ТП, взаимодействие всех функциональ-
ных элементов системы обеспечива-
ется интерфейсом ИК1. Средства мнк-
роДАТ используются в иерархических
распределенных АСУ ТП на ниж-
нем уровне. Обмен информацией в та-
ких системах обеспечивается единой
внутрисистемной двухпроводной ин-
терфейсной магистралью. УВМ верх-
него уровня могут подключаться к ма-
гистрали через специальные блоки
сопряжения, связывающие шнну ИК1
с ОШ, с дуплексным регистром
А491-ЗМ, выходящим на интерфейс
2К, а также на радиальные интер-
фейсы ИРПР и ИРПС.
Линейный интерфейс с последова-
тельной передачей информации
(ИЛПС) может непосредственно свя-
зывать СМ ЭВМ с магистралью: для
остальных интерфейсов подключение
к внутрисистемной магистрали обе-
спечивается специальными агрегат-
ными модулями мнкроДАТ, устанавли-
ваемыми в каждом блоке сопряже-
нии.
СТРУКТУРА ПРОГРАММНОГО
ОБЕСПЕЧЕНИЯ СИСТЕМ
УПРАВЛЕНИЯ АГЛ
Программное обеспечение систем уп-
равления автоматическими линиями
гальванических покрытий зависят от
технической структуры системы, от
перечня решаемых функциональных
задач, а также других факторов. На
рнс. 13 показан типовой состав про-
граммного обеспечения нлн системы
управления, реализованной на базе
мннн- нлн микроЭВМ.
Программное обеспечение (систем-
ное и функциональное) записано в
ППЗУ н занимает объем около 16К
слов. В своей работе программное
обеспечение использует 8К слов в ОЗУ
и 2К слов в ОЗУ с сохранением па-
мяти. Запуск системы осуществляется
автоматически прн включения пита-
ния системы. Управление передается
программе начального запуска. Про-
грамма начального запуска очищает
ОЗУ, приводит в исходное состояние
используемые модуля вывода дискрет-
ной информации, заносит начальные
значения переменных в информацион-
ные массивы н передает управление
монитору реального времени, т. е.
программе-диспетчеру. Монитор ре-
ального времени синхронизирует упра-
вление технологическим процессом в
соответствии с заданными временными
характеристиками с дискретностью
0,1 с. Под управлением монитора
выполняются следующие задачи:
управление манипуляторами АГЛ;
управление температурой;
управление плотностью тока;
регулирование чистоты промывных
вод;
контроль уровня растворов;
расчет концентрации электролитов;
управление показателем кислотности;
сигнализация об аварийных ситуа-
циях на пульте управления н блоке
отображения символьной информации.
Программное обеспечение подсисте-
мы управления манипуляторами отра-
батывает последовательность команд,
заданную жесткой циклограммой. Для
каждой гальванической линии может
быть несколько циклограмм в соот-
ветствия с числом программ, по кото-
19*
580
Система управления АГЛ о применением УВМ
Рис. 13. Структура программного обеспечения системы управления АГЛ:
АЗ — программа начального запуска; М — программа-монитор; АО, i, Т, ЧПВ, pH,
Н, С — функциональные программы управления манипуляторами, плотностью тока,
температурой, чистотой промывных вод, показателем кислотности, контроля уровня
и расчета концентрации электролитов соответственно; ВвАС, ВвДС — программы ввода
аналоговых н дискретных сигналов; ВДС — программа вывода дискретных сигналов;
ПУ, БОСИ, УП, НМЛ, УВМ — программы для работы с пультом управления, блоком
отображения символьной информации, устройством печати, накопителем на магнитной
лейте; ЭВМ — электронно-вычислительная машина высшего уровня
рым работает данный гальванический
автомат.
Программное обеспечение подсистем
управления технологическими пара-
метрами (плотностью тока, температу-
рой и т. д.) осуществляет управление
технологическим процессом в соответ-
ствии с выбранным алгоритмом. В ка-
честве такого алгоритма в последнее
время все чаще используются мате-
матические модели.
Из функциональных программ в от-
дельные выделены программы ввода-
вывода аналоговых и дискретных сиг-
налов, с которыми работают функцио-
нальные программы.
Сигнализация сообщений на БОСИ
и ПУ (см. рис. 13) производится
специальной программой. Ввод, пре-
образование, накопление и усредне-
ние значений аналоговых параметров
производит программа ввода аналого-
вой информации.
Программа ввода дискретной инфор-
мации производит ввод дискретных
сигналов с модулей МВВДС. Про-
грамма вывода дискретной информации
производит вывод дискретных сигна-
лов на модули МВВДС. Ряд программ
системы осуществляют свою работу по
запросу с ПУ системы.
Подсистема расчетного контроля
концентрации компонентов электроли-
тов вызывается для выполнения по
запросу оператора в начале каждой
рабочей смены.
Ввод информации с пульта управле-
ния производит специальная програм-
ма, которая работает по прерыванию.
По запросу оператора производится
вывод сообщений о текущих значе-
ниях, уставках и допустимых значе-
ниях параметров управления темпе-
ратурой, плотностью тока и др. Для
подсистемы управления манипулято-
рами выводятся текущие значения
вертикальной н горизонтальной коор-
динат по каждому манипулятору.
По запросу оператора все сообще-
ния, выводимые на БОСИ, можно
распечатать на УПК с помощью про-
граммы печати.
Разработка математического (МО)
и программного (ПО) обеспечения для
систем управления АГЛ с примене-
нием УВМ является трудоемким про-
цессом, требующим привлечения вы-
сококвалифицированных специали-
стов. Стоимость разработки этих видов
документации составляет до 60 % всей
стоимости разработки.
С целью снижения расколов иа раз-
Структура программного обеспечения
581
работку и проектирование систем упра-
вления ведутся работы по автоматиза-
ции разработки проектной докумен-
тации на систему управления. Для
этого разрабатываются различные мо-
делирующие комплексы. Как правило,
моделирующий комплекс представляет
собой имитационные модели, ЭВМ
и специальное математическое обес-
печение (СМО).
Имитационные модели позволяют
имитировать в реальном масштабе
времени работу технологического обо-
рудования и устройств управления,
входящих в проектируемую систему.
Как правило, эти модели выполняются
аппаратно, но могут быть реализо-
ваны и программным путем.
Технология автоматизированной
разработки МО АСУ ТП, ориентиро-
ванная на АСУ непрерывными и не-
прерывно-дискретными технологиче-
скими процессами, разработана в Го-
сударственном всесоюзном централь-
ном научно-исследовательском инсти-
туте комплексной автоматизации.
Основу технологии составляют: фонд
типовых и унифицированных проект-
ных решений, содержащий более
1500 алгоритмических и более 1000 про-
граммных модулей; комплекс инстру-
ментальных программных средств для
автоматизированной генерации МО и
ПО АСУ ТП; методические материалы
по применению модулей и средств
в процессе проектирования.
Комплекс инструментальных про-
граммных средств обеспечивает в ре-
жиме диалога автоматизированное ре-
шение основных задач, возникающих
при разработке МО и ПО АСУ ТП.
Функциональные характеристики ком-
плекса представлены в табл. 9. Мето-
дические материалы, программная до-
кументация модулей включены в со-
став специализированного фонда алго-
ритмов и программ АСУ ТП. Разра-
батывается также система автоматизи-
рованного проектирования САПР для
разработки подсистем цифрового опти-
мального управления, составляющего
нижний уровень АСУ ТП.
Основу автоматизированного синтеза
систем цифрового управления соста-
вляют задачи современной теории ре-
гулирования. В режиме диалога ре-
шаются следующие задачи: преобра-
зование математических моделей дина-
мики объекта, анализ систем цифро-
вого управления методом моделирова-
ния (в условном и реальном масштабе
времени) и др. Производительность
проектировщика при решении подоб-
ных задач увеличивается не менее чем
в 10 раз. Для автоматизированной
разработки МО и ПО для систем
9. Функциональные характеристики комплекса
для автоматизированной разработки МО и ПО АСУ ТП
Выходная характеристика Компоненты базы данных Результата
Математические модели: алгебраические выраже- ния, формулы, уравнения, значения входных пере- менных алгебраические и транс- цендентные уравнения, имеющие связи между со- бой Спецификация функций дан- ных, событий. Логическая структура подсистемы АСУ ТП Уравнения во внутренней форме хранения Типовые матема- тические модели, алгебраические трансцендентные уравнения, про- цедуры Программные мо- дули Преобразованные выражения, форму- лы Схема, алгоритм решения задачи ме- тод итераций, под- программа на языке Фортран Прикладные про- граммы на изыке Фортран, база дан- ных, документация
582
Системы управления АГЛ с применением УВМ
управления АГЛ также разработан
моделирующий комплекс. Комплекс
состоит из имитаторов АГЛ и МО.
Имитаторы АГЛ позволяют имити-
ровать работу манипулятора иа двух-
рядной и однорядной АГЛ с числом
ванн в одном ряду до 32, а также
работу подсистем управления током
в электрохимических ваннах и кор-
рекцией состава электролитов.
МО в диалоговом режиме позволяет
программно разработать документа-
цию на систему управления АГЛ,
выполненную на базе микроЭВМ
«Электроника 60». Разработка системы
управления проводится в четыре этапа.
На первом этапе задаются техниче-
ские Характеристики проектируемой
АГЛ (число ванн, расстояние между
центрами ванн, число манипуляторов,
их скорости, технологические пара-
метры в ваннах и т. д.), а также ха-
рактеристики деталей, обрабатывае-
мых на АГЛ. В результате проведения
этого этапа имитаторы настраиваются
на заданные параметры АГЛ, а в ЭВМ
находятся все необходимые данные для
работы систем управления.
На втором этапе проверяется ком-
поновка линии иа обеспечение задан-
ной производительности. Разработчик
задает число и тип обрабатываемых
деталей за указанный период времени
и проверяет, когда они будут обра-
ботаны. В случае несоответствия про-
изводительности АГЛ заданной си-
стема указывает, что ограничивает
достижение заданной производитель-
ности. В результате проведения работ
второго этапа будет получена компо-
новка АГЛ, обеспечивающая задан-
ные требования.
На третьем этапе в режиме диалога
получают документацию на ПО для
конкретной АГЛ с компоновкой, утвер-
жденной на втором этапе.
На четвертом этапе, полученное
ПО вводится в микроЭВМ «Электро-
ника 60», подключенную к моделиру-
ющему комплексу, и проверяется
функционирование всех подсистем на
имитаторах в реальном масштабе вре-
мени — проводится стендовая отладка
и проверка системы.
Применение моделирующих ком-
плексов данного типа предполагается
каи при разработке ПО систем упра-
вления АГЛ, таи и непосредственно
при эксплуатации АГЛ. В последнем
случае оии используются для оператив-
ного планирования работы АГЛ в ус-
ловиях обработки миогономенклатур-
ной мелкосерийной продукции.
РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ПОВЫШЕНИЮ
ПОМЕХОЗАЩИЩЕННОСТИ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
На выходе линии связи АСУ ТП
длиной до 100—300 м внешние на-
водки создают импульсы с максималь-
ной амплитудой ~10 В и длительно-
стью до единиц миллисекунд. Средняя
частота следования импульсов может
достигать более 100 Гц/с. Такие же
помехи возникают при коммутации
в цепях питания. Длительность их
обычно не превышает сотен нано-
секунд.
Помехи, возникающие из-за разно-
сти потенциалов точек заземления
отдельных устройств, соединенных в
комплексы, имеют постоянную соста-
вляющую разности потенциалов, рав-
ную десяткам милливольт, но на
расстоянии ~60 м (в предельном
случае) значение составляющей может
достигать 5 В.
В вычислительных комплексах вы-
деляют две функционально различные
системы заземлений: логическое за-
земление (к нему подсоединяют все
информационные цепи) и заземление
нейтрали переменного тока (зануле-
ние). Между корпусом и логическими
цепями существует связь через рас-
пределенные емкости. Величина по-
следних, например, для процессора
СМ 1600 достигает несколько тысяч
пикофарад. Высокочастотные составля-
ющие импульсных токов помехи через
эти емкости попадают в логические
цепи, снижая их помехозащищен-
ность.
-Повысить помехоустойчивость ком-
плекса можно, применив схему пита-
ния от пятипроводной трехфазной сети
(рис. 14).
Введение дополнительного провода
нейтрали позволяет, сохраняя зану-
ление корпуса, исключить связь си-
ловой сети с корпусами комплекса.
Повышение помехозащищенности систем управления
583
Рис. 14. Схема питания и заземления
вычислительного комплекса:
2Н к, 23,к — комплексные сопротивления
между нейтралью и корпусом; землей и
корпусом УВМ соответственно; ЛЦ —
логические цепи; С — распределенные ем-
кости между корпусом УВМ и логиче-
скими цепями
т. е. увеличить комплексное сопроти-
вление между нейтралью и корпусом
изоляции сетевых проводов от корпуса.
Для подавления высокочастотной по-
мехи рекомендуется применять сете-
вые индуктивно-емкостные фильтры.
Дроссели в силовых цепях выбира-
ются из условия, чтобы падение напря-
жения при частоте на них 50 Гц, не
превышало 1,5% от номинального.
Правильно выполненное заземление
обеспечивает непревышение допусти-
мого уровня помех, если сопротивле-
ние заземления при высоких частотах
(до 10 мГц) не превышает 10 Ом.
На практике обеспечить малый импе-
данс на высоких частотах с помощью
защитного заземления (зануления) не
удается. В соответствии с ПУЭ допу-
скается в этих случаях повторное
заземление, с помощью которого мож-
но получить минимальный импеданс
заземления на высоких частотах.
Для экранирования информацион-
ных линий их помещают в экраниру-
ющий распределительный короб. При
отсутствии короба эти линии защищают
металлической оплеткой, заземленной
в одной точке. При длине кабеля свыше
10 м можно заземлять его более чем
в одной точке (из-за влияния пара-
зитных емкостей между экраном и
землей). Неэкраиированные силовые
и информационные кабели при про-
кладке необходимо разносить не менее
чем на 30 см.
Силовые кабели желательно распо-
лагать ближе к конструкции, инфор-
мационные же кабели следует от кон-
струкции удалять не менее чем на
25 мм.
Для защиты линии связи от наводок,
вызванных внешним переменным ма-
гнитным полем, необходимо миними-
зировать площадь контура, образо-
ванного прямым и обратным прово-
дами линии.
Наилучшую защиту от изменений
напряженности электрического и ма-
гнитного полей обеспечивают инфор-
мационные линии связи типа экра-
нированного бифиляра, трифиляра (три
провода скручены вместе, один исполь-
зуется в качестве электрического эк-
рана), экранированного плоского ка-
беля, изолированного коаксиального
кабеля, помещенного в электрический
экран.
Информационные линии связи ме-
жду удаленными друг от друга сосре-
доточенными частями выполняют с
обязательным применением гальвани-
ческой развязки. В качестве гальва-
нической развязки используют схемы,
выполненные на герконах, оптронах,
электромагнитных реле. Самыми со-
вершенными ивляются модули, вы-
полненные с волоконно-оптическими
каналами.
Приемопередающий модуль с воло-
конно-оптическим каналом (ВОК)
«Электроника МС 4605» состоит из
приемника и передатчика информации.
Приемник выполнен на фотодиоде
ФД265А и преобразователях ток—
напряжение типа КР5544702. Пере-
датчик состоит из формирователя им-
пульсов типа К155НЛ2 и излучателя,
в качестве которого применен свето-
диод НЛ107Б.
Модули интерфейсные «Электроника
МС 8801», «Электроника МС 8802» осу-
ществляют на ВОК связь между двуми
внешними устройствами, работающими
через последовательный интерфейс
ИРПС с ЭВМ.
Работа модулей заключается в пре-
образовании параллельного кода из
микроЭВМ в последовательный код,
передачу его через ВОК к внешнему
устройству, прием из другого устрой-
ства последовательной информации,
преобразование ее в параллельный код
и ввод в микроЭВМ.
РЛАВА 16
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
РАСПИСАНИЯ РАБОТЫ АГЛ
МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
Задача составления расписания ра-
боты АГЛ по своему математическому
содержанию относится к большому
классу задач, называемых в эконо-
мике задачами календарного плани-
рования, а в математике задачами
упорядочения. Практические задачи
составления календарных графиков ра-
бот производственных участков при-
вели к формулировке математической
задачи об определении оптимальной
последовательности обработки ряда де-
талей иа некотором множестве стан-
ков — задача Веллмана — Джонсона
(или задача упорядочения). Первую
математическую формулировку этой
задачи дал Веллман [79]. Первое
решение задачи упорядочения для
двух станков и для одного частного
случая трех станков дал Джонсон
[22].
Задача упорядочения — это весьма
широкий класс задач, составивший
основу специальной ветви математиче-
ской экономики — теории расписаний.
Достаточно полную и систематизиро-
ванную характеристику состояния про-
блемы можно найти в работах [37,
74 , 75].
Важным принципиальным шагом в
исследовании задач теории расписа-
ний была дискретизация задачи, пред-
ложенная Боуманом [80].
Затем появилось большое число ис-
следований различных задач теории
расписаний и методов их решения.
Были введены системы приоритетов
(или функций предпочтения), исполь-
зованы статистические методы поиска
«хорошего» решения, имитация на
ЭВМ, идеи динамического программи-
рования, линейного программирова-
ния, метод ветвей и границ. Все эти
направления исследований и получен-
ные результать! представлены в [37,
74]. Здесь важно отметить два факта.
Во-первых, практически все задачи
теории расписаний, которые рассма-
тривались, оказались чрезвычайно
сложными. Для отыскания лучшего
решения требуется полный перебор
вариантов, который почти всегда ока-
зывается невозможным при любой
мыслимой (а не только существующей)
мощности ЭВМ. Все разработанные
методы решений заключаются в со-
кращении этого перебора до приемле-
мого уровня, что всегда связано с ри-
ском потерять оптимальное решение.
Сложность проблемы заставляет отка-
заться от получения лучшего решения
и ограничиться поиском сравнительно
хорошего.
Во-вторых, имеющиеся результаты
теории расписаний для задач гальва-
ники не пригодны из-за существенной
специфики последних. Например, по-
сле обработки на одном станке детали
могут какое-то время ожидать обра-
ботки на другом станке, а в работе
гальванической линии перерыва между
обработкой деталей в двух последова-
тельных ваннах быть не может.
Рассмотрим подробнее специфиче-
ские условия работы гальванической
линии, накладывающие условия на
математическую модель:
на одной позиции может находиться
только один носитель;
на одной позиции может находиться
только один манипулятор;
в каждый момент времени манипуля-
тор может обслуживать только один
носитель;
манипуляторы двигаются по одной
линии и не могут обгонять друг
Друга;
каждый манипулятор обслуживает
определенную группу позиций;
каждая операция осуществляется не-
прерывно, а ее длительность находится
в заданных пределах;
транспортирование носителя с одной
позиции на другую осуществляется
Методика расчета циклограмм
585
манипулятором без перерывов;
каждое изделие последовательно об-
рабатывается на всех операциях, за-
данных технологическим процессом.
Для решения задач составления
рапнсаний при этих ограничениях
современная математика ие может
предложить ничего, кроме комбина-
торных вычислений, т. е. пере-
бора вариантов. В отличие от многих
других разделов математики комбина-
торные вычисления не имеют «ядра»,
т. е. некоторого числа «фундаменталь-
ных теорем», составляющих суть пред-
мета, из которых выводится большин-
ство результатов. Для большинства
комбинаторных задач не существует
изящного и эффективного пути оты-
скания оптимального решения. Лите-
ратура по комбинаторным алгоритмам
часто вводит читателя в заблуждение,
сосредоточивая внимание на «элегант-
ных» решениях отдельных задач. Но
«элегантные» решения обычно стра-
дают большим пороком: если задачу
слегка изменить, то решение стано-
вится неприменимым.
Анализу задачи упорядочения при
перечисленных выше «гальванических»
ограничениях посвящено некоторое,
довольно небольшое число работ. Кон-
кретный алгоритм решения задачи для
одного манипулятора и жестких (одно-
значных) времен обработки в каждой
ванне приведен в работе [78]. Несколь-
ко более общие, но менее инженер-
ные результаты приведены в работе
[34].
Поскольку составление расписания
работы гальванической линии являет-
ся достаточно сложной в математиче-
ском отношеиин задачей, целесооб-
разно рассмотреть сначала простей-
шую задачу составления циклограммы
однопредметной гальванической линии,
начиная с линии с одним манипуля-
тором.
методика расчета
ЦИКЛОГРАММ
Общие положения. Рассмотрим
однопредметную гальваническую ли-
нию с одним манипулятором, в кото-
рой все последовательные технологи-
ческие операции имеют номера от
нуля до п. Нулевой операцией обычно
называют загрузку носителя (кассеты),
а операция разгрузки обычно имеет
номер п.
Для каждой операции задана ее
длительность Ть, k = 0, 1, 2, ..., п.
Для одних операций эта длительность
задана жестко — одним числом, а для
других задан диапазон допустимых
значений от минимального 7\ min до
максимального Ть шах.
Для лимитирующей операции под
Th будем понимать длительность опе-
рации, деленную на число позиций
в этой операции.
По истечении длительности данной
операции носитель должен быть пере-
несен на следующую операцию. Так
возникают заявки, или вызовы, мани-
пулятора. Для выполнения заявки
манипулятор должен совершить холо-
стой пробег от своего местонахожде-
ния после выполнения предыдущей
заявки и рабочий рейс с переносом
кассеты на следующую операцию. Вре-
мя, затрачиваемое манипулятором на
выполнение заявки, зависит от взаим-
ного расположения позиций предыду-
щей, данной и следующей операций.
Однако для простоты примем это
время постоянным и обозначим его
через Д<а. Опыт показал, что это
допущение не приводит к каким-либо
трудностям или ошибкам. Более того,
оказалось возможным не учитывать
это время при формировании совокуп-
ности вызовов манипулятора. Во-пер-
вых, холостой пробег можно выполнять
за счет простоя манипулятора между
вызовами. Во-вторых, рабочий рейс
манипулятора, как правило, невелик
и легко учитывается при построении
циклограммы.
Обозначим через ук, k = 1, 2, п
вызов манипулятора, т. е. момент вре-
мени, в который манипулятор должен
начинать обслуживание k-R операции.
Будем считать, что уа = 0, т. е. пере-
нос кассеты на первую операцию
производится в начальный момент
времени. Совокупность заявок ук, k =
= 1, 2, ..., п служит основой дли
составления расписания работы мани-
пулятора.
Простейшим расписанием является
последовательное выполнеиие ваивок
586
Автоматизированное проектирование расписаний работы АГЛ
с ожиданием выполнения каждой опе-
рации. Однако это плохое расписание,
производительность линии при такой
работе будет очень низкой. Для по-
вышения производительности в линии
должно находиться одновременно не-
сколько носителей. Время такта Тр,
т. е. интервал между двумя последо-
вательными входами носителей в ли-
нию должен быть минимальным. Для
дальнейшего необходимо определить
нижнюю границу времени такта. Она
определяется из следующих сообра-
жений.
1. За время одного такта манипуля-
тор должен обслужить каждую опе-
рацию, т. е. выполнить (п + 1) за-
явку. Для этого ему необходимо время
(«+
2. Время такта не может быть мень-
ше длительности нормирующей (т. е.
самой продолжительной) операции. Та-
ким образом,
Тр> шах £(n -f-1) Ма, max 7\J. (1)
Перейдем к составлению заявок при
ваданном времени такта. Как уже
сказано, примем за нуль времени
момент обслуживания нулевой (за-
грузочной) операции, т. е. перенос
кассеты в ванну первой операции:
Уо = 0.
Через время Т± выполнения первой
операции кассету необходимо перене-
сти на вторую операцию, т. е,
У1 = ^о+Л« (2)
Точно так же
Уз = У1+Т2;
Уе = Уг + Тз
и так далее до тех пор, пока очередное
значение ут не превысит время такта
Тр. Это означает, что m-я операция
будет обслужена в следующем такте,
а в этом такте нужно обслужить пози-
цию, загруженную в предыдущем так-
те. Следовательно, нужно выполнить
заявку
Ут = Ут-i + Тт — Гр. (4)
Таким образом, можно получить
все заявки.
Если две заявки окажутся одина-
ковыми, т, е. у манипулятора будет
два вызова в одни и тот же момент
времени, то одна из заявок не будет
выполнена. Следовательно, все числа
k = 1, 2...п должны отличаться
друг от друга не меньше, чем иа
Ма — время выполнения заявки.
Итак, задача определения минималь-
ного времени такта и составления
заявок манипулятора может быть сфор-
мулирована математически следующим
образом.
Найти совокупность чисел Тк, k =
= 1, 2..... п, удовлетворяющих ус-
ловиям
Тк mtn Тк Tft щах» (5)
и минимальное число Тр, удовлетво-
ряющее условию (1), при котором
числа
(Ук-1 + Тк, если Ук-1 + Гк<Тр-,
Яъ ~ {
(Ук-1 + 7ft — Тр, если +
+ Тк>Тр (6)
(#о = О, k = 1, 2, п)
удовлетворяют условиям
' I У] — Ук I > / ¥= л, i,k =
= 0, 1,2, ...,п. (7)
Поставленная задача не имеет каких-
либо аналитических методов решения.
Как отмечалось в математическом об-
зоре предыдущего раздела, принци-
пиально важным шагом в теории рас-
писаний является дискретизация
задачи, позволяющая организовать
перебор вариантов в некоторой пос-
ледовательности. В исходной постано-
вке такую последовательность трудно
указать вследствие непрерывности пе-
ременных Tft, Тр, подлежащих
определению.
Дискретизация задачи, В качестве
шага дискретизации ДТ0 нужно при-
нять такую величину, целым числом
которой можно без существенных по-
грешностей измерять наименьшие кон-
станты, фигурирующие в задаче: время
выполнения заявки, наименьшую воз-
можную длительность операции среди
заданных.
Всякая дискретизация, как пра-
вило, ведет к ухудшению решения
задач по сравнению со строго опти-
мальным. Это ухудшение тем значи-
тельнее, чем больше шаг дискрети-
зации. В то же время, уменьшение
Методика расчета циклограмм
587
шага дискретизации ведет и чрезвы-
чайно быстрому росту числа вариан-
тов, подлежащих перебору. Поэтому
выбор шага дискретизации всегда яв-
ляется компромиссным.
Опыт, полученный при анализе рида
задач, показал, что в качестве единицы
дискретизации целесообразно принить
минимальную среди всех заданных
длительность операции, т. е.
ДТа = mln Tft, (8)
fe
Обычно оказываетси, что времи вы-
полнении заивки Ма можио принить
равным тагу дискретизации. Все за-
данные значении длительностей опе-
раций и их граничных значений нужно
разделить на АТа и округлить до
целых значений.
Диапазоны допустимых значений
длительности операции заменяютси на-
борами целых чисел, начинай с наи-
меньшего заданного значении и кончай
наибольшим:
'rhl = 'rhmin + l — 1»
Z = 1,2, (9)
где mk = Tftmax-Tftmtn+ 1.
Нижнюю границу времени такта,
определяемую формулой (5), тоже не-
обходимо нормировать (разделить) на
шаг дискретизации и округлить до
целого значения.
Алгоритм определения минималь-
ного времени такта. С учетом всего
изложенного задача минимизации вре-
мени такта и составлении расписании
принимает следующий вид.
Из заданной совокупности возмож-
ных целых значений
Th min Тм^Ть
max»
й=1,2, ...,п, 1 = 1,2, ...,mh (10)
следует выбрать такой набор Tki,
k = 1, 2...п, при котором все функ-
ции (6) принимают различные значе-
ния и целое число Тр минимально.
Задача решаетси следующим обра-
зом. Возьмем минимально возможное
значение Тр и будем перебирать все-
возможные комбинации Tki- Если ни
одна комбинации не позволиет полу-
чить иеповториющиеси значении ykt
то увеличим Tv иа единицу и повто-
1. Матрица исходных данных
жать до получении решении.
Проиллюстрируем сказанное кон-
кретным примером.
Пример расчета циклограммы. Рас-
считаем циклограмму однопредметной
линии с одним манипулятором. Ис-
ходные данные дли расчета предста-
влены в матрице исходных данных
(МИД), приведенной в табл. 1. Она
содержит длительности Tki операций
в нормированном виде, т. е. в целых
числах, шагах дискретизации.
В соответствии- с формулой (1)
нижнии граница времени такта
min Тр = 9. Примем Тр = 9 и начнем
перебор вариантов для отыскании ре-
шения. Процесс перебора удобно отра-
зить таблицей поиска решении
(табл. 2).
Рассмотрим табл. 2 (значении Тк[
будем брать из табл. 1).
Шаг 1. Первая операции. Берем
Тн = 1, получаем yt = 1, принимаем
это значение.
Шаг 2. Втораи операции. Берем
Т21 = 2 и получаем у2 = 3. Ойо ие
совпадает с yit поэтому принимаетси.
Шаг 3. Третьи операции. Tat = 1.
Получаем ys = 4.
Шаг 4 не отличаетси от предыдущих.
Шаг 5. Величина yt + T6j превы-
сила времи такта. Его нужно вычесть.
Полученное значение у6 = 1 совпадает
с уже имеющимся ух = 1. Нужно
попробовать следующее значение дли-
тельности Т62 = 6. С ним на шаге 6
получаем уЛ = 2.
Шаг 7. Не проходит проверка.
Берем Ти = 2.
Б88
Автоматизированное проектирование расписаний работы ATJ%
2. Поиск решения Т-р = 9
Но, мер шага k Ты> мнн 1 + гр). Проверка неравенств Решение (yft, МИИ) Отмена решения
;-)«£ + Я я я
I 1 1 1 —-ч У1 = 1 ___
2 2 2 3 ——1 Уъ = 3 Шаг 23
3 3 1 4 —( Уз = 4 Шаг 23
4 4 1 5 — Уз = 5 Шаг 11
5 5 5 10 — 9 = 1 ?1= 1 Взять Т62
6 5 6 11 — 9 = 2 Уз = 2 Шаг 8
7 6 1 3 ?2 ~ 3 Взять Тв2 —
8 6 2 4 Уз = 4 Вернуться —
к шагу 6
9 5 7 12 — 9 = 3 Уз ~ 3 Перейти к Тм —
10 5 8 4 Уз = 4 Перейти к Т66 —
11 5 9 5 1/4=5 К шагу 4 —
12 4 2 6 Уз = 6 —
13 5 5 11 — 9 = 2 — Уз = 2 Шаг 15
14 6 1 3 Уз ~ 3 к т„2 —
15 6 2 4 Уз = 4 К шагу 13 —
16 5 6 12 — 9 = 3 Уз = 3 К Тм —
17 5 7 13 — 9 = 4 Уз = 4 К Тц —
18 5 8 14 — 9 = 5 4,5= 5 Шаг 22
19 6 1 6 ?4= 6 к т„2 —
20 6 2 7 Ув — 7 —
21 7 2 9 — 9 = 0 4,0 = 0 к т72 —
22 7 3 10 — 9 = 1 У1= 1 К шагу 18 —
23 5 9 15 — 9 = 6 Уз = 6 К шагу 2 —
24 2 3 4 Уз = 4 —
25 3 1 5 — Уъ = 5 —
26 4 1 6 — Уз = 6 Шаг 37
27 5 5 11 — 9 = 2 — Уз = 2 Шаг 31
28 6 1 3 — Уз = 3 Шаг 30
29 7 2 5 Уз = 5 к т72 —
30 7 3 6 Уз — 6 К шагу 28 —
31 6 2 4 Уз= 4 К шагу 27 —
32 5 6 12 — 9 = 3 Уз = 3 Шаг 34
33 6 1 4 Уз = 4 к т„2 —
34 6 2 5 Уз= 5 К шагу 32 —
35 5 7 13—9 = 4 Уз = 4 к тм —
36 5 8 14 — 9 = 5 Уз = 5 К ^55 —
37 5 9 15 — 9 = 6 Уз = 6 К шагу 26 —
38 4 2 7 Уз=7 —
39 5 5 12 — 9 = 3 4*5= 3 Шаг 41
40 6 1 4 Уз = 4 к тм —
41 6 2 5 Уз = 5 К шагу 39
42 5 6 13 — 9 = 4 Уз = 4 К Та
43 5 7 14 — 9 = 5 Уз = 5 К Тм 1 1
44 5 8 15 — 9 = 6 4*»= 6 *—1
Методика расчета циклограмм
589
Продолжение табл. 2
Но- мер шага k МИН Vk = 1 + ВИИ •(d2-)«2l+ Проверка неравенств Решение (»fe. мни) Отмена решения
45 6 1 7 ?4= 7 к т„
46 6 2 8 Ув = 8
47 7 2 10- 9= 1 ?1= 1 к г,.
48 7 3 11 - 9=2 Уч = 2 —
49 8 1 3 У в — 3 —
Шаг 8. Опять не проходит про-
верка, а возможные длительности ис-
черпаны. Нужно отменить последнее
решение, в котором можно изменить
длительность. Такое решение у6 = 2
при = 6 было принято на шаге 6.
Пишем в графу «Отмена решения»
шага 6 — шаг 8, на котором отме-
няется решение.
Шаг 9. Для пятой операции пробу-
ем Tss = 7, но значение 3 уже занято.
Переходим к Tbi = 8, но опять не-
удачно. Переходим к Тьь = 9. И опять
результат нельзя принять, так каи
= 5. Но переходить и 7’6в = 10
нельзя, так как эта длительность
больше принятого времени такта. По-
этому следует вернуться назад и от-
менить последнее решение, допуска-
ющее дальнейший перебор. Это —
шаг 4. Пишем в графе отмен «Шаг 11»
и рассматриваем четвертую операцию
с Ти = 2, на шаге 12. Получаем
Уъ = б.
На шаге 13 дли питой операции
получаем yt = 2.
Затем обе пробы для шестой опера-
ции оказываются неудачными. На ша-
ге 13 нужно отменять решение у6 = 2.
Шаг 16. Рассматриваем пятую опе-
рацию, берем Тм = 6. Не годится.
Tjj = 7 тоже не годится. Наконец,
Ts4 = 8 позволяет принять решение
Уъ = 5«
Шаги 19 и 20 позволяют назначить
Л = 7.
Но на шаге 22 опять неудача: обе
длительности T,i и Т,2 не дают прием-
лемого решении. Надо отменить пре-
дыдущее.
На шаге 20 принято решение yt = 7,
но его отменять нельзя, так как неис-
пользованных длительностей шестой
операции нет. Отменяем решение yt —
= 5, принятое на шаге 18. Пробуем
Ttt = 9 — не проходит. Переходить
к 7’se = Ю нельзя, так как Tse > Тр,
следует возвращаться назад и искать
решение, которое можно отменить.
Решение шага 12 yi = 6 принято
при последней длительности операции
Т42 = 2. Его отменять нельзя. Третьи
операция имеет единственную длитель-
ность — тоже нельзя отменять. Сле-
довательно, следует вернуться к шагу 2
и отменить уг = 3.
Итак, на шаге 24 возвращаемся
к рассмотрению второй операции. Бе-
рем Т22 = 3, получаем yt = 4. Далее
легко получаем ys = 5, yt = 6, yt = 2,
yt = 3. Но для Уч решение иайти
не удается. Приходится вернуться
к шагу 28 и отменить yt = 3. Но
и этого недостаточно.
На шаге 31 выясняем, что при Ти = 2
все равно решения нет. Возвращаемся
к шагу 27 и отменяем yt = 2.
На шаге 32 берем T’s2 = 6 и полу-
чаем у6 = 3. Но ненадолго. На
шаге 34 приходится его отменить,
и оказывается, что подходящего реше-
ния для у6 все-таки нет. Брать Ти = 10
по-прежнему нельзя. Поэтому отме-
няем решение шага 26 у4 = 6.
Шаг 38. Рассматриваем четвертую
операцию с Т.2 = 2. Получаем yt = 7.
Шаг 39. Находим уъ = 3.
Шаги 40 и 41. Дли у» решения нет.
590
Автоматизированное проектирование расписаний работы АГЛ
Рис. 1. Диаграмма распределения заявок
Отменяем решение шага 39 yt — 3.
Шаги 42—44. Пробуя TS2, Тм,
Ты, находим yt = 6.
Шаги 45, 46. Находим ув = 8.
Шаги 47, 48. Находим у7 = 2.
Шаг 49. Находим ys = 3. Конец.
Выпишем полученное решение: Тр =
= 9, «о = 0, yi = 1 (1), уг = 4 (3),
Уз = 5 (О. Уе = 7 (2), у6 = 6 (8), =
= 8 (2), у7 = 2 (3), у8 = 3 (1). В скоб-
ках указана длительность операции1.
Это решение изображено на рис. 1
в виде диаграммы распределения за-
явок. Для каждой операции кружоч-
ком обозначен момент загрузки пози-
ции носителем, сплошной линией —
процесс выполнения операции, кре-
стиком — момент разгрузки позиции.
Маршрут манипулятора: сплошной
линией — рабочие рейсы, кружочка-
ми — режим ожидания.
Полученное решение не является
единственным. Если продолжить ана-
лиз дальше, можно найти еще несколь-
ко решений. С увеличением сложности
задачи (в практических пределах) число
решений может исчисляться десятками
и даже сотнями. Это дает возможность
выбирать одно из них по какому-либо
дополнительному критерию качества.
1 Представленный алгоритм был пер-
вым формализованным алгоритмом рас-
чета расписания манипуляторов в на-
шей стране. Он был разработан
В. Л. Зубченко в 1957 г., прошел
широкую апробацию ручным счетом,
а с 1970 г. реализован в ряде программ
для ЭВМ. Алгоритм вошел в учебные
программы вузов в 1977 г. (авт.
И. М. Квокова, А. Г. Дьячко).
Например, можно ввести критерий
минимума суммарной длины холостых
пробегов манипулятора. Это позволит
получить некоторую экономию элек-
троэнергии.
Пример расчета циклограммы АГЛ
с двумя манипуляторами. Расчет во
многом совпадает с рассмотренным
выше. Отличия указаны по ходу
расчета.
Из условия: Тр = ——|-(га—1)
га
получим Тр = 5.
Далее
Уз = °;
У1 = 0+ 1 = 1;
yt = 1 + 2 = 3;
Уз — 3 + 1 = 4;
Уе = 4 + 1 = 5;
5 — Тр = 0; yt = 0j
Уз = 0 + 5 = 5;
5 —Тр = 0; ys = y4 = 0.
Нежелательно двумя манипулятора-
ми одновременно обслуживать смеж-
ные операции, поэтому положим
Уз == 0 + 6 = 6; 6 - Тр = 1,
также yi = 1, тогда у'3 = 1.
Теперь можно продолжать расчет
либо для у, либо для у' (второй мани-
пулятор): ув = 1 + 1 = 2.
На этом возможности первого ма-
нипулятора исчерпаны, так как он
уже реализовал пять заявок, следо-
вательно,
5 ДТа = Тр.
Методика расчета циклограмм
Б91
Переходим ко второму манипуля-
тору: у'ч = 2 + 2 = 4. В момент вре-
мени Т = 4 первый манипулятор вы-
полняет заявку на третьей операции,
второй — на седьмой.
Далее,
Уз = 4 + 1 = 5; 5 — Тр = 0,
также у, = 0, т. е. в момент вре-
мени Т = 0 первый манипулятор вы-
полняет заявку на четвертой операции,
второй — на восьмой.
Запишем передачи заявок для обоих
манипуляторов.
Первый манипулятор:
(У1 - О. (f/a = 3), (yt = 4),
(Vi - 0), (Уз = 2).
Второй манипулятор:
(Й= 1), (.У1 = 4), (у'а = 0).
Упорядочим заявки манипуляторов:
Vk Первый манипулятор Второй манипулятор
0 Уз Уз
1 У1 Уз
2 Уз —
3 Уз —
4 Уз Уч
5 — —
Число заявок 5 3
Из приведенных данных видно, что
сначала следует заявка ya (k = 4).
Это означает загрузку пятой операции
(k + 1 = 5). Разгрузка же пятой опе-
рации (лимитирующая операция ka =
= 5) следует после k = 4. Такое поло-
жение возможно при наличии избытка
ванн в лимитирующей группе.
Повторим расчет, применяя случай-
ным образом взятые 7\. Здесь у\
относится к первому манипулятору,
у* — ко второму.
Шаг I; yi = 0 + Tit = 0 + Б = Б3
Б—Tp = 0| W=0.
Шаг 2: уа = 0 + Та3 = 0 + 4 = 4;
Уз = 4.
Шаг 3: у3 = 4 + T3i = 4 + 1 = 5;
5 — 5 = 0, но уже у г = 0. Здесь
следует передать выполнение заявки
второму манипулятору, тогда у'3 = 0.
Далее расчет ведем вновь для первого
манипулятора.
Шаг 4: yt = 0 + Tla = 0 + 2 = 2;
Уз = 2.
Шаг 5: уъ = 2+ Т66 = 2+ 9= 11}
11 — 2Тр = 1; ya = 1.
Далее целесообразно загрузить опять
второй манипулятор, так как первый
выполняет половину всех заявок.
Шаг 6: y'a = 1 + Тв2 = 1 + 2 = 3;
уа = 3.
Шаг 7: гЛ = 3 + Т74 = 3 + 3 = 6;
6-Тр=1; ^=1.
Шаг 8: y'a = 1 + Таз= 1 + 3 = 4;
1/8 = 4.
Упорядочим заявки:
Vk Первый манипулятор Второй манипулятор
0 У1 Уз
1 Уз Уч
2 Уз —
3 — Уз
4 Уз Уз
5 — —
Таким образом, найдено улучшенное
решение (при Т66 = 9, Тр = 5). Од-
нако это решение по сравнению с пер-
вым вариантом требует удвоенного
числа лимитирующих позиций в за-
данной лимитирующей группе (см.
шаг 5 расчета, где у. = 11, при =
= 5).
Остается решить вопрос о передаче
освободившейся кассеты в «сквозных»
поточных линиях с последней позиции
на первую. Эта процедура формали-
зуется как реализация заявки уп
(для одного манипулятора) и уп, уп+1
(для двух манипуляторов). При этом
в линии необходимо иметь передаточ-
ную позицию или использовать в ка-
честве ее какую-либо промывочную
ванну.
3. Пример расчета циклограммы линии анодирования с тремя манипуляторами Тр = 10
Но- мер опе- рации Нанмеиованне операции Номера позиций по варианту Номера блоков позиций по ва- рианту Зоны манипу- ляторов по ва- рианту Длитель- ность опера- ции, мин Матрица исходных данных у^ по варианту
1 12 3 1 2 3 1 2 3 Т дт 1 ! 2 3...
I, 24 Монтаж-демонтаж 3 — — 1 — — 1 1 — 4 7'р-! 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 0 0
2 Накопитель №1 4 — — 1 -- — 1 1 — 0 Гр-1 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 — 9
3 Накопитель № 2 5 — — I — — I I — 0 Гр-1 0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 —• —
4 Обезжиривание химиче- ское 17, 18 — 2 1, (2) 1, (2) — 12 3 12, 13, 14, 15 2 I
5 Горячая промывка 19 — 2 — — 1,2 1,2 0,5 4,5 1, 2, 3, 4, 5 3 2
6 Горячая промывка 20 — 2 — — 1,2 1,2 0,5 4,5 1, 2, 3 6 — 5 — 4 5—4—3
7 Травление алюминия 26 — 3 — — 1,2 2,3 5 2 5, 6, 7 4 Ю (0)
8 Холодная промывка 27 — 3 — (2) (3) 2,3 — 0,5 4,5 1. 2, 3, 4, 5 4 1
9 Холодная промывка 28 — — 3 — 3 2,3 —- 0,5 4,5 1, 2, 3 5 — 6 — 7 4 — 3—2
10 Осветление алюминия 30 — — 3 — — 3 2,3 — 2 2 2, 3, 4 9 — 8—7 5
11 Холодная промывка 29 — 4 — 3 2,3 — 0,5 0,5 1 (2) 0 7
12 Холодная промывка 28 — 3 — — 3 3 0,5 2,5 1, 2, 3 2 8
13 Анодирование 34, 35, 36, 37 — — 4 — — 3 3 — 27 2 27, 28, 29 I 6
14 Холодная промывка 33 — — 4 — 3 3 — 0,5 4,5 1, 2, 3, 4, 5 3 9
15 Холодная промывка 32 — 4 — — 3 3 — 0,5 4,5 1, 2, 3, 4, 5 4 4
16 Промывка в обессоленной воде 31 — — 4 — — 3 (2) 3 — 0,5 4,5 1, 2, 3, 4, 5 8 8
17 Окрашивание в цвет № 1, 2, 3 23, 24, 25 — — 5 — 2 (3) (1) 2 (3) — 1 5 1, 2, 3, 4, 5, 6 6 1
18 Холодная промывка 22 — — 5 — — 2 1,2 — 0,5 4,5 1, 2, 3, 4, 5 7 6
1? Холодная промывка 21 5 — 1 (2) 1.2 — 0,5 4.5 1. 2, 3» 4, 5 8 8
Автоматизированное проектирование расписаний работы АГЛ
Методика расчета циклограмм
593
В «замкнутых» поточных линиях
вопрос о передаче свободной кассеты
сам собой отпадает, так как позиции
монтажа и демонтажа совмещены. Ана-
логично решается задача для трех
манипуляторов.
Пример расчета циклограммы линии
анодироваиия с тремя манипуляторами.
Рассчитаем циклограмму многопред-
метной переменно-поточной линии ано-
дирования с тремя манипуляторами.
Многопредметность в циклограмме № 1
(табл. 3) создают в линии три задан-
ных цвета окраски с последующим
закреплением красителя в дистилли-
рованной воде. Переменный поток
образуется за счет второй циклограм-
мы, где анодная пленка не окраши-
вается (этот вариант расчета здесь не
рассматривается); данные для расчета
записываются в табл. 3. Дополни-
тельными условиями в нашем примере
будут требования увеличения длитель-
ности операций травления и осветле-
ния алюминия по мере истощения рас-
творов. Это требование можно обеспе-
чить при условии закрепления мани-
пулятора за операциями травления
и промывки, а также осветления и
промывки на период времени, в течение
которого будут происходить изменения
длительности ведущей операции. При
этом сумма длительностей ведущих и
сопроводительных операций должна
оставаться постоянной. Это условие
снижает производительность линии,
так как увеличивает время простоя
манипуляторов. В табл. 3 приведены
два варианта расчета циклограммы.
В графе распределения зон манипуля-
торов в скобках указаны заданные
границы перемещения манипуляторов.
В графе «Матрица исходных данных»
перечисляются все возможные дли-
тельности (в целых числах) по каждой
операции. Практика расчета цикло-
грамм показывает, что среднее расчет-
ное время на одну операцию манипуля-
тором можно принимать равным 1 мии
благодаря введению соответствующей
выдержки для стекания растворов
после подъема кассеты нз ванны (пер-
вичная регенерация растворов, см.
гл. 1).
Для обеспечения минимального про-
стоя лимитирующей позиции необхо-
димо таи распределить ваивки на
4. Распределение заявок на манипуляторы в течение такта
(циклограмма № 1, вариант № 1). Линия анодирования
Зоны манипу- ляторов Время отсчета такта» мин
0 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 34-17 — 84-3 -174-19 -194-20 , — 204-26 — 10-1-8 — 214-10
1—2 — <—> — — — 204-26 — 104-8 — 214-10 — —
1—2—3 н н ——- н
2 — 264-27 (—264-27) (-264-27) — — 224-21 ts —
2—3 —— —— — 274-28 — 284-22 — fc-» —
3 4-294-28 — 344-33 — 284-34 — 334-32 —324-31 — 284-30 (—284-30) ( — 284-30) —314-23 — 304-29 —
Рейсы манипуляторов:
№ 1: 3 4- 17 — 8 4- 3 — 17 4- 19 (В = 0,5) 4- 20 (В = 2,5) 4- 26 — 10 4- 8 — 21 4- 10 (В = 0,5) — 3
№ 2: (В = 1,5) 26 (В = 0,5 — 2,5) 4- 27 (В = 0,5) 4- 28 — 23 (В = 0,5) 4- 22 (В = 0,5) 4- 2 (В = 1,5) — 26
№ 3: 29 4- 28 — 34 4- 33 — 28 4- 34 — 33 — 32 (В = 0,5) —• 28 (В = 0,5 — 1,5) 4- 30 — 31 4- 23 — 30 4- 29
%. Распределение заявок на манипуляторы в течение такта (циклограмма № 1, вариант № 2). Линии анодирования
Зоны мани- пуля- торов Время отсчета такта, мнн
0 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 -34-4 -9 (8)4-3 -104-8 (9) — -44-18 (17) —3
1 — 2 —-« — 18 (17)4-19 — 194-20 (—204-26) — 204-26 — 204-26 — 224-26 я — 214-10 и-я и-
1 — 2—3 I— —234-22 t—i »—• t—-i t—i И-9 •—
2 Н —— - J——1 — 26
2—3 — 26-1-27 — 274-28 (—284-30) — 284-30 —304-29 _я — 294-28 — 314-23 |а-а
3 —334-32 *—• ** —324-31 —344-33 — 284-34 — 33 *—•
Рейсы манипуляторов:
№ 1: 34-4 — 18 4-19 — 94-3 (В = 3,5) — 10 4- 8 — 21 4- Ю — 4 4- 17 — 3
№ 2: 26 4- 27 — 23 4- 22 — 19 4- 20 (В = 0,5 — 2,5) 4- 26 — 22 4- 21 — 26 (В = 2,2) — 31 4- 23 — 26
№ 3: 33 4- 32 — 27 + 28 (В = 0,5 — 2,5) 4- 30 — 32 4- 31 — 30 (В = 2,25 — 0,25) 4- 29 — 34 4- 33 — 29 4- 28 (В = 0,5) 4-
4-34—33
Автоматизированное проектирование расписаний работы АГЛ
Методика расчета циклограмм
595
манипуляторы, чтобы на лимитиру-
ющей ванне они имели значения на 1
или 2 меньше, чем на предыдущей (про-
мывочной) ванне. Это обеспечит за-
грузку лимитирующей позиции сразу
же после ее разгрузки, т. е. без лиш-
него простоя. Результаты расчета за-
писываются в последнюю графу табл. 3,
где указываются моменты возникно-
вения заявок на манипуляторы. При
этом необходимо следить за тем, чтобы
в один и тот же момент времени не
возникало числа заявок более числа
манипуляторов.
Для удобства контроля расчета па-
раллельно заполняются табл. 4 (пер-
вый вариант расчета) и табл. 5 (вто-
рой вариант).
Из табл. 4 видно, что в момент
времени такта 6 происходит пересе-
чение траекторий манипуляторов № 1
и 2: в то время как второй должен сле-
довать с позиции № 23 на позицию
№ 22, первый следует на позицию
№ 26. Необходимо либо пересмотреть
значение времени по матрице исходных
данных, либо применить маневр мани-
пуляторов № 1 и 2, с целью укло-
ниться от столкновения. Знак «минус»
в табл. 4 означает холостой ход,
«плюс» — загруженный. Если две по-
следовательные заявки имеют одина-
ковые номера позиций, то между
этими заявками манипулятор нахо-
дится в режиме выжидания (В). Дли-
тельность выжидания равна интервалу
между заявками (в табл. 4 равна
числу пустых граф в строке плюс
0,5 мин). Внизу табл. 4 приведены
расписания работы манипуляторов с
указанием (в скобках) времени вы-
жидания.
Рассмотрим второй вариант расчета,
который приведен в табл. 5. Здесь нет
пересечения траекторий манипулято-
ров, однако в моменты отсчета времени
тактов 3 и 4 первый и второй манипу-
ляторы на позициях № 26 и 28 близко
подходят друг к другу. Это следует
учесть при разработке конструкций
линии. Если манипуляторы при этом
входят в соприкосновение, необходимо
увеличить расстояние между пози-
циями № 26 и 28, вставив в освобо-
дившееся пространство передаточную
позицию. В противном случав следует
перейти к очередному варианту рас-
чета.
Если в результате просмотра ряда
вариантов результат не будет дости-
гнут, необходимо изменить зоны ра-
боты манипуляторов или поменять
местами блоки позиций линии (табл. 6).
Прежде чем перейти к расчету цик-
лограммы в реальном масштабе вре-
мени, необходимо построить диаграмму
работы манипуляторов (табл. 7), что
облегчает заполнение табл. 8—10.
При расчете циклограммы в реаль-
ном масштабе времени следует прини-
мать некоторые временные параметры,
полученные из практики эксплуата-
ции АГЛ.
Перемещение иа одни шаг между
соседними позициями (на малой ско-
рости) составляет 0,1 мин. Перемеще-
ние между позициями иа одни шаг
составляет 0,05 мии и дополнительно
на каждый рейс — 0,05 мии (движе-
ние на малой скорости в начале и
в конце рейса). Выжидание с подня-
тыми грузозахватами для стока рас-
творов с деталей составляет 0,2—
0,3 мин.
Время подъема или опускания гру-
аозахватов составляет 0,15 мин. После
табличного расчета циклограммы для
большей наглядности целесообразно
построить ее графическое изображение,
используя условные обозначения, при-
веденные на рис. 2, а—к. Примеры
рейсов манипуляторов с фрагментами
циклограмм приведены в табл. 11.
Пример графического выполнения
циклограммы линии анодирования при-
веден в табл. 12.
Для обеспечения длительности лими-
тирующих операций составляется диа-
грамма наладки (см. табл. 7). Для
расчета лимитирующего времени в мно-
гопредметиых линиях следует пользо-
ваться табл. 13. Например, если такт
равен 12 мии, то в графе с числом
тактов 3 продолжительность лимити-
рующей операции будет 12-3 = 36 мии
(без учета простоя ванны).
После расчета циклограммы необ-
ходимо рассмотреть циклы обращения
кассет в линии и в лимитирующих
группах.
596
Автоматизированное проектирование расписаний работы АГЛ
6. Пример разбквкк на блоки позиций линии анодировании
Номера познцнй
Но* в блоке по ва*
мер Обоонованне аоатава блока рнанту
блока
1 2 з ...
1 Позиция монтажа-демонтажа с накопителями 3 3
4 4
5 5
6 6
7 7
2 Ваниа обезжиривания с двумя ваннами каскад- 17 17
ной горячей промывки после обезжиривания
Отрывать ванну горячей промывки от ванны 18 18
обезжиривания нецелесообразно, так как раствор 19 19
обезжиривания может загрязнять другие раство- 20 20
ры при переноске кассет с деталямй. Необходимо
также осуществлять промывку деталей сразу же
после операции обезжиривания
3 Ванна травления алюминия, ванна двойной кас- 26 26
кадной промывки (с чистым отсеком в центре), 27 27
ванна осветления алюминия 28 28
29 29
30 30
Ванны травления и осветления алюминия имеют 31 31
между собой общую ванну каскадной промывки 32 32
33 33
34 34
4 Ванны анодирования н ванна каскадной про- 35 35
мывки в одном корпусе с ванной промывки в обес- 36 36
соленной воде 37 37
5 Ванна окрашивания с сопроводительными one- 21 21
рациями каскадной промывки 22 22
23 23
24 24
25 25
6 Ванны двух ведущих самостоятельных опера- 8 8
ций — уплотнения анодной пленкк к закрепле- 9 9
нкя красителя с сушильной установкой 10 10
11 11
12 12
13 13
14 14
15 15
16 16
Методика расчета циклограмм
597
7 Диаграмма
наливки Олителености лимитирующих операции линии ановирования (пример)
Циклограмма №1
Номер циклограммы Номер техпроцесса Номер лимитирующих, и ведущих позиций Такт и тип лодцикпа Номера подциклод J
7 2 3 4 5 5 7 8 9 ТО 11 п
1 7 гр, мин 10 10 10 10 10 10 10 ю Ю 10 ю ю
Топ лодцикпа А А А А А А А А А А А А
4 |_1 i J 1J с.» L.1 | | 1 > L.I t । L1 L 1 1 J
5
Б
7
8
17 J 1
1S
8
я 10 -j-r
«S Й J L — J L J i. зх
/7 вариант 1 лэ ГС тт
вариант Z
75 вариант 3
ЗЯ
35
37 ТТ □Х
в) е) 7Н) 3)
и)
в)
Рис. 2. Условные обозначении
и основные варианты рейсов
8. Пример циклограммы линии анодирования с тремя манипуляторами
(циклограмма № 1, тип подцикла А, манипулятор № 1)
Номер рейва * Рейв Задержка манипулятора Выдержка на капель, мин Полоскание Отчет времени конца рейса, мвв
направление движения напало конец после опускания груза (пе- режндаиие) в отпущен- ным грузом (выжидание) перед подъемом груза (дожнданне)
пози- ция вре- мя, МИИ пози- ция вре- мя, МИИ пози- ция вре- мя, мни
Общий старт + 1 Вперед 3 4 0,0 0,35
—2 Вперед 4 18 (17) — — — — — — — 1,05
+3 Вперед 18 (17) 19 — — — — — — 0,2 — 1,55
—4 Назад 19 9(8) — — — — — —, — 2,10
+5 Назад 9 3 — — — — — — — — 2,75
—6 Вперед 3 10(11, 12) 3 2,25 — — — — — — 5,20
+7 Назад 10 9(8) — — — — — — 0,2 — 5,95
—8 Вперед 8(9) 21 — — — — — — — — 6,60
+9 Назад 21 10(11, 12) — — — — — — 0,2 — 7,65
—10 Назад 10 (11, 12) 4 — — — — — — — — 7,95
+ 11 Вперед 4 18 (17) — — — — — — — — 8,90
—12 Назад 18 ” 3 — — — — — — — — 9,6
* «Плюс» — с грузом, «минус» — без груза.
Автоматизированное проектирование расписаний работы АГЛ
0. Пример циклограммы линии анодировании с тремя манипулиторами
(циклограмма № 1, тип подцикла А, манипулятор № 2)
Номер рейса * Рейс Задержка манипулятора Выдержка на капель, мнн Полоскание (П) Отсчет времени конца рейса, мнн
Направле- ние дви- жения нача- ло конец После опускания груза (пе- режидание) С опущенным гру- зом (выжидание) Перед подъемом груза (дожида- нае)
Пози- ция Вре- мя, мин Пози- ция Время, мнн Пози- ция Время, мнн
Общий старт + 1 Вперед 26 27 0,25 0,0 0,60
—2 Назад 27 23 — — __ —- 0,80
+3 Назад 23 (24, 25) 22 — — — — 23 0,75 0,25 п 2,00
—4 Назад 22 19 — — — — •— — — — 2,15
+5 Вперед 19 20 — — — — — — 0,25 п 2,75
+6 Вперед 20 26 — — 20 0,5—1,4 — 0,25 п 4,1—5,0
—7 Назад 26 22 — — (регули- руется) 4,30—5,20
+8 Вперед 22 21 — — — — 22 0,5—0,9 0,25 п 5,35—6,25
—9 Вперед 21 26 — — (регули- руется) 5,60—6,50
+ 10 Назад 26 31 — — 26 2,2 .— — 0,2 п 8,05—8,95
—11 Вперед 31 23 — — — — — — — — 8,80—9,70
* «Плюс» — с грузом, «минус» — без груза.
Методика расчета циклограмм
10. Пример циклограммы линии анодирования с тремя манипуляторами
(циклограмма № 1, тип подцнкла А, манипулятор № 3)
Номер рейва * Рейв Задержка манипулятора Выдержка на капель, мнн Полоскание (П) Отсчет вре- мени конца рейса, мнн
направле- ние нача- ло ко- нец после опускания груза (пе- режидание) С опущенным грузом (выжида- ние) Перед подъемом груза (дожидаиие)
Пози- ция Вре- мя, мни Пози- ция Время, мни Пози- ция Время, мин
Общий старт + 1 Назад 33 32 0,2 0,0 0,55
—2 Назад 32 27 32 0,3 — — — — —— 1,25
+3 Вперед 27 28 —- — — — — — 0,2 —— 1,65
+4 Вперед 28 30 ' "Ч" — 28 0,5—2,5 — — 0,2 — 2,75—4,75
—5 Вперед 30 32 (регули- руется) 2,85—4,85
+6 Назад 32 31 — — — — — 0,2 — 3,40—5,40
—7 Назад 31 30 — — — — — ——• — 3,50—5,50
+8 Назад 30 29 — — — — 30 0,25—2,25 0,2 — 6,1
—9 Вперед 29 34 . . (регули- руется) - 6,35
Назад 34 33 «1 ||»|- — — — — — 0,2 — 6,90
—11 Назад 33 29 — — —— — —— — 7,10
+ 12 Назад 29 28 — — — — — 0,2 — 7,45
+ 13 Вперед 28 34 — — — — 28 0,5 — п 8,/6
—14 Назад 34 33 —’ — — — — — — — 8,80
* «Плюс» — с грузом, «минус» - - без груза.
Автоматизированное проектирование расписаний работы АГЛ
11. Примеры рейсов манипуляторов с фрагментами циклограмм
Наименование рейса Описание рейса Схема рейса Наименование рейса Описание рейса Схема рейса
Вперед без груза Стоп — опу- скание — движе- ние вперед — стоп Вперед с гру- зом Стоп — подъем — движе- ние вперед — стоп о/~ 4~~Л^ ~~~ -/
Вперед с гру- зом после дожи- дания Стоп — дожи- дан не с выдерж- кой № 1 — подъем — движе- ние вперед — стоп 0 f -/
Вперед без груза после пе- режидания Стоп — опу- скание — пере- жидание с вы- держкой № 1 — движение впе- ред — стоп —г
Назад с гру- зом после выжи- дания и за- держки (для пер- вичной регенера- ции) Стоп — опус- кание — выжи- дание с выдерж- кой № 1 — подъем — задер- жка — движение назад — стоп + i - А-
Вперед без груза с пережим даннем после хо- лостого хода Стоп — пере- жидание с вы- держкой № ! — движение впе- ред — стоп £ дЛ
Ц г V
Методика расчета циклограмм
Продолжение табл. 11
Наименование рейса Описание рейса Схема рейса Наименование рейса Описание рейса Схема рейса
Вперед с гру- зом после выжи- дания Стоп — выжи- дание с выдерж- кой № 1 — подъем — дви- жение вперед — стоп oj- >. 1 Т^Г +/' 1г ' Назад с гру- зом после дожи- дан ия Стоп — дожи- дание выдерж- кой № 1 — подъем — дви- жение назад — стоп -\fl.fr 1^. -\
Вперед с гру- зом после дожи- даиия и задерж- ки (для первич- ной регенерации) Стоп — дожи- дан ие с выдерж- кой № 1 — подъ- ем и задер- жка — движение вперед — стоп ' В1 Л в] -/ Назад с гру- зом Стоп — подъ- ем — движение назад — стоп Д/7
Вперед с гру- зом после выжи- дания и задерж- ки (для первич- ной регенерации) Стоп — опус- кание — выжида- ние с выдерж- кой № 1 — подъ- ем — задержка — движение вперед — стоп 0 ।— Назад с гру- зом после выжи- дания Стоп — опу- скание — выжи- дание с выдерж- кой № 1 — подъ- ем — движение назад — стоп + 0 В1 П
Автоматизированное проектирование расписаний работы АГЛ
Методика расчета циклограмм
603
12. Циклогромма линии анодирования (с тремя манипуляторами)
Циклограмма
— £ 22 S — ~~ ~ • -—*5
— «0 ёГ +
С: 12 Ifl М а ST ~ ' "е
о f т* О) а- "i —
ц» св 4} S5 ь. i 4- О
t т S’ т са + ag С g X мч
___ ов е ем 11 0Q
т св е Т н:'
off £ С L2L£cJ га са * *
•с а* <ч св *" ёч ,> *? еч _ _ I 1 —t— п|Л <о
Продолжи- тельность операции, мин Резерв 27,7 2V «м Ч £ e'z-s*o СК S- if *4* «к W 1. cf 1г варианты: 1th и 71А К а I е I 0,5-W | »Л of <ч ем At См I I I 27,9 27,9 27,9 16,5 £ 1 1 1 I I
Лимити- рующие группы ЛГЗ агз I iJU I I I I I 1 1 1 чих *rJif £ i I АГ2 ЛГ2 I I I АГ5 trs ЛГ5 АГ6 АГ6 АГ ЯП ЯП I I
На имен оба ние операции Дело манипулятора N*3 Анодирование Анодирование Анодирование | Анодирование ] | Промывка холодная | | Промывка холодная | | Промывка в обессоленной воде | | Осветление алюминия | Промывка холодная | | Промывка холодная | К = н ч (з а И il е’К Окрашивание 6 цвет N*3 Окпашивание в ивет N*7 Окрашивание в цвет №3 Паомывка холодная Промывка холодная Промывка горячая | | Промывка горячая | Обезжиривание химическое Обезжиривание химическое резервная позиция Резервная позиция Резервная позиция Резеовмя позииия Закрепление красителя Закрепление красителя Закрепление красителя Сушка Сушка Накопитель Н9з Накопитель ИЦ- Накопитель н“2 Накопитель N4 1 Монтаж-демонтаж Дело манипулятора Н92 Дело манипулятора N4
Номер опе- рации I I Й £ 55 £ is ем «5 А. R iS 17а 18 О •а о > i i I I 20 20 20 21 21 22 23 3 2 1.2U I I
Номер пози- ции $ $ Ч g> Ч *м Ъч «С ем «м «М «М Ьч «м ем «м V* см N £ S £ е b 153 12 11 Ю ~Г~ % ь. -о 'е, 4
Приме ч о н и е: Выдержки В2-В2, &3~&3 и &6~&б регулируются
13. Распределение часовой загрузки (производительности) по позициям лимитирующей группы
в зависимости от числа тактов в лимитирующем времени и порядке обслуживания позиций в группе
2
Номер при- мера Число позиций в группе пл Порядок обслуживания группы Рл г Число под- циклов в цикле Номер позиции в группе Распределение часовой загрузки Пч (%) прн числе тактов
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
1 2 —1—2— 2 1 50
2 — 50 —
2 2 —1—2— 1— 3 1 33,3 33,3
2 —— 33,3 —— ___ __
3 2 1—2—1—2—1—1— 6 1 20 40
2 — 20 20 —
4 2 1—1—2—1— 4 1 50 25 —
2 —— — 25 —— ——
5 2 —1—1—2—1—1—2—1 7 1 42,8 28,6
2 — — 14,3 14,3 —
6 3 —1—2—3— 3 1 —— — 33,3 — — — — — — — — —
2 — — 33,3 — — — — — — — — —
3 — 33,3 ___ —
7 3 —1—2—1—3 4 1 — 50 —
2 — — — 25 — — — — — — — —
3 25 __ __ —
8 3 —1—2—1—2—3— 5 1 20 20
2 — 20 20 —
3 —— 20 —— ___ ___ __ __ __
9 3 —1—1—2—1—1—2— 7 1 28,6 14,3 14,3 —
3— 2 — — 14,3 14,3 —
3 — — — —— — —. 14,3 —— —
10 3 1—2—1—2—1—3— 6 1 50
2 — 16,7 — 16,7 — — — — — — — —
3 — —. — — —— 16,7 — — —_.
11 4 —1—2—3—4— 4 1 — — — 25 — — — — — — — —
2 — — — 25 — — — — — — — —
3 — — — 25 — — — — — — — —
4 — — — 25 — —- —- — — — — —
Автоматизированное проектирование расписаний работы АГЛ
Методика расчета циклограмм
605
Продолжение табл. 13
Номер при- Мера Число позиций в группе пл Порядок обслуживания группы Р„ р Число под- циклов в цикле Номер позиции в группе Распределение часовой загрузки /7Ч (%) прн числе тактов
1 2 3 4 6 6 7 8 в 10 и 12
20 5 1—2—1—3—4—1—1— 12 4 8,3
2—1—3—5—1— 5 — 8,3
21 5 1—2—3—1—1—2—4— 12 1 25 25
1—1—2—5—1 2 — — — 25 — — — — — — — —
3 8,3
4 8,3
5 — 8,3
22 5 1—2—1—3—1—4—1—5 8 1 — 50 —
2 — — —— — — — —— 12,5 — — •
3 — — — — — — — 12,5 — — — —
4 — — —— — — —— — 12,5 — — — —
5 — —— — — — — — 12,5 — — — —
23 5 1—2—3—1—3—4—1— 9 1 33,3 __
4 -5 2 — 11,1
3 — 11,1 —— —— — — 11,1 — — — — —
4 — 11,1 —— — — — 11,1 — —- — — —
5 — — — — — — — — 11,1 — — —
24 6 1—2—3—4—5—6 6 1 — — — — — 16,7 — — — — — —
2 —— — — —— — 16,7 — — — — — —
3 — — — — —— 16,7 — — —— — — —
4 — — — — — 16,7 — — — — —— —
- к - _’ЯвЯ5. Г —л- .
/ / — ]
25 6 1—2—3—4—5—1—2— 10 1 — — — 20 | — — — 1 — . —
3—4—6 2 — — — 20 — — — 1 1 —
3 —— —— — 20 — —« — 1 — —
4 20
5 10
6 10
26 6 1—2—3—4—1—2—3— 12 1 — — — 25 — — — — — — — —
5—1—2—3—6 2 —— —— — 25 — — — — — —— — —
3 __ — 25 I —— — —— -—
4 8,3
5 8,3
6 8,3
27 6 1—2—1—3—1—4—5— 1—6 10 1 2 3 — 50 10 10
4 10 — —
5 10 — ——
6 10
28 6 1—2—3—1—2—4—1— 12 1 — — 33,3
2—5—1—2—6 2 з — — 33,3 8,3
4 8,3
5 8,3
6 8,3
29 6 1—2—3—4—5—1—1— 12 1 16,7 — — — 16,7
2—3—4—6—1 2 — — — — — 16,7 — — —— —— — —
3 — — — — 16,7 — — — — — —
4 — 16,7 — —— — — ——
5 8,3
6 8,3
Автоматизированное проектирование расписаний работы Методика расчета циклограмм
608
Автоматизированное проектирование расписаний работы АГЛ
ХАРАКТЕРНЫЕ ОСОБЕННОСТИ
РАСЧЕТА циклограмм ДЛЯ
МНОГОМАНИПУЛЯТОРНЫХ
линий
Расчет циклограмм проводится при
заранее заданном числе манипулято-
ров. При этом допускается число од-
новременных вызовов-заявок, равное
числу действующих манипуляторов.
Однако возникают другие ограниче-
ния. Рассмотрим их.
Ограничение 1. Между позициями,
где возникли одновременные заявки
для двух манипуляторов, должен быть
зазор, исключающий их столкновение.
Ограничение 2. Направление дви-
жения у двух смежных манипуляторов,
расположенных друг от друга на
минимальном расстоянии, не должно
быть встречным Их движение может
быть направлено в разные стороны
или в одинаковом направлении — вдо-
гонку. В последнем случае дальний
манипулятор должен остановиться
раньше ближнего манипулятора мини-
мум на две операции до него В про-
тивном случае заднему манипулятору
нужно запрограммировать пережида-
ние, пока передний не покинет тре-
буемую зону.
Ограничение 3. Посещение двумя
смежными манипуляторами общей по-
зиции — операции — должно проис-
ходить в разное время с интервалом
не менее 2 АТа.
Ограничение 4. Если при встречном
одновременном старте смежных мани-
пуляторов адреса конечных пунктов
оказались такими, что столкновение
неизбежно, то один манипулятор дол-
жен уступить место другому, для
чего необходимо предусмотреть воз-
можность его отхода на безопасное
расстояние.
Ограничение 5. Преимущество предо-
ставляется тому манипулятору, кото-
рый получает кассету для обработки
за пределами линии нли своего мо-
дуля. В простейшем случае — это ма-
нипулятор № 1, загружающий линию.
Ограничение 6. Число манипулято-
ров в одном прямолинейном модуле
или в одной прямолинейной линии не
должно превышать 3—4, так как при
большем их числе эффективность при-
менения многопредметных линий сни-]
жается.
Расчет циклограмм для многомани-
пуляторных линий с учетом перечит
сленных ограничений выполняете^
аналогично тому, каи это было опи-
сано выше.
При расчете циклограмм могут
встретиться специальные условия.
Условие 1. Короткая операция.
В этом случае манипулятор должен
обязательно находиться на позиции
вместе с обрабатываемой кассетой.
Такая необходимость возникает на
коротких по длительности операция^
без допуска на их длительность:
7\= 1.
Условие 2. Когда рабочий раствор
быстро истощается, в результате чего
удлиняется время обработки, если
позволяют технологические условия,
сопроводительные операции можно вна-
чале сделать удлиненными, постепенно
уменьшая их длительность таким об-
разом, чтобы соблюдалось следующее
условие:
Th + Т h+i + Т h+2 = const.
Выполнение этого условия требует,
присутствия манипуляторов возле ве-
дущей и сопроводительных операций'
на все время их выполнения.
Такое требование снижает произ-
водительность линии, поэтому его не-
обходимо учитывать при расчете цик-
лограммы. Отказ от условия 2 ведет
к необходимости в пересчете цикло-
граммы по мере истощения раствора'
(увеличения длительности операции).'
Но тем не менее этот путь опять при-]
ведет к постепенному увеличению Тр,
и для сохранения постоянной произво-j
дительности необходимо будет преду-j
смотреть дополнительную ванну. i
В автоматизированных системах уп-?
равлення технологическими процесс?
сами (АСУ ТП) информация о текущим
значениях Тл и АТЛ оптимизируете®
с помощью математических моделей,!
Условие 3. Число манипуляторов,;
задействованных в одной линии или]
в одном модуле в разных цнклограм-i
мах (или даже в разных подциклах)й
может изменяться. Лишние манипу*|
ляторы выводятся из рабочей зонЫЙ
в депо.
Циклическое процесса в поточных линиях
609
Условие 4. Передача кассет с дета-
лями возможна между манипулято-
рами следующим образом:
на дополнительной передаточной по-
зиции, которая вносится в технологи-
ческий процесс в виде специальной
операции;
в верхнем промежуточном положе-
нии между основными позициями,
что возможно при наличии манипуля-
торов без опущенных ниже платформы
вертикальных направляющих для гру-
зозахватов;
непосредственно между манипулято-
рами, снабженными передаточными
модулями.
Условие 5. Кассеты могут постоянно
циркулировать в линии или покидать
ее. В первом случае в конце работы
пустые кассеты продолжают циркули-
ровать в линии вплоть до ее остановки.
Во втором случае вывод кассет из
линии и ввод вместо них новых вызван
следующими соображениями:
кассета специализирована иа обра-
ботке определенных деталей;
по условиям организации производ-
ства кассета должна поступить в на-
копитель (или из накопителя).
Условие 6. Это условие касается
работы в начале смены. Возможна ра-
бота с кассетами, которые упорядочен-
но расположены в конце предыдущего
рабочего дня. Другая возможность
заключается в работе в начале каж-
дого рабочего дня по специальной
программе до тех пор, пока не насту-
пит возможность работать в цикличе-
ском режиме.
Условие 7. В переменно-поточных
линиях для обеспечения безостано-
вочной смены циклограмм необходимо
предусматривать переходные про-
граммы.
Условие 8. Это условие касается во-
проса разгрузки и загрузки лимитиру-
ющей позиции при расчете циклограм-
мы.
Для того чтобы разгрузка лимити-
рующей позиции и загрузка ее новой
кассетой осуществлялись в одном под-
цикле, необходимо для лимитирующей
операции выполнить условие
Ук < Ук-1-
Это условие позволяет более эф-
фективно использовать лимитирующую
20 П/р В. Л. Зубченко
группу. В этом случае вначале осу-
ществляется выгрузка кассеты из ван-
ны, а через короткое время загрузка
новой кассеты, т. е. ванна будет рабо-
тать без простоя.
Условие 9. Для удобства расчетов
можно принимать транспортную по-
стоянную
Д/о = 1.
В этом случае условный расчетный
такт Тр для линии с одним манипуля-
тором следует увеличить на 30—40 %,
а при наличии трех манипуляторов —
уменьшить на 15—20%. После этого
минимальное значение Тр следует
определять миоговариаитиыми расче-
тами циклограмм иа стадии заполне-
ния матрицы результатов.
К сложным циклограммам, требу-
ющим специфического подхода прн
их решении, относятся следующие
циклограммы:
с переменным тактом Тр;
с отличающимися «предпроцессами»
(зона А) или «постпроцессами» (зона
В);
с разными технологическими про-
цессами— Aj, Б], Bk',
с заданными удельными «весами»
технологических процессов;
с заданными приоритетами техноло-
гических процессов;
с неограниченной очередью заявок.
ЦИКЛИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
В ПОТОЧНЫХ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ
ЛИНИЯХ
Существенное значение для правиль-
ной организации работы поточной ав
томатизироваиной линии имеет зна-
ние характера циклических процессов,
происходящих в линии.
Если в поточной линии имеется одна
лимитирующая группа и последова-
тельность обслуживания позиций этой
группы такова, что каждую позицию
манипулятор обслуживает через число
подциклов, равное числу ванн, то
мы имеем дело с простым циклом.
Если число подциклов в цикле больше
числа лимитирующих позиций в груп-
пе, то такой цикл будем называть
сложным.
610
Автоматизированное проектирование расписаний работы АГЛ
В линии может быть две и более
лимитирующих групп, каждая из ко-
торых обслуживается по простому или
сложному циклу. В этом случае мы
имеем дело с составным циклом обслу-
живания лимитирующих групп.
Например, в линии имеются две
лимитирующие группы из трех и
четырех позиций. При простых циклах
обслуживания каждой из групп со-
ставной цикл будет состоять из 3 X
X 4 = 12 подциклов.
Если задать для первой группы слож-
ный цикл обслуживания: —1—2—1—4,
т. е. из четырех подциклов (при трех
позициях), то составной цикл также
будет состоять из четырех подциклов.
В линии всегда находятся несколько
технологических спутников — кассет
или барабанов, которые циркулируют
через лимитирующие, начальные и
конечные позиции линии по опре-
деленной довольно сложной законо-
мерности.
Практически эту закономерность
можно определить, построив большое
число подциклов циклограммы и про-
следив за перемещением кассет. Зна-
ние этих закономерностей бывает не-
обходимо, если встречаются случаи,
когда каждый циркулирующий в ли-
нии технологический спутник (кас-
сета) должен всегда попадать на строго
определенные позиции лимитирующих
групп и т. д В этом случае наблюда-
ются «циклы обращения кассет», вклю-
чающие некоторое число составных
циклов. Таким образом, полные циклы
обращения кассет представляют зна-
чительный интерес при анализе много-
предметных непрерывно- и переменно-
поточных линий.
На величину полного цикла суще-
ственное влияние оказывают:
число лимитирующих групп в по-
точной линии;
число позиций в каждой лимитиру-
ющей группе;
порядок обслуживания позиций в
каждой лимитирующей группе (про-
стой или сложный цикл);
число технологических спутников,
находящихся в поточной линии.
Указанные зависимости проиллю-
стрированы на примерах, приведенных
в табл. 14, 15, где буквами а—ж
обозначены кассеты, находящиеся в
Порядковый номер подцикла (с начала условного отсчета) 1Л и т. д.
Я О й ч « ь
ео «О И Я Ч О «
еч Д Д 0) СВ ю
Я О 40 « и
о <и Ч «О я Я t-t
о ч «О й и «
оо вс щ и я ч
Ь- Л Ю Ю Ф Д
40 Ю Д Д Ф св
1Л Д Д Ф в KfO
Я 0J ч я <о Я
ео <U ч Я Я «о я
еч ч в Я Я «О (U
в «о я я <и ч
о в О Я я Ч К
Наименование пози- ций, иа которых находятся кассеты в начале каждого подцикла Позиция монта- жа-демонтажа Подготовится ь ные операции Лимитирующая группа Заключительные операции
Примечание. Порядок обслуживания лимитирующей группы
Порядок обслуживания лимитирующих групп
611
15. Пример циклов обращения кассет
Порядковый иомер подцикла (с начала условного отчета) ю и т. д. I Примечание. Порядок обслуживания лимитирующей группы Рл> г = —1—2—1—3. |
И V «О X Я t-t
со £4 ю (я вс со д
сч (V О Е( t- Й С8
2 ю < й и а <у
о X я S а я
а и а й с е(
со Я П «О X Я и
ь» и и х я я
<о а ю щ с х я
иэ ю и (н Я « а д
а; д < й и ао
со U X «о и я я
ся < а© й а> д
-• я о ь. а я х
о я о п х я
Наименование пози- ций, иа которых на- ходятся кассеты в начале каждого подцикла Позиция монта- жа-демонтажа Подготовительные операции Лимитирующая группа Заключительные операции
различных вонах поточной линии.
В каждом подцикле (через промежу-
ток времени, равный такту) осуществ-
ляется перемещение кассет на один
шаг. Здесь для упрощения не рассма-
триваются позиции, на которых кас-
сеты бывают между началом и концом
подцикла.
Полный цикл завершится, когда
кассеты вновь установятся в очеред-
ности, изображенной в нулевом по-
ложении.
Из приведенных примеров, если их
построить на большое число подцик-
лов, что позволяет избежать построе-
ния громоздких циклограмм, видно,
на какие позиции лимитирующей груп-
пы при заданном порядке обслужива-
ния попадают те или иные кассеты,
т. е. можно определить, попадает ли
кассета постоянно на определенную
позицию лимитирующей группы или
«блуждает» по ее позициям в разных
подциклах. Так, из табл. 14 видно,
что при Рл ,г = —1—2—1—3 ЛП1
упорядоченно посещают только кас-
сеты б, г, ж, ЛП2 — в, д, ЛПЗ —
а, е, т. е. в этом случае можно специа-
лизировать ванны и кассеты, напри-
мер ЛПЗ специализировать для бара-
банов.
ПОРЯДОК ОБСЛУЖИВАНИЯ
ЛИМИТИРУЮЩИХ ГРУПП
Порядок обслуживания лимитиру-
ющих групп Рл.г для числа позиций
в Л Г от 2 до 6 представлен в табл 13.
Порядок пользования таблицей рас-
смотрим на примере Ns 7. ЛГ состоит
из трех ванн; Рл. г — —1—2—1—3—.
В порядке обслуживания группы по-
казаны четыре цифры, следовательно,
полный цикл состоит из четырех под-
циклов, что зафиксировано в графе 4
таблицы. В графе 5 таблицы последо-
вательно сверху вниз перечислены
порядковые номера лимитирующих по-
зиций: 1, 2, 3.
В строке с ЛП1 в графе 7, где гово-
рится о кратности длительности лими-
тирующей операций расчетному такту
работы линии, находим, что при дли-
тельности 27’р операции на позиции
Ns 1 будет обработано 50 % всех
технологических спутников. В гра-
20*
612
Автоматизированное проектирование расписаний работы АГЛ
фах 6 и 8 с длительностью /7Л и ЗТЛ
обработка ни в какой ванне не произ-
водится. Зато в графе 9 на ЛП2 и
ЛПЗ будет обработано по 25 % всех
кассет с длительностью
7л = 47р.
Других вариантов обработки при
данном Рл_ г в табл. 13 нет. Анало-
гично следует рассматривать все
29 примеров, приведенных в табл. 13.
Табличные данные сравниваются с
заданными производственными значе-
ниями Рл_ г, 7р, Пч, 7Л, пл и подби-
раются ближайшие табличные зна-
чения. Если в одном порядке Рл. г
нельзя реализовать все требуемые па-
раметры, то назначается несколько
значений Рл, г, соответствующих на-
личному числу лимитирующих пози-
ций. При этом могут изменяться по-
мимо значений 7Л значения 7р и число
задействованных лимитирующих по-
зиций.
Кроме представленных в табл. 13
можно создавать другие варианты Рл_ г.
ОФОРМЛЕНИЕ РАССЧИТАННЫХ
ЦИКЛОГРАММ
Циклограмма является маршрутно-
технологическим графиком, увязыва-
ющим процесс обработки деталей с
транспортными операциями по их пе-
ремещению в поточной линии.
Циклограмма позволяет определить
следующие параметры поточной линии:
1. Такт работы;
2. Последовательность выполне-
ния технологических операций;
3. Последовательность выполнения
транспортных операций;
4. Фактическую продолжитель-
ность технологических операций;
5. Продолжительность транспорт-
ных операций;
6. Число манипуляторов, обслужи-
вающих данную поточную линию;
7. Номенклатуру технологических
процессов, выполняемых в данной по-
точной линии (поданной циклограмме);
8. Удельный вес каждой техноло-
гической программы в общей про-
грамме;
9. Число задействованных техно-
логических спутников — кассет, бара-
банов и т. д.;
10. Характер циркуляции техноло-
гических спутников;
11. Полную характеристику потока
и т. д.
Циклограмма может быть выполнена
либо графически, либо таблично.
Графическое выполнение (в опреде-
ленных пределах) обладает более высо-
кой наглядностью. Однако для слож-
ных (суточных) графиков эта нагляд-
ность уже теряется.
Так, при двухсменной работе (15 ч =
= 54 000 с) длина циклограммы в мас-
штабе 3 с = 1 мм составляет 18 м,
а в масштабе 10 с = 1 мм (резко
сниженная наглядность) ее длина будет
5,4 м, что также неудобно в обращении.
Поэтому в этом случае более целесооб-
разным является табличное оформле-
ние циклограмм.
Код рейса может содержать допол-
нительные требования к операции:
выжидание с поднятым грузом (для
стекания растворов); полоскание (для
интенсификации процесса), «ступенча-
тое» опускание и «ступенчатый» подъем
(с промежуточными остановками) и
другие требования.
В циклограмме указываются как
рабочие, так и холостые рейсы. Раз-
ность между временем окончания хо-
лостого рейса на данной позиции и
временем окончания предшествова-
вшего рабочего рейса на этой же пози-
ции дает длительность данной опера-
ции, которую можно сравнить с усло-
виями матрицы исходных данных.
Когда заявки следуют подряд (на-
личие «нулевого» холостого рейса),
длительность очередной операции бе-
рется непосредственно из графы «Ма-
трица исходных данных».
Продолжительность рейса и его дли-
на определяются расчетом.
Если при сравнении с соответству-
ющим числом исходной матрицы ока-
жется, что время операции еще ие
достигло заданного минимального опе-
рационного времени 7дт1п, то необ-
ходимо определить эту разницу и реа-
лизовать ее в виде функции «дожнда-
ния» манипулятора. Для этого надо
выполнить следующие вычисления.
Продолжительность рабочего рейса
Т'р. р = + Тп.о + Тп. р +
+ U пыжА^дож)-
Новые методы расчета алгоритма работы АГЛ
613
Продолжительность холостого рейса
Гх. р = Тъ ш-
С достаточной для практических
расчетов степенью точности можно
принять;
продолжительность горизонтального
перемещения за полный рейс, мин
(Nj-Ni) 0,05;
продолжительность подъема-опуска-
ния грузозахватов. Для УГАЛ
Тп. о 0,3 мин;
абсолютное время на конец г-го рейса
п п
ТAt ~ Тх. р + V, Т'р. р;
i—l 1^=1
абсолютное время на конец /-го рейса
? Aj = Т-х. р + Т'р. р»
/=1
накопленное время между i-м и /-м
репсами, мин
ATj/ = Та}~ Tai-
Программируемое время дожидания
определяется из следующего условия:
,Тh min • ATij, если
rp _____ ATfj <Z Th mini
1ДОЖ~ 0, если Tk mln < АТц <
< Th max>
гДе Thmxn и Th max —соответственно
наименьшая и наибольшая продол-
жительность й-й операции.
Если Тдож > Th max, то решения
нет.
При наличии «условного» рейса про-
<раммируемое время выжидания ма-
нипулятора на позиции вместе с гру-
зом (грузозахваты опущены) прини-
маем
Tвыж — Th mm-
НЕКОТОРЫЕ НОВЫЕ МЕТОДЫ
расчета алгоритма работы
АГЛ
Рассмотренные выше методы рас-
чета расписания и циклограмм допу-
скали машинную интерпретацию, но
все же были по замыслу ориентиро-
ваны на расчеты без применения ЭВМ.
Этим объясняется стремление избежать
громоздкости вычисления, опустить
малозначительные нюансы или упро-
стить их учет и сделать его прибли-
женным. Примером тому служит «воль-
ное» назначение длительности холо-
стых и рабочих рейсов манипулятора.
При разработке методов расчета
специально для ЭВМ нет необходимо-
сти прибегать к упрощениям такого
рода.
Ниже приведено изложение основ-
ных идей построения некоторых ма-
шинных алгоритмов.
Метод последовательного констру-
ирования с перераспределением резер-
вов. Сначала вычисляются заявки (вы-
зовы) манипулятора в пределах вре-
мени такта. Это делается в принципе
так же, как предписывается форму-
лами (6), но с точным учетом времени
рабочих рейсов манипулятора. Дли-
тельности операций при этом назна-
чаются средними.
Полученные заявки (т. е. значения
t/h) затем ранжируются, т. е. записы-
ваются в виде последовательности воз-
растающих значений. Далее проводит-
ся анализ возможностей выполнения
этих заявок манипулятором с учетом
не только рабочих, но и холостых
рейсов. Если между двумя последова-
тельными выполнениями заявок ока-
зывается «свободное» время, оно яв-
ляется резервом. Если же обслужива-
ние двух операций перекрывается во
времени, то возникает дефицит. Вы-
явленные дефициты компенсируются
резервами по некоторому эвристиче-
скому формализованному алгоритму.
Такая компенсация, конечно, изме-
няет длительности некоторых опера-
ций. Поэтому после компенсации сле-
дует проверить, не вышли ли новые
длительности операций за допустимые
пределы. Одновременно вычисляются
новые заявки, и процедура повторя-
ется.
Метод последовательного конструи-
рования с перераспределением ре-
зерва разработан в Казанском химико-
технологическом институте.
Метод статистических испытаний.
Конкретный набор длительностей опе-
раций, определяющий расписание ма-
нипулятора, можно рассматривать как
614
Автоматизированное проектирование расписаний работа АГЛ
точку в многомерном пространстве.
Размерность пространства равна числу
операций, а длительности операций —
это координаты точки. Ограничения,
наложенные на длительности и на
заявки, определяют границы объема
многомерного пространства, в котором
находятся допустимые точки. Каждой
точке соответствует свое время такта.
Задача заключается в нахождении
точки с минимальным временем такта.
Эта точка ищется перебором — после-
довательными пробами точек, выбирае-
мых случайно в указанном объеме.
После перебора, например, тысячи
точек выбирается точка с минималь-
ным временем такта. С увеличением
числа перебираемых точек вероятность
найти вариант, достаточно близкий
к оптимальному, приближается к еди-
нице. Формализация этих идей яв-
ляется довольно сложной задачей.
Метод равномерно распределенных
последовательностей. Число пере-
бираемых точек можно существенно
сократить, если выбирать их не слу-
чайным образом, а с помощью так
называемых равномерно распределен-
ных последовательностей. При этом,
однако, возрастает сложность алго-
ритма из-за необходимости построения
равномерно распределенной последо-
вательности в объеме многомерного
пространства, заданном довольно слож-
ными границами.
КОНСТРУИРОВАНИЕ
НЕЦИКЛИЧЕСКИХ РАСПИСАНИЙ
МНОГОПРЕДМЕТНЫХ
ДЕТЕРМИНИРОВАННЫХ
ПОТОКОВ АГЛ С ОДНИМ
МАНИПУЛЯТОРОМ
Под детерминированным потоком
понимается поток заявок на обработ-
ку, сформированный по определенным
правилам и представленный в виде
зафиксированной очереди подвесок.
Сам принцип формирования очереди
не имеет в данном случае значения.
Это может быть расстановка деталей
в порядке срочности обработки, в ос-
нову построения могут быть также
положены экономические соображе-
ния и т. д., важен лишь факт фикса-
ции очереди. Наиболее вероятно, что
такая очередь не будет вписываться
ни в какие циклограммы и должна
быть обработана по фактически заяв-
ленным требованиям на обработку.
Каждая подвеска может в принципе
требовать обработки по своей, только
ей в этой очереди присущей технологи-
ческой программе.
Организация работы по нецикличе-
ским расписаниям. АГЛ, работающая
по нециклическим расписаниям, будет
обладать максимальной производствен-
ной гибкостью при обработке различ-
ных партий деталей, вплоть до еди-
ничных. Для обеспечения гибкости
АГЛ необходимо предусмотреть допол-
нительные мероприятия, включающие
конструктивную доработку линии и
организацию системы управления.
Конструктивные доработки сводят-
ся к необходимости оснастить АГЛ
накопителем штанг (или барабанов
для барабанных линий). Функции на-
копителя штанг — хранить штанги,
не требующиеся в данный момент на
линии. Система управления накопи-
телем должна обеспечить синхронную
подачу штанг на монтажные стойки
в случае необходимости ввода на линию
новых подвесок и автоматически выво-
дить штанги с монтажных стоек в на-
копитель, когда в них отпала необхо-
димость на линии. На практике при-
меняют два типа накопителей: гори-
зонтальные и вертикальные.
Накопители горизонтального типа
представляют собой ряд монтажных
стоек, установленных в торце АГЛ.
Обслуживание накопителя, как пра-
вило, ведется манипулятором АГЛ.
Накопители такого типа применяют
для хранения штанг с подвесками при
организации работы АГЛ в третью
смену, с минимальным числом обслу-
живающего персонала. Накопители
вертикального типа предстанляют со-
бой специальную конструкцию с соб-
ственными приводами, имеющими спе-
циальную систему управления. При-
мер такого накопителя приведен на
рис. 3.
Требования к модернизации системы
управления при организации гибкого
управления АГЛ включают: организа-
цию разделения системы управления
на программную и аппаратную части
Конструирование нециклических расписаний
615
Рис. 3. Накопитель штанг вертикального
типа;
/ — манипулятор; 2 — накопитель верти-
кального типа; 3 — ванны АГЛ; 4 — пульт
управления
и обеспечение системы необходимой
информацией. Функциональная схема
системы управления манипулятором
АГЛ показана на рис. 4.
Разбивка функций управления для
реализации аппаратными или про-
граммными средствами может быть
осуществлена по различным границам.
Минимальный объем аппаратных
средств будет в случае, если аппаратно
решать только отображение информа-
ции и выдачу команд на включение
электромоторов манипуляторов. При
этом варианте устройства связи с объ-
ектом (УСО) вся информация с дат-
чиков линии подается в ЭВМ, что
вызывает увеличение числа внешних
устройств, присоединяемых к ЭВМ,
Рис. 4. Функциональная схе-
ма системы управления ма-
нипулятором:
/ — ввод технологического
задания; 2 — подстройка
подвесок для обработки (ка-
ждая по своей технологиче-
ской программе); 3 — фор-
мирование команд управле-
ния манипулятором в виде
двоичных кодов; 4 — фор-
мирование команд манипу-
лятору на уровне включения
пускателей; 5 — формиро-
вание информации о поло-
жении манипулятора; б —
анализ аварийных ситуаций;
7 — отображение информа-
ции иа индикаторы
и значительно увеличивается программ-
ное обеспечение системы. Недостатком
этого варианта является невозмож-
ность управлять процессом при отказе
ЭВМ.
Наиболее оптимальной является реа-
лизация управления манипулятором
по варианту, где наиболее логически
разветвленная и громоздкая часть
управления реализована на ЭВМ, а
формирование команд из кодов в
команды, управляющие пускателями,
анализ и отображение информации,
формирование сигнала «Команда вы-
полнена» реализуются аппаратно. По
этому принципу выполнено большин-
ство командоаппаратов, разработан-
ных для работы совместно с УВМ
(примеры приведены в гл. 14). Инфор-
мация о типах подвесок, подаваемых
на линию, в системе управления АГЛ
при работе по нециклическим расписа-
ниям подается на специальное табло,
расположенное на монтажном участке.
Принципы и алгоритмы построения
нециклических расписаний. Уже
в первых разработках систем управле-
ния манипуляторами от УВМ были
применены принципы построения не-
циклических расписаний. При по-
строении очереди транспортирования
деталей от ванны к ванне стремились
минимизировать холостые простои ма-
нипуляторов и ванн основного покры-
тия. Одна из первых программ транс-
портирования деталей по линии содер-
жит 14 функциональных блоков и
обеспечивает управление двумя ма-
нипуляторами на однородной линии.
Разработка алгоритма основывалась
на анализе циклограмм перемещения
манипуляторов.
Суть алгоритма заключалась в том,
что выделялись три зоны обслужива-
ния: подготовительных операций, ос-
новных операций и финишных опе-
раций. По зонам обслуживания мани-
пуляторами линия делится на две
части, объединенные передаточной ван-
ной- Первый манипулятор обслуживает
подготовительные операции и загрузку
в основные ванны, второй — выгрузку
из основных ванн и обслуживание
финишных операций. После соверше-
ния своих подциклов манипуляторы
возвращаются в исходные состояния.
Во время работы АГЛ производится
616
Автоматизированное проектирование расписаний работа АГЛ
слежение ва запросами иа обслужива-
ние основных ванн и их запросам
отдается приоритет перед запросами
других ванн, т. е. манипулятор может
прервать выполнение подцикла, об-
служить, например, выгрузку из ос-
новной ванны и затем довести до
конца подцикл обработки оставленной
им подвески.
При фиксированной очереди каж-
дая подвеска из очереди на обработку
имеет свой технологический маршрут,
где указаны порядок посещения ванн
в АГЛ и выдержки в них. Подвески,
имеющие одинаковые маршруты и вы-
держки, образуют тип деталей.
Каждую технологическую програм-
му можно представить в виде сово-
купности временных последовательно-
стей посещения ваии. Конец каждого
элемента последовательности означает
вызов манипулятора для обслужива-
ния подвески, т. е. ее переноса в сле-
дующую ванну.
С момента включения линии работу
манипулятора также можно предста-
вить в виде совокупности отрезков
времени — «занятости» манипулятора
и «свободы». При обслуживании одной
подвески время между концом интер-
вала занятости (п — 1)-го запроса
и началом интервала занятости п-го
запроса равно времени выдержки в п-й
ванне.
Для управления манипулятором от
управляющей вычислительной машины
(УВМ) при совместной обработке не-
скольких подвесок (каждой по своей
программе) необходимо выполнять два
условия: запросы на обработку в ван-
нах от различных подвесок не должны
совпадать во времени; отрезки заня-
тости манипулятора для данной под-
вески должны соотвегствовать во вре-
мени отрезкам «свободы» этого мани-
пулятора для других подвесок.
Сущность алгоритма управления при
нециклическом расписании движения
манипулятора АГЛ заключается в по-
следовательном выполнении следую-
щих правил:
1. Формирование отрезков занято-
сти и свободы манипулятора прн
обслуживании первой подвески;
2. Назначение точки ввода второй
подвески: точка ввода назначается
после освобождения первой (предыду-
щей) подвеской первой ванны из тех-
нологического маршрута второй (по-
следующей) подвески;
3. Производится проверка на сов-
падение занятости ванн предыдущей
н последующей подвесками. Проверка
считается выполненной, если /посл —
— ^пред > 0. В случае невыполнения
условия отодвигается точка ввода по-
следующей подвески;
4. Производится проверка на спо-
собность манипулятора обслуживать
последующую подвеску. Проверка счи-
тается выполненной при условии А >0,
/1П — tin > 0. В случае невыполнения
этого условия отодвигается точка ввода
и проверка производится вновь;
5. После определения точки ввода
формируется совмещенная последова-
тельность отрезков «занятости» и «сво-
боды» манипулятора при обслужива-
нии двух подвесок;
6. Назначается точка ввода третьей
подвески, как в правиле 2 и произво-
дится проверка по правилам 3, 4
и т. д.;
7. Все запросы на движение мани-
пулятора для обслуживания подвесок,
подстроенных на линию до точки
ввода подстраиваемой подвески фор-
мируются в массив команд манипу-
лятора;
8. Массив команд перестраивается
в очередность по возрастанию реаль-
ного времени вызова команд Л4ВЫЗ;
9. Из массива Л4ВЫЗ формируется
массив исполнительных команд Л4ИСП,
для чего каждой команде из массива
Л4Выз присваивается признак «За гру-
зом» или «С грузом». Совершить
движение по очередному адресу.
Признаки присваиваются по сле-
дующему правилу. Первая команда от
монтажного стола взять готовую под-
веску — всегда «С грузом». Последу-
ющей команде присваивается признак
«За грузом», если она предназначена
для обслуживания другой подвески,
и признак «С грузом», если команда
обслуживает ту же подвеску.
Команды из массива Л4ИСП предста-
вляют очередь команд (нециклическое
расписание), выполнение которых ма-
нипулятором обеспечит обработку вве-
денных иа линию подвесок по их тех-
нологическим картам.
Для работы алгоритма необходимо
Конструирование нециклических расписаний
617
организовать промежуточные рабочие
и выходные массивы. Массив Л41
образуется из очереди подвесок с при-
знаками номера по порядку и типа
деталей. Массив М2 составят техно-
логические маршруты (типы) деталей.
Задается также массив ванн М3,
выведенных в ремонт. Указывается
также массив /И 4 ванн, в которых
разрешено несколько передерживать
в случае необходимости подвески ван-
ны промывки.
Обьемы массивов и соответственно
память, необходимая для их записи,
зависят от конкретных условий произ-
водства. Оценки их выглядят следу-
ющим образом. Общее число типов
подвесок может достичь 103—10* —
это оценочная величина всего массива
М2. За одну рабочую смену наиболее
характерный размер массивов ориен-
тировочно можно принять для одной
линии: массив Ml имеет размерность
порядка 0,5—2-102, массив М2 тео-
ретически может иметь ту же размер-
ность, что и Ml, практически за смену
составляет 3—10.
Число ванн (массив Mi), в которых
можно производить задержку ванны
с «плавающим» временем обработки
составляет 10—20 % от числа всех
ванн в линии. Эти четыре входных
массива дают информацию, необходи-
мую для построения нециклического
расписания АГЛ. Кроме рассмотрен-
ного предложены другие способы реа-
лизации алгоритма построения нецик-
лического расписания.
Алгоритмы построения нецикличе-
ских расписаний позволяют органи-
зовать работу АГЛ в различных режи-
мах. Так, при подаче деталей одного
типа будет реализована работа по
циклограмме, которая автоматически
получится в результате подстройки
однотипных деталей. Иногда на прак-
тике применяют работу АГЛ в темпе,
который диктуется ограниченными воз-
можностями монтажного участка, т. е.
запуск деталей осуществляется не в за-
ранее заданном темпе, а по мере готов-
ности подвесок для запуска. В этом
случае система управления по сигналу
с монтажного участка о готовности
очередной подвески подстраивает ее
на обработку к уже находящимся на
линии, оценивая сложившуюся на
АГЛ ситуацию. Производительность
линии при этом будет ниже расчетной.
Реакция системы управления АГЛ
при нециклическом способе управле-
ния на ввод в обработку «новой», не
заявленной ранее подвески в немалой
степени будет зависеть от ситуации,
сложившейся на линии и может быть
оценена величиной порядка несколь-
ких минут. При организации нецикли-
ческих расписаний возникает задача
построения очереди запуска подвесок.
Уже в одной из первых систем, разра-
ботанной на заводе «Арсенал» (г. Киев),
основное внимание было уделено опти-
мизации расстановки деталей в очередь
на обслуживание и управление манипу-
ляторами из условий получения воз-
можного в конкретной ситуации ми-
нимального времени прохождения де-
талей вдоль технологической линии.
Возможны различные производствен-
ные ограничения на очередность за-
пуска. Если же эти ограничения отсут-
ствуют, то в реальных условиях галь-
ванического цеха можно ожидать по-
вышения производительности АГЛ за
счет оптимизации построения очереди
до 30 %.
ГЛАВА 17
ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ
ЭФФЕКТИВНОСТИ
ПРОИЗВОДСТВА
ПОКРЫТИЙ
РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ
экономической
ЭФФЕКТИВНОСТИ
Экономическая эффективность вне-
дрения гибких автоматизированных
гальванических линий определяется
на основании <Методики (основные
положения) определения экономиче-
ской эффективности использования в
народном хозяйстве новой техники,
изобретений и рационализаторских
предложений», утвержденной постано-
влением Государственного комитета
по науке и технике СССР, Госпла-
ном СССР, Академией наук СССР,
Государственным комитетом Совета
Министров СССР по делам изобрете-
ний и открытий 14 февраля 1977 г.,
и разъяснения к ней № 473/227/117/9,
утвержденного 24 августа 1983 г.
(Экономическая газета №41, 1983 г.,
с. 16).
Согласно методике экономическая
эффективность АГЛ определяется для
экономического обоснования выбора
наилучшего варианта создания и вне-
дрения АГЛ и расчета фактической
экономической эффективности внедре-
ния АГЛ.
Решение о целесообразности созда-
ния и внедрения автоматизированных
гальванических линий должно при-
ниматься на основе экономического
эффекта, определяемого исходя из
годового объема гальванического про-
изводства линий в расчетном году
(годового экономического эффекта).
Определение годового экономиче-
ского эффекта основывается на сопо-
ставлении приведенных затрат базо-
вого и нового вариантов новой тех-
ники.
Приведенные эатраты определяются
по формуле
3 = G+EaK, (1)
где 3 — приведенные затраты, руб.;
С — себестоимость покрытий, руб.;
К — удельные капитальные вложения
в производственные фоцды, руб.;
Ен — нормативный коэффициент эф-
фективности капитальных вложений,
равный 0,15.
Сопоставимость вариантов. При
определении годового экономического
эффекта должна быть обеспечена сопо-
ставимость сравниваемых вариантов
по следующим параметрам: объему
продукции; качественным параметрам;
фактору времени (лаг времени); со-
циальным факторам производства и
использования продукции; методам ис-
числения показателей.
Для сопоставимости вариантов по
объему производимой продукции рас-
четы экономической эффективности
проводятся на одинаковую программу
по покрываемой поверхности.
Так как на автоматизированной
линии качество покрываемой поверх-
ности значительно выше, чем при руч-
ной обработке или на механизирован-
ной линии, для сопоставимости вари-
антов по качественным параметрам
базовый вариант следует дополнить
операциями, применение которых уст-
ранит эти различия. Кроме того,
привести сопоставимые варианты и
тождественному качеству можно в
сфере эксплуатации с помощью коэф-
фициентов, получаемых путем сравне-
ния долговечности покрытия.
Для сопоставимости вариантов по
социальным условиям (охрана труда,
техника безопасности и т. д.) следует
в базовом варианте учесть дополни-
тельные капитальные и текущие за-
траты, которые могут обеспечить те же
социальные условия, что и примене-
ние автоматизированной линии.
При расчете годового экономиче-
ского эффекта от внедрения автомати-
эированной гальванической линии не-
обходимо учитывать фактор времени
рекомендации по определению
619
1. Коэффициенты приведения по фактору времени
t at 1 at t at 1_
1 1,1000 0,9091 11 2,8531 0,3505
2 1,2100 0,8264 12 3,1384 0,3186
3 1,3310 0,7513 13 3,4522 0,2897
4 1,4641 0,6830 14 3,7975 0,2633
5 1,6105 0,6209 15 4,1772 0,2394
6 1,7716 0,5645 20 6,7274 0,1486
7 1,9487 0,5132 25 10,8346 0,0923
8 2,1436 0,4665 30 17,4492 0,0573
9 2,3579 0,4241 40 45,2587 0,0221
10 2,5937 0,3855 50 117,3895 0,0085
в том случае, когда капитальные вло-
жения осуществляются в течение ряда
лет, а также когда текущие издержки
и результаты производства вследствие
изменения режима работы АГЛ суще-
ственно меняются по годам эксплуа-
тации.
Фактор времени учитывается путем
приведения к одному моменту времени
единовременных и текущих затрат на
внедрение базового и нового вариан-
тов с помощью коэффициентов приве-
дения по формуле
«, = (! + Е)', (2)
где а, — коэффициент приведения;
Е — норматив приведения, равный
0,1; t — число лет, отделяющих за-
траты и результаты данного года от
расчетного года.
Затраты и результаты, осуществляе-
мые и получаемые до начала расчет-
ного года, умножаются на коэффи-
циент приведения, а после расчетного
года делятся иа этот коэффициент.
Полученные значения учитываются в
составе годовых приведенных затрат.
Коэффициенты приведения, рассчи-
танные по формуле (2), представлены
в табл. 1.
Лаг времени является фактором,
снижающим годовой экономический
эффект от внедрения автоматизирован-
ной гальванической линии вследствие
более длительных! сроков проектиро-
вания, внедрения и отладки линии.
Приведение разновременных затрат ис-
пользуются в расчетах годового эко-
номического эффекта н не может слу-
жить основанием для изменения смет-
ной стоимости оборудования.
Обязательным условием сопостави-
мости вариантов является обеспечение
одинаковой достоверности исходных
данных, одинаковых методов и сте-
пени точности расчета капитальных
вложений и затрат по вариантам, рас-
чет должен вестись в сопоставимых
ценах, принятых для определении
капитальных затрат и себестоимости.
Если автоматизированная линия
заменяет морально устаревшее или
физически изношенное оборудование
действующего производства, то оно
в расчетах эффективности заменяется
современным аналогичным оборудова-
нием. Оптовые цены на это оборудова-
ние прииимаютси согласно прейску-
рантам, действующим с 1 января
1982 г.
Для принятия решения о целесооб-
разности создания гибкой автомати-
зированной линии необходимо опре-
делять экономический эффект от произ-
водства и использования автоматизи-
рованной линии по формуле
а __ о Pj-j- ।
1 В, Р2 + Ен +
гдеЗ} — приведенные затраты базового
нарианта, определяемые по формуле
620
Экономическая эффективность автоматизированного производства
2. Коэффициенты реновации новой техники
(рассчитанные по формуле Р =
1,
Е
(1 +Е)
Т -
где Т — срок службы новой техники)
Т, лет Р Т, лет Р Т, лет р
1 1,0000 8 0,0874 15 0,0315
2 0,4762 9 0,0736 20 0,0175
3 0,3021 10 0,0627 25 0,0102
4 0,2155 11 0,0540 30 0,0061
5 0,1638 12 0,0468 40 0,0022
6 0,1296 13 0,0408 50 0,0008
7 0,1054 14 0,0357
(1), руб. Базовым оборудованием долж-
на быть лучшая имеющаяся или спро-
ектированная техника в СССР (или
зарубежная техника, которая может
быть закуплена или разработана в
СССР на основе приобретения лицен-
зии) ;
32 — приведенные затраты нового
варианта, руб;
— коэффициент учета роста про-
изводительности базового оборудова-
ния и автоматизированной линии;
и В2 — годовые объемы продук-
ции, производимые базовым и новым
оборудованием, м2;
р । р
р1--; „н--коэффициент учета из-
“г-Си
менения срока службы нового обору-
дования по сравнению с базовым;
Pi и Р2 — доли отчислений от
балансовой стоимости на полное вос-
становление (реновацию) базового и
нового оборудования;
Р2 + Ен ЭК0Н0'
мияпотребителя на текущих издержках
эксплуатации и отчислениях от со-
путствующих капитальных вложений
за весь срок службы нового оборудова-
ния по сравнению с базовым;
К'х и Л2 — сопутствующие капиталь-
ные вложения потребителя (без учета
стоимости рассматриваемого оборудо-
вания) при использовании базового
и нового оборудования в расчете на
объем продукции, производимой с по-
мощью нового оборудования (доставка
и монтаж оборудования, стоимость
площади, занимаемой оборудованием),
РУб.;
и И'2 — годовые эксплуатацион-
ные издержки потребителя при ис-
пользовании им базового и нового
оборудования, руб.
Доли отчислений от балансовой стои-
мости на полное восстановление рас-
считываются как величины, обратные
срокам службы с учетом морального
износа оборудования. Для более точ-
ного расчета они должны приниматься
по табл. 2.
В годовых эксплуатационных из-
держках потребителя учитывается
часть амортизационных отчислений,
предназначенных только на капиталь-
ный ремонт, а также амортизационные
отчисления по сопутствующим капи-
тальным вложениям потребителя.
Годовой экономический эффект от
применения гибкой автоматизирован-
ной линии определяется по формуле
Э = (Cj + ЕМ - (С2 + ЕМ (4)
где Сх — себестоимость годовой про-
дукции по базовому варианту, руб.;
С2 — себестоимость годового выпуска
продукции на линии, руб.; Кх и К2 —
капитальные вложения соответственно
по базовому и по новому вариантам,
РУб.
При определении капитальных вло-
жений по сравниваемым вариантам
следует учитывать стоимость жилищ-
ного и культурно-бытового строитель-
Оценка трудоемкости
621
с1ва из расчета 6600 р., в том числе
200 р. — стоимость 1 м2 площади
жилых зданий; 13 м2 — норма общей
площади на 1 чел.; 2,8 — коэф-
фициент семейности; 0,7 — коэффици-
ент обеспеченности; 1,3 — коэффици-
ент, учитывающий затраты на куль-
lypiio бытовое строительство.
При расчете заработной платы сле-
дует дополнительно принимать коэф-
фициент, учитывающий выплаты из
общественных фондов потребления,
равный 1,35.
При внедрении АГЛ взамен приме-
нения стационарных ванн необходимо
учитывать социально-экономический
эффект, получаемый в результате
уменьшения юдовою ущерба, нано-
симого народному хозяйству загряз-
нением окружающей водной среды
отходами гальванического производ-
ства, который определяется в соот-
ветствии с «Временной типовой мето-
дикой определения экономической эф-
фективности осуществления природо-
охранных мероприятий и оценки эко-
номического ущерба, причиняемого на-
родному хозяйству загрязнением ок-
ружающей среды» от 21 октября 1983 г.,
разработанной объединенной комис-
сией АН СССР и ГКНТ и одобренной
постановлением Госплана СССР, Гос-
строя СССР и Президиума АН СССР.
Экономическая оценка годового
ущерба У от годичного сброса загряз-
няющих примесей в водохозяйствен-
ный участок предприятием опреде-
ляется по формуле
У = уокМ, (5)
где У — ущерб от сброса загрязняю-
щих примесей, руб.; у — константа
(рекомендуется принимать у = 144 р.);
стк — константа, имеющая разное зна-
чение для различных водохозяйствен-
ных участков (табл. 3); М — приве-
денная масса годового сброса приме-
сей данным источником в водохозяй-
ственный участок, усл. т.
Значение величины М определяется
по формуле
N
М = S Atmi> (6)
z=i
где i — номер сбрасываемой примеси;
N — общее число загрязняющих при-
месей, сбрасываемых предприятием;
At — показатель относительной опас-
ности сброса i-ro вещества в водоемы,
усл. т/т; т{ — общая масса годового
сброса Z-й примеси, т/год.
Так как потери рабочих растворов
и химикатов при работе на автомати-
зированных линиях примерно на 20 %
ниже, чем при работе в стационарных
ваннах, значение mt для автоматизи-
рованных линий ниже, чем для ста-
ционарных ванн, а следовательно,
меньше и ущерб, наносимый народному
хозяйству загрязнением сточных вод.
В АГЛ с устройствами первичной
регенерации растворов потери хими-
катов путем выноса на деталях зна-
чительно ниже (определяются экспе-
риментально в каждом конкретном
случае).
Численное значение Аг для каждого
загрязняющего вещества вычисляется
по формуле
А‘ = ПДК ’ (7)
где ПДК — предельно допустимая кон-
центрация г-го вещества в воде водных
объектов, используемых для рыбо-
хозяйственных целей.
При отсутствии данных по допу-
стимым концентрациям некоторых за-
грязнений их значения устанавли-
ваю гея в каждом конкретном случае
местными органами санитарной (рыб-
ной) охраны водных ресурсов.
Значение константы Дг для неко-
торых распространенных загрязняю-
щих вещес1в приведены в табл. 4.
оценка трудоемкости
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
ГАЛЬВАНИЧЕСКОГО
ПРОИЗВОДСТВА
Расчет трудоемкости покрытий.
Общая трудоемкость годовой про-
граммы гальванической обработки для
гибкой автоматизированной линии
представляет собой сумму трудоемко-
стей работ по монтажу (и демонтажу)
деталей на технологические спутники
и технологического обслуживания ли-
622
Экономическая эффективность автоматизированного производства
3. Значения константы ан для различных водохозяйственных участков
Номер участка Наименование бассейнов, рек и стоков Административный состав участков
1 Печора (устье) Коми АССР (без юго-западной части) Ненецкий национальный округ (южная часть) 0,16
2 Сев. Двина (устье), г. Архан- гельск Коми АССР (юго-западная часть), Вол- гоградская обл. (восточная н центральная части), Архангельская обл. (центральная часть) 0,22
3 Нева (устье), г. Ленинград Карельская АССР (крайняя южная часть), Ленинградская обл. (без крайней западной части), Псковская обл. (восточная часть), Новгородская обл. (кроме восточ- ной части) 0,47
4 Даугава (устье), г. Рига Латвийская ССР (центральная часть), Витебская обл. (кроме юго-западной части), бассейн реки Березины Литовская ССР (без северной части), Минская обл. (западная часть), Гроднен- ская обл., Брестскаяобл. (северная часть), Калининградская обл. (северная часть) 0,5
5 Нямунас (устье) 0,58
6 Днестр (устье) Львовская обл. (южная часть), Ивано- Франковская обл. (без южной части), Тер- нопольская обл. (южиая и центральная часть), Черновицкая обл. (северная часть), Винницкая обл. (юго-западная часть), Хмельницкая обл. (южная часть), Молдав- ская ССР (без юго-западиой части) 1,84
7 Днепр Смоленская обл. (центральная часть) Брянская обл., Курская обл. (без восточ- ной части), Могилевская обл., Минская обл. (без западной части), Брестская обл. (юго- западная часть), Гомельская обл., Ровен- ская обл., Волынская обл., Хмельниц- кая обл. (северная часть), Житомирская обл., Черниговская обл. (без южной части), Киевская обл. (северная часть), Терно- польская обл. (северная часть), Калужская обл. (юго-западная часть), Орловская обл. (небольшая юго-западная часть), Белгород- ская обл. (западная часть), Сумская обл. (северная часть) 1,75
8 Днепр, Кахов- ский г/у Киевская обл. (юго-восточная часть), Черкасская обл. (северная и восточная части), Полтавская обл., Сумская обл. (южная часть), Харьковская обл. (запад- ная часть), Днепропетровская обл. (без западной части), Запорожская обл. (север- ная часть), Херсонская обл. (северная часть), Донецкая обл. (западная часть) 2,33
Оценка трудоемкости
623
Продолжение табл. 3
Номер | участка Наименование бассейнов, рек и стоков Административный состав участков а«
9 Днепр (устье) Херсонская обл. (западная часть), Дне- пропетровская обл. (западная часть), Киро- воградская обл. (восточная часть) 0,99
10 Дон (устье р. Воронеж) Тамбовская обл. (западная часть), Донец- кая обл. (восточная часть), Воронежская обл. (небольшая часть) 1,03
И Дон (Цимлян- ский г/у) Тульская обл. (юго-восточная часть), Орловская обл. (восточная часть), Кур- ская обл. (восточная часть), Липецкая обл. (исключая территорию бассейна р. Воро- неж), Ростовская обл. (северо-восточная часть), Волгоградская обл. (западная и центральная части), Пензенская обл. (южная часть), Саратовская обл. (западная часть) 1,13
12 Дон (устье Сев. Донца) Белгородская обл. (центральная часть), Харьковская обл. (восточная и централь- ная части), Ворошиловградская обл., Ро- стовская обл. (северо-западная часть), До- нецкая обл. (северная часть) 3,79
13 Дон (устье) Ростовская обл. (центральная и восточ- ная части), Калмыцкая АССР (западная часть) Орловская обл. (центральная часть); Калужская обл. (без небольшой западной части), Тульская обл. (центральная и се- верная части), Московская обл., Рязан- ская обл., Владимирская обл., Горьков- ская обл. (юго-западная часть), Мордовская АССР (юго-западная часть), Пензенская обл. (северо-западная часть), Тамбовская обл. (северная и центральная части), Ива- новская обл. (южная и центральная части), Ярославская обл. (крайняя юго-восточная часть) 1,87
14 Волга (устье р. Оки) 2,60
15 Волга (ниже г. Горького) Калининградская обл. (восточная и цен- тральная части), Ярославская обл., Ко- стромская обл., Ивановская обл. (северная часть), Смоленская обл. (северо-восточная часть), Волгоградская обл. (южная и за- падная части), Горьковская обл. (северная часть), Новгородская обл. (небольшая во- сточная часть) 0,91
16 Волга (устье р. Камы) Кировская обл., Пермская обл., Удмурт- ская АССР, Башкирская АССР (кроме южной части), Свердловская обл. (юго- западная часть), Челябинская обл. (северо- западная часть), Татарская АССР (северо- восточная часть) 0,50
624
Экономическая эффективность автоматизированного производства
Продолжение табл. 3
Номер . участка Наименование бассейнов, рек и стоков Административный состав участков %
17 Волга, г. Куй- бышев Горьковская обл. (юго-восточная часть), Марийская АССР, Куйбышевская обл. (северная часть), Чувашская АССР, Мор- довская АССР (восточная часть), Татар- ская АССР (западная часть), Оренбургская обл. (западная часть), Пензенская обл. (восточная часть) 0,7
18 Волга (устье) Куйбышевская обл. (южная часть), Улья- новская обл. (южная часть), Саратовская обл. (центральная и северо-восточная ча- сти), Волгоградская обл. (восточная часть), Астраханская обл. 0,8
19 Кубань, г. Не- виномысск Ставропольский край (юго-западная часть) — Карачаево-Черкесская автоном- ная область 2,73
20 Кубань (устье) Краснодарский край (южная часть) 2,60
21 Терек (устье) Северо-Осетинская АССР, Кабардино- Балкарская АССР, Чечено-Ингушская АССР, Дагестанская АССР (северная часть) 2,01
22 Кура, г. Мин- гечаур Грузинская ССР (восточная часть), Азер- байджанская ССР (северо-западная часть), Армянская ССР (северная часть) Азербайджанская ССР (без северо-за- падной части), Армянская ССР (без север- ной части) 2,37
23 Кура (устье) 2,13
24 Урал, г. Уральск Оренбургская обл. (восточная и цен- тральная части), Актюбинская обл. (северо- западная часть) 2,7
25 Урал (продол- жение) Уральская обл. (северная часть), Челя- бинская обл. (юго-западная часть), Баш- кирская АССР (юго-восточная часть) 2,7
26 Урал (устье) Уральская обл. (восточная и централь- ная части), Гурьевская обл. (северная часть) Иссык-Кульская обл. (юго-восточная часть), Нарынская обл. (без северной ча- сти), Ошская обл. (северная часть), Анди- жанская обл., Наманганская обл., Ферган- ская обл., Ташкентская обл. 0,75
27 Сыр-Дарья 0,82
28 Сыр-Дарья (устье) Аму-Дарья Чимкентская обл., Кзыл-Ординская обл. 0,37
29 Ошская обл. (южная часть), Таджикская ССР (без южной части), Сурхандарьинская обл., Чарджоуская обл. (юго-восточная часть), Марыйская обл., Ашхабадская обл. 0,41
30 Тюя-Муюи Чарджоуская обл., Самаркандская обл., Бухарская обл. (южная часть), Кара-Кал- пакская АССР (юго-восточная часть), Каш- кадарьинская обл., Ленинабадская обл. (южная часть) 0,73
Оценка трудоемкости
625
Продолжение табл. 3
Номер 1 участка Наименование бассейнов, рек и стоков Административный состав участков
31 Тюя Муюн (устье) Хорезмская обл., Кара-Калпакская АССР (центральная и восточная части), Ташаузская обл. (северная часть) 0,35
32 Обь, г. Ново- сибирск Алтайский край, Новосибирская обл. (юго-восточная часть) 0,34
33 Обь (устье р. Томи), р. Томь Новосибирская обл. (восточная часть), Кемеровская обл. (западная часть), Том- ская обл. (небольшая южная часть) 0,92
34 Обь (р. Чу- лым) Красноярский край (юго-западная часть), Кемеровская обл. (восточная часть), Том- ская область (восточная часть), Новоси- бирская обл. (северо-восточная часть) 0,7
35 Обь, г. Бело- Томская обл. (северная часть) 0,31
36 Иртыш, г. Павлодар Джезказганская обл., Павлодарская обл. (южная часть), Семипалатинская обл. (южная часть), Восточно-Казахстанская обл., Тюменская обл. (юго-восточная часть) 2,1
37 Иртыш (устье) Тюменская обл. (южная часть), Павло- дарская обл. (северная часть), Омская обл., Новосибирская обл. (западная часть), Це- линоградская обл. (восточная часть), Кок- четавская обл. (восточная часть) 1,0
38 Ишим (устье) Тюменская обл. (крайняя юго-восточная часть), Целиноградская обл. (центральная часть), Тургайская обл. (восточная часть), Кокчетавская обл. (западная часть), Се- веро-Казахстанская обл. 0,81
39 Тобол (устье) Кустанайская обл., Курганская обл., Челябинская обл. (восточная часть), Сверд- ловская обл. (северная и восточная части), Тюменская обл. (крайняя юго-восточная часть) Ямало-Ненецкий нац. округ, Ханты- Мансийский нац. округ 0,97
40 Обь (устье) 0,12
41 Енисей, г. Красноярск Тувинская АССР, Красноярский край (южная часть) 0,19
42 Енисей, г. Енисейск Красноярский край (центральная часть), Иркутская обл. (западная часть) 0,19
43 Енисей (устье) Красноярский край (центральная и се- верная части) 0,11
44 Селенга (устье) Центральная часть, Читинская обл. (не- большая юго-западная часть) 0,20
45 Другие реки Забайкалья Бурятская АССР (северо-восточная часть) 0,21
46 Леиа, г. Якутск Иркутская обл. (восточная часть), Бу- рятская АССР (северо-восточная часть), Читинская обл. (южная часть), Амурская обл. (северо-западная часть) 0,15
626
Экономическая дффективность автоматизированного производства
Продолжение табл. 3
| Номер участка Наименование бассейнов, рек и стоков Административный состав участков %
47 Лена (устье) Якутская АССР (центральная и север- ная части) 0,14
48 Амур (устье) Читинская обл. (юго-восточная часть), Амурская обл. (без северо-западной части), Хабаровский край (нижняя часть), При- морский край (северная и западные части) 0,19
49 Южный Буг (устье) Черкасская обл. (западная часть), Хмель- ницкая обл. (центральная часть), Винниц- кая обл. (кроме юго-западной части), Киро- воградская обл. (центральная и юго-запад- ная части), Николаевская обл., Одесская обл. (северо-восточная часть) 2,6
50 Сулак (устье) Дагестанская АССР (центральная часть) 0,88
51 Кума (устье) Карачаево-Черкесская автономная обл. (северо-восточная часть), Ставропольский край (центральная и восточная части), Калмыцкая АССР (южная часть), Дагестан- ская АССР (северная часть) 1,91
52 Чу (устье) Фрунзенская обл., Джамбульская обл., Чимкентская обл. (северная часть) 1,89
53 Или (устье) Алма-Атинская обл., Талды-Курган- ская обл. 0,92
54 Реки Крымско- го п/о Крымская обл. 1,64
55 Реки Кольско- го п/о Мурманская обл. 0,95
56 Онежское озе- ро Карельскаи АССР (центральная и восточ- ная части) 0,23
нии. Расчет трудоемкости выполняют
по формуле
Го.л= 2Г«-д + Гоб. (8)
где Т’о. и — общая трудоемкость годо-
вой программы обработки на гибкой
автоматизированной линии, чел.-ч;
7'м-д— трудоемкость работ по мон-
тажу и демонтажу обрабатываемых
деталей на технологические спутники
для каждого вида обработки, произ-
водимой в линии, в расчете на годовую
про1рамму, чел.-ч; Тоа — трудоем-
кость технологического обслуживания
линий, в расчете на годовую програм-
му, чел.-ч.
Если в линии производится какой-
либо один вид гальванической обра-
ботки (или несколько видов обработки
с одинаковыми значениями удельной
трудоемкости монтажно-демонтажных
работ) деталей одной группы слож-
ности на технологических спутниках
одинаковой сложности, в одинаковых
условиях организации монтажно-де-
монтажных работ, трудоемкость рас-
считывается по формуле
Го.И^м-д+Гоб. (9)
В конкретных производственных
условиях при нормировании труда
рабочих, а также при заполнении
соответствующих граф в формах ведо-
мостей обрабатываемых деталей тру-
доемкость работ по монтажу (и
демонтажу) обрабатываемых деталей
иа технологические спутники до и
Оценка трудоемкости
627
4. Значения константы для
некоторых распространенных,
загрязняющих водоемы веществ
I Вещество ПДК
Железо 0,05 20,0
Медь 0,001 1000
Никель 0,01 100
Кадмий 0,005 200
Циик 0,01 100
Хром шести- 0,001 10000
валентный
Алюминий 0,036 27,8
Кобальт 0,01 100
Магний 40,0 0,025
Кальций 180,0 0,0056
Калий 50,0 0,02
Аммоний 0,5 2,0
Хлориды 300 0,0033
Сульфаты 200 0,01
Силикаты 2,0 0,05
Бораты 0,1 10,0
Тетрабораты 0,05 20,0
Фториды 0,75 1,33
Нитраты 40,0 0,025
Нитриты 0,08 12,5
Синтанол 0,1 10,0
ДТ-7
Синтанол 0,0005 2000,0
дс-ю •
ОП-7 0,3 3,33
ОП-Ю 0,5 2,0
Фенолы 0,001 1000
ДНС 0,2 5,0
Нефтепродук- 0,05 20,0
ты в раство-
ренном и
эмульгирован-
ном состоянии
Бутинднол 1,0 1,0
Примечание. Оценку
сброса веществ следует прово-
дить дифференцированно по от-
дельным компонентам (сульфа-
ты, нитраты н т. д.).
после обработки в гибких автоматизи-
рованных линиях должны рассчиты-
ваться в соответствии с требованиями
общемашнностроительных нормативов
времени иа гальванические покрытия
и подготовку поверхностей до и после
покрытия, а также аналогичных отра-
слевых нормативных документов.
Для укрупненных н проектных рас-
четов трудоемкость монтажно-демон-
тажных работ по виду гальванохими-
ческой обработки определяется как
произведение годовой программы по
данному виду обработки на удельную
трудоемкость монтажа и демонтажа
деталей на технологические спутники:
Т’м-Д = уд» (Ю)
где Дво — годовая производственная
программа линии по конкретному виду
гальванохнмической обработки, м2;
Гуд — удельная трудоемкость работ
по монтажу и демонтажу обрабатывав
мых деталей на технологические спут-
ники для конкретного вида гальвано
химической обработки, чел.-ч/м2.
Под удельной трудоемкостью под-
разумевается трудоемкость работ по
монтажу н демонтажу обрабатывае-
мых деталей на технологические спут-
ники в расчете на 1 м2 обрабатываемой
поверхности. Расчетное значение
удельной трудоемкости монтажно-де-
монтажных работ для конкретного
вида гальванохнмической обработки
определяется по формуле
’,;д=’’.оЛ».д«срКор» on
где 7’ноМ — номинальное значение
удельной трудоемкости монтажно-де-
монтажных работ, чел.-ч/м2; /Сс. д —
коэффициент, учитывающий группу
сложности обрабатываемых деталей;
КСр—коэффициент, учитывающий
группу сложности технологического
спутника; Кор — коэффициент, учи-
тывающий уровень организации мон-
тажно-демонтажных работ.
В табл. 5—7 приведены численные
значения коэффициентов д, КСп
и Кор. Численные значения удельной
трудоемкости монтажно-демонтажных
работ (Гиом н Гуд) в зависимости от
вида обработки, вида и группы слож-
ности технологического спутника,
группы сложности обрабатываемых де-
талей и уровня организации монтажно-
демонтажных работ приведены в
табл. 8.
Технологическое обслуживание гиб-
ких автоматизированных линий г аль-
628
Экономическая эффективность автоматизированного производств:
5. Численные значении коэффициента группы сложности
обрабатываемых деталей
Группа слож- ности Характеристика обрабатываемых деталей К0. д
I Детали простой геометрической формы с плоской поверх- ностью, имеющие самые незначительные гладкие выпуклости и овалы, а также мелкие крепежные детали (винты, болты, гайки, шайбы, шплинты и т. п.) 1,0
II Детали с круглыми сферическими или овальными поверх- ностями, имеющие углубления, выпуклости и изгибы, без резких переходов, а также детали с неглубоким и редким орнаментом на поверхности 1,05
III Детали сложной геометрической формы с большим числом пересекающихся плоскостей, с резкими переходами, с вы- ступами и углублениями, расположенными в нескольких плоскостях и труднодоступными для обработки, а также де- тали с глубоким и частым орнаментом на поверхности 1,15
Примечание. Для укрупненных расчетов Ко. д выбирается по преобладающей группе сложности деталей.
6. Численные значении коэффициента группы сложности
технологического спутника
Группа слож- ности Вид технологиче- ского спутника Характеристика монтажно- демонтажных работ ^ср
Подвесочное приспособление:
I упрощенно- го типа Свободное навешивание (съем) дета- лей иа крючки, штыри, кольца, в отвер- стия 1,0
II средней сложности Обеспечение жесткого контакта обра- батываемой детали с подвесочным при- способлением с помощью пружинных контактов, пружин, резьб, шпилек, усиков и т. п. 1,15
III сложного типа См. группу I. Монтаж (демонтаж) дополнительных наружных или вну- тренних анодов (катодов) 1,25
IV особо слож- ного типа См. группу II. Монтаж (демонтаж) дополнительных наружных или вну- тренних анодов (катодов) 1,35
V VI Барабан, кор- зина Загрузка (выгрузка) деталей насыпью вручную 1,0 0,75
Примечание. П рн необходимости нанесения (снятия) изоля-
цнн на участках поверхности обрабатываемых деталей табличное значе-
ине дСр для групп сложности I—IV следует умножить на коэффициент 1,2.
Оценка трудоемкости
629
7. Численные значения коэффициента уровни организации
монтажно-демонтажных работ
Группа слож- ности Уровень организации монтажно-демонтажных работ ^ор
I Специализированный централизованный участок монтажа (демонтажа). Работы производятся на монтажных столах или специальных стендах. Подвесочные приспособления с обраба- тываемыми деталями навешиваются либо на транспортную систему, доставляющую их к автоматическим (механизиро- ванным) линиям, где рабочие-операторы линий перегружают подвески на грузонесущие (катодные) штанги, либо непо- средственно на грузонесущие (катодные) штанги, которые с помощью транспортной системы доставляются на загрузоч- ные стойки линий. Демонтаж производится в обратном по- рядке 1,0
II Монтажно-демоитажиые работы выполняются непосред- ственно возле автоматических (механизированных) линий на монтажных столах. Подвесочные приспособления с обра- батываемыми деталями с помощью средств малой механиза- ции навешиваются на грузонесущие (катодные) штанги, на- ходящиеся на загрузочных стойках линий. Демонтаж произ- водится в обратном порядке 1,15
III Монтажно-демонтажные работы выполняются непосред- ственно возле автоматизированных (механизированных) ли- ний на монтажных столах. Подвесочные приспособления с обрабатываемыми деталями вручную навешиваются на гру- зонесущие (катодные) штанги, находящиеся на загрузочных стойках линий. Демонтаж производится в обратном порядке 1,3
8. Расчетные значения удельной трудоемкости
монтажно-демонтажных работ, чел.-ч/м2
Численные значения коэффициентов Расчетное значение : удельной трудоем- кости монтажно-де- | монтажных работ ГуД Численные значения коэффициентов Расчетное значение удельной трудоем- кости монтажно-де- монтажных работ ГуД
группы слож- ности обраба- тываемых дета- лей КС< д группы слож- ности техноло- гического спут- 1 ника Кср уровня органи- зации монтаж- но-демонтаж- ! иых работ Кор группы слож- ности обраба- тываемых дета- лей Кс д группы слож- ности техноло- гического спут- ника кср уровня органи- зации монтаж- но-демонтаж- ных работ Кор
1. О 1,0 luHKoeanut лово—свин 1,0 ’, кадмиро ец, олово— 1,0 1,15 1,3 вание, оло1 никель, oj Т’ном = 0,1 0,115 0,13 зянирован. ово—цин = 0,1 1,05 ие, покрыг к, медь—ц 1,0 пие сплава инк и т. 1,0 1,15 1,3 ми п. 0,105 0,121 0,136
1,15 1,0 1,15 1,3 0,115 0,132 0,15 1,15 1,0 1,15 1,3 0,121 0,139 0,157
630
Экономическая эффективность автоматизированного производства
Продолжение табл. 8
Численные значения коэффициентов Расчетное значение удельной трудоем- : кости монтажно-де- ' монтажных работ ГуД 1 Численные значения коэффициентов 1 Расчетное значение । удельной трудоем- кости монтажно-де- 1 монтажных работ ТуД
группы слож- ности обраба- тываемых дета- лей Лс. д группы слож- ности техноло- гического спут- ника кср уровня органи- зации монтаж- но-демонтаж- иых работ Кор группы слож- ности обраба- тываемых дета- лей д группы слож- ности техноло- гического спут- ника Кср 1 " " " уровня органи- зации монтаж- но-демонтаж- ных работ Кор
1,05 1,25 1,0 1,15 1,3 0,131 0,151 0,171 1,15 с-никелир стно-деко = 0,15 1,05 1,15 1,0 1,15 1,3 0,132 0,152 0,172
1,35 1,0 1,15 1,3 0,142 0,163 0,184 1,25 1,0 1,15 1,3 0,144 0,165 0,187
1,15 2. М т 1,0 1,0 еднение, к оехслойное 1,0 1,0 1,15 1,3 икелирован никелиров 1,0 1,15 1,3 0,115 0,132 0,15 ие, дуплек ание, заиц Т’ном = 0,15 0,172 0,195 1,35 ование, си ративное 1,35 1,0 1,15 1,3 л-никелиро хромирова! 1,0 1,15 1,3 0,155 0,178 0,202 вание, tue 0,213 0,244 0,276
1,15 1,0 1,15 1,3 0,172 0,198 0,224
1,15 эмбиниро^ шмическо = 0,3 1,0 1,15 1,0 1,15 1,3 0,198 0,228 0,258
1,05 1,0 1,0 1,0 1,15 1,3 0,158 0,182 0,205
1,25 1,0 1,15 1,3 0,216 0,248 0,28
1,15 1,0 1,15 1,3 0,181 0,208 0,235
1,35 занное, чер е полирова 1,25 1,0 1,15 1.3 тое ние 1,0 1,15 1,3 0,233 0,268 0,303 0,375 0,431 0,488
1,25 3. хрс 1,0 1,0 1,15 1,3 Твердое, м жирование 1,0 1,15 1,3 0,197 0,226 0,256 олочное, к , электро! Гном 0,3 0,345 0,39
1,15 1,0 1,15 1,3 0,345 0,397 0,448 1,35 1,0 1,15 1,3 0,405 0,466 0,526
Оценка трудоемкости
631
Продолжение табл. 8
Численные значения коэффициентов . Расчетное значение удельной трудоем- ! кости монтажно-де- , монтажных работ Гуд Численные значения коэффициентов Расчетное значение удельной трудоем- кости монтажно-де- монтажных работ Гуд
группы слож- ности обраба- тываемых дета- лей *с. д группы слож- ности техноло- гического спут- ника хср уровня органи- зации монтаж- но-демонтаж- ных работ Хор группы слож- ности обраба- тываемых дета- лей ХС_ д 1 группы слож- ности техноло- 1 гнческого спут- ника КСр уровня органи- зации монтаж- но-демонтаж- ных работ КОр
1,05 4. СереС 1,0 1,0 1,0 1,15 1,3 0,315 0,362 0,41 1,15 ебро—сур = 0,15 1,05 1,15 1,0 1,15 1,3 0,397 0,456 0,516
1,15 1,0 1,15 1,3 0,362 0,417 0,471
1,25 1,0 1,15 1,3 0,431 0,496 0,561
1,25 1,0 1,15 1,3 0,394 0,453 0,512
1,35 ьма, олово 1,35 1,0 1,15 1,3 —висмут 1,0 1,15 1,3 0,466 0,536 0,606 и т. п. 0,213 0,244 0,276
1,35 'рение, пог. 1,0 1,0 1,15 1,3 :рытие сп. 1,0 1,15 1,3 0,425 0,489 0,553 швами сер Тном ~ 0,15 0,172 0,195
1,15 1,0 1,15 1,3 0,173 0,198 0,224 1,15 мпное оло пиния и агниевого - 0,2 1,05 1,15 1,0 1,15 1,3 0,198 0,228 0,258
1,05 5. Xuj и 0 1,0 1,0 1,0 1,15 1,3 0,158 0,181 0,205
1,25 1,0 1,15 1,3 0,216 0,248 0,28
1,15 1,0 1,15 1,3 0,181 0,208 0,235
1,25 шческое hi ксифторис 1,0 1,0 1,15 1,3 желирован )ное покр оксида 1,0 1,15 1,3 0,197 0,226 0,256 ие, конта> шпия алш рование м Т'ном 0,2 0,23 0,26 1,35 вянирован.1 гго сплавов литья 1,0 1,0 1,15 1,3 ie, оксифос , химическ 1,0 1,15 1,3 0,233 0,268 0,303 •фатное ое 0,210 0,242 0,273
1,15 1,0 1,15 1,3 0,23 0,264 0,299 1,15 1,0 1,15 1,3 0,242 0,278 0,314
632
Экономическая эффективность автоматизированного производства
Продолжение табл. 8
Численные значения коэффициентов Расчетное значение удельной трудоем- кости монтажно де- монтажных работ Гуд Численные значения коэффициентов Расчетное значение удельной трудоем- кости монтажно-де- монтажных работ Гуд
группы слож- ности обраба- тываемых дета- лей КС и 1 С. Д группы слож- ности техноло- гического спут- ника хср уровня органи- зации моитаж- но-демонтаж- ных работ Хор группы слож- ности обраба- тываемых дета- лей Хс. д группы слож- ности техноло- гического спут- ника яср уровня органи- зации монтаж- но-демонтаж- i ных работ /<Ор
1,15 6 перечисли 1,0 1,о . Анодное 1НЫХ в п. стали, чу 1,0 1,0 1,15 1,3 оксидиров! 7), химиче гуна, мед1 1,0 1,15 1,3 0,23 0,264 0,299 2ние алюм ское фосфа i и ее спл Гном 0,05 0,058 0,065 1,15 иния и вс тирована гвов, алю = 0,05 1,15 1,15 о сплавов ее и химия мания и е 1,15 1,0 1,15 1,3 (кроме вид еское окси го сплавов 1,0 1,15 1,3 0,264 0,304 0,344 ов, дарование 0,066 0,076 0,086
1,05 1,0 1,0 1,0 1,15 1,3 0,052 0,06 0,068 эминия и полировш = 0,25 1,05 1,25 1,0 1,15 1,3 0,072 0,083 0,094
1,25 7. Анодн и изоляц 1,0 1,0 1,15 1,3 ое оксидир ионное), х 1,0 1,15 1,3 0,066 0,075 0,085 ование алк имическое Гном ’ 0,25 0,288 0,325 1,35 его сплаве ше, эматс 1,35 1,0 1,15 1,3 и (meepdot иирование 1,0 1,15 1,3 0,078 0,089 0,101 0,354 0,408 0,461
1,25 1,0 1,15 1,3 0,312 0,359 0,406
1,15 1,15 1,0 1,15 1,3 0,331 0,380 0,430
1,05 1,0 1,0 1,15 1,3 0,262 0,302 0,341
1,25 1,0 1,15 1,3 0,359 0,413 0,467
1,15 1,0 1,15 1,3 0,302 0,347 0,392
1,35 1,0 1,15 1,3 0,388 0,446 0,504
1,25 1,0 1,15 1,3 0,328 0,377 0,426
Оценка трудоемкости
633
Продолжение табл. 8
Численные значения коэффициентов Расчетное значение удельной трудоем- кости монтажно-де- моитажных работ Гуд Численные значения коэффициентов Расчетное значение удельной трудоем- кости монтажно де- монтажных работ Гуд
группы слож- ности обраба- тываемых дета- лей ХСе д группы слож- ности техноло- гического спут- ника ХСр уровня органи- зации монтаж- но демонтаж- ных работ ХОр группы слож- ности обраба- тываемых дета- лей Кс. д группы слож- ности техноло- гического спут- ника Хср уровня органи- зации монтаж- но-демонтаж- ных работ Хор
8. Все виды обработки ** Гном = 0,025
1,0 1,0 1,0 1,15 1,3 0,025 0,029 0,032 1,05 1,0 1,о 1,15 1,3 0,026 0,03 0,034
* *♦ щиеся 0,75 Вид тех Вид Texi устройств 1,0 1,15 1,3 юлогическ юлогическ а, корзинь 0,019 0,022 0,024 ого спутн ого спутн I. ика — пс ика — ба 0,75 двесочное рабаиы и 1,0 1,15 1,3 приспосо другие в 0,02 0,023 0,026 бление. эащаю-
ванохимической обработки включает
следующие работы:
контроль показаний приборов си-
стемы управления линией, средств
технологической автоматики, источни-
ков постоянного электрического тока
и, при необходимости, регулирование
их работы;
контроль состояния автоматической
запорной арматуры технологических
трубопроводов и инженерных комму-
никаций линий и, при необходимости,
включение дублирующей арматуры;
наблюдение за работой роботов (ма-
нипуляторов);
наблюдение за состоинием техноло-
гических растворов в ваннах линии;
оперативное вмешательство и свое-
временное принятие необходимых мер
в случае обнаружения неполадок или
возникновения аварийной ситуации.
Расчет трудоемкости технологиче-
ского оборудования производится по
формуле
Гоб = Спл^о> (12)
где Спл — станкоемкость обработки
годовой производственной программы
линии, стаико-ч; Ко — расчетный ко-
эффициент технологического обслужи-
вания линии.
Станкоемкость обработки годовой
производственной программы линии
может быть рассчитана по формуле
Спл = Фэл^и, (13)
где Фэл — эффективный годовой фонд
времени работы линии, ч.; А'и —
коэффициент использования линии,
определяемый расчетом оборудования.
В соответствии с требованиями
ОНТП 05—86 дли гибких автоматизи-
рованных линий гальваиохимической
обработки значения КИ должны бъпь
не менее: 0,7 — для мелкосерийного
производства; 0,8 — для средне-, круп-
носерийного и массового производства.
Для единичного производства зна-
чение Кц ие регламентируется.
Расчетный коэффициент технологи-
ческого обслуживания (Ко) опреде-
ляется в каждом конкретном случае
в зависимости от коэффициента тех-
нологической сложности обслуживания
линии (Кт. с), расчетной нормы обслу-
>634
Экономическая эффективность автоматизированного производства
9. Расчет коэффициента технологического обслуживания (Л"о)
роботизированных и манипуляторных автоматизированных линий
Число роботов-манипуляторов в линии, число программ работы Коэффициент технологи- ческой сложности с Значения Я?о прн производстве
единичном единичном и мелкосе- рийном всех типов
<= ” из — ° II II ст с низ о « о* •I- » о из °. - 11 о,- L S <0 о « dt из о <*э Т j СТЮ з-ь- о К ©£ Кя = 0,80 ч- 0,85; «об = J-»2 1 см 00 • 7 5 11 СМ \о к ст о « dt '1* U5 со о °. W 7-" " ОО Ю к ст о
Один робот-манипулятор; число программ работы ие бо- лее 3 Один илн два робота-мани- пулятора, число программ ра- боты 4—6 Два робота-манипулятора, число программ работы 7—10 Один или три робота-мани- пулятора, число программ ра- боты 11—15 Три робота-маиипулятора, число программ работы 16—20 Четыре робота-маиипуля- тора, число программ рабо- ты 21—24 1,0 1,2 1,3 1,5 1,7 2,0 0,55 0,66 0,71 0,82 0,93 1,10 0,65 0,78 0,84 0,97 1,10 1,30 0,75 0,90 0,98 1,13 1,28 1,50 0,82 0,98 1,07 1,23 1,39 1,64 0,89 1,07 1,16 1,34 1,52 1,79 0,95 1,14 1,24 1,43 1,62 1,90
живаиия (Но(>) примеииемой лииин и
коэффициента использования (КИ).
Расчет производится по формуле
Ко = Кт. С/Ноб. (14)
Расчетная норма обслуживания
(Ноб) является частным от деления
номинального значения нормы обслу-
живания (согласно действующим нор-
мам ОНТП 05—86) на коэффициент
использования линии (Ка).
Численные значения расчетного ко-
эффициента технологического обслу-
живания (Ко) Для гибких автоматизи-
рованных линий, работающих в ус-
ловиях мелко-, средне-, крупносерий-
ного и массового гальванопроизводства
приведены в табл. 9. Для сравнения
в табл. 10 приведен справочный расчет
численных значений коэффициентов
Ко и Кт. с Для автоматизированных
и механизированных манипуляторных
линий традиционного типа.
Расчет численности основных ра-
бочих. Численность основных рабо-
чих, занятых обслуживанием гибкой
автоматизированной Линии гальвано-
химической обработки, определяется
по формуле
р — , 7*06 /15ч
Р°р"^Г^ + ^Г’ (15)
где Рор — общая численность основ-
ных рабочих, обслуживающих линию
(по всем видам работ), чел.; 7’м_д—
трудоемкость работ по монтажу-де-
монтажу обрабатываемых деталей иа
технологические спутники для каж-
дого вида обработки, производимой
в линии, в расчете на годовую про-
грамму, чел.-ч.; Фр1 и Фр2 — эффек-
Оценка трудоемкости
635
10. Справочный расчет коэффициента технологического обслуживания (А"о)
манипуляторных линий традиционного типа
се Значения при производстве
Число манипулято- ров в линии, число программ работы я 8 V к о ч о я в ° ь единичном единичном и мелкосе- рийном всех типов
Коэффициент сложности со 04 О « д о k aj Кк = 0.4 ~ 0,54; "об = 1,6 1Л С4 иэ и> >о д СО О к ой: Ли = 0,7 4- 0,79; «об = ‘-О •I- с “ о о II « >О S со О < ой; Ли = 0,86 4- 0,92; "об = 0-84 ’1‘ 00 со ь- О т..« 1 GO \О ДО о ой;
Одни манипуля- тор, число программ работы 1—2 Один манипуля- тор, число программ работы 3—4 Два манипулято- ра, число программ работы 2—6 Два манипулято- ра, число программ работы 7—10 Два или три мани- пулятора, число про- грамм работы 11—15 At 1,0 1,2 1,3 1,5 1,7 томат 0,43 0,51 0,56 0,64 0,73 ические 0,63 0,75 0,81 0,94 1,06 линии 0,83 0,99 1,07 1,24 1,4 1,0 1,2 1,3 1,5 1,7 1,11 1,33 1,44 1,67 1,89 1,19 1,43 1,55 1,79 2,02 1,28 1,54 1,67 1,92 2,18
<5 Значения К при производстве типа
Число манипуляторов в линии, число про- Я 8 V я ч о я В о единичном единичном и мелкосе- рийном всех типов
грамм работы Коэффициент сложности К.? Ли = 0,4; «об = !-56 .1. 1 о о II яиэ О КИ = 0,55 4- 0,69; Яоб = 0.82 В о о II -11 и> >о ss о < ой: •I- «> ” о о II -11 дао О к о’й: КИ = 0,86 4- 0,92; Яоб = 0-56 ’1’ 04 СО Ю °> о ° 1 00 >О д<3> О о й:
Один манипуля- тор (однопроцессные линии) Два манипулято- ра (однопроцессные линии) Ме 1,0 1,2 ханизщ 0,64 0,77 эованнь 0,94 1,13 ie лини 1,23 1,48 и 1,49 1,79 1,67 2,0 1,79 2,14 1,92 2,31
636
Экономическая эффективность автоматизированного производства
Продолжение табл. 10
Число манипуляторов в линии, число про- грамм работы Коэффициент технологической СЛОЖНОСТИ с Значения KQ при производстве типа
единичном единичном и мелкосе- рийном всех типов
со к S о к а: КИ = 0.4 - 0,54: "об = 1,06 КИ = 0,55- 0,69; "об = °,82 Кя = 0,7 — 0.79: "об = 0,67 •I- » ® о ; j иэ ХО к оо о к ©а: *1’ <О со Ю °°. о т..“ s и> о k dt с, СО U5 о °-" 1 GO X© s и> О к
Один манипулятор 1,3 0,83 1,23 1,6 1,94 2,17 2,32 2,5
(двухпроцессиые ли- нии)
Два манипулято- ра (двух- или трех- процессные линии) 1,5 0,96 1,42 1,85 2,24 2,5 2,68 2,88
Два манипулятора (многопроцессные ли- нии) 1,7 1,09 1,6 2,1 2,54 2,83 3,04 3,27
тивный годовой фонд времени рабоче-
го, занятого соответственно монтажно-
демонтажными работами и техноло-
гическим обслуживанием линии, ч;
Тоб — трудоемкость технологического
обслуживания линии в расчете на
годовую программу, чел.-ч.
Численность вспомогательных рабо-
чих и прочих категорий работающих
в гальваническом производстве опре-
деляется в процентном отношении к
суммарной численности основных ра-
бочих, занятых обслуживанием авто-
матизированных линий и другого тех-
нологического оборудования цеха галь-
ванических покрытий в соответствии
с действующими нормативными доку-
ментами.
Пример расчета трудоемкости
и числеииости основных рабочих для
гибкой автоматизированной линии
гальванохимической обработки. Эф-
фективные годовые фонды времени
работы оборудования и рабочих при-
няты по ОНТП 06—80.
Характеристика производства. Тип
гальванического производства: сред-
несерийное.
Вид обработки: цинкование в диа-
пазоне толщин покрытия 9—27 мкм
с различными видами хроматирования.
Техническая характеристика линии
приведена ниже.
Число роботов .... 2
Число программ работы
линии ...................... 9
Производительность ли-
нии (суммарная), м2/ч 16
Расчетный коэффициент
использования линии
Кв....................... 0,83
Специализированный
централизованный уча-
сток монтажа и демонта-
жа с автоматизированны-
ми транспортными систе-
мами:
загрузка и выгрузка
барабанов............. Вручную
Кор ................ 1.0
Суммарная годовая про-
грамма, м2 .............. 50 600
Суммарная годовая программа ли-
нии 50 600 м2, в том числе:
программа I (цинкование с после-
дующим радужным хроматированием
Ц9. хр) — 9500 м2. Детали группы
сложности I, обрабатываемые на тех-
нологических спутниках группы слож-
ности I;
Оценка трудоемкости
637
программа II (цинкование с после-
дующим бесцветным хроматированием
Ц15. хр. бцв) — 2250 м2. Детали груп-
пы сложности II, обрабатываемые на
технологических спутниках группы
сложности I;
программа III (то же, с черным
хроматированием Ц15. хр. ч.) —
2500 м2. Детали группы сложности II,
обрабатываемые на технологических
спутниках группы сложности I;
программа IV (цинкование с после-
дующим хроматированием цвета хаки
Ц21. хр. хаки) — 2000 м2. Детали
группы сложности II, обрабатываемые
на технологических спутниках группы
сложности III;
программа V (то же, с черным хро-
матированием Ц21. хр. ч.)— 2750 м2.
Детали группы сложности 11, обраба-
тываемые иа технологических спут-
никах группы сложности III;
программа VI (цинкованием с по-
следующим бесцветным хроматирова-
нием Ц27. хр. бцв) — 3100 м2. Детали
группы сложности III, обрабатывае-
мые на технологических спутниках
группы сложности IV;
программа VII (цинкование нор-
малей с последующим радужным
хроматированием Ц9. хр.) — 19 000 м2.
Детали группы сложности I, обраба-
тываемые в барабанах (группа слож-
ности V);
программа VIII (цинкование с по-
следующим радужным хроматирова-
нием Ц15. хр.) — 6000 м2. Детали
группы сложности II, обрабатываемые
в барабанах (группа сложности V);
программа IX (цинкование Ц15) —
3500 м2. Детали группы сложности II,
обрабатываемые в барабанах (группа
сложности V).
Последовательность расчета.
1. Определяются число групп монтаж-
но-демонтажных работ и коэффици-
енты сложности.
В рассматриваемом примере шесть
групп монтажно-демонтажных работ
с коэффициентами:
1-я группа —Кс.д = 1,0;
Кср= 1,0; Кор = 1,0;
2-я группа — Кс. д = 1 >05;
Кер = 1.0; Кор= 1>0;
3-я группа— К с. д = 1,05;
Кср= 1,25; Кор = 1.0;
4-я группа — Кс. д = 1,15;
Кер = 1,35; Кор — 1,0;
5-я группа — Кс. д = 1,0;
Кор — 1,0; Кор = 1,0;
6-я группа — Кс. д= 1,05;
КСр = 1,0; Кор = 1,0.
2. По табл. 8 определяются числен-
ные значения удельной трудоемкости
монтажно-демонтажных работ по
группам:
Г'д1 = 0,1 чел.-ч/м2;
ТуЛ2 — 0,105 чел.-ч/м2;
Т’удз = 0,131 чел.-ч/м2;
^уд4 = 0,155 чел.-ч/м2;
Гуд5 = 0,025 чел.-ч/м2;
= 0,026 чел.-ч/м2.
3. По формуле (10) производится
расчет трудоемкости моитажно-демон-
тажных работ для каждой программы
работы линии:
Т<м-д>1 = 9500-0,1 = 950,0 чел.-ч;
Г(М_д)2 = 2250-0,105 = 236,25 чел.-ч;
Г(м-д)з = 2500-0,105 = 262,5 чел.-ч;
Т’см-дм = 2000-0,131 = 262,0 чел.-ч;
Лм-ди = 2750-0,131 = 360,25 чел.-ч;
^<м-д)в = 3100-0,155 = 480,5 чел.-ч;
Т(м-д)? = 19000-0,025 = 475,0 чел.-ч;
Т<м-д)8 = 6000• 0,026 = 156,0 чел.-ч;
Г(м_д>9 = 3500.0,026 = 91,0 чел.-ч.
4. Определяется суммарная трудо-
емкость монтажно-демонтажных работ:
2 Гц-д = 950,0 + 236,25 + 262,5 +
+ 262,0 + 360,25 + 480,5 +
+ 475,0 + 156,0 + 91,0 =
= 3273,5 чел.-ч.
5. По формуле (13) подсчитывается
станкоемкость обработки годовой про-
изводственной программы линии:
Спл = 3810-0,83 = 3162,3 станко-ч.
638
Экономическая еффектиеностъ автоматизированного производства
6. По табл 9 определяются группа
технологической сложности и коэф-
фициент технологического обслужива-
ния линии Ко Для рассматриваемого
примера линия соответствует группе
технологической сложности 111 с Ко —
= 1,07.
7. По формуле (12) производится
расчет трудоемкости технологического
обслуживания линии:
Тоб = 3162,3-1,07 = 3383,7 чел.-ч.
8. Общая трудоемкость обработки
годовой производственной программы
линии подсчитывается по формуле (8):
То. л = 3273,5 + 3383,7 =
— 6657,2 чел.-ч.
9 Расчетная численность основных
рабочих, занятых моитажио-демонтаж-
ными работами и технологическим
обслуживанием линии, определяется
по формуле (15):
п _ 3273,5 , 3383,7
Fop~ 1840 + 1840 ~
= 1,78+ 1,84 = 3,62 чел.
ПРИМЕРНЫЙ РАСЧЕТ
ЭКОНОМИЧЕСКОЙ
ЭФФЕКТИВНОСТИ
ОТ ВНЕДРЕНИЯ АГЛ
ЦИНКОВАНИЯ
Общие положения. Для расчета при-
нята гибкая роботизированная авто-
матизированная линия цинкования
с различной толщиной покрытий и
различными видами хроматирования,
рассмотренная в примере предыду-
щего раздела.
Расчет выполнен в соответствии с
действующими нормативными докумен-
тами: «Методикой (основными поло-
жениями) определения экономической
эффективности использования в на-
родном хозяйстве новой техники, изо-
бретений и рационализаторских пред-
ложений» (постановление ГКНТ СССР,
Госплана СССР, Академии Наук СССР
и Госкомизобретений СССР № 48/16/
1з/3 от 14 февраля 1977 г ); «Инструк-
цией по оценке экономической эффек-
тивности создания и использования
автоматических манипуляторов с про-
граммным управлением (промышлен-
ных роботов)», утвержденной ГКНТ
СССР, Госпланом СССР, Госкомцен
СССР и введенной в действие дирек-
тивным письмом ГКНТ СССР и Мии-
стаикопромом СССР № 54-4/298 от
3 ноября 1983 г.
Предлагаемый примерный расчет ие
регламентирует порядок оформления
конкретных экономических расчетов,
при разработке которых следует ру-
ководствоваться требованиями пере-
численных нормативных документов или
аналогичных отраслевых документов.
Расчет экономической эффектив-
ности. Расчет выполнен методом со-
поставления затрат по изменяющимся
статьям себестоимости до и после
внедрения АГЛ.
Поскольку здесь рассматривается
пример расчета фактической экономи-
ческой эффективности, в качестве базы
для сравнения принят производствен-
ный участок, где гальваиохимическая
обработка деталей осуществлялась в
стациоиариом иемехаиизированиом
оборудовании с применением ручного
труда.
В табл. 11 приведен пример расчета
фактической экономической эффектив-
ности от внедрения гибкой роботизи-
рованной АГЛ цинкования.
Анализ составляющих экономиче-
ской эффективности. В рассматрива-
емом расчете экономическая эффектив-
ность достигается за счет комплексной
поставки и внедрения АГЛ, оснащен-
ной многофункциональными гальвани-
ческими роботами, встроенными моду-
лями обезвреживания и очистки сто-
ков, водорегулирующими устройства-
ми, специализированным механизиро-
ванным оборудованием для пригото-
вления, корректирования, регенера-
ции и цеитрализоваиной раздачи тех-
нологических растворов и для водо-
подготовки.
Эю позволяет создать современный
гибкий автоматизированный и эко-
логически чистый производственный
комплекс гальванохимической обра-
ботки, в котором надежно обеспе-
чиваются:
значительный рост производственной
мощности;
реализация малоотходной энерго-
сберегающей технологии с замкнутой
системой водоиспользоваиия;
расчет экономической эффективности
639
существенное повышение произво-
дительности труда и качества гальва-
нических покрытий при ощутимом
снижении трудоемкости;
исключение фактора отрицательного
субъективного вмешательства обслу-
живающего персонала в цикл обра-
ботки;
оптимальная организация производ-
ства с высвобождением некоторой чи-
сленности рабочих и резким сокраще-
нием доли ручного труда;
улучшение и оздоровление условий
труда;
эффективность охраны окружающей
среды.
В табл. 12 приведена оценка соста-
вляющих экономической эффективно-
сти по данному расчету. Основные
показатели экономической эффектив-
ности приведены в табл. 13. Для удоб-
ства при выполнении укрупненных
расчетов экономической эффективно-
сти от внедрения АГЛ в табл. 14 дана
справочная стоимость манипулятор-
ных линий, выпускаемых ПО «Галь-
ванотехника» (г. Тамбов).
РАСЧЕТ ЭКОНОМИЧЕСКОЙ
ЭФФЕКТИВНОСТИ ОТ
ОБСЛУЖИВАНИЯ АНОДОВ
Описание традиционного способа
обслуживания электродных штанг
(анодных). Аноды требуют ежеднев-
ного наблюдения и ухода. Аноды
навешиваются в ванну на анодных
штангах вдоль ее длинной стороны.
В автоматизированной линии длинная
сторона ванны располагается поперек
длины линии. Длина анодной штанги
колеблется от 1 до 2 м при глубине
ванны от 1 до 1,5 м. Обслуживание
анодов, таким образом, в традицион-
ных автоматизированных линиях за-
труднено.
Манипуляторы, серийно выпускае-
мые промышленностью, не предназна-
чены для обслуживания анодных
штанг. Поэтому аноды обслуживаются
вручную.
Существуют два основных способа
обслуживания анодов' осмотр анодов
и удаление пассивной пленки; удале-
ние растворимых анодов из ваииы
в конце работы и возвращение их
перед началом работы.
Прн ручном обслуживании аноды
обрабатываются поштучно. В автома-
тизированной или механизированной
линии обрабатывается вся штанга с
анодами одновременно. При ручном
обслуживании по условиям техники
безопасности необходимо также уча-
стие в работе двух рабочих.
Затраты труда при обслуживании
анодов вручную пронормированы в со-
ответствии с нормативами ПКТИмаш
«Нормативы времени на гальваниче-
ские покрытия» (005-0086), 1972 г.
Затраты труда иа осмотр и снятие
пассивной пленки с анодов приведены
в табл. 15.
Норма времени иа обслуживание
1 м четырех анодных штанг (массой
не более 4 кг каждая) составит 4 X
X 0,124 = 0,496 нормо-ч.
С учетом подготовительно-заключи-
тельного времени обслуживания рабо-
чего места, времени отдыха и т. п. —
13%, минимальная норма времени
на обслуживание 1 м анодной штанги
составит 0,56 нормо-ч.
Затраты труда на удаление раствори-
мых анодов в конце работы и возвра-
щение их иа место перед началом ра-
боты приведены в табл. 16.
Из табл. 16 следует, что на четыре
анода норма времени сос1авит
16,72 мин, или 0,2787 нормо-ч. С уче-
том подготовительно-заключительного
и другого времени (11 %) норма вре-
мени на обслуживание 1 м штанги
составит 0,3094 нормо-ч.
В табл. 17 приведены сравнительные
данные ручного и механизированного
вариантов обслуживания электродных
штанг.
Экономический эффект. Примене-
ние устройства для перемещения ано-
дов через ванны гальванической линии
позволяет получить экономию прн
одноразовом обслуживании анодных
штанг с растворимыми анодами, соста-
вляющую 0,289 нормо-ч.
Например, при 250 % цеховых рас-
ходов экономия зарплаты составляет
0,553 р. на каждом метре анодной
штанги.
При осмотре и снятии пассивной
пленки с анодов экономия зарплаты
640
Экономическая -эффективность автоматизированного производства
11. Расчет фактической экономической эффективности от внедрения гибкой робе
Параметр Условное обозначение показателей и формулы для расчета Значение
По базовому
В фактических условиях действующего производ- ства по состоянию иа « > —— 19 г.
Суммарная годовая про- изводственная программа по всем видам цинкова- ния, м2 Общая трудоемкость обработки годовой произ- водственной программы, чел.-ч В том числе: трудоемкость техноло- гического обслужива- ния оборудования, чел.-ч обслуживание анодных штанг: общая длина анод- ных штанг коэффициент, учиты- вающий глубину ванн и массу анодов трудоемкость обслу- живания 1 м анод- ной штаиги, чел.-ч годовая трудоемкость обслуживания анод- ных штанг, чел.-ч. трудоемкость работ по монтажу и демонтажу обрабатываемых дета- лей на технологические спутники, чел.-ч. удельная трудоемкость обработки 1 м2 поверх- ности деталей, чел.-ч. общая численность основных рабочих мест, чел. Ail At 9 ^o..i=Jj Рм-д + 1 + Г а + Тоб Той = С ипК о Ра Ка Туя- а Та — Руд. аРа^а^дн 9 Тщ-П 1 Т — ^ол 1 УД- А Pop ~ Рм-Д + Роб Исходные данные 14 800 5 890 5 890 14 800 0,398 3,2
Расчет аконояаческой аффективяоста
641
тизироваииой автоматизированной линии цинкования
показателя По вовому варвавту Обосвовавве расчета
варианту
В условиях действующего производства после приведенвя в сопоставимый вид
для расчета
50 600 50 600
8 550,5 + 5 081,5 + 5 075,6 = = 18 707,6 3 273,5 + 3 383,7 = 6 657,2
2 667 X 1,903 = 5 075,6 3 162,3 X 1,07 = 3 383,7
52,0 —-
1,25 —
0,309 —
0,309 X 52 X 1,25 X 253 = = 5 081,5 —
8 550,5 3 273,5
18 707,6 50 600 “ 0,37 6 657,2 50 600 — 0,132
4,64 + 5,52 = 10,16 1,78+ 1,84 = 3,62
21 П/р В. Л. Зубчевко
642 Экономическая эффективность автоматизированного производства
Параметр Условное обозначение показателей и формулы для расчета Значение
По базовому”}
В фактических условиях действующего производ- ства по состоянию на « > 19 F.
В том числе: основные рабочие, за- нятые технологическим обслуживанием обору- дования и анодных штанг (гальваностеги, операторы автоматиче- ских линий): численность, чел. средний разряд ра- боты основные рабочие, за- нятые монтажом и де- монтажом деталей на технологические спут- ники: численность средний разряд ра- боты Общая численность вспо- могательных рабочих (на- ладчики автоматических линий, корректировщики н составители растворов, транспортники, комплектов- щики, слесари по ремонту оснастки и т. п,), чел. Средний разряд работы вспомогательных рабочих Энергопотребление: электрическая энергия: установленная мощ- ность токоприемни- ков, кВт стоимость 1 кВт -ч электрической энер- гии, руб. водопроводная вода: расход на технологи- ческие нужды, м8/ч г, ТоС + та •
Г оо = Гм—д = Р В. Р, г в. р, Фра 9 S Т’м-д 1 3
? J5 * | 0 11 | ч “ о о о о “ •о 1.3 2 60,0 0,018 7,5
Расчет экономической эффективности
643
Продолжение табл. 11
показателя По новому варианту Обоснование расчета
варианту
В условиях действующего производства после приведения в сопоставимый вид
5 075,6 + 5 081,5 1 840 ~ 5,52 3 383,7 1 840 “ 1,84
3 4
8 550,6 1 840 - 4,64 3 273,5 1 840 - 1,78
2 3
0,4X10,16= 4,06 0,6 X 3,62= 2,17
2 3
280,0 110,0
0,018 0,018
12,0 3,5
21*
644
Экономическая эффективность автоматизированного производства
Параметр Условное обозначение показателей и формулы для расчета Значение Я
По базовому Я
В фактических условиях 1 действующего производ- 1 ства по состоянию на 1 « » 19 г. |
стоимость 1 м3 водо- проводной воды, руб. обезвреживание и очи- стка сточных вод галь- ванического производ- ства: Цвт 0,2 1
число гальваносто- ков, подлежащих обезвреживанию и очистке, м3/ч 7” во 7,5 1
стоимость обезврежи- вания и очистки 1 м3 гальваностоков, руб, канализация обезвре- женных сточных вод гальванического про- изводства: «во 1,3 I
число обезвреженных гальваностоков, сли- ваемых в канализа- ционные сети, м3/ч Р ВК 7,5
стоимость канализа- ции 1 м3 обезврежен- ных гальваностоков, руб. сжатый воздух: ЦЕК 0,2
расход на технологи- ческие иужды, м3/ч Р св 70
стоимость 1 м3 сжа- того воздуха, руб, перегретый пар: Цсв 0,003
расход иа технологи- ческие нужды, т/ч Р п 1,0
стоимость 1 т пере- гретого пара, руб. ЦП 4,5
Стоимость химикатов, анодов и вспомогательных материалов, расходуемых на 1 м2 обрабатываемой поверхности, руб. Производствеииая пло- щадь, занимаемая оборудо- ванием я OS и ьг 0,8
Расчет экономической эффективности
645
Продолжение табл. 11
показателя По новому варианту Обоснование расчета
‘ варианту
В условиях действующего производства после приведения в сопоставимый вид
0,2 0,2
12,0 3,5
1,3 0,38
12,0 1,4
0,2 0,2
320 125
0,003 0,003 МР-040-29—80,
норматив 8.19
2,7 1,3
4,5 4,5 МР-040-29—80,
норматив 8,19
0,8 0,4
646
Экономическая эффективность автоматизированного производства
Параметр Условное обозначение показателей и формулы для расчета Значение По базовому В фактических условиях действующего производ- ства по состоянию на « » 19 г. ?
В том числе: производственная пло- щадь, м2 стоимость 1 м2 произ- водственной площади, руб. поправочный коэффи- циент, учитывающий специфику гальвани- ческого производства (проемы в перекры- тиях, химическую за- щиту строительных конструкций, отделоч- ные работы) Служебно-бытовые по- мещения: площадь служебно- бытовых помещений, приходящаяся на 1 рабочего, м? требуемое количество площади служебно- бытовых помещений, м2 стоимость 1 м2 пло- щади служебно-быто- вых помещений, руб. Размер отчислений на амортизацию и содержание 1 м2 площади цеха, руб. Стоимость жил культбыт- строительства, приходя- щаяся на 1 рабочего, руб. Капитальные вложения, руб. В том числе: стоимость оборудова- ния S пр Цпр Кпр •$ол Socn = 5сл(Рор 4" Рвр) Цел Ццл Цж Расчет капита К — Коб + Кпа + + Кел + Кп + Кщ Коб лы 126 140,0 10,0 чых вложений, себестои 38 640 21 000
Расчет экономической эффективности
647
Продолжение табл. 11
показателя варианту По новому варианту Обоснование расчета
В условиях действующего производства после приведения в сопоставимый внд
350 180,0 270 180 Инструкция
1,3 1,3 № 54—4/298 от 3.11.83 г. Норматив 17 (раздел 15)
7 7 (10,16+ 4,06)= 99,5 7 7 (3,62 + 2,17) = 40,5 Инструкция Ns 54—4/298 от 3.11.83 г. Норматив 18 (раздел 15)
200,0 200 Инструкция № 54—4/298 от 3.11.83 г. Норматив 18
18,0 18 (раздел 15) То же, норматив 19
6 600,0 мости и экономической эффекты 249 367 46 000 6 600 внести 184 044 58 000 (раздел 15) То же, норматив 5 (раздел 15)
648
Экономическая эффективность автоматизированного производства
Параметр Условное обозначение показателей я формулы для расчета Значение По базовому В фактических условиях действующего производ- ства по состоянию на « ж 19 г.
стоимость производ- ственной площади стоимость служебно- бытовых помещений затраты на проектиро- вание (в течение трех лет: 1-й год 2-й год 3-й год затраты на проектиро- вание с учетом факто- ра времени затраты на жилкульт- бытстроител ьство удельные капитальные вложения на 1 м? по- верхности обрабатывае- мых деталей Годовые затраты по изме- няющимся статьям себе- стоимости, руб. В том числе: основная и дополни- тельная зарплата с от- числениями на соц- страх и доплатами стоимость электроэнер- гии на технологиче- ские нужды стоимость водопровод- ной воды на техноло- гические нужды стоимость обезврежива- ния и очистки сточных вод гальванического производства ^ПЛ = ^ПрДпр^Спр ^сл = ^осл^сл Кпн Uvs (РОП-\~Рвр) к Ауд- А 12 Сг= 1 Свп= Фр (Р обСтКуХ X Кпр^до + РМ-дСт х X КуКпр^Сдо + Рвр х ХСтКпр^до) ^офп I св = ^1У^вр^оД^а>ФвлЦэ ~ Ч ОвТ = Р’ВтФвпЧвТ Св<^= РвоФвпЦвО 126 X 140= 17 640 2,61 130 465,96 1 840 (3,2 X 0,606 X X 1,2 X 1,3 X 1,265 + + 1,3 X 0,512 X 1,4 X X 1,265) 1,35 = = 12 434,9 60Х0,7Х0,7Х0,8Х X 1,06X 4 015X 0,018 0,65 ~ = 2 771,97 7,5 X 4 015 X 0,2 = = 6 022,5 7,5 X 4 015 X 1,3 = = 39 146,25
расчет экономической эффективности
649
Продолжение табл. 11
показателя По новому варианту Обоснование расчета
варианту
В условиях действующего производства после приведения в сопоставимый вид
350 X 180 X 1,3 = 81 900 99,5 X 200 = 19 900 7 000 1 500 4 000 1 500 1 500 X 1,13-1+ 4 000 X X 1,113-2> + 1 500 = 7 715 6 600 (10,16 + 4,06)= 93 852 4,928 308 898,36 1 840 (5,52 X 0,606 X 1,2 X X 1,3X1,265 + 4,64 X X 0,548 X 1,2 X 1,3 X X 1,265 + 4,06 X 0,512 X X 1,4 X 1,265) 1,35 = = 38 005,2 280X0,7 X0,7 Х0,8Х X 1,06 X 4 015 X 0,18 0,65 ~ = 12 935,84 12 X 4 015 X 0,2 = 9 636,0 12 X 4 015 X 1,3 = 62 634,0 270 X 180 X 1,3 = 63 180 40,5 X 200 = 8 100 15 000 5 000 5 000 5 000 5 000 X 1,1‘»-1>+5 000 X X 1,1(3-а) +5 000= 16 550 6 600 (3,62 + 2,17)= 38 214 3,637 98 782,34 1 840 (1,84 X 0,67 X 1,2 X X 1,3 X 1,265 + 1,78 X X 0,606 X 1,2 X 1,3 X X 1,265+ 2,17 X 0,566 X X 1,4 X 1,265) 1,35 = = 16 734,71 11ОХО,7ХО,7ХО,8Х1,О6Х 3 810x0,018 = 4 822,46 3,5 X 3 810 X 0,2 = 2 667,0 3,5 X 3 810 X 0,38 = 5 067,3 МР-040-29—80, норматив 8.13
650
Экономическая эффективность автоматизированного производства
Параметр Условное обозначение показателей и формулы для расчета Значение По базовому В фактических условиях действующего производ- ства по состоянию на < » 19 г.
стоимость канализации обезвреженных сточ- ных вод гальваниче- ского производства стоимость сжатого воз- духа на технологиче- ские нужды стоимость перегретого пара на технологиче- ские нужды сто имость х ими катов, анодов и вспомогатель- ных материалов на го- довую программу отчисления на аморти- зацию оборудования затраты на содержание и текущий ремонт обо- рудования затраты на амортиза- цию, содержание и ре- монт производственной и служебно-бытовой п лощади прочие затраты, учи- тывающие стоимость спецодежды и спецпи- тания персонала, исправление брака,не- производительные по- тери времени и др, затраты по изменяю- щимся статьям себе- стоимости на 1 м? по- верхности гальваниче- ской обработки « I 1 « =5 " И t i t "su's^’a Sot's £ < 1 3 st 0? £ £ 4 ° ° S & S SO+ + 2- So+t 1 04 II II 11 « о ® « ao r> e a it II II И II II II Й н О -k • 1 ., 5 11 L L “ :: Q а? и и ++ " ° и м я И S S у_ w -и к kJ । n r? О “ « Я сГ II о. „ J_ а И «г, + О и ° хх+ Q +_l + О Т- Т 7,5 X 4 015 X 0,2 = = 6 022,5 70 X 4 015 X 0,003 = = 843,15 1 X 4 015 X 4,5 = = 18 067,5 0,8 X 14 800= 11 840,0 0,244 X 21 000 = 5 124,0 0,04 X 21 000 = 840,0 10 X 126 = 1 260,0 26 093,19 130 465,96 14 800 ~ 8,82
Расчет экономической эффективности
651
Продолжение табл. 11
— •— показателя По новому варианту Обоснование расчета
варианту
В условиях действующего производства после приведения в сопоставимый вид
12 X 4 015 X 0,2 = 9 636,0 1,4 X 3 810 X 0,2 = 1 066,8
320 X 4 015 X 0,003 = 3 854,4 125 X 3 810 X 0,003 = = 1 428,75
2,7 X 4 015 X 4,5 = 48 782,25 1,3 X 3 810 X 4,5 = 22 288,5
0,8 X 50 600 = 40 480,0 0,4 X 50 600 = 20 240,0
0,244 X 46 000 = 11 224,0 0,04 X 46 000 = 1 840,0 0,103 X 58 000 = 5 974,0 0,04 X 58 000 = 2 320,0 Инструкция № 54—4/298 от 3.11.83 г. Норматив 7 (раздел 15)
18 (350+ 99,5) = 8 091,0 18 (270 + 40,5) = 5 589,0
61 779,67 10 583,82
308 898,36 _ 50 600 “ 6,1 98 782,34 50 600 - 1,95
652
Экономическая эффективность автоматизированного производства
Параметр Условное обозначение показателей и формулы для расчета Значение
По базовому
В фактических условиях действующего производ- ства по состоянию на
« » 19 г.
Расчет экономической эффективности: годовая экономия на снижение эксплуата- ционных затрат, руб. приведенные затраты, руб. годовой экономический эффект, руб. Срок окупаемости допол- нительных капитальных затрат, лет Условное высвобождение численности рабочих, чел. Снижение трудоемкости, чел.-ч. Выработка иа одного ра- бочего, м? Рост производительности труда “в > 1 II ° to to •zs II i 1 о°++ ~ + “В “В II 1 Гч 1 *гч®в О Со и О Юм м ш MJ ’ ш 7 14 800 = 3 289
Р Pop + Рвр Яр, Д/7- nPt “Р, 3,2 + 1,3
Обозначения: А — суммарная годовая производственная программа
водства, м2; А2 — по новому варианту с применением АГЛ и по сопоставимому
Ев — нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений,
К — капитальные вложения в производственные фонды (Kj — по базовому
Авр — коэффициент, учитывающий загрузку токоприемников по времени;
Кяо — коэффициент, учитывающий дополнительную зарплату и отчисления
Ко — расчетный коэффициент технологического обслуживания АГЛ;
Код — коэффициент одновременности работы токоприемников;
Кофп — коэффициент, учитывающий выплаты из общественных фондов по
Ку — коэффициент, учитывающий работу по технически обоснованным
Kn — коэффициент, учитывающий загрузку токоприемников по мощности;
Ко, — коэффициент, учитывающий потери электроэнергии в сети;
Пр — выработка на одного рабочего (/7Р1 — по базовому варианту, Пр, —
РВр — общая численность вспомогательных рабочих (Рвр, — по базовому
РОр — общая численность основных рабочих по всем видам работ (Pop, —
Сил—станкоемкость обработки годовой производственной программы
СПр — затраты, учитывающие стоимость спецодежды и спецпитания персо
(Спр, — по базовому варианту, Спр, — по новому варианту), руб.;
Ст — тарифная ставка рабочего, руб.;
Фдн — число рабочих дней в году, дни;
Фр, — эффективный годовой фонд времени рабочего, занятого моитажио-
Фр, — эффективный годовой фонд времени рабочего, занятого технологи
Ф8Л — эффективный годовой фонд времени работы АГЛ, ч.
Расчет экономической эффективности
653
Продолжение табл. 11
показателя По новому варианту Обоснование расчета
варианту
В условиях действующего производства после приведения в сопоставимый внд
308 898,36 + 0,15 X 249 367 = = 346 303,41 Не рассчитывается, так как К2<К1 50 600 308 898,36 — 98 782,34 = = 210 116,02 98 782,34 + 0,15 X 184 044 = = 126 388,94 346 303,41 — 126 388,94 = = 219 914,47 (10,16+4,06) — — (3,62 + 2,17) = 8,43 1 840 X 8,43 = 15 511,2 50 600
10,17 + 4,06 - 3,62 + 2,17 ~ ° ' у 8 739 3 558 - в 2’46 Ра3а
по всем видам цинкования (Л^ — в фактических условиях действующего произ-
базовому варианту);
равный 0,15;
варианту, Х2 — по новому варианту), руб.;
на соцстрах;
требления;
нормам выработки;
по новому варианту), м2;
варианту, РВр, — по новому варианту), чел;
по базовому варианту, Pop, — по новому варианту), чел.;
в АГЛ, станко-ч.;
нала, исправление брака, непроизводительные потери рабочего времени и др.
демонтажными работами, ч;
ческим обслуживанием АГЛ, ч;
654
Экономическая эффективность автоматизированного производства
12. Оценка составляющих экономической эффективности
Наименование составляющих Годовая экономия от снижения экс- плуатационных затрат, тыс. руб. Экономический эффект, % от общей суммы экономии
Малоотходная энергосберегающая техно- логия гальванохнмической обработки В том числе: 130,378 62,0
замкнутая система водоиспользования с автоматическим водор егулирова нием и встроенными модулями, обеспечиваю- щими эффективную очистку и возврат очищенной воды в производство 73,105 35,0
автоматическое регулирование режимов и параметров технологического процес- са, обеспечивающее экономное исполь- зование других энергоносителей 37,033 17,5
эффективная первичная регенерация технологических растворов, механизи- рованное приготовление, корректиро- вание, регенерация и централизован- ная раздача технологических растворов, обеспечивающие сокращение расхода химикатов, анодов и вспомогательных 20,24 9,5
Организационно-технические мероприя- тия — сокращение численности рабочих, ручного труда, снижение непроизводитель- ных потерь рабочего времени, расходов на спецодежду и спецпитание и др. 72,466 34,5
Снижение расходов на амортизационные отчисления 7,272 3,5
Итого: 210,116 100,0
13. Основные показатели экономической эффективности от внедрения АГЛ
Наименование составляющих Значение показателя
Рост производственной мощности Годовая экономия от снижения эксплуатацион- ных затрат, тыс. руб. Годовая экономия электрической энергии, кВт-ч Условное высвобождение численности рабочих, чел. Снижение трудоемкости, чел.-ч Рост производительности труда Годовой экономический эффект, тыс. руб. В 3,42 раза 210,116 450 743,3 8,43 15511,2 В 2,46 раза 219,914
Расчет еконояической эффективности
655
14. Справочная стоимость манипуляторных линий
для гальванохнмической обработки производства ПО «Гальванотехника»
(г. Тамбов)
Назначение линии Модель Оптовая цена линии, руб. Масса поставки, т Удельная стоимость • 1 т кон- струкции линии, руб.
Цинкование в бараба- нах и на подвесках Никелирование и хро- мирование на подвесках Цинкование в бара- банах и на подвесках Цинкование и кадми- рование в барабанах и на подвесках Защитно-декоратив- ное хромирование на подвесках Хромирование на под- весках Твердое хромирова- ние на подвесках Никелирование в ба- рабанах Цинкование в бараба- нах и на подвесках Фосфатирование в корзинах Меднение и никели- рование в барабанах Анодное оксидирова- ние на подвесках Никелирование в ба- рабанах Цинкование и кадми- рование в барабанах Твердое хромирова- ние иа подвесках Хромирование на под- весках Химическое оксиди- рование в барабанах и иа подвесках Химическое травле- ние в барабанах Химическое оксиди- рование и фосфатирова- ние на подвесках * Средняя удельнг тической линии 2256 р Автояативщ АЛГ-35М АЛГ-76М АЛГ-81 АЛГ-128 АЛГ-145 АЛГ-201 АЛГ-216 АЛГ-217П АЛГ-280 АЛХ-42 Механивиро МЛГ-51М МЛГ-57 МЛГ-80 МЛГ-81 МЛГ-85 МЛГ-98 МЛХ-4М МЛХ-12 МЛХ-22 1Я стоимость уб., механиз заданные лим 30 780 35 265 45 945 45 860 77 695 59 330 84 085 65 640 37 450 31 275 ванные линии 40 535 28 465 31 165 30 460 28 570 34 790 23 390 16 285 26 065 одной тонны ироваииой ли ш 12,83 16,9 20,777 19,432 38,23 26,96 29,35 29,5 16,395 16,505 16,825 15,23 12,65 14,818 14,515 18,13 13,97 7,74 15,904 КОНСТруКЦИ! иии — 2011 2399 2087 2211 2360 2032 2201 2865 2225 2284 1895 2409 1869 2464 2056 1968 1919 1674 2104 1639 автома- эуб.
656
Экономическая зффективяость автоматизированного производства
15. Нормы времени на осмотр в снятие пассивной пленки с анодов
Номер операции нли перехода Наименование работы Номер карты Норма времени* мнн
1 Снять анод 26 2 X 0,140 = 0,280
2 Стон раствора — 2 X 0,250 = 0,500
3 Перейти Зин ванне промывки 29 2 X 0,065 = 0,130
4 Промывка анода трехразовым погружением 26 2 X 0,250 = 0,500
5 Стон вода — 2 X 0,250 = 0,500
6 Перейти на 1 м ко 2-Й ступени промынкн 29 2 X 0,025 = 0,050
7 Промывка анода трехразовым погружением 26 2 X 0,250 = 0,500
8 Сток вода — 2 X 0,250 = 0,500
9 Переход 3 м 29 2 X 0,065 = 0,130
10 Химическая обработка анода 26 2 X 0,250 = 0,500
11 Переход 1 м 29 2 X 0,025 = 0,050
12 Промывка анода трехразовом погружением 26 2 X 0,250 = 0,500
13 Стон вода — 2 X 0,250 = 0,500
14 Переход 1 м 29 2 X 0,025 = 0,050
15 Промывка анода трехразовым погружением 26 2 X 0,250 = 0,500
16 Переход 10 м 29 2 X 0,180 = 0,360
17 Протереть анод 7 2 X 0,200 = 0,400
18 Переход 10 и 29 2 X 0,180 = 0,360
19 Промыть анод трехразовым по- гружением 26 2 X 0,250 = 0,500
20 Стон вода — 2 X 0,250 = 0,500
21 Переход 3 и 29 2 X 0,065 = 0,130
22 Навесить анод на штангу 26 См. п. 1
Итого на 1 анод: 7,44 мнн, или 0,124 нормо-ч
Расчет экономической аффективности
657
16. Нормы времена ва удаление растворимых анодов в конце работы
н возвращение вх на место перед началом работы
Номер оп ерации или перехода Наименование работа Номер карты Норма времени, мни
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Снять анод Сток раствора Перейти 3 и Промывка анода трехразовым погружением Сток воды Переход 1 м Промывка анода трехразовым погружением Сток воды Переход 10 и Оставить анод и осмотреть Взять анод н перенести к ван- не, электролитический переход 10 м Загрузить анод 26 29 26 29 26 29 26 29 26 2 X 0,140= 0,28 2 X 0,250 = 0,50 2 X 0,065= 0,13 2 X 0,250 = 0,50 2 X 0,250 = 0,50 2 X 0,025 = 0,05 2 X 0,250 = 0,50 2 X 0,250 = 0,50 2 X 0,180= 0,36 2 X 0,250 = 0,50 2 X 0,180 = 0,36 См. п. 1
И т о г о на 1 анод: 4,18 мин, нлн 0,07 нормо-ч
17. Сравнения затрат ручного н механнзнрованного труда
на обслуживание 1 м анодной штанги___________________
Наименование работы Норма времени иа 1 м анодной штанги, иормо-ч Стоимость ручного и механизирован- ного труда на обслуживание 1 м анодной штанги, руб.
1 | ручной механи- зирован- ный эконо- МИЯ ручной механи- зирован- ный ЭКОНО- МИЯ
Осмотр н снятие пассивной плен- ки с нерастворимых анодов Обслуживание растворимых ано- дов 0,560 0,309 0,04 0,02 0,52 0,289 0,307 0,169 0,022 0,011 0,285 0,158
Примечания:!. При механизированном способе обслуживания ано- дов с применением предлагаемого устройства [а. с. 8765 49 (СССР) ] одновре- менно на каждом метре обрабатывается восемь анодов на двух штангах в со- провождении одного рабочего. Прн автоматическом программном управлении отпадает необходимость в присутствии рабочего прн обслуживании анодов. 2. В расчете ручного способа обслуживания анодов не учтена трудоем- кость подготовки ванны при извлечении и установке дальних анодов. Для этого рекомендуется ввести поправочный коэффициент К — 3-5-4. 3. Разряд рабочего, обслуживающего аноды, принят второй (0,548 р. ва 1 нормо-ч). 4. Прн снятии и установке анодов на электролитические ванны с уче- том требований техники безопасности должно находиться двое рабочих.
658
Экономическая эффективность автоматизированного производства
18. Сравнительные технико-экономические показатели
линий анодирования разных моделей с расчетной годовой программой
300 тыс. м?
Показатель Вариант АГЛ
1 • 2 3 6 7 4 5
Производитель- ность автоматиче- ской линии, м2/ч 94,5 52,0 52,0 24,0 24,0 31,5 31,5
Число автомати- зированных линий 1 2 2 4 4 3 3
Полная площадь участка анодирова- ния, м2 Полная установ- ленная электриче- ская мощность, кВт 1000 1380 1400 1780 1820 1640 1670
628,6 902,2 788,6 1008,1 819,8 930,3 771,0
Полный расход пара, т/год Производитель- ность вытяжной вен- тиляции, тыс. м3/ч Общая масса обо- рудования участ- ка, т Капитальные вло- жения, тыс руб.: в оборудование 18 750 40 430 40 430 40 430 40 430 30 320 30 320
102 194 209 196 208 156 165
82,93 207,3 209,3 216,2 215,6 179,6 187,9
135 225 239 295 294 248 258
в здание 200 276 280 356 364 328 334
Заработная плата, тыс. руб. 64 72 72 80 80 68 68
Затраты на произ- водство, тыс. руб. 434 617 637 651 667 582 574
Число ванн в ли- нии 16 30 31 30 31 30 31
Число операций 22 21 21 21 21 21 21
* Линия ЕС УГАЛ. Экономия затрат ленными вариантами 140—233 тыс. руб. по сравнению с представ-
при 250 % цеховых расходов составит
0,997 р.
ЭКз = Лд1вНвНвФЭкэ^в —
где пл — число гальванических линий
в цехе; /в — длина ванны, м; пв —
число ванн данного типоразмера; па —
число анодных штанг в ванне; Ф —
число рабочих дней в году; Эка —
экономия зарплаты на 1 м анодной
штанги при ее одноразовом обслужи-
вании в сутки, руб.; Яв—высота
ваины, м; Кд—’Дополнительные кап-
вложения иа изготовление устройства
и переделку анодных штанг (Кд =
— 1000 р.); Ен — нормативный коэф-
фициент сравнительной эффективности
капвложений; Тд — число лет оку-
паемости мероприятия.
В формуле вместо пл1впвпв можно
указать общую длину анодных штанг
в цехе.
Экономический эффект
Э = (1 X 8 X 1,6 X 2 X 253 X
X 0,997 X 1,25) + (1 X 4 X 1,6Х
X 2 X 253 X 0,553 X 1,25) —
— 0,15 X 1000 = 10 160,3 р.
Сравнение линий разных моделей
659
19. Удельные показатели линий анодирования разных моделей
Показатель Вариант АГЛ
1 2 3 6 7 4 5
Себестоимость 1 м2 покрытия (без про- ектных работ), руб. Выпуск, м2: на одного про- изводственного рабочего на одного рабо- тающего на 1 м2 площади участка Расход электро- энергии на приточ- но-вытяжную венти- ляцию иа 1 м2 покры- тия, кВт-ч Расход пара на 1 м2 покрытий, руб. Производитель- ность вытяжной вен- тиляции на 1 м2 по- крытий, м3/ч Капитальные вло- жения иа оборудова- ние, руб.: на 1 м? покры- тий иа 1 м2 площади участка Масса оборудова- ния, т: на 1 м2 покры- тий на 1 м2 площади участка Энергоемкость иа 1 м2 анодированных деталей, кВт-ч/м? 1,44 23 077 9 400 300 0,98 0,28 0,34 0,45 135 0,28 0,083 6,6 2,05 23 077 8 350 217 1,97 0,61 0,65 0,75 163 0,69 0,15 7,9 2,13 23 077 8 350 216 1,97 0,61 0,70 0,8 170 0,7 0,15 9,1 2,17 16 700 6 650 168 1,97 0,61 0,65 0,98 165 0,72 0,12 8,8 2,22 16 700 6 650 165 1,97 0,61 0,70 0,98 162 0,72 0,12 9,6 1,94 21 400 8 600 183 1,47 0,46 0,52 0,83 151 0,6 0,11 7,9 1,91 21 400 8 600 180 2,02 0,46 0,55 0,86 154 0,63 0,11 8,9
660
Экономическая эффективность автоматизированного производства
Окупаемость
„ ЮОО
гД=ЛоТбо,з~~менее года-
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНИКО-
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ
ЛИНИЙ РАЗНЫХ МОДЕЛЕЙ
В табл. 18 приведены результаты
расчета технико-экономических пока-
зателей линий анодирования разных
моделей с расчетной программой
300 тыс. м3/год. Экономия затрат ли-
нии ЕС УГАЛ по сравнению с пред-
ставленными вариантами 2—7 соста-
вила 140—233 тыс. р. На основании
анализа данных табл. 19 за базовый
принимаем вариант 5, имеющий наи-
меньшую себестоимость среди пред-
ставленных моделей.
Экономическая эффективность гиб-
ких АГЛ. При проектировании гибких
АГЛ необходимо выполнить оценку
трудоемкости вариантов автоматизиро-
ванного производства с учетом меро-
приятий по защите окружающей среды.
При этом базовый вариант следует
привести в сопоставимый вид по пока-
зателям производительности и каче-
ства выпускаемой продукции. Дру-
гими словами, при экономических рас-
четах необходимо также учитывать
полноту выполнения технологических
процессов в сравниваемых вариантах.
Особое внимание следует обратить
на расчет затрат водоиспользования.
В условиях возрастающих требований
к охране окружающей среды и рацио-
нальному использованию природных
ресурсов следует ожидать ужесточе-
ния норм расхода воды и резкого по-
вышения цен на сверхнормативный
расход ресурсов.
Определение капитальных вложений
на автоматизацию гальванического
производства требует многовариант-
иых расчетов. На рис. 1 показана за-
Рис. 1. Зависимость стоимости АГЛ от
габаритов ванн
висимость стоимости АГЛ для задан-
ной производительности Пч от габа-
ритов, используемых в линии ванн.
Для обеспечения любой заданной про-
изводительности можно принять одну
или несколько АГЛ. В самой АГЛ
можно принять разные размеры ванн
по длине. Например, длину ванны
можно принять такой, что в нее поме-
стится вся часовая программа покры-
ваемых деталей или только небольшая
часть часовой программы. Число ванн
покрытий будет зависеть от продол-
жительности операции и такта Гр,
а также от числа манипуляторов.
Каждый из этих вариантов АГЛ
будет иметь разные размеры капиталь-
ных вложений, и для каждого вари-
анта потребуется своя производствен-
ная площадь. На рис. 1 (пример услов-
ный) показано, что для каждого зна-
чения производительности АГЛ суще-
ствует оптимальный размер гальвани-
ческих ванн (точки а, б, в). При этом
минимумы кривых стоимости для раз-
ных 77 ч можно соединить прямой АБ.
Некоторые из представленных иа
рис. 1 зависимостей были обнаружены
С. А. Тюриным при расчетах иа
ЭВМ.
В экономических расчетах следует
также учитывать и возможность меха-
низации или автоматизации обслужи-
вания анодных штанг.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Абрамзон А. А. Поверхностно-
активные вещества. Свойства и при-
менение. Л.: Химия, 1981. 303 с.
2. Автоматические линии в маши-
ностроении: Справочник в 3-х т./Ред.
совет: А. И. Дащенко и др. М.: Ма-
шиностроение. Т. 1, 1984. 312 с. Т. 2,
1985. 480 с.
3. Александров М. П. Тормозные уст-
ройства в машиностроении. М.: Ма-
шиностроение, 1965.
4. Арзуманов Э. С. Расчет и выбор
регулирующих органов автоматиче-
ских систем. М.: Энергия, 1971. 111 с.
5. Бабиков О. И. Ультразвуковые
методы и аппаратура для автоматиза-
ции производства. Л: ЛНТП, 1969. 33 с.
6. Балдин А. А., Бошняк Л. Л.,
Соловский В. М. Ротаметры. Л.: Ма-
шиностроение, 1983.
7. Бердический Е. Г. Смазочно-
охлаждающие средства для обработки
материалов: Справочник. М.: Машино-
строение, 1984. 224 с.
8. Бондаренко Н. Н., Братолю-
бов В. Б. Низковольтные преобразо-
ватели для гальванотехники и элек-
трохимических станков. М.: Энерго-
атомиздат, 1987. 182 с.
9. Виленский П. И., Срибнер Л. А.
Бесконтактные путевые выключатели.
М.: Энергоатомиздат, 1985.
10. Волков В. А. Поверхностно-
активные вещества в моющих средст-
вах и усилителях химической чистки.
М.: Легпромбытиздат, 1985. 200 с.
И. Габодзе В. Г., Пирхалава Д. А.,
Давиташвили Г. Д. Локальные сред-
ства контроля для АСУТП гальваниче-
ского производства типа «Контур»//
ИФНТП Экономика, проектирование
и организация гальванических цехов.
1981. 123 с.
12. Гальванические покрытия в ма-
шиностроении: Справочник в 2-х т./
Под ред. М. А. Шлугера. М.: Маши-
ностроение. 1985. Т. 1. 240 с; Т. 2.
247 с.
13. Генератор импульсов сильного
тока для питания гальванических ванн/
Н. А. Костин, В. С. Абдулин, В. А. За-
блюдовский я др. Промышленная энер-
гетика, 1986. № 8. С. 17—18.
14. Гинзбург М. М., Григер В. А.,
Нуриев Н. К. Организация оптималь-
ного обслуживания однооператорной
поточной линии//Вопросы радиоэлек-
троники, сер. ЭВТ. 1978. Вып. 11.
С. 27—30.
15. Гордин И. В., Манусова Н. Б.,
Смирнов Д. Н. Оптимизация химико-
технологических систем очистки про-
мышленных сточных вод. Л.: Химия,
1977. 176 с.
16. Грилихес С. Я- Обезжиривание,
травление и полирование металлов.
Л.: Машиностроение, 1983. 101 с.
17. Гуревич Н. Л., Соколов М. В.
Импульсные системы автоматического
дозирования агрессивных жидкостей.
М.: Энергия, 1973. 111 с.
18. Дасоян М. А., Пальмская И. Я.
Оборудование цехов электрохимиче-
ских покрытий. Л.: Машиностроение,
1986.
19. Джонсон С. М. Оптимальные
двух- и трехоперационные планы про-
изводства//Календарное планирование
М.: Прогресс, 1966. С. 33—41.
20. Дубинин Н. П., Пашин Ю. В.
Мутагенез и окружающая среда. М.:
Наука, 1979. 130 с.
21. Жук Н. П. Курс теории корро-
зии и защиты металлов. М.: Металлур-
гия, 1976. 472 с.
22. Защита металлических соору-
жений от подземной коррозии: Спра-
вочник/И. В. Стрижевский, А. М. Зи-
невич, К. К. Никольский и др. М.:
Недра, 1981. 293 с.
23. Защита от коррозии, старения
и биоповреждений машин, оборудова-
ния и сооружений: Справочник в 2-х
т. T.l/Под ред. А. А. Герасименко.
М.: Машиностроение, 1987. 688 с.
24. Згурский В. А., Зальцман Л. Г.,
662
Список литература.
Каданер Л. И. Комплексная автома-
тизация гальванических цехов с при-
менением управляющих вычислитель-
ных машин. Киев: Вища школа, 1973.
203 с.
25. Иванов В. Т., Гусев В. Г.,
Фокин А. Н. Оптимизация электриче-
ских полей, контроль и автоматиза-
ция гальванообработки. М.: Машино-
строение, 1986.
26. Инженерная гальванотехника в
приборостроении/Под ред. А. М. Гин-
берга. М.: Машиностроение, 1977.
27. Инструкция по оценке экономи-
ческой эффективности создания и ис-
пользования автоматических манипу-
ляторов с программным управлением
(промышленных роботов). М.: НИИ-
Маш, 1983. 50 с.
28. Кабанов Б. Н. Механизм элек-
трохимического обезжиривания ме-
таллов//Журнал фнз. химии. 1933.
Т. 4. № 5. С. 549—553.
29. Кафаров В. В. Методы киберне-
тики в химии и химической техноло-
гии. М. : Химия, 1971. 496 с.
30. Кафаров В. В. Принципы соз-
дания безотходных химических про-
изводств. М.: Химия, 1988. 288 с.
31. Кац В. Б. О точном алгоритме
составления оптимального цикличе-
ского расписания многооператорного
обслуживания поточной линии//Авто-
матика и телемеханика. 1982. № 4.
С. 133—138.
32. Квокова И. М., Зубченко В. Л.
Теория коррозионных процессов, соз-
дания коррозионно-стойких материа-
лов и методов защиты металлов от
коррозии. М.: Металлургия, 1977.
119 с.
33. Клюев А. С. Двухпозиционные
автоматические регуляторы и их на-
стройка. М.: Энергия, 1967. 104 с.
34. Конвей Р. В., Максвелл В. Л.,
Миллер Л. В. Теория расписаний. М.:
Наука, 1975. 359 с.
35. Коррозионная стойкость нержа-
веющих сталей, сплавов и чистых
металлов: Справочник/Под ред.
Д. Г. Туфанова. М.: Металлургия,
1982. 352" с.
36. Кошель Н. Д. Материальные
процессы в электрохимических anna-
р. очх (моделирование и расчет). Киев:
В । ца школа, 1986. 192 с.
37. Лившиц А. Л., Отто М. Ш.
Импульсная электротехника. М.: Энер-
гоатомиздат, 1983.
38. Лобанов С. А. Практические
советы гальванику. Л.: Машинострое-
ние, 1983. 248 с.
39. Лурье А. Л. О некоторых за-
дачах календарного планирования//
Проблемы кибернетики. Вып. 7. М.:
Наука, 1962. 201—208 с.
40. Макаров А. К., Свердлин В. М.
Приборы для измерения pH. М.: Энер-
гия, 1970.
41. Модернизация выпрямительного
агрегата типа ВАС для гальванических
вани/Н. А. Костин, В. И. Ковалев,
В. С. Абдулин, К. И. Бондарев//Про-
мышленная энергетика. 1981. № 8.
С. 23—25.
42. Морозов П. А. Экономическая
служба цеха. М.: Экономика, 1973.
43. Надежность н долговечность ма-
шин/Б. И. Костецкий, И. Г. Носов-
ский, Л. И. Бершадский, А. К- Ка-
раулов. Киев: Техн1ка, 1975. 408 с.
44. Новые достижения в области
теории н практики противокоррозион-
ной защиты материалов//Сб. докл. се-
минара по коррозии. Звенигород, 1980.
М.: Наука, 1981. 256 с.
45. Оборудование цехов электрохи-
мических покрытий: Справочник/Под
ред. Л. М. Вячеславова. Л.: Машино-
строение, 1987. 310 с.
46. Общемашнностроительные нор-
мативы времени на гальванические
покрытия и подготовку поверхностей
до и после покрытия. М.: Машино-
строение, 1988. 122 с.
47. Окрасочные работы в машино-
строении: Справочник/Е. В. Искра,
А. М. Луковский, Ю. С. Петров и др.
Под общ. ред. Е. В. Искры. Л.: Ма-
шиностроение, 1984. 256 с.
48. Печенков Ю. А., Филатов В. П.
Математическое моделирование элек-
троосаждения хрома из универсаль-
ного электролита//Материалы семина-
ра «Экономика, проектирование и ор-
ганизация гальванических цехов». М.:
МДНТП, 1981. 123 с.
49. Пиивский Р. С. Автоматическое
регулирование кислотности в гальва-
нических ваннах//Механизация и авто-
матизация производства. 1986. № 6.
С. 28—31.
50. Плудек В. Защита от коррозии
на стадии проектирования. М.: Мир,
Список литературы
663
1980. 438 с.
51. Повышение качества поверхно-
сти и плакирование металлов: Спра-
вочник/Под ред. А. Кнаушнера. М.:
Металлургия, 1984. 368 с.
52. ПогодинА. Б., ЕльяшевичИ. В.,
Каплан Б. М. Гибкая автоматизация
производства гальванических покры-
тий. Л.: ЛДНТП, 1985. 27 с.
53. Пожаробезопасные технические
моющие средства: Каталог. М.: Ма-
шиностроение, 1982. 32 с.
54. Прейскурант № 18—04. Оптовые
цены на оборудование для литейных
цехов. М.: Прейскурантиздат, 1981.
55. Прохоров В. А. Основы автома-
тизации аналитического контроля хи-
мических производств. М.: Химия,
1984. 320 с.
56. Ребиндер П. А. Взаимосвязь
поверхностных и объемных свойств
растворов ПАВ. Успехи коллоидной
химии. М.' Наука, 1973. С. 9—29.
57. Рейнгольд Э., Нивергельт Ю.,
Део Н. Комбинаторные алгоритмы.
Теория и практика. М.: Мир, 1980.
476 с.
58. Решникова Н. А., Батали-
на Г. П., Коновалова А. В. Автома-
тизация технологических процессов
очистки и гальванопокрытий в про-
изводстве изделий электронной тех-
ники. М.: ЦНИИ «Электроника», 1981.
42 с.
59. Смирнов Д. Н. Автоматическое
регулирование процессов очистки при-
родных и сточных вод. М.: Стройиздат,
1985. 321 с.
60. Смирнов Н. С., Простаков М. Е.,
Липкин Я. Н. Очистка поверхности
стали. М.: Металлургия, 1978. 232 с.
61. Соболь И. М. Точки, равномерно
заполняющие многомерный куб. М.:
Знание, 1985. 32 с.
62. Соколицын С. А. Применение
математических методов в экономике
н организации машиностроительного
производства. Л.: Машиностроение,
1970. 280 с.
63. Справочник по свойствам, ме-
тодам анализа и очистки воды/
Л. А. Кульский, И. Т. Гороновский,
А. М. Когановский и др. Киев: Науко-
ва думка, 1980. 680 с.
64. Справочник проектировщика:
Вентиляция и кондиционирование воз-
духа. М.: Стройиздат, 1978. 600 с.
65. Спринг С. Очистка поверхности
металлов. М.: Мир. 1966. 346 с.
66. Степанов И. А., Савельева Н. Я.,
Фнговский О. Л. Антикоррозионная
служба предприятий. М.: Металлур-
гия, 1987. 240 с.
67. Танаев В. С., Шкурба В. В.
Введение в теорию расписаний. М.:
Наука, 1975. 256 с.
68. Теория расписаний и вычисли-
тельные машины/Под ред. Коффмана.
М.: Наука, 1984. 334 с.
69. Техника борьбы с коррозией/
Р. Юхневич, В. Богданович, Е. Ва-
лашковский, А. Видуховский. Пер.
с польск./Под ред. А. М. Сухотина.
Л.: Химия, 1980. 224 с.
70. Феоктистов Н. А., Суханов А. И.,
Карасев А. В. Применение кольцевой
схемы выпрямления в низковольтных
сильноточных агрегатах. Электротех-
ника. 1978. № 5. С. 23—25.
71. Цикерман Л. Я. Диагностика
коррозии трубопроводов с примене-
нием ЭВМ. М.: Недра, 1977. 319 с.
72. Bellman R. Some mathematical
aspects of scheduling theory—Journal
of the Society of Industrial and Applied
Mathematics. 1956. V. 4. N 3. P. 168—
205.
73. Воцтап E. The Schedule — se-
quencity problem. — Operations Re-
search. 1959. V. 7. N 5. P. 621—624.
74. Demmer P., Alps E., und Moll D.
Systemestudien in der Galvanotech-
nik. — Galvanotechnik. 1981. B. 72.
N 11. S. 1181—1186.
75. Jansen I., Terbort J. Low tem-
perature alkaline degreasing — the con-
cept, method, practrce. Product Fi-
nishing. 1982. V. 35. N 6. P. 7—12.
76. Korte F. Global inputs and
burden chemical residues in the bio-
sphere: The problem and control measu-
res. In: Comperative studies of food
and environmental contamination. Vie-
na. 1974. P. 3—22.
77. Korte F.-In: Comparative studies
of food and environmental contamina-
tion. Viena, 3. 1974.
ПРЕДМЕТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ
А
Агрегаты выпрямительные «• Включение
в сеть 485
— Графики работы, реализуемые про-
граммным устройством 503* 504
— Модификации 487* 491
* -» Обозначение 492
— Охлаждение 507, 508
— Питание силовых цепей 485
— Пульсации тока 505
— Пульт дистанционного управления 502
— Пульт программного управления 503
— Размещение в цехаи и на гальваниче-
ских участках 506
* - Состав силовой части 493
— Состав тиристорных блоков 496* 497
* -» Схемы выпрямления 492
— ^Технические характеристики 488-®*490*
— Типаж н основные параметры 487а 492
— Узел защиты 485, 500
— Узел импульсного управлении 502
— Узел питания 495, 497
— Узел регулирования 498—500
— Узел формировании импульсов управ-
ления 497, 498
— Управление в помощью внешние сиг-
налов 504, 507
Активации металлов 318 Составы рас-
творов и режимы 319
Алгоритм работы линии » Новые методы
расчета 613, 614
Аниониты 442
Анодирование Сравнительные технико-
экономические показатели линий разных
моделей 658
Анодная защита 205* 206 Средства 2Q7
— Схема 208
Аноды — Расчет экономической эффектив-
ности обслуживания 639, 658
— Станция механической очистки 72
Аппаратура коммутационная, применяемая
в выпрямительных агрегатах —> Техниче-
ские характеристики 494
Аппараты с перемешивающими устройства-
ми 424 — Технические характеристики 425
Б
Баки для хранении жидких реагентов —•
Технические характеристики 426
Баллоны —’ Технические характеристики
426
Барабаны — Единовременная загрузка
ванн покрытий 30
— Загрязнение электролита 185
— Конструкции 193—197, 398* 454
— Коэффициент загрузки 193
— Коэффициент использовании 28
— Особенности нанесении покрытий 18Э**
185
» Равномерность распределения металла
прн нанесении покрытия 186—190
Распределение плотности тока внутри
загрузки 185
Распределение тока на внешней по-
верхности загрузки 191
« Средний диаметр 50
«и Степень перфорации стенок 191
Частота вращения 193
Барботер 160
Будиловского предел — Значения неуда>
ляемого количества электролита 15
В
Вакуум-фильтры Виды 476
Схемы 473, 474
Технические характеристики 477
Ванны —- Выбор размеров в зависимости
от требуемой производительности 36—»49
Защита корпусов 137
«• Конструктивные модули 157—164
» Конструкции 135, 136, 138
» Материалы для изготовления 142
Нагревательные устройства 149—156
» Основные параметры н размеры 134 «•
136
Сварка корпусов 142* 143
«и Система удаления воздуха 75
Сушильное оборудование Гбб^—169
Установочные размеры 64
Устройство корпусов 137
Ваины для нанесения покрытий — Едино-
временная загрузка 29, 30 — Конструиро-
вание на напряжение свыше 110 В 510*
511 — Регулирование температуры 521 -•
Тепловой расчет 298—303 — Электроизо-
ляция 509
— для подготовки поверхности деталей
Корректировка 321 — Потери электроли-
та 322 — Расход химикатов 322
— многосекцнониые 73 — Схема 75
передаточная 169
с водяной рубашкой 151
— G водяной рубашкой и электроиагре-
вом 156
е*” с индукционным нагревом 76
— совмещенные для многоступенчатой про-
мывки 267
’ с пароводяной рубашкой 152
с передвижными анодными штангами 74
— с электронагревателями 155
— улавливания — Устройство дли под-
питки ваии покрытий 266
— хромирования — Схема регулирования
температуры 525
— электролизные 431
Вентиляция гальванических цехов Кон-
структивные решения 285
— Коэффициент учета рааиости темпера-
тур раствора и воздува в помещении 297
Предметный указатель
665
₽ Очистка веитидяционнши выбросов
286—290
Проектирование 282—285
Вода >— Влияние примесей на качество
покрытий 236
Использование для промывки деталей
236
Категория потребления на теинологн-
ческие нужды 232
Контроль качества 273
е- Контроль количества 273—275
₽— Номограмма расчета расхода иа про-
мывку деталей 249
Оборудование для обеееоливаиии ион-
ным обменом 279
Оборудование для осветления 279
Оборудование для смягчения 278
Показатели качества 234
Предельно допустимые концентрации
основного компонента после использова-
ния для промывки деталей 247
Расчетные значения расхода 268
- Рациональные системы и схемы исполь-
зования 262, 268
Рекомендуемые области применения 235
Требования к качеству 233
Водное хозяйство гальванических цехов
Математические модели 268
« Основные схемы локальных замкнутый
циклов 460, 461
Принципы организации систем 260
•— Условия применения систем 262—268
е— Характеристики существующих систем
260
Водонспользованне Алгоритм математи-
ческой модели 566
в- Математические модели для примене-
ния в подсистеме управления 566
Основные принципы создания систем
281
Водоочистное оборудование 275®*281
Водоподвод 163
Воздуховод вытяжной Скемы располо-
жения 63
Выключатели путевые бесконтактные 548»
550
— фотоэлектрические 549
Вынос раствора удельный 14« 15й 249
— Изменение в зависимости от времени
стекания 266
Г
Гальваиокоагулятор барабанный Ло-
кальная очистка 71
Гидроциклов с конической диафрагмой и
?нлиндрнческоЙ перегородкой 469
нперфнльтрацня 449, 463
Грузоопора технологического спутника 73,
74
Гуммирование ваииы 148, 149
Д
Датчики загрузки ванн 159
Датчики-реле температуры 518, 519
Деаэрация воды — Схема установки 202
Детали — Классификация 18, 19
Диагностика коррозионного состояния
223—227
Дозатор поплавковый 427
-** сифонный импульсный 541
— электрохимический 543
Дуплекс>-автооцоратор консольный 109, 110
И
Ингнбитнрованне 205
Ингибиторы атмосферной н кислотной кор-
розии 203
Интерфейсы 577—579
Ионно-обменная очистка •— Комплексная
технологическая схема 394
— Схемы 373, 443
Ионно-обменная установка для обезврежи-
вании кромсодержащии промывные вод
462
для регенерации растворов хроматного
пассирования 406
Иониты — Характеристики 441
Источники питания — Применение счетчи-
ков ампер-часов 514 — Технические тре-
бования 485—487 * См. также Агрегата
выпрям и тельные
— импульсного и периодического тока —
Перспективные направления разработки
е- иа напряжение 220 В — Перспектив-
ные направления разработки 511—514
К
Кассеты двухрядные в изменяющимся меж-
штаиговым расстоянием 173
6- со штангами круглого сечения 171
•— со штангами прямоугольного сечения
172, 173
Катиониты 441 Динамическая емкость
по ионам металлов 442
Катодная защита 205—207
Кислотность Подсистема регулирования
560
Приборы для измерения 529
Регулирование 530
— Схема измерения 529
Схема установки датчика 531
Клапаны регулирующие 519, 542
е— Технические характеристики 522
Клепанные конструкции — Проектирова-
ние 222
Командоаппараты 544 « Функциональная
схема 543
— с буферной памятью 545
Кондуктометры Технические иаракте-
рнстики 536
— промышленные Теииические иарак-
тернстнкн 277, 278
Контроллеры — Структурная схема 544
— программируемые 546, 547
Корзины — Особенности нанесения покры-
тий 183, 184
Коррозионное растрескивание 200
Коррозионно-стойкие материалы 200, 201
Коррозия — Виды 198—200
— Приложение теории надежности к ре-
шению проблем защиты оборудования 226
— Способы борьбы 202, 205, 209
— факторы, определяющие коррозионное
разрушение 226
Коэффициент выхода годной продукции 27
— группы сложности обрабатываемых де-
талей 628
»— группы сложности технологического
спутника 628
— использования годового и суточного
фондов времени 28
— подобия технологического процесса 65
— технологического обслуживания линий
634, 635
666
Предметный указатель
»— эффективности использования суточно-
го фонда времени 28
Краи-штабеллер 56
Крепежные соединения 222, 223
Л
Лаиси метод 419
Лимитирующая группа вани — Обеспече-
ние гибкости работы 51
— Число позиций в зависимости от такта
работы линии и продолжительности лими-
тирующей операции 32
Линии гальванические автоматизирован-
ные — Диагностика и прогнозирование
коррозионного состояния 223 — 227
— Защитные покрытия и неметаллические
материалы 209—213
— Математические модели управления
процессами 338—348
— Материалы для изготовления 209 — 213
— Новые методы расчета алгоритма рабо-
ты 613, 614
•— Подсистема управления 556
•— Пример расчета трудоемкости и числен-
ности основных рабочих 636 — 638
— Рациональное конструирование 213—
223
Способы борьбы с коррозией 200—202
•— Технологические требования к обору-
дованию 337, 349
•— Технический уровень 77—82
— Фундамент под оборудование 213
— Циклические процессы 609—611
•— Число загрузок за сутки в различные
режимах миогопредметиого потока 33
— Экономика и йланироваиие мероприя-
тий по защите оборудования от коррозии
227 — 230
— Электрохимическая защита оборудова-
ния 205—209
Линии гальванические автоматизирован-
ные гибкие — Инфраструктура 51 — Клас-
сификация 59 — Подобие технологических
процессов 65—68 — Сравнительные техни-
ке экономические показатели 659, 660 —
Структурная схема 62 — Схема автомати-
зированной загрузки 72 — Схема установ-
ки ванн 65 — Число лимитирующих пози-
ций 70 Экологические аспекты 70, 71
— барабанные — Производительность,
единовременная загрузка, рекомендуемые
размеры ванн 36—50
— многопроцессорные •— Компоновка
с целью сокращения позиций 269
— одиопредметиые переменно-поточные
Коэффициент эффективности использова-
ния суточного фонда времени 22 — Осо-
бенности 19 — Схемы использования су-
точного фонда времени 19 — Число загру-
зок 20, 21
— подвесочные — Производительность,
такт работы, рекомендуемые раамеры вани
36 — 39
— с портальным манипулятором Раз-
меры ванн 64
шведской фирмы GALVOUR Схема
77
М
Манипулятор II Защита от коррозии
127
• — Кинематический расчет 127s—133
• —• Классификация 84, 85
— Назначение и область применения 83—
— Необходимое число для обслуживания
одного ряда ванн в зависимости от числа
операций в этом ряду и такта работы ли-
нии 31
— Подсистема управления 458
— Рекомендации по проектированию 123 —
— Технические характеристики 86—94
— Торможение механизмов 125
Манипулятор консольный грузоподъем-
ностью 50 кг 107
— консольный К-25 и К-50 122
— многофункциональный грузоподъем-
ностью 200, 400 и 750 кг — Схемы 116—
121
— поворотид-коисольиый 113—115
— подвесной консольный 103, 104
подвесной радиусный ПО, 111
• — подвесной тележечный гибкотяговый
грузоподъемностью 50, 150» 250 и 4QQ кг
Схемы 95—105
• — подвесной портальный 104, 109
* — подвесной штанговый грузоподъем-
ностью 250 кг 106
• — поперечио-кареточиый мостовой III.
112
поперечно-крановый 115
поперечно-портальный 111—114
• - портальный грузоподъемностью 500 кр
107, 108
с двумя движениями 94 —111
* * с иижиим холостым ходом 84
специализированный 115
с тремя движениями 111—115
тельфериый 94, 96
— фирмы Blasberg 123
•— фирмы GALVOUR 76
Масла ингибированные 204
Маршруты технологические гибкие 51
Математические модели — Функциональ-
ные характеристики комплекса для авто-
матизированной разработки 581
»— для применения в подсистеме управле-
ния водоиспользоваиием 566, 567
— для применения в системе управления
очисткой сточных вод 567—569
— для управления периодической реагент-
ной очисткой хромосодержащих сточных
вод 569
— для управления регенерацией раство-
ров 569, 570
— для управления технологическими па-
раметрами 562—566
»— для управления электромагнитной об-
работкой сточных вод 569
Материалы смазочные 204
Мембраны — Виды 447 — Схемы элемен-
тов 450
* — ацетатные полупроницаемые 448
* - ацетатцеллюлозиые 448, 449
> — ионитовые гетерогенные 398
Мембранные методы — Оборудование
447-451
Мерного датчика метод 552
Механизмы исполнительные 519 « Техни-
ческие характеристики 521
Микродозаторы перистальтические 542
> — электрохимические 542
Микроконтроллеры 547, 548
МикроЭВМ 575, 576 Технические харак-
теристики 577
Мини-ЭВМ — Технические характеристи-
ки 571 — 574
Муфты манипуляторов 124
Предметный указатель
667
н
Нагреватель боковой 150
— дойный паровой 150
— паровой 76
Нагрев раствора — Теплоносители 149
— водяной рубашкой 155, 156
_ насыщенным паром 149—152
погружением трубчатых нагревателей
в раствор 153
___ трубчатыми электронагревателями 152.
153
Накопитель кассет — Емкость 55
— штанг вертикального типа 615
Насосы-дозаторы — Производительность
540
— Технические характеристики 428
Нормы времена иа осмотр н снятие пассив-
ной пленки с анодов 656
— иа удаление растворимых анодов 657
Нормы расхода растворимых анодов 352
расходов и электролитов прн обработ-
ке на подвесках 350
цнаннстого натрия иа разложение 351
О
Обезжиривание — Основные компоненты
растворов 308
— жидких отходов — Классификация ме-
тодов 413 — Методы, используемые для
удаления прнмесей 415—422 Применяе-
мое оборудование 422
— отработанных растворов 366 Клас-
сификация методов 367
•— ультразвуковое 317 «• Составы раство-
ров н режимы 318
*— химическое 314 *=* Составы растворов и
режимы 315
электрохимическое 316 « Составы рас-
творов и режимы 317
Обратного осмоса метод 421 Схема очн-
сткн сточных вод 463
— Схема очнсткн хромсодержащих сточ-
ных вод 394
— Условия возникновения 373, 374
Обратноосмотическне установки 400, 401
— с использованием мембранных элемен-
тов рулонного типа — Технические харак-
теристики 450
— с использованием плоскокамерного мем-
бранного аппарата Технические харак-
теристики 450
Обслуживание автоматизированной гальваа
иической лнннн — Приоритеты 25
— техническое ежедневное — Ориентиро-
вочная продолжительность 27
Озонаторы 429 — Технические характери-
стики 430
Операция гальванические — Классифика-
ция по организационным признакам 17
«— лимитирующие — Гибкость изменения
продолжительности 51, 52 — Порядок об-
служивания 24, 25
*- технологические «* Наименьшая дли-
тельность 68—70
Опора ванны 73, 74
Опоры электродных штанг 158
—- Виды 161—163
Отопление гальванических цехов 298
Отсосы бортовые — Методика расчета воз-
духа, удаляемого от ваии покрытий 295-”
297 — Схемы 283
<— с вертикальной щелью всасывания 291*=*
293
— с горизонтальной щелью всасывания —
Исполнительные размеры 293 — Схемы 294
Отходы жидкие — Виды 409
— Классификация 410, 412
— Классификация загрязнений 411
— Методы обработки 465
— Обезжиривание 472
— Свойства 465
— Схема очистки методом ионного обмена
443
— Технологическая схема обработки 482
«— Химический состав твердой фазы 466
Отходы жидкие кислотно-щелочные и др —
Методы чистки и обезвреживания 420, 421
— концентрированные — Захоронение,
утилизация и регенерация 483 — Возмож-
ные варианты обработки 467 — Методы
кондиционирования осадков 470—481 —
Сушка 481, 482 — Существующие схемы
обработки 483, 484 — Уплотнение 467 —
470
— обезвреженные — Предельно Допусти-
мые концентрации веществ 414 —. Требова-
ния к качеству 413
— хромсодержащие — Методы, применяе-
мые для очнсткн и обезвреживания 418,
419 — Схемы очистки 431, 449 — Техниче-
ские характеристики установок для очи-
стки 434
* — циансодержащне — Методы, применяе-
мые для очнсткн н обезвреживания 416—
418 — Схема очнсткн окислением озоном
429
Очистка жидких отходов см по названиям
методов, напрнмер Сорбционные методы
очистки
* — ионно-обменная 418
— обработанных растворов для подготов-
ки поверхностей деталей — Методы 324,
325
— поверхности металла — Активация
318—320 — Методы контроля 304, 306,
307 — Обезвреживание 314—318 — Одно-
временное обезжиривание и активация
320 — Потери электролитов 322 — Срок
службы растворов 320 — Факторы, влия-
ющие иа очистку 310 — 314 — Физико-хи-
мические основы процесса 307, 308 — Ха-
рактеристика остаточных загрязнений 305
— сточных вод — Математические модели
для применения в системах управления 567
Очистные сооружения — Математические
модели блоков 272
* =. Подсистема управления 556
П
Паспортизация операций нанесений покры-
тий 360 — Пример заполнения паспорта
362—365
Переключатели иа герконах 549, 550
Перемешнватели растворов 157
Плотномеры автоматические 537
Плотность тока — Измерение 553
* - Методы определения 552
я» Подсистема управления 559
Схема регулирования 553, 554
Схема устройства согласования 554
— Формирование уставок тока 551
Поверхностно-активные вещества — Очи-
стка поверхности металлов 310
Подвескн — Единовременная загрузка
ванн нанесения покрытий 29
Коэффициент использования 28
* * Материалы для изготовления 176< 178
668
Предметный указатель
—' Принципы рационального размещения
деталей 180—183
— Размеры 177
I— Сменные токоподводы 179
— Способы нанесения изоляционных по-
крытий 176, 177
— Схема погружения в ванну 68
— Типы 175, 176
Подвески елочного типа 175 — Алгоритм
расчета распределения тока 182 — Схема
181
— рамного типа с пружинящими токопод-
водами 175 — Варианты расположения
стержней 174
рамного типа — Схема стекания жид-
кости 178
— с наклонными к горизонтали стержня-
ми _ Схема стекания жидкости 178
— типа «ласточкин хвост» 176
Поддоны — Технические характеристики
56
Покрытия лакокрасочные 210
Покрытия гальванические — Нормы рас-
хода материалов 337
I— Расчет толщины 551
• — Способы нанесения 330—339
— Сравнительная энергоемкость иаиесе
ння 359, 360
Требования к качеству 327—329
— Требования к контролю качества 329,
330
> — Требования к технологии нанесения
333 — 337
Преобразователи измерительные 516, 517
Прерыватель импульсный ступенчатый 523
Производительность автоматизированной
гальванической линии 36—50 — Обеспече-
ние гибкости 51, 52 — Показатели 25 — 27
•— часовая — Номинальные значения 28
Проектирование автоматизированных галь-
ванических линий — Выбор материалов и
оценка совместимости нх в конструкциях
215
•— Допустимость контактов металлов в из-
делиях, эксплуатируемых в жестких усло-
виях 217
I— Защита щелей и зазоров от попадания
коррозионной среды 219
*— Конструктивные формы емкостей 220
•— Мероприятия по защите оборудования
от коррозии 213
— Оценка и выбор геометрических форм
218, 219
• — Оценка факторов среды 219
• — Предотвращение контактной коррозии
прилегающих поверхностей 216
• — Размещение оборудования 215
• — Форма и расположение профилей 218
* — Экологические аспекты 70
Проектирование манипуляторов см по
узлам, например, Электродвигатели ма-
нипуляторов
Проектирование системы трубопроводов
219 — Выбор технологии соединения эле-
ментов конструкций 222
— Придание внутренним поверхностям
обтекаемых форм 221
— Оформление соединений и установка
диафрагм 221
— Оценка и выбор механических нагрузок
221
Производство гальваническое — Влияние
иа структуру переменно-производственного
фактора 53
** Классификация 16, 17
— Компоновка технологических модулей
57
— Обеспечение адаптации 51, 53
— Объем жидких отходов 40
— Особенности 8, 9
— Оценка трудоемкости 621, 626
— Признаки 8, 9
— Схема инфраструктуры 57
— Схема материальных и энергетических
потоков 52
— Схема организации рационального теп-
лой спользоваиия 57
Производство гальваническое малоотход-
ное и безотходное — Принципы создания
10
Промывка деталей — Классификация си-
стем 236 — 239
— Остаточная концентрация основного
компонента на детали 247, 248
— Расход воды 239
— Расчет расхода воды 249—251
— Система типа «ВАК.У-ДЖ.ЕТ» фирмы
Schering 266
— Схемы простых систем 240 — 242
— Схемы сложных систем 243—245
Промывные воды — Концентрация ингре-
диентов 252, 253
— Подсистема регулирования чистоты 558*
559
— Состав 411
— Схема подвода к гальванической линии
268
— Установка для извлечения ценных ме-
таллов 435
— Устройство для повторного использо-
вания 267
Промывные воды хромсодержащие — Иои-
ио-обмеиная установка обезвреживания
462
— Схема локального цикла 463
Пульт дистанционного управления 5Q2
— программного управления 503
— программного управления с примене-
нием микропроцессорной техники 513, 514
Р
Расписание работы гальванической линии
25^— Автоматизированное проектирование
— нециклическое — Организация рабо-
ты — Принципы и алгоритмы построения
615-617
Распылитель 74, 75
Расходомеры электромагнитные — Основ-
ные параметры 276
Реагентные методы очистки 422 —» Обору-
дование 423 — 429
•— Принципиальная схема 423
Реактор сглаживающий — Технические ха-
рактеристики 506
Реактор-смеситель 568
Реверс — Блок-схема 501
— Узел управления 500
Регенерация 367 — Классификация мето-
дов и нх применение 369, 370 — Технико-
Экономические показатели 406—408
— драгоценных металлов — Схема уста-
новки 396—397
— иоиов тяжелых металлов из промывных
ваии 465
• — локальная 70
• — никелевых электролитов 381, 382
• — никеля из промывных и сточных вод
Схемы устройств 386—392
Предметиый указатель
669
»— медьсодержащий травильных растворов
376, 377
I— отработанных растворов для подготов-
ки поверхности деталей 323, 324
растворов первичная 11
I— растворов травления 376
«— хрома 393, 394
I— цветных металлов 16 — Технические
характеристики оборудования 405
I— электролитов анодного оксидирования
алюминия 385
I— электролитов железнения 384
электролитов медиеиня 384
электролитов обезжиривания 374* 375
*— электролитов хромирования 377 — Тех-
нологические схемы 378, 380
_ электролитов цинкования 383, 384
»— электрохимическая никеля — Кон-
струкция колонного аппарата 390
I— электрохимическая — Установки 401**»
404
Регулятор водоподвода 159
•— температуры — Выбор 525, 526 — За-
коны регулирования 518, 519 — Техниче-
ская характеристика 520
— уровня раствора в ваннах 159
Регулятор-сигнализатор — Датчик уровня
164
Редукторы манипуляторов 124
Резервирование пронзводствеииое 54, 55
Ремонт планово-предупредительный галь-
ванической линии — Примерный график
организации 26
Роботизированные складские комплексы
Технические характеристики 56
Роботы промышленные 76, 77
— грузоподъемностью 40Q кг •— Преиму-
щества 12, 13
Ротаметры Основные параметры 276й
277
С
Сварные соединения Проектирование
222
Сепаратор тарельчатый 470
Система удаления воздуха от ванн 75
Система управления гибким автоматизироа
ваииым производством 556
Системы замкнутые централизованные —•
Конструкции установок и их применение
457-459
н— Локальные циклы 459, 464
— Основные схемы 460, 461
Схема очистки горячей воды 454
•— Технологические схемы очистки воды
453, 456
Системы управления автоматизироваииоЙ
гальванической линии — Принципы по-
строения структурных схем 557
>— Рекомендации по повышению помехоза-
щищенности 582, 583
— Структура программного обеспечения
579—582
Склад роботизированный — Подсистема
управления 555
— Технические характеристики 56
Смеситель-отстойник для регенерации 397
Сорбционные методы очистки 373 374
Оборудование 451, 452
Станция механической очистки анодов 71«
72
Стеллажа *** Технические характеристики
56
Стоимость манипуляторных линий 655
Сточные воды — Принципиальная схема
очистки методом обратного осмоса 463
Спутники технологические — Гибкость
циркуляции в гальванической линии 51
— Классификация 170
Сушилка барабанная 481 Основные па-
раметры 482
— со встречными струями «— Технические
характеристики 482
Сушильные камеры — Виды 165—169
— Габаритные размеры 167
Счетчики ампер часов — Применение в ва-
точниках питания 514
•— холодной воды крыльчатые 274
~ холодной воды турбинные 275
Т
Такт работы «“ Схемы загрузки гальвани-
ческой линий 23
— Схема подцикла свернутого технологи-
ческого цикла и его циклограмма 24
— Характерные значения 31
Температура — Вторичные приборы для
измерения 516
•— Исполнительные механизмы в системах
регулирования 519
Подсистема управления 558
— Регулирование в гальванической ванне
519
— Регулирующие приборы 518
515С?16СТВа К0ИТр0ЛЯ и РегУлироваиия
Терминалы связи с объектом 577
Термометры контактные 515 Техниче-
ские характеристики 516
— манометрические 515 — Технические
характеристики 517
Технологический процесс Обеспечение
гибкости 51
> — Схема образования 18
Титрование 538
Токоподводы — Типы 179, 180
Транспортно-накопительные устройства
Подсистема управления 555
Трубопроводы технологические — Назначе-
ние и технические характеристики 72, 73
— Схемы размещения 63
Трудоемкость нанесения покрытий Рас-
чет 621, 626
— удельная монтажно-демонтажных ра-
бот — Численные значения 629—633
Турбидиметры 277
У
Угли активированные 452
*— активные 452
Ультрафильтрация 373
Ультрафильтры трубчатые —• Эксплуата-
ционные характеристики 400
Уплотнитель со стержневой мешалкой 468
Управление с использованием управляющей
вычислнтельиой машины манипуляторами
558
плотностью тока 559
*- показателем кислотности 560
температурой 558
>— уровнем электролита в вайнах 559
чистотой промывных вод 55
Управляющая вычислительная машина «
Структура технических средств 560
562
670
Предметный указатель
— Управление технологическими пара-
метрами 557
Управляющий вычислительный комплекс
иа базе микроЭВМ — Схема 561
Уровень электролита см Электролит
Уровнемеры — Технические характеристи-
ки 528
Установка безреагеитиая модульного типа
«ЭЛИОН» 16
Устройства подвесочные см. Подвески
Устройство для подачи сжатого воздуха
160
— связи с объектом 561, 572 — Техниче-
ские характеристики 574
— связи с оперативным персоналом 575
— циклового программного управления
546
Утилизация отработанных растворов 367
Ф
Фильтрация 447
Фильтры для очистки воздуха от гальва-
нических ваии — Расход воды иа промыв-
ку 233
— катиоиитовые первой ступени — Тех-
нические характеристики 446
*— кварцевые напорные 444 —* Техниче-
ские характеристики 445
I— металлические напорные однокамер-
ные — Технические характеристики 445
>— одиопоточные катиоиитовые — Размеры
и масса 445
— рукавные — Технические карактерн-
стики 470
I— смешанного действия с внутренней ре-
генерацией — Технические характеристи-
ки 446
Фильтр-пресс автоматизированный — Схе-
мы 477, 479
— Технические характеристики 479
Фонд времени суточный — Коэффициент
эффективного использования 22
Фреттииг-коррозия 200
футеровочное покрытие ваииы — Выбор
143
— винипластом 144, 145
*— пластикатом 145—148
свинцом 143
X
Химикаты — Расход в зависимости ov спо-
соба обработки 13
Хлоратор вакуумный вжекториый Тех-
ническая характеристика 428
Хром — Допустимая концентрация в за-
висимости от солесодержаиия воды 432
Ц
Центрифуга противоточная — Схема обез-
воживания отходов 481
Цех гальванический — Компоновка 60—62
— Обеспечение безлюдной работы 51
— Подсистема оперативного управления
556
Цианиды — Технические характеристики
установки для разложения 439
Цикл локальный — Схема о катодным
осаждением металлов 463
— замкнутый водного хозяйства — Основ-
ные схемы 460, 461
— замкнутый — Очистка никельсодержа-
щнх промывных вод 464
Циклограмма работы линии 585 — Алго-
ритм определения минимального времени
такта 587
— Дискретизация задачи 586, 587
— Особенности расчета для миогомаинпу-
ляторных линий 608, 609
—• Оформление 612, 613
— Порядок обслуживания лимитирующих
групп 611
»— Примеры расчета 587—607
— Примеры рейсов манипуляторов с фраг-
ментами циклограмм 601, 602
Цинкование — Способы управления про-
цессом по математической модели 565
Ш
Шлам флотационный >— Фильтрационные
характеристики 466
Штаиги анодные 174 — Регулирование по-
ложения 73 — Сравнение затрат ручного
и механизированного труда иа обслужива-
ние 65 — Схема 75
• — электродные 157, 170—175
Э
Эжектор 541
Экономическая эффективность производ-
ства — Определение годового экономиче-
ского эффекта 618—621
— Оценка составляющей 654
— Расчет трудоемкости нанесения покры-
тий 621, 626
— Расчет численности основных рабочих
634
Экономическая эффективность от внедре-
ния автоматизированной линии цинкова-
ния — Примерный расчет 638, 639
< — от внедрения гибкой роботизированной
автоматизированной линии цинкования
641—653
Электроблокировочиые устройства маинпуи
ляторов — Проектирование 126
Электродвигатели манипуляторов 123, 124
Электродиализ 372, 420
Электродиализаторы — Очистка жидких
отходов 439
— Технические характеристики 440
Электродиализное устройство для регене-
рации 390
Электроды гетерогенные иоиоселективиые
с твердыми мембранами — Технические ха-
рактеристики 534
Электрокорректор кислотности 4Э6
Электрокоагуляция 418
Электролиз 313, 314
Электролизер диафрагменный многокамер-
ный 404
— для восстановления хрома — Расчет 433
<— для регенерации электродов железие-
иия 385
— превращения ионов тяжелых металлов
432
— проточный 388, 433
— о углеграфитовыми катодами 386
Предметный дкаватем
671
0 о моно- и биметаллической конструк-
циями электродов 389
₽ с непроточной камерой 42
& а объемно-пористыми катодами 403
я» в объемно-пористыми электродами 401»
402
с- со спиралеобразными сетчатыми элек-
тродами 387
стружечный диафрагменный 434
Электролиты — Анализ в помощью ячеек
Хулла 353—354
*- Анализ с помощью ячейки е длинным
угловым катодом 355
Вредное влияние примесей и режимы
селективной очистки 357
е- Зависимость концентрации СгО* от
плотности электролита 356
« Корректирующие добавки 539
и Лабораторный контроль 337, 352
в Методы для контроля уровня 527, 528
*= Основные способы автоматического кон-
троля состава 532—534
»— Подсистема контроля уровня в ванная
559
в Стабилизация состава 356, 358, 359
« Схемы регулирования уровня 526
Устройство для отбора проб и дози-
ровки растворов 540
Электронагрев телетрубчатый 152 « Тех-
нические характеристики 154
«ЭЛИОН» Габаритные размеры бло-
ков 457
— Качество неводной и очищенной воды
458
Технические характеристики 458
Эрлифт 540
СПРАВОЧНОЕ ИЗДАНИЕ
Зубченко Владимир Леонидович,
Захаров Валентин Иванович,
Рогов Владимир Михайлович и др
ГИБКИЕ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ
ГАЛЬВАНИЧЕСКИЕ
ЛИНИИ
Редактор Т. Н. Леденева
Переплет художника Л. Н. Наумова
Художественный редактор С. Н. Голубев
Технические редакторы Е. П. Смирнова, И. Н. Раченкова
Корректоры Н. Г. Богомолова, Л. Е. Сонюшкина
ИБ № 5671
Сдано в набор 16.02.89.
Подписано в печать 31.08.89. Т-04946.
Формат 60 X 901/,,. Бумага офсетная № 2.
Гарнитура литературная. Печать офсетная.
Усл. печ. л. 42,0. Усл. кр.-отт. 42,0. Уч.-изд. л. 66,9
Тираж 11 300 экз. Заказ 713. Цена 3 р. 30 к.
Ордена Трудового Красного Знамени издательство «Машиностроение»
107076, Москва, Стромынский пер., 4
Ленинградская типография № 6 ордена Трудового Красного Знай
«Машиностроение» при Государственном комитете СССР по печати
193144, Ленинград, ул. Моисеенко, 10