MPLM IG™ ПРОМЫШЛЕННЫЙ ИНЖИНИРИНГ │ АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА │ ТЕХНОЛОГИИ МЕТАЛЛООБРАБОТКИ

06.11.2016

Механическая обработка твёрдых материалов струёй жидкого азота под высоким давлением

Механическая обработка твёрдых материалов струёй жидкого азота под высоким давлением
Азот — один из самых распространённых элементов на Земле. Азот в форме двухатомных молекул N₂ составляет большую часть атмосферы Земли, где его содержание составляет 75,6 % (по массе) или 78,084 % (по объёму), то есть около 3,87•101¹⁵ т. Азот не токсичен, достаточно инертен и не оказывает влияния на человека в нормальных условиях. Использование жидкого азота в металлообрабатывающем производстве является экологически чистым, безотходным техническим решением. 
Жидкий азот при температуре 20 °C, испаряясь расширяется в 700 раз. Проникая в обрабатываемый материал, расширение азота при переходе из жидкого в газообразное состояние увеличивает полезную кинетическую энергию. После использования, газообразный азот рассеивается в воздухе не причиняя вред окружающей среде.

История развития технологий применения струи жидкого азота для резки, очистки поверхностей и скалывания

 
В конце 80х годов прошлого века зародилась идея использования струи жидкого азота для промышленной резки и очистки металлов. В 1990 году учёные из INL - Idaho National Laboratory (Национальная Лаборатория Айдахо), приступили к изучению этой идеи.
В 1992 году проект получил финансирование.
1996 год был ознаменован первым успехом на пути реализации применения жидкого азота для очистки металлической поверхности. Учёным удалось удалить радиоактивное загрязнение с поверхности контейнера из нержавеющей стали без создания вторичных отходов. В тот же год учёным удалось произвести успешную резку взрывчатого вещества струёй жидкого азота под высоким давлением без детонации.
В 1999 году авторитетное издание «R & D Magazine» признаёт технологии использования струи жидкого азота под давлением в качестве одной из 100 значимых технических продуктов года, после чего INL получают капитал от инвесторов на коммерциализацию технологии жидких струй азота.
В 2001 году создаётся компания Nitrocision LLC которая становится обладателем эксклюзивных прав на коммерческое использование технологии жидких струй азота.
В 2003 году начинается коммерческое использование технологии. Установка NitroJet становится доступной для покупки или аренды. В тот же год Nitrocision заключает сервисный контракт с NASA на операции резки с применение технологии жидких струй азота.
Начиная с 2004 года ведётся усиленная работа по усовершенствованию технологии. В процессе работы над усовершенствованием технологии, были сделаны несколько научных публикаций и патентов.
1 июля 2013 года, IHI Southwest Technologies, Inc. входящая в японскую корпорация IHI Group приобрела Nitrocision LLC. На сегодняшний день Nitrocision LLC является стопроцентной дочерней компанией IHI и имеет эксклюзивные права на использование технологии в коммерческих целях в рамках законодательства США.

Технология резки струёй жидкого азота под высоким давлением




Резка жидким азотом – самая универсальная технология из всех существующих. Сверхзвуковой (около 3 маха) струёй под высоким давлением до 60 000 psi, возможно резать практически любой материал.
Практически неограниченная толщина разрезаемого материала и относительно высокая скорость резки, делает технологию конкурентоспособной по отношению к другим видам резки.
Метал при резки не нагревается, что исключает термические деформации и другие виды негативного воздействия на структуру металлов. К недостатку можно отнести факт того, что при резке тонкого металла (до 1 мм) более 5 секунд, он может просто рассыпаться из-за быстрого охлаждения до сверхнизких температур.

Преимущества струйной резки жидким азотом:
  • Резка всех видов материалов
  • Возможность применения высокой скорости реза
  • Практически неограниченная толщина разрезаемого материала
  • Высокое качество реза металлов больших толщин
  • Относительная безопасность процесса для человека
  • Безопасность технологии для окружающей среды
Технология резки струёй жидкого азота NitroJet®, является универсальной за счёт возможности регулирования параметров:
  • Параметры сопла позволяют изменять геометрические характеристики струи жидкого азота
  • NitroJet® позволяет регулировать давление в широком диапазоне, от 6000 до 60000 PSI
  • Температура струи регулируется до -162°C
  • Скорость струи жидкого азота регулируется до MACH 3 (более 3500 км/ч)
  • Технология резки NitroJet® позволяет производить высококачественную резку различных материалов: любых металлов и сплавов, композитных материалов (в том числе металл + керамика), пластик, дерево, силикатное стекло, пищевые продукты и многое другое.
Радиоактивные и токсичные материалы могут быть разделены струёй жидкого азота без образования опасных отходов. Сухой остаток после резки удаляется всасыванием в изолированную ёмкость, использованный азот в газообразном состоянии отфильтровывается и растворяется в воздухе без нанесения вреда окружающей среде.
Взрывчатые вещества могут быть разрезаны струёй жидкого азота без детонации, что особенно актуально для разработки систем утилизации боеприпасов, которые сегодня просто взрывают, нанося значительный вред окружающей среде.
Лёгкий, малогабаритный инструмент NitroJet позволяет эффективно роботизировать технологию резки струёй жидкого азота.

Очистка металла струями жидкого азота под высоким давлением



Очистка поверхности струями жидкого азота, как и резка, происходит под высоким давлением – до 60 000 psi, эффект значительно усиливается за счёт способности жидкого азота расширяться при переходе в газообразное состояние в 700 раз, тем самым увеличивая кинетическую энергию.
Благодаря широкому диапазону регулирования параметров, NitroJet позволяет выполнять не только деликатную очистку поверхностей металла от различных загрязнений, ЛКМ, коррозии, но и деметаллизацию. Так, например, возможно очистить сталь от защитного слоя цинка без повреждения основного металла.   
Эта технология способна стать достойной альтернативой другим методам очистки поверхностей в некоторых случаях. Технология успешно используется не только для удаления коррозии и окалины с поверхности металла, огромным достоинством также является возможность удаления межкристаллической коррозии и даже очистки поверхностей от радиоактивного загрязнения без создания вторичных отходов.
Поскольку азот рассеивается обратно в атмосферу, вторичные потоки отходов отсутствуют, для утилизации остаётся только материал, который был удалён с поверхности. Таким образом, очистка поверхностей струями жидкого азота, является самой дружелюбной по отношению к окружающей среде технологией очистки поверхностей.
Технология очистки металлов струями жидкого азота под давлением, может применяться как для ручной деликатной очитки небольших поверхностей, так и для автоматических систем.
NitroJet идеальна для очистки взрывоопасных ёмкостей, так как исключена возможность электрической искры или нагревания очищаемой поверхности для критической температуры.
Применение вакуумных систем удаления пыли из зоны очистки, даёт возможность безопасно, без создания дополнительных отходов удалять радиоактивные и токсичные загрязнения. 
Вероятно, с ужесточением требований к воздействию на окружающую среду, в будущем будут созданы условия при которых очистка струями жидкого азота станет экономически более целесообразной по сравнению с пескоструйной очисткой металлических поверхностей.

Технология скалывания струёй жидкого азота



Японская корпорация IHI Group специализируется на атомная энергетики, химической промышленности и нефтегазовой отрасли. Утилизация зданий и сооружений является неотъемлемой частью жизненного цикла опасных производств. Утилизация и захоронение опасных отходов является дорогостоящей процедурой, NitroJet позволяет утилизировать загрязнённые объекты без создания дополнительных отходов, видимо это и послужило мотивацией для инвесторов IHI Group осуществить сделку по приобретению Nitrocision LLC.
Скалывание бетона, один из вариантов применения технологии NitroJet. Система способна скалывать до 12 мм бетона за один проход. Струя жидкого азота сравнимая по плотности с водой, под высоким давлением на скорости до 3 махов врезается в бетон, после чего азот переходя в газообразное состояние увеличивается в объёме в сотни раз, превращает бетон в пыль которая удаляется из рабочей зоны вакуумном насосом.

Оборудование NitroJet 


Оборудование NitroJet


Потребление жидкого азота системой NitroJet составляет от 11 до 19 литров/мин в зависимости от диаметра сопла. Инженеры Nitrocision LLC разработали автономную мобильную систему для производства жидкого азота в необходимом для работы системы количестве. Электропитание: 480 В, 3 фазы, 150kVA, может быть адаптировано под 3 фазы 380 В или под трёхфазный промышленный генератор достаточной мощности. Всё оборудование NitroJet, помещается на одном полуприцепе.

NitroJet

Более подробно ознакомится с технологиями, разработанными учёными INL и инженерами Nitrocision LLC можно разве что порывшись в Google Patents и Google Scholar. Технология коммерческая – двойного назначения, активно используется в оборонной промышленности стран НАТО. На сегодняшний день технология практически недоступна для российских предприятий. Можно купить готовое оборудование для коммерческого использования не для ОПК, но нельзя купить право на использование запатентованных технологий для производства оборудования.

Сайт производителя оборудования

Комментариев нет:

Отправить комментарий

ПРОМЫШЛЕННЫЙ ИНЖИНИРИНГ АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА ТЕХНОЛОГИИ МЕТАЛЛООБРАБОТКИ