Устройство для термокинетического напыления покрытий

 

Изобретение относится к напылению металлизационных защитно-декоративных покрытий на твердые материалы, например бетон. Целью изобретения является повьшение плотности и адгезии покрытий, увеличение ресурса деталей и повышение надежности запуска устройства . Для этого устройство, содержащее кожух с трубопроводами подачи горючего и окислителя, жаровую трубу, сверхзвуковое сопло и материальный трубопровод, снабжено составным наконечником , соосным сверхзвуковому соплу, и насадком, размещенным с кольцевым зазором переменного сечения относительно наконечника, причем в насадке выполнены торообразные кольцевые камеры для горючего, между которыми в зоне торца наконечника равномерно расположены радиальные отверстия дпя сообщения кольцевого зазора с атмосферой. При работе порция горючего (бензина) заливается в жаровую трубу и торообразные камеры и, воспламеняясь, прогревает насадок и. наконечник, что повышает надежность запуска устройства. После прогрева деталей в жаровую трубу подается горючее и сжатый воздух. Образовавшая- , ся при горении смесь истекайт через сверхзвуковое сопло. Напьтяемые частицы нагреваются, ускоряются струей смеси и образуют защитное покрытие. Наконечник, защищая струю от холодного воздуха, удлиняет участок разгона напыляемых частиц, повышая эф- 4 ективность напыления, плотность и адгезию покрытия за счет сообщения напыляемым частицам более высоких значений скорости и температуры и сокращая потери напыляемого материала за счет обжатия струи горячим воздухом . 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл. § сл ю о ю F

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19> (11) А1 (51) 4 В 05 В 7/20

КГ(О11- - 31

П3, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3827172/23-05 (22) 20.12.84 (46) 23.02.87. Бюл. 1п 7 (71) Криворожский горнорудный институт и Н;учно-исследовательский институт бетона и железобетона Госстроя СССР (72) Л. П. Деуябкина, Н. А, Гальченко, Ф. М. Иванов, Б. А. Крылов и Б. Г. Холодарь (53) 678.056(088.8) (56) Патент ЕР Ф 0049915, кл. В 05 В 7/18,опублик. 1982.

Авторское свидетельство СССР

У 562317, кл. В 05 В 7/20, 1978. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРИОКИНЕТИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ (57) Изобретение относится к напылению металлизационных защитно-декоративных покрытий на твердые материалы, например бетон. Целью изобретения является повышение плотности и адгезии покрытий, увеличение ресурса деталей и повышение надежности запуска устройства. Для этого устройство, содержащее кожух с трубопроводами подачи горючего и окислителя, жаровую трубу, сверхзвуковое сопло и материальный трубопровод, снабжено составным наконечником, соосным сверхзвуковому г соплу, и насадком, размещенным с кольцевым зазором переменного сечения относительно наконечника, причем в насадке выполнены торообразные кольцевые камеры для горючего, между которыми в зоне торца наконечника равномерно расположены радиальные отверстия для сообщения кольцевого зазора с атмосферой. При работе порция горючего (бенэина) заливается в жаровую трубу и торообраэные камеры и, воспламеняясь, прогревает насадок и наконечник, что повьппает надежность запуска устройства. После прогрева деталей в жаровую трубу подается горючее и сжатый воздух, Образовавшаяся при горении смесь истекает через сверхзвуковое сопло. Напыляемые частицы нагреваются, ускоряются струей смеси и образуют защитное покрытие.

Наконечник, защищая струю от холодного воздуха, удлиняет участок разгона напыляемых частиц, повьппая эффективность напыления, плотность и адгезию покрытия эа счет сообщения напыпяемым частицам более высоких значений скорости и температуры и сокращая потери напыпяемого материала эа счет обжатия струи горячим воздухом. 3 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл, ! 129

Изобретение относится к напылению металлизационных защитно-декоративных покрытий на различные твердые материалы, особенно на бетон.

Цель изобретения — повьппение плотности и адгеэии покрытий, увеличение ресурса деталей и повьппение надежности запуска устройства.

На чертеже изображено предлагаемое устройство, продольный разрез, Устройство содержит кожух 1 с трубопроводами 2 и 3 для подачи соответственно окислителя и горючего, Канал 4 в трубопроводе 3 расположен соасно и с зазором отверстию 5 в распределительной головке б, по центральной оси которой пропущен материальный трубопровод 7 с зазором 8.

В кожухе 1 расположена жаровая труба

9 с радиальными отверстиями 10, соединенная одним концом со сверхзвуковым соплом 11, имеющим горловину 12 а вторым — с форкамерой 13 через завихритель 14. Регенеративная труба 15 расположена коаксиально жаровой трубе 9 и материальному трубопроводу 7.

При этом регенеративная труба 15 размещена с зазором 16 между кожухом 1 и жаровой трубой 9, а материальный трубопровод 7 заходит в жаровую трубу 9, С кожухом 1 посредствам резьбы

17 соединен насадок 18 с тораобраэными кольцевыми камерами 19 для горючего, между которыми равномерно расположены радиальные отверстия 20 для сообщения кольцевого зазора 21 с атмосферой. Насадок 18 своим фланцем

22 прижимает к соплу ll втулку 23., к которой посредством резьбы 24 присоединяется удлинитель 25. Между втул.кой 23 и удлинителем 25 установлен набор регулировочных колец 26, играющих роль уплотнителя стыка за счет более высокого коэффициента линейного расширения, чем у деталей 23 и 25.

Детали 23, 25 и 26 образуют составной наконечник, Торообразные кольцевые камеры 19 и радиальные отверстия

20 выполнены в теле насадка 18 вблизи фланца 22 для того, чтобы эжектируемый через радиальные отверстия 20 воздух охлаждал всю поверхность составного наконечника. Внутренняя поверхность насадка 18 выполнена с коническим участком с переходом в цилиндрический участок для образования сужающегося и цилиндрического участков кольцевого зазора 21, .

Площадь кольцевого зазора 21 между насадкам 8 и наконечником в 3,03,5 раза меньше суммарной площади радиальных отверстий 20 в насадке 18, которая составляет 6,0-8,0 площади горловины 12 сверхэвуковога сопла 11, что обеспечивает необходимый уровень охлаждения наконечника потоком атмосферного воздуха.

Наконечник выполнен составным с целью регулирования его длины для создания оптимальных условий напыления покрытия в зависимости от физических свойств напыляемого и покрываемого материалов и условий теплообмена между высокотемпературной струей и покрываемой конструкцией, при этом максимальная длина ега составляет 5,5-6,5 диаметра горловины 12 сверхзвукового сопла 11. Длина насадка 18 выполнена больше максимальной длины наконечника на 4,0-5 0 диаметра горловины 12 сверхзвукового сопла 11.

Устройство работает следующим образом, Одна порция бензина заливается в жаровую трубу 9, а вторая — в торообразные кольцевые камеры l9. Первона-. чальна бензин воспламеняется через радиальные от:верстия 20 в торообразных кольцевых камерах 19, а затем в жаровой трубе 9, Разогрев наконечника и насадка 18 тем вьппе, чем с большей поверхностью контактирует пламя, появляющееся при горении бензина в торообразных камерах 19. Последние являются как бы полузакрытыми и поэтому более эффективны, чем например, цилиндрические.

После прогрева деталей подается горючее (керосин) и сжатый воздух па трубопроводам 3 и 2. Горючее, распыляясь в завихрителе 14, проходит вместе с потоком воздуха вдоль жаровой трубы 9, испаряется в ней и попадает во внутренний объем жаровой трубы 9 — зону горения. Образовавшаяся после горения топлива газбвоэдушная смесь истекает через Сверхзвуковое сопла ll в виде сверхзвукоВоН высокотемпературной струи.

После выхода на рабочий режим по материальному трубопроводу 7 сжатым воздухом подают напыляемые частицы в виде порошка, который нагревается и ускоряется струей в основном после выхода иэ сверхзвукового сопла 11.

12912)5

Соударяясь с преградой, капли жидкого металла растекаются и образуют за— щитное покрытие. Составной наконечник 23, 25 и 26, защищая струю от воздействия холодного воздуха, удлиняет участок разгона напыляеиого материала и этим способствует повышению эффективности напыления. Атмосферный воздух, поступая через радиальные отверстия 20 в насадке 18 (суммарная площадь которых составляет от 6,0 до 8,0 плодащи горловины

12 сверхзвукового сопла )1) в кольцевой зазор 2! с площадью сечения в

3,0-3,5 раза меньшей, чем суммарная площадь радиальных отверстиИ 20, охлаждает детали 23 и 25 наконечника.

При этом химическая энергия топлива не затрачивается на подогрев охлаждающего воздуха. Сужение поперечного 20 сечения кольцевого зазора 21 между наконечником и насадком 18 вдоль направления движения потока необходимо для обеспечения его разгона и улучшения теплосъема с наконечника беэ наличия значительных сопротивлений двидению воздуха на поверхности насадка

18 с переходом его в цилиндрический участок на расстоянии около 60-707 длины насадка 18 (в месте наибольшего разогрева наконечника), Дальнейшее сужение площади сечения дозвукового потока воздуха нецелесообразно, так как это удлиняет контакт уже подогретого воздуха с поверхностью на- 35 конечника. Путем смещения втулки 23 по удлинителю 25 с помощью резьбы 24 и установки необходимого числа регулировочных колец 26 изменяют длину составного наконечника, добиваясь оп- 40 тимального процесса напыления при переходе от одного напыляемого материала к другому, смене материала защищаемой основы, изменении ее толщины.

При этом максимальная длина наконеч- 45 ника составляет от 5,5 до 6,5 диаметра горловины сопла, а длина насадка

I8 превъппает максимальную длину наконечника на 4,0-5,0 диаметра горлови" ны сопла. 50

Выбор оптимальных конструктивных параметров насадка и составного наконечника подтверждается опытаии, результаты которых приведены в таблице (в качестве напыляемых материалов ис-55 пользуют бронзу, цинк, алюминии).

Из таблицы видно, что оптимальные параметры конструкции соответствуют указанным в формуле изобретения. Для исследованных легкоплавких материалов (цинк, алюминий) при выбранных оптимальных размерах наконечника и насадка процесс выполнения также находится в оптимальных пределах.

Таким образом, предлагаемое устройство повьппает плотность и адгеэию покрытия за счет сообщения частицам напыляемого материала более высоких значений скорости и температуры, повьппает ресурс деталей за счет введения в конструкцию наконечника с неограыиченнъ и сроком службы в связи с его интенсивнъм охлаждением эжектируемым атмосферным воздухом. Кроме того, повьппает надежность запуска за счет дополнительного нагрева деталей устройства при горении бензина в торообразных камерах насадка и повышает степень пожарной безопасности при работе с устройством, повышает экономичность процесса напыления за счет сокращения потерь напыляемого материала в связи с обжатием струи горячим воздухом, исходящим из зазора между насадком и наконечником, а также за счет отсутствия затрат химической энергии горения топлива на подогрев воздуха, используемого для охлаждения, снижает уровень шума эа счет уменьшения длины открытого участка струи, истекающей из сопла, на котором происходит ее взаимодействие с окружающим воздухом.

Ф о р мула и з обретения

1, Устройство для термокинетического напыления покрытий, соцержащее .кожух. с трубопроводами для подачи горючего и окислителя, жаровую трубу, соединенную со сверхзЪуковым соплои, и материальный трубопровод, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения плотности и адгезии покрытий, увеличения ресурса деталей и повышения надежности запуска устройства, оно снабжено наконечником и насадкам, причем наконечник выполнен составным иэ ряда элементов и установлен соосно сверхзвуковоиу соплу, а насадок размещен с кольцевым зазором относительно наконечника, при этом внутренняя поверхность насадка выполнена с коническим участком с переходом в цилиндрический участок для образования сужающегося конического и цилиндрического участков коль129!2!5

3. Устройство по и. ), о т л и ч а ю щ е е с я тем, что составной наконечник выполнен с воэможностью цевого зазора, а в насадке выполнены торообраэные кольцевые камеры для горючего, между которыми равномерно в зоне торца наконечника со стороны сверхзвукового сопла расположены радиальные отверстия для сообщения кольцевого зазора с атмосферой, 2. Устройство по и, 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что площадь кольцевого зазора в 3,0-3,5 раза меньше суммарной площади радиальных отверстий в насадке, которая составляет от 0,6 до 8,0 площади горловины сверхзвукового сопла. регулирования его длины посредством резьбового соединения его элементов, при этом максимальная длина выбрана в пределах от 5,5 до 6,7 диаметра горловины сверхзвукового сопла.

4. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что длина насадка выбрана больше максимальной длины наконечника на величину от 4,0 до 5,0 диаметра горловины сверхзвукового сопла. еристики работы устройства

Примечания

Пар

Отсутствие охлаждения наконечника

3,0 — )90

Неудовлетворительное охдаждение ввиду недостаточности объема эжектируемого воздуха

50-10

6,0. — 1,0

То же

То же

Удовлетворительное охлаждение

8,0 — 1,0

9,0 — 1,0

То же

Неудовлетворительное охлаждение ввиду понижения скорости эжектируемого воздуха

Появление следов окалины на внешней

Неудовлетворительное охлаждение ввиду малой скорости зжектируемого воздуха

3,0 : 1,0

Удовлетворительное охлаждение

1, Отношение суммарной площади радиапьных отверстий в насадке к площади горловины сопла:

0 — l 0

2. Отношение суммарной площади радиальньга отверстий к площади кольцевого зазора:

2,5 : 1,0

Иалиновый цвет участка наконечника

Покраснение участка наконечника

Изменение цвета отсутствует поверхности наконечника

Покраснение кольцевой зоны на наконечнике на расстоянии 2-3 диаметров горловины сопла от свободного торца наконечника

Покраснение отсутствует

1291215

Продолжение таблицы

35: 1,0

4,0: 1,0

То же

То же

Неудовлетворительное ох- Появление следов полаждение ввиду увеличе- терь на окалине ния потерь на трение

Данные приведены для бронзы, как наиболее тугоплавкого материала из испытанных

Снижение дальнобойности струи за счет потерь на трение в наконечнике

Данные для бронзы

Недостаточное обжатие струи, распыление и потери материала напыляемого

1,5-1,6 7,8-8,1

1,6-1,8 7,9-8,2

4,0

1,6-1,8 7,9-8,2

5,0

1,5-1,8 7,8-8,1

6,0

3. Качество напыления

1 (адгезия, МНа/плотность покрытия, г/см ) при соотношении максимальной длины наконечника и диаметра горловины сопла:

5,0 : 1,0

5,5 : 1,0

6,0 : 1,0

6,5 : 1,0

7,0 : 1,0

4. Качество напыления (адгезия, ИПа/плотность покрытия, г/см ) при з

1 повышении длины насадка больше максимальной длины наконечника на величину диаметра горло" вины сопла:

3,0

1,5-1,6/7,7-7,8

1,6-1,7/7,8-8,2

1,6-1,8/7,9-8,2

1,6-1,8/7,9-8,1

1,5-1,6/7,8-8,1

Неравномерность процесса напыления из-за пульсации струи за счет неустойчивого горения

12912 15

8

Ц

Составитель И, Скопинцев

Редактор Н, Тупица Техред Л. Олейник Корректор Н. Король

Заказ б8/!О Тираж 646

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб..„ д, 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4