Способ защиты поверхностей в струйно-абразивном эжекционном аппарате

 

Изобретение относится к машиностроению и может найти применение в различных агрегатах для защиты их поверхностей от воздействия двухфазных или иных струй. Цель изобретения - повышение эффективности защиты поверхностей. Основной поток, подаваемый в канал эжекционного аппарата, представляет собой абразив с энергоносителем. Рабочее сопло 6 состоит из телескопически соединенных кольцевых элементов, образующих между собой сверхзвуковые пристеночные сопла 8. Сверхзвуковые недорасширенные пристеночные потоки с профилями 17 исходят из выходных сечений 18 сверхзвуковых сопл и имеют характерные сечения 19 запирания и изобарические сечения 20. Расстояние между сверхзвуковыми потоками в осевом направлении α = α<SB POS="POST">с</SB>...α<SB POS="POST">зап</SB>, где α<SB POS="POST">с</SB>, α<SB POS="POST">зап</SB> - расстояния от выходного сечения сопла до изобарического сечения и до сечения запирания соответственно. Сохраняя эти расстояния, повышают давление пристеночных потоков из условия прекращения контакта абразивных частиц с поверхностями аппарата. 2 ил., 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 24 С 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4657829/08 (22) 03.03.89 (46) 15.07.91. Бюл. М 26 (71) Воронежский лесотехнический институт (72) Б.Е.Гутман, А,М.Кадырметов, А.Ф.Мальцев, Д.И.Станчев и В,М.Шиповский (53) 621.924.9.024 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 589112, кл, В 24 С 5/04, 1972. (54) СПОСОБ ЗАЩИТЫ ПОВЕРХНОСТЕЙ В

СТРУЙНО-АБРАЗИВНОМ ЭЖЕКЦИОННОМ АППАРАТЕ (57) Изобретение относится к машиностроению и может найти применение в различных агрегатах для защиты их поверхностей от воздействия двухфазных или иных струй. . Цель изобретения — повышение эффективности защиты поверхностей. Основной поток, подаваемый в канал эжекционного

Изобретение относится к обработке поверхностей деталей струей и может найти применение в машиностроении в различных агрегатах для защиты их поверхностей от воздействия двухфазных или иных струй, в частности в плазмотронах для предотвращения направления напыляемого порошка на внутренние поверхности сопла при вводе порошка до анодного пятна.

Целью изобретения является повышение эффективности защиты поверхностей.

На фиг.1 представлен струйно-абразивный аппарат, с помощью которого осуществляется предлагаемый способ, продольный разрез; на фиг,2 — схема пристеночных защитных потоков.,, Ы2,, 1662819 А1 аппарата, представляет собой абразив с энергоносителем. Рабочее сопло 6 состоит из телескопически соединенных кольцевых элементов, образующих между собой сверхзвуковые пристеночные сопла 8. Сверхзвуковые недорасширенные пристеночные потоки с профилями 17 исходят из выходных сечений 18 сверхзвуковых сопл и имеют ха- рактерные сечения 19 запирания и изобарические сечения 20, Расстояние между сверхзвуковыми потоками в осевом направлении L=Lc ."Ьап, где Lc, зап — расстояния от выходного сечения сопла до изобарического сечения и до сечения запирания соответственно. Сохраняя эти расстояния, повышают давление пристеночных потоков Я из условия прекращения контакта абразивных частиц с поверхностями аппарата. 2 ил., 1 табл.

Струйно-абразивный эжекционный аппарат содержит каналы 1 — 3 для подвода абразива с энергоносителем, дополнительного и защитного энергоносителей, смесительные камеры 4,5 дополнительного и защитного энергоносителей, рабочее сопло

6 и сопла 7 и 8 дополнительного и защитного энергоносителей. Рабочее сопло 6 состоит из телескопически соединенных кольцевых элементов 9, внутренние поверхности которых образуют между собой сверхзвуковые пристеночные кольцевые сопла 8. Магистраль питания защитного энергоносителя снабжена редуктором 10 давления. Каждый кольцевой элемент 9 может быть снабжен вибродатчиком 11 и внешним приводом 12 возвратно-поступательного движения с

1662819

20

50 фиксатором положения. Редуктор 10 давле- . ния и вибродатчик 11 с усилителем 13 и амплитудным анализатором 14 подключены к внешнему приводу 12 через регулятор 15 и реле 16 соответственно, Сверхзвуковые пристеночные потоки с профилями 17 исходят из выходных сечений 18 сверхзвуковых сопел 8 и имеют характерные сечения 19 запирания и изобарические сечения 20, Кольцевые элементы 9 содержат уплотнения 21, Нэ чертежах приняты следующие обозначения; Р " — давление энергоносителя на входе в сверхзвуковые сопла; К вЂ” сечение в сверхзвуковой пристеночной струе, в котором отношение давления Р " — статическому давлению в этом сечении является критическим, Рк — статическое давление в сечении К сверхзвуковой пристеиочной струи; PH — давление в рабочем сопле 6; LK— длина сверхзвуковой струи до сечения К; Lc — длина сверхзвуковой струи до изобэрического сечения; Lean — длина сверхзвуковой струи до сечения запирания.

Струйно-абразивный эжекционный anпара работает следующим образом.

Дополнительный и защитный энергоносители подают в рабочее сопла 6 по каналам 2 и 3 соответственно. При этом в соответствии с давлением защитного энергоносителя при помощи регулятора 15 внешним приводом 12 устанавливается расстояние между сверхзвуковыми соплами защитного энергоносителя 8, равное L=

- Lc — Ьап Затем в рабочее сопло 6 по каналу 1 подается абразив с энергоносителем, и при помощи редуктора 10 плавно повышается давление защитного энергоносителя. В зависимости от этого давления при помощи регулятора 15 перемещения внешним приводом 12 поддерживается расстояние между сверхзвуковыми соплами 8, равное L= L -L><>. Импульсы от ударов частиц абразива о стенки рабочего сопла 6 регистрируются вибродатчиком 11 и приходят через усилитель 13 и амплитудный анализатор (позволяющий выделить среди вибраций, вызванных газодинамическим шумом, импульсы от ударов частиц абразива) к релейному регулятору 16, Повышение давления защитного энергоносителя продолжается до момента прекращения контакта абразивных частиц с внутренней поверхностью рабочего сопла 6, после чего релейный регулятор 16 отключает внешний привод 12 и подает управляющий сигнал на прекращение повышения давления в редукторе 10, Герметичность между наружными цилиндрическими поверхностями кольцевых элементов обеспечивается уплотнениями 21. В случае необходимости выдержйвания постоянной длины рабочего сопла конечный кольцевой элемент фиксируют относительно корпуса аппарата (не показэно). В этом случае при повышении подаваемого давления защитного энергоносителя одни кольцевые элементы входят в другие, например, в выходной части рабочего сопла; и хотя расстояние междудвумя последними кольцевыми элементами не будет выдерживаться L=- Lc зап, защита внутренней поверхности рабочего сопла между ними будет обеспечиваться предыдущим перед ними сверхзвуковым соплом.

Во время работы струйно-абразивного эжекционного аппарата основной поток, образуемый в результате эжекции дополнительным энергоносителем, истекающим из сопла 7, абразивного потока, поступающего из канала 1, отжимается пристеночными недорасширенными сверхзвуковыми потоками, истекающими из сопел 8. Отжатие происходит вследствие того, что нэ длине

Lan граница сверхзвуковой струи обладает высокой устойчивостью к воздействию на нее извне возмущений, в том числе и в виде отдельных частиц (например, абразива), Это объясняется упругими свойствами границы струи, так как при сверхзвуковой скорости уменьшение проходного сечения потока приводит к его торможению и увеличению давления. Защитные свойства недорасширенной сверхзвуковой струи проявляются в следующем. Когда упругости сверхзвуковой струи недостаточно и частица все-таки пробивает ее границу, то в момент проникновения частицы в струю на величину, примерно равную ее радиусу, сверхзвуковой поток перед частицей локально тормозится, что вызывает повышение давления. Вследствие существенной разницы давлений, действующих на частицу в этом случае со стороны основного и пристеночного сверхзвукового потоков, частица выталкивается пристеночным потоком, не успев коснуться стенки рабочего сопла.

С другой стороны, до изобарического сечения (сечения, в котором статическое давление в пристеночной струе равно давлению в основном потоке), т.е, в интервале длин 0 < L < Lc, имеется сечение К, e

Ра котором отношение давлений — является

Рк критическим, тэк как это отношение на длине = Π— L меняется от дозвукового,равного единице, до располагаемого сверхзвукового отношения П =Р /Рв, Следовательно, если расположить выходные сечения последующих сопел относи1662819

25

35

55 тельно предыдуших на длине L от 0 до LK, то отношение Ра /Рк будет докритическим, а течение дозвуковым или даже запертым (прекращенным), Дозвуковое же течение каждой последующей пристеночной струи тормозит предыдущую сверхзвуковую струю и приводит к активному их переЪ ешиванию, что уменьшает устойчивость сверхзвуковой струи, усиливает размывание ее границ и ослабляет защитные свойства, В связи с этим сверхзвуковые сопла располагают относительно друг друга на длине

Lc ) — (-зап

Предлагаемый способ был осуществлен на струйно-абразивном эжекционном аппарате (фиг,1). Внутренние поверхности кольцевых элементов были выполнены из мягкой стали, их радиусы составляли (R >p )

20, 21 и 22 мм соответственно для начального, среднего и конечного участков, Производительностьь сопла составляла около 0,9 т/т.

Расход дополнительного энергоносителя составлял 0 125 кг/с при подаваемом давлении 4 кг/см . В качестве дополнительного и защитного энергоносителя использовался воздух, Сверхзвуковые пристеночные потоки создавались кольцевыми соплами при скорости истечения, соответствующей числу Маха Ма=1, с площадями выходных сечений 1,22; 1,29 и 1,35 см (ширина кольцевых сечений во всех соплах составляла 1 мм) и с нулевыми углами между касательными к образующим сопел и их осями. Длины кольцевых элементов выбраны таким образом, чтобы расстояние между сверхзвуковыми пристеночными соплами можно было регулировать в соответствии с подаваемым давлением защитного энергоносителя согласно зависимости, полученной из одномерного расчета для множества точек в результате решения уравнения неразрывности и количества движения и последующей квадратичной аппроксимации результатов решений:

1: — (1,32 — 4,48) 10 По + (2,676 — 5,03) 10 По-(2,2 — 37,69) 10

L=L/й„;

Ра где ПО= — — отношение подаваемого давРн ления защитного энергоносителя к давлению в рабочем сопле 6, Подаваемое давление защитного энергоносителя менялось от 25 до 5 кг/см (сначала исследовались режимы с большими давлениями), что соответствует для расстояния от последнего сверхзвукового сопла до выходного сечения рабочего сопла значениями Пп=25 и 5, à L=26 и 5 мм соответственно, Для начальных кольцевых элементов этому соответствует ПО=8,3 и 1,6 (докритическое отношение), à L=9 и 5 мм. В качестве абразивных частиц использовалась стальная дробь диаметром 0,8 и 2 мм.

Суммарное время работы на каждом режиме, соответствующем определенному значению ПО и диаметру частиц, составляло

10 мин, затем состояние внутренней поверхности рабочего сопла визуально контролировалось.

Следы повреждений внутренней поверхности рабочего сопла обоих диаметров частиц дроби появляются при ПО 5.

В таблице приведены результаты наблюдений.

Расстояние между сверхзвуковыми соплами в направлении основного потока мажет быть выбрано с помощью расчетной зависимости или экспериментально.

Таким образом, использование предлагаемого способа защиты поверхностей в струйно-абразивных эжекционных аппаратах и устройства для его осуществления поэволяет полностью гасить скорость частиц в нормальном направлении к стенкам рабочего сопла, а следовательно, избежать контакта частиц с внутренними поверхностями аппарата и износа последних, Кроме того, за счет ускорения основного потока сверхзвуковыми пристеночными потоками повышаются энергетические характеристики струи, а использование вибродатчиков и внешнего привода возвратно-поступательного движения позволяет защищать внутренние поверхности эжекционного аппарата при изменении режимов его работы и частиц абразива и достигать этого перемещением кольцевых элементов рабочего сопла относительно друг друга.

Формула изобретения

Способ защиты поверхностей в струйно-абразивном эжекционном аппарате, заключающийся в создании множественных пристеночных потоков, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности защиты поверхностей, пристеночные потоки соэдают.с помощью сверхзвуковых сопл недорасширенными сверхзвуковыми, отстоящими друг от друга в осевом направлении на расстоянии = Lc 1 зап и, сохраняя эти расстояния, повышают давление пристеночных потоков из условия прекращения контакта абразивных частиц с поверхностями аппарата, где Lc, узап — расстояния от выходного сечения сопла до изобарического сечения и до сечения запирания сост ветст ве н н о.

1662819 -2 мм

13

Я

1562819 р<

Жчаа»ааа

1о оаота»

Составитель P.Êoíäðàòüåâà

Редактор Т.Парфенова Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И.Муска

Заказ 2227 Тираж 461 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101