Импульсная камера сгорания

 

Изобретение относится к энергетике и может использоваться в генераторах высокотемпературных импульсных струй газов. Цель изобретения - повышение эффективности использования напыляемых поверхностей . Импульсная камера сгорания содержитствол 1 с открытым выходным торцом 3, выполненный с плавно изменяющейся формой поперечного сечения с переходом от осесимметричной к неосесимметричной форме, при этом выходная часть ствола 1 выполнена с плавным переходом от круглой формы поперечного сечения к форме кольцевого сектора в направлении открытого торца 3. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

(l9) . (4) ) СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (g0up.1 g

ОПИСАНИЕ ИЗОЬРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

605,Pt».,=; . Ь ДА (,."t

R. элсаs

f3+

А (21) 4820353/06 (22) 25.04.90 (46) 23.04.92. Eton. М 15 (71) Луганский машиностроительный институт (72) Н:). А. Харламов, А. И. Зверев и

В. Н, Гольдфайн (53) 662.951(088.8) (56) Авторское свидетельство ССС

N - 655109, кл. В 05 В 7/20, 1977, Авторское свидетельство СССР

N 630791, кл. В 05 В 7/20, 1977.

Авторское свидетельство СССР

N 790427, кл. В 05 В 7/20, 1979. (si)s F 23 С 11/04, В 05 В 7/20 (54) ИМПУЛЬСНАЯ КАМЕРА СГОРАНИЯ (57) Изобретение относится к энергетике и может использоваться в генераторах высокотемпературных импульсных струй газов, Цель изобретения — повышение эффективности использования напыляемых поверхностей, Импульсная камера сгорания содержит ствол 1 с открытым выходным торцом 3, выполненный с плавно изменяющейся формой поперечного сечения с переходом от осесимметричной к неосесимметричной форме, при этом выходная часть ствола.1 выполнена с плавным переходом от круглой формы поперечноРо сечения к форме кольцевого сектора в направлении открытого торца 3. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

1728582

35

50

Изобретение относится к энергетике и может использоваться в генераторах высокотемпературных импульсных струй газов и в технике нанесения покрытий из порошковых материалов детонационно-газовым способом.

Известна импульсная камера сгорания, содержащая ствол с плавно уменьшающимся к выходному торцу сечением. Такая конструкция ствола позволяет получать более мощные импульсные струи, а при нанесении покрытий повысить интенсивность энергетического воздействия потока продуктов детонации на частицы напыляемого материала.

Недостатком данной импульсной камеры сгорания является то, что она позволяет генерировать импульсные струи только с круглым поперечным сечением, а при использовании ее для нанесения покрытий на узкие поверхности снижается производительность и эффективность использования энергетических и материальных ресурсов в связи с превышением размеров выходного сечения ствола ширины узкой напыляемой по, ""ðõíocòè. Это же происходит и при других видах обработки материалов импульсными струями.

Известно устройство, в котором ствол выполнен с постоянным по длине кольцевым поперечным сечением. Данное устройство обеспечивает возможность обработки кольцевых поверхностей.

Однако устройство характеризуется низкой эффективностью из-за больших потерь энергии во внутреннюю и внешние стенки ствола.

Известно устройство, содержащее ствол с открытым выходным торцом, систему подачи горючей смеси и узел зажигания, в котором выходная часть ствола выполнена с плавно изменяющейся формой поперечного сечения с переходом от осесимметричной к неосесимметричной, Известное устройство обеспечивает возможность генерирования импульсных струй с неосесимметричным поперечным сечением и повышение производительности и эффективности использования порошковых материалов при нанесении покрытий на узкие плоские поверхности, а также на цилиндрические поверхности небольшого диаметра (одного порядка с условным диаметром ствола).

Однако известное устройство не может быть использовано при обработке кольцевых поверхностей и при нанесении покрытий на узкие кольцевые поверхности, поскольку по сравнению со стволом круглого поперечного сечения здесь снижается эффективность использования порошковых материалов и производительность процесса нанесения покрытий.

Целью изобретения является снижение энергетических и материальных затрат при обработке импульсными струями кольцевых поверхностей, в том числе при нанесении покрытий на кольцевые поверхности (торцовые и конические).

Для достижения указанной цели в известной импульсной камере сгорания, содержащей ствол, выполненный с открытым выходным торцом с плавно изменяющейся формой поперечного сечения с переходом от осесимметричной к неосесимметричной форме, патрубок подачи газов и воспламенитель, выходная часть ствола выполнена с плавным переходом от круглой формы поперечного сечения в направлении открытого торца к форме кольцевого сектора. При таком конструктивном исполнении устройства достигается преобразование импульсного гетерогенного потока, имеющего круглое поперечное сечение, в поток с формой поперечного сечения в виде кольцевого сектора, совпадающего по размерам с обрабатываемой кольцевой поверхностью, например, на которую наносится покрытие.

Ширина кольцевого слоя покрытия, приблизительно равная ширине кольцевого поперечного сечения выходного торца ствола, соответствует ширине упрочняемой кольцевой поверхности. Это исключает энергетические и материальные затраты на нанесение покрытий по причине полного перекрытия единичного пятна напыления обрабатываемой поверхностью. Одновременно достигаются высокая производительность процесса и более лучшие условия формирования покрытий. Последнее прежде всего связано с обеспечением более высокой скорости охлаждения единичного слоя, При использовании конических (или цилиндрических) стволов при равной производительности резко возрастает толщина единичного слоя покрытия, что снижает скорость охлаждения и интенсифицирует процессы разложения (диссоциации) материала покрытия. Кроме того, при переходе к кольцевой форме поперечного сечения уменьшается поперечное сечение ствола, что формирует пересжатые детонационные волны и способствует более эффективному энергообмену между потоком продуктов сгорания и частицами порошка.

Ствол устройства может быть выполнен цилиндрическим с преобразованием круглой формы поперечного сечения на всей или части длины в форму кольцевого сектора.

При таком конструктивном исполнении до1728582

30

40

55 стигается не только преобразование формы поперечного сечения гетерогенного потока, но и уменьшение площади его поперечного сечения, а тем самым повышение его параметров за счет реализации режима пересжатой детонации.

Наружный диаметр ствола (цилиндрический участок) соответствует наружному диаметру кольцевого участка поверхности, на который наносится покрытие. Данный вариант устройства наиболее целесообразен для применения при обработке кольцевых поверхностей относительно небольшого диаметра. Напыляемый порошок фокусируется в кольцевой сектор, что исключает его излишние затраты, а также . бесполезное расходование энергии за счет приведения к геометрическому соответствию формы и размеров поперечного сечения гетерогенного потока и обрабатываемой поверхности.

Ствол устройства может быть выпОлнен также на всей- или части длины в форме конфузора, расширяющегося в направлении открытого торца, с преобразованием круглой формы поперечного сечения на всей или части длины в форму кольцевого сектора. При таком конструктивном исполнении устройства обеспечивается возможность обработки кольцевых поверхностей, диаметр которых превышает размеры начального участка ствола, примыкающего к закрытому торцу. Этот вариант применяется для напыления кольцевых поверхностей с наружным диаметром свыше 40 мм. Ствол устройства может быть на всей или части длины выполнен коническим, сужающимся в направлении открытого торца, с преобразованием круглой формы поперечного сечения на всей или части длины в форму кольцевого сектора, При таком конструктивном исполнении обеспечивается воэможность обработки кольцевых поверхностей небольшого диаметра, а также более высокая степень пересжатия детонационной волны, ведущая к улучшению качества наносимого слоя.

На фиг. 1 изображена импульсная камера сгорания с цилиндрическим стволом, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез б — б на фиг. 1; на фиг. 4- камера со стволом, выполненным в форме диффузора, расширяющимся в направлении открытого торца; на фиг. 5 — камера с коническим стволом, сужающимся в направлении открытого торца.

Импульсная камера сгорания (фиг. 1) состоит из ствола 1, имеющего закрытый торец 2 и открытый торец 3, патрубка 4 ввода газов в ствол у закрытого торца 2, системы

5 подачи газов, воспламенителя 6 горючей смеси, порошкового питателя 7 с выходным патрубком 8, введенным в полость ствола 1 через закрытый торец 2, блока 9 управления, соединенного цепями управления: 10— с воспламенителем 6, 11 — с системой 5 подачи газов 12 — с порошковым питателем

7. Воспламенитель 6 вмонтирован в патрубок 4; Ствол 1 вблизи закрытого торца 2 имеет круглое сечение (фиг. 2), переходя щее плавно в направлении к открытому торцу 3 к форме кольцевого сектора (фиг. 3). Система 5 подачи газов через магистраль 13 соединена с патрубком 4.

В качестве блока 9 управления могут быть использованы различные технические средства: командоаппарат с распределительным валом и электромеханическим приводом . с использованием релейно-контактных устройств, электронных приборов, электронных блоков управления, устройства программного управления и др.

Импульсная камера сгорания работает следующим образом.

По команде блока 9 управления система

5 подачи газов через магистраль 13 и патрубок 4 наполняет полость ствола 1 свежей горючей смесью газов. Затем из порошкового питателя 7 через патрубок 8 в полость ствола 1 впрыскивается порция порошка напыляемого материала. По следующей команде блока 9 управления воспламенитель

6 инициирует горение горючей смеси у закрытого торца 2 в полости ствола 1, В процессе выгорания горючей смеси в стволе формируется импульсный поток продуктов сгорания, увлекающий частицы порошка и нагревающий их до высокой температуры.

Образующийся гетерогенный поток истекает в направлении открытого торца 3 ствола

1. При этом происходит преобразование пространственной структуры импульсного потока с переходом от. круглой формы поперечного сечения к форме кольцевого сечения. При взаимодействии такого потока с кольцевой поверхностью формируется единичный слой покрытия толщиной 5 — 15 мкм с формой в виде кольцевого сектора. При этом ствол установки устанавливают соосно напыляемому иэделию, которое в процессе нанесения покрытия вращают. Подобные циклы напыления повторяют многократно вплоть до получения покрытия заданной толщины, При отсутствии порошкового питателя импульсная камера сгорания используется в качестве генератора импульсных высокотемпературных струй газов. Вместо порошкового питателя импульсная камера

1728582 сгорания может быть снабжена устройствами для ввода в ствол других видов перерабатываемых материалов (жидкостей, газов, гранул и пр.).

Ствол 1 может быть выполнен в выходной части в форме диффуэора, расширяющегося в направлении открытого торца 3 (фиг. 4), Ствол 1 может быть выполнен коническим, сужающимся в направлении открытого торца 3 (фиг. 5).

Использование предлагаемой камеры позволяет расширить возможности импульсных камер сгорания, применяемых для обработки материалов и деталей, повысить удельную мощность импульсных газовых струй, сократить расход рабочих газов на формирование импульсных потоков продуктов сгорания для обработки конструкционных материалов, При использовании.п редлагаемойкамеры для обработки кольцевых и полукольцевых поверхностей сокращается площадь внутренних стенок ствола. Если обозначить длину ствола через 1, а в стволе известной каь..,оы максимальный диаметр кольцевого сечения как l3>, а минимальный как d1, то площадь внутренних стенок ствола известной камеры составит

Рз= (01+д1) -с1

Для предлагаемой камеры площадь внутренних стенок ствола

F2= х Ог сг.

Например, при нанесении покрытия на кольцевую поверхность 0=50 мм, 0=30мм используют ствол с длиной f c1с внутренним диаметром 0 =50 мм и внутренней соосной вставкой d)=30 мм. Длина ствола L c1=1200 мм. Тогда площадь стенок ствола Fr=3014,4 см . По предлагаемому решению используют ствол диаметром 50 мм и длиной

Lc2600,0 мм. Тогда F2942 см . Относительная площадь внутренних стенок ствола предлагаемой камеры относительно известной составляет — — 031 или 31

В расчетах принималось, что периметр поперечного сечения неосесимметричного поперечного сечения равен длине окружности, т.е. ствол получали простейшей опера50 щ а я с я тем, что ствол на всей или части длины выполнен в форме конуса, сужающегося в направлении открытого торца.

3 0

45 цией деформирования стенки трубки. Таким образом, в предлагаемой камере достигается резкое уменьшение площади внутренних поверхностей ствола, а тем самым уменьшение потерь на теплоотдачу в стенки ствола и на трение, Кроме того, существенное значение имеет упрощение конструкции ствола. Применение изобретения позволяет сократить расходы.газов (на 3-8 () и порошка (на 1540 ) при детонационно-газовом напылении покрытий на кольцевые поверхности таких деталей, как тарельчатые клапаны и седла клапанов двигателей внутреннего сгорания, запорных и регулирующих клапанов и другой трубопроводной арматуры, торцовые уплотнения и другие детали. Повышение эффективности процесса нанесения покрытий достигается эа счет совпадения форм поперечного сечения гетерогенного потока, формирующего покрытие, и обрабатываемой кольцевой поверхности, а также в результате реализации режима пересжатой детонации, Изобретение может быть реализовано на серийных установках путем замены ствола.

Формула изобретения

1, Импульсная камера сгорания, содержащая ствол с открытым выходным торцом, выполненный с плавно изменяющейся формой поперечного сечения с переходом от осесимметричной к неосесимметричной форме, патрубок подачи газов, воспламенитель, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности использования напыляемых порошковых материалов при обработке кольцевых поверхностей, выходная часть ствола выполнена с плавным переходом от круглой формы поперечного сечения к форме кольцевого сектора в направлении открытого торца.

2. Камера сгорания по п.1, отл и ч а ющ а я с я тем, что ствол на всей длине или части выполнен в форме диффузора, расширяющегося в направлении открытого торца.

3. Камера сгорания по и. 1, о т л и ч а ющ а я с я тем, что ствол выполнен в форме цилиндра.

4. Камера сгорания по и. 1, о т л и ч а ю1728582

Фиг.2

3 Р

Редактор Н,Тупица Техред М.Моргентал Корректор Т.Малец

Заказ 1395 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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