Газовый колпачок горелки сверхзвукового напыления

 

Использование: изобретение относится к устройствам для нанесения жидких капель расплавленного материала, в частности, к горелкам сверхзвукового напыления и может быть использовано для усовершенствования конструкции газоваго колпачка горелки сверхзвукового напыления за счет введения дополнительного потока инертного газа для более эффективного охлаждения и фокусирования факела пламени. Сущность изобретения: в газовом колпачке выполнены расширительная кольцевая камера, имеющая входной канал для связи с источником инертного газа, и выводной кольцевой канал, выходящий в цилиндрический участок камеры сгорания. Газовый колпачок выполнен из двух колец, первое из которых формирует цилиндрический, второе конический участки, а расширительная кольцевая камера сформирована в зазоре между кольцами. Выходной канал расширительной камеры выполнен в виде кольцевой щели между кольцами, выходящей под углом к геометрической оси газового колпачка, не меньшим, чем соответствующий угол конического участка. Вводной канал расширителной камеры выполнен в виде множества отверстий в части первого кольца, формирующей цилиндрический участок. Часть первого кольца, формирующая цилиндрический участок выполнена из пористого материала. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к устройствам для нанесения жидких капель расплавленного материала, в частности к горелкам сверхзвукового напыления.

Как правило, такие горелки содержат сопло и газовый колпачок, соосный соплу. Торец газового колпачка выступает над торцом сопла так, что его внутренняя поверхность с торцом сопла образует камеру сгорания. Типичной в этом отношении является горелка сверхзвукового напыления Д. Браунинга [1] Газовый колпачок этой горелки имеет внутреннюю поверхность цилиндрическую и кольцевую камеру по всей своей длине для обеспечения циркулирования охлаждающей воды. Для достижения сверхзвуковых скоростей газовый колпачок имеет большую длину, что не гарантирует безопасности при эксплуатации и ограничивает сферу использования горелок, так как длинный газовый колпачок не позволяет производить напыление во внутренних полостях или в других подобных труднодоступных зонах.

Наиболее эффективным является газовый колпачок горелки сверхзвукового напыления американской фирмы "Перуин-элмер" [2] Внутренняя поверхность газового колпачка этой горелки имеет цилиндрический и выходной конический участки, образующий камеру сгорания. Кроме того, данный колпачок имеет входной конический участок и крепится к соплу с помощью накидной гайки. При этом внутренняя поверхность накидной гайки образует с наружной поверхностью сопла расширительную кольцевую камеру и кольцевую выходную щель для формирования потока инертного газа, предназначенного для фокусирования факела и охлаждения газового колпачка.

Благодаря такой геометрии внутренней поверхности с предыдущей конструкцией отпадает необходимость в водяном охлаждении, появляется возможность осуществлять термонапыление в труднодоступных зонах. Чем выше интенсивность потока инертного газа, тем эффективнее охлаждение газового колпачка. Однако при этом переохлаждается и струя расплавленных частиц, а при высоких скоростях потока инертного газа наблюдается срыв и вынос факела из камеры сгорания. При снижении же скорости потока инертного газа ухудшается эффект фокусирования и частицы расплавленного материала оседают на выходном коническом участке газового колпачка и быстро выводят его из строя.

Целью изобретения является усовершенствование конструкции газового колпачка горелки сверхзвукового напыления за счет введения дополнительного потока инертного газа для более эффективного охлаждения и фокусирования факела пламени.

Задача решается тем, что в известном газовом колпачке горелки сверхвзукового напыления, внутренняя поверхность которого образует, по крайней мере, камеру сгорания горелки, имеющую цилиндрический и конический участки, выполнена расширительная кольцевая камера, имеющая вводной канал для связи с источником инертного газа и кольцевой выводной канал, выходящий на цилиндрический участок камеры сгорания. При этом газовый колпачок выполнен в виде двух колец, из которых первое формирует цилиндрический, а второе конический участок, а расширительная камера сформирована в зазоре между кольцами.

Конструкция выводного кольцевого канала расширительной камеры может иметь различные варианты.

В первом варианте выводной канал выполнен в виде кольцевой щели между кольцами. Эта щель выходит под углом к геометрической оси колпачка, не меньшим, чем угол наклона конической образующей конического участка к геометрической оси колпачка.

Во втором варианте выходной канал выполнен в виде множества отверстий в части первого кольца, формирующей цилиндрический участок. Третий вариант выводного канала является модификацией второго, так как в нем часть первого кольца, формирующая цилиндрический участок, выполнена из пористого материала.

Благодаря введению дополнительного кольцевого потока инертного газа появляется объединенный поток, как результат смешения с уже существующим кольцевым потоком инертного газа. Объединенный поток, не обладая сверхвысокой скоростью, выполняет защиту конического участка от перегрева, от налипания расплавленных частиц напыляемого материала, предотвращает срывы и выносы факела из камеры сгорания, т.е. повышает долговечность устройства и надежность его работы.

На фиг. 1 изображена головка горелки сверхзвукового напыления; на фиг. 2 головка горелки с другим вариантом связи с источником инертного газа; на фиг. 3 газовый колпачок с пористой вставкой, формирующей цилиндрический участок первого кольца.

Головка горелки сверхзвукового напыления содержит (фиг. 1) газовый колпачок 1, сопло 2 и накидную гайку 3, притягивающую газовый колпачок 1 к соплу 2 и обеспечивающую их жесткое соединение. При этом наружная поверхность сопла 2 формирует напорную камеру 4 с внутренней накидной гайки 3, а также щелевой кольцевой канал 5 с частью внутренней поверхности газового колпачка 1. Торец сопла и выступающая перед ним часть внутренней поверхности газового колпачка 1 образует камеру сгорания. Эта камера имеет два участка цилиндрический 6 и конический 7 формируемые соответствующими частями внутренней поверхности газового колпачка 1. Образующая конического участка 7 наклонена к геометрической оси колпачка под острым углом α₁. В газовом колпачке 1 выполнена расширительная кольцевая камера 8 с вводным каналом 9 для связи с источником инертного газа (например, с баллоном) и выходным каналом кольцевым 10, выходящим в цилиндрический участок 6 камеры сгорания.

Для наиболее простой реализации расширительной кольцевой камеры 8 газовый колпачок 1 выполнен составным, состоящим из двух жестко соединенных друг с другом колец 11 и 12. Первое кольцо 11 формирует цилиндрический участок 6 камеры сгорания, а второе кольцо 12 конический участок 7 этой камеры. Оба кольца 11 и 12 имеют фланцевые части, с помощью которых кольца сочленяются друг с другом и взаимодействуют с опорным фланцем накидной гайки 3. Вводной канал может быть выполнен в виде ряда равнорасположенных радиальных отверстий 9, перпендикулярных (фиг. 1) или наклонных (фиг. 3 и 4) к геометрической оси колпачка 1, просверленных во фланцевой части первого кольца 11. С помощью такого варианта выполнения выводного канала расширительная камера 8 связана с источником инертного газа через напорную камеру 4 горелки (фиг. 1). В варианте, показанном на фиг. 2, расширительная камера 8 с источником инертного газа связана непосредственно с помощью трубопроводной магистрали 13 с встроенным регулятором 14 расхода газа. Выводной канал 10 выполнен в виде кольцевой щели между кольцами 11 и 12, выходящей под углом α₂ к геометрической оси газового колпачка. Величина угла α₂ не меньше, чем соответствующий угол α₁ конического участка камеру сгорания. В представленном на фиг. 3 варианте газового колпачка 1 выводной канал расширительной камеры 8 выполнен в виде множества отверстий 15 в части первого кольца 11, формирующей цилиндрический участок 6 камеры сгорания. В этом случае все отверстия 15 перпендикулярны геометрической оси газового колпачка 1.

В варианте выполнения газового колпачка 1, показанном на фиг. 4, цилиндрический участок 6 камеры сгорания выполнен в виде втулки 16 из пористого материала, например из огнеупорной керамики. При этом наружная поверхность втулки 16 является одной из стенок расширительной кольцевой камеры 8.

Устройство работает следующим образом.

Инертный газ (азот или сжатый воздух) поступает из баллона или из стационарной магистрали в напорную камеру 4 горелки сверхзвукового напыления. Из камеры 4 по узкому щелевому каналу 5 инертный газ под повышенным давлением выходит в камеру сгорания в виде трубчатой струи, охватывающей факел с напыляемым материалом. Так как щелевой кольцевой канал 5 образован коническими поверхностями сопла 2 и газового колпачка 1, то он обеспечивает обжатие и фокусирование факела. Но часть этого потока расходится, двигаясь вдоль стенок сначала цилиндрического участка 6, а затем конического участка 7 камеры сгорания, вновь направляясь к оси газового колпачка 1 для фокусирования факела. Второй поток инеpтного газа из напорной камеры 4, двигаясь вдоль стенок накидной гайки 3, попадает через вводной канал 9 в расширительную камеру 8, и затем под повышенным давлением через выводной канал 10 в камеру сгорания. В варианте, изображенном на фиг. 2, инертный газ поступает в кольцевую расширительную камеру 8 непосредственно по магистрали 10 с регулятором расхода газа 14 через отверстие во втором кольце 12. Выводной канал 10, являясь кольцевой щелью в вариантах, изображенных на фиг. 1 и 2, направляет поток инертного газа на краю цилиндрического участка первого кольца под углом α₂ к геометрической оси газового колпачка 1, который равен или превышает соответствующий угол α₁ между образующей конической поверхности участка 7 и геометрической осью газового колпачка. Оба потока инертного газа, встречаясь, образуют новый результирующий поток, который оказывает на факел не только большой фокусирующий эффект, не только предотвращает налипание расплавленных частиц на коническую поверхность кольца 12, но и охлаждает эту поверхность.

Аналогичный эффект оказывает дополнительный поток инертного газа и в вариантах выполнения выводного канала, показанных на фиг. 3, 4. В этих случаях поток инертного газа, выходящий из кольцевого канала 5 под углом к геометрической оси газового колпачка 1, встречает на цилиндрическом участке 6 направленный к центру поток инертного газа небольшой скорости за счет дросселирования его в отверстиях 15 и втулке 16. Основной поток при этом сужается, не допуская перегрева цилиндрического и конического участков камеры сгорания, и предотвращает налипание напыляемых частиц на конический участок 7 кольца 12.

Формула изобретения

1. ГАЗОВЫЙ КОЛПАЧОК ГОРЕЛКИ СВЕРХЗВУКОВОГО НАПЫЛЕНИЯ, внутренняя поверхность которого образует по крайней мере камеру сгорания горелки, имеющую цилиндрический и конический участки, отличающийся тем, что в нем выполнена расширительная кольцевая камера, имеющая вводный канал для связи с источником инертного газа и выводной кольцевой канал, выходящий в цилиндрический участок камеры сгорания.

2. Колпачок по п.1, отличающийся тем, что он выполнен из двух колец, первое из которых формирует цилиндрический, второе конический участки, а расширительная кольцевая камера сформирована в зазоре между кольцами.

3. Колпачок по пп.1 и 2, отличающийся тем, что выводной канал расширительной камеры выполнен в виде кольцевой щели между кольцами, выходящей под углом к геометрической оси газового колпачка не меньшим, чем соответствующий угол конического участка.

4. Колпачок по пп.1 и 2, отличающийся тем, что выводной канал расширительной камеры выполнен в виде множества отверстий в части первого кольца, формирующей цилиндрический участок.

5. Колпачок по п.4, отличающийся тем, что часть первого кольца, формирующая цилиндрической участок, выполнена из пористого материала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4