Пушка для детонационного напыления

 

Использование: изобретение относится к области нанесения покрытий детонационно-газовым способом и может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где требуется нанесение сверхпрочных покрытий, а также выполнения работ по восстановлению. Цель - улучшение технико-экономических параметров путем повышения скорострельности и обеспечения возможности нанесения композиционных материалов, а также повышение надежности за счет исключения самопроизвольной самодетонации. Сущность изобретения: канал для метания выполнен в виде блока стволов, соединенных жестко между собой внутри барабана, установленного с возможностью вращения. Барабан выполнен с каналами для охлаждающей среды и герметично соединен одним из торцев с газораспределителем при помощи двух плоских золотников, впускные каналы которых параллельны оси вращения барабана и разнесены в плоскости, перпендикулярной оси барабана друг относительно друга. При этом в одном золотнике установлен электровоспламенитель и вышеуказанный золотник размещен внутри другого золотника с возможностью осевого смещения. Зона контакта обоих золотников с торцем барабана окружена камерой для подачи охлаждающей среды. Кроме того, вход охлаждающей среды во вращающийся барабан выполнен по оси его вращения. Выход охлаждающей среды из барабана выполнен в виде радиальных отверстий, которые выполнены на торце барабана, сопрягаемого с газораспределителем. При этом входной участок каналов охлаждения барабана выполнен за счет внутреннего сопряжения стволов между собой, а выходной участок - за счет сопряжения вышеуказанных стволов с наружным корпусом барабана. Устройство ввода напыляемого материала внутри стволов включает отдельные дозаторы для каждой компоненты напыляемого материала, которые установлены независимо друг от друга вдоль оси вращения барабана с возможностью смещения вдоль радиуса барабана. При этом каждый из дозаторов отделен от питающего бункера при помощи цилиндрического золотника с двумя отверстиями, одно из которых соединено с отверстием дозатора и отверстием бункера, а второе соединено через электропневмоклапан с магистралью продувочного газа. 2 з.п. ф-лы., 4 ил.

Изобретение относится к области нанесения покрытий путем высокотемпературного напыления, в частности к многоствольной пушке для нанесения порошковых материалов детонационно-газовым способом.

Изобретение может быть использовано в любой отрасли народного хозяйства, где требуется нанесение сверхпрочных покрытий, включая энергетику и судостроение.

Основное внимание в данной технологии уделяется вопросам безопасности. Целесообразность и эффективность нанесения сверхпрочных и защитных покрытий детонационно-газовым способом в судостроении и других отраслях энергомашиностроения сегодня не подлежит сомнению, однако степень готовности оборудования для промышленного применения пока еще недостаточна. В одном случае она сдерживается сложностью и высокой стоимостью, в другом малой эффективностью и низкой надежностью в работе. Для промышленности целесообразна разработка таких способов и устройств, которые бы не требовали ни больших капитальных вложений на их освоение, ни высокой квалификации обслуживающего персонала, обеспечивая при этом полную безопасность во время проведения этих работ. Одним из путей решения данной проблемы является интенсификация процесса напыления за счет увеличения скорострельности детонационных пушек. В свою очередь последняя может быть повышена как за счет увеличения количества стволов в пушке, так и за счет уменьшения времени на подготовку и проведение одного выстрела, включая продувку, заправку и сам процесс напыления. Другой путь к интенсификации этих процессов лежит в обеспечении возможности послойного напыления различных материалов одновременно или с заданной последовательностью.

Известна детонационная установка (см. авт.св. СССР N 1103410, кл. В 05 В 7/20, 1985 г.), включающая детонационный канал (ствол), блок газоснабжения с каналами рабочего и продувочного газов, электровоспламенитель, устройство ввода напыляемого порошка и блок управления.

Данная установка позволяет использовать при напылении различные детонируемые смеси газов, например водород-кислород, однако она малоэффективна и не обеспечивает соответствующую надежность в работе. Наличие в средствах автоматики временных задержек и электромагнитных клапанов в системе питания и продувки снижает скорострельность и вносит дополнительный элемент ненадежности в целом. Следует также отметить как недостаток и тот факт, что электровоспламенитель в данной установке расположен внутри детонационного канала и в процессе детонации ничем не защищен от воздействия детонационных волн и продуктов детонации. К тому же такая компоновка не исключает самопроизвольную детонацию рабочего газа во время заполнения в случае ложного срабатывания средств автоматики. Отсутствие системы охлаждения детонационного канала может привести при интенсивной стрельбе к его разогреву и, как следствие, к самовоспламенению рабочих газов во время заполнения.

Все указанное выше позволяет утверждать, что процесс напыления с помощью вышеуказанной детонационной установки малоэффективен и не может быть интенсифицирована простыми средствами. К тому же на данной установке не исключена аварийная ситуация, которая может возникнуть в результате проникновения горячих высокоскоростных продуктов детонации в каналы рабочих газов.

Целью изобретения является устранение вышеперечисленных недостатков, т. е. улучшение технико-экономических параметров путем повышения скорострельности и обеспечение возможности нанесения композиционных покрытий, а также повышение надежности за счет исключения самопроизвольной детонации.

Указанная цель достигается тем, что в многоствольной пушке для детонационного напыления, включающей канал для метания, газораспределитель с каналами подвода рабочего и продувочного газов, электровоспламенитель, устройство ввода напыляемого материала и блок управления, согласно изобретению канал для метания выполнен в виде блока стволов, соединенных жестко между собой внутри барабана, установленного с возможностью вращения, который выполнен с каналами для охлаждающей среды и герметично соединен одним из торцов с газораспределителем при помощи двух плоских золотников, впускные каналы которых параллельны оси вращения барабана и разнесены в перпендикулярной плоскости друг относительно друга, при этом в одном золотнике установлен электровоспламенитель и последний размещен внутри другого золотника с возможностью осевого смещения, а зона контакта обоих золотников с торцем вращающегося барабана окружена камерой для подачи охлаждающей среды. Указанная цель достигается также тем, что вход охлаждающей среды во вращающемся барабане выполнен по оси его вращения, а выход через радиальные отверстия, выполненные на торце барабана, сопрягаемого с газораспределителями, при этом входной участок каналов охлаждения барабана выполнен за счет внутреннего сопряжения стволов между собой, а выходной участок за счет сопряжения вышеуказанных стволов с наружным корпусом вращающегося барабана. Цель достигается еще тем, что устройство ввода напыляемого материала внутрь стволов включает отдельные дозаторы для каждой компоненты напыляемого материала, которые установлены независимо друг от друга вдоль оси вращения барабана с возможностью смещения вдоль оси вращения барабана с возможностью смещения вдоль радиуса барабана, при этом каждый из дозаторов отделен от питающего бункера при помощи цилиндрического золотника с двумя отверстиями, одно из которых совмещено с отверстием дозатора и бункера, а второе соединено через электропневмоклапан с магистралью продувочного газа.

На фиг. 1 изображена многоствольная пушка для детонационного напыления, общий вид; на фиг. 2 то же, продольный разрез газораспределителя на фиг. 1; на фиг. 3 то же, сечение А-А на фиг. 2; на фиг. 4 то же, поперечное сечение дозатора на фиг. 1.

Многоствольная пушка содержит вращающийся барабан 1, внутри наружного корпуса 2 которого размещены стволы 3 (например, четыре, как показано на чертежах). Количество стволов выбирается произвольно, однако, предпочтителен вариант, по которому количество стволов равно количеству компонентов напыляемого материала. Барабан 1 установлен с помощью опор 4 на платформе 5 и соединен механически с электроприводом 6. От напыляемой поверхности 7 барабан 1 отделен створкой 8 с отверстием 9, а с противоположной стороны герметично соединен с газораспределителем 10. При этом створка 8 и распределитель 10 жестко соединены с близлежащими опорами 4 и между последними расположено устройство 11 загрузки напыляемых материалов, которое примыкает к кольцам 12, расположенным над отверстиями 13 в стволах 3 вращающегося барабана 1. Для охлаждения стволов 3 во вращающемся барабане 1 выполнены охлаждающие каналы 14 и 15.

Центральный канал 14 образован за счет герметичного смыкания стволов 3 между собой, в то время как канал 15 состоит из нескольких каналов, образованных за счет смыкания стволов 3 с наружным корпусом 2 вращающегося барабана 1. Вход охлаждающей среды и канал 14 осуществляется через центральное отверстие 16 (фиг. 2) сопрягаемого торца 17 вращающегося барабана 1, а выход из каналов 15 через отверстие 18 торца 17 вращающегося барабана 1. К торцу 17 примыкают каналы 19, соосные со стволами 3, при этом к торцу 17 примыкает плоский золотник 20. Внутри золотника 20 установлен дополнительный плоский золотник 21, в центре которого размещен электровоспламенитель 22. Золотник 20 поджат к торцу 17 упругим элементом 23, а золотник 21 поджат к торцу 17 с помощью пружины 24, которая опирается на регулировочную гайку 25 крышки 26 газораспределителя 10. При этом в корпусе 27 газораспределителя 10 установлены уплотнения 28, а внутри золотника 20 установлено уплотнение 29. В золотнике 20 газораспределителя 10 выполнен канал 30 для входа в него охлаждающей среды и канал 31, в котором установлен смеситель 32. Зона контакта обоих золотников с торцем барабана окружена камерой для подачи охлаждающей среды. Канал 31 (фиг. 3) соединен каналами 33 и 34 с магистралями газообразных компонентов рабочего газа (на чертежах условно не показаны), и в золотнике 20 выполнен еще канал 35 для соединения его с магистралью продувочного газа (на чертежах условно не показана). Впускные каналы в золотниках разнесены в перпендикулярной по отношению к оси барабана плоскости друг относительно друга.

Для впрыскивания напыляемого материала используют не всегда все отверстия 13, часть их закрыта кольцами 12, которые сопряжены при помощи крановых золотников 36 (фиг. 4) с дозаторами 37. Число дозаторов 37 выбирается по числу напыляемых компонентов, но не более количества стволов 3 во вращающемся барабане 1. Каждый дозатор 37 загрузочного устройства 11 соединен через цилиндрический золотник 38 с бункером 39. Нормально закрытый золотник 38 установлен под острым углом к оси дозатора 37 и выполнен с двумя отверстиями 40, 41. Отверстие 40 совпадает с отверстиями бункера 39 и дозатора 37, а угловое отверстие 41 соединено через электропневмоклапан 42 с магистралью продувочного газа (на чертежах условно не показана) и служит для выброса дозируемой навески в рабочую зону стволов 3. Для возврата золотника 38 в исходное состояние,после снятия напряжения с электропневмоклапана 42 в его корпусе установлена пружина 43, а для поджатия кранового золотника 36 к кольцу 12 вращающегося барабана 1 на дозаторе 37 установлена пружина 44. К тому же дозатор 37 жестко связан через корпус золотника 38 с бункером 39 и он подвижно закреплен на платформе 5 с возможностью перемещения в вертикальной плоскости вдоль радиуса вращающегося барабана 1.

Пушка для детонационного напыления работает следующим образом.

Ее включение в работу может осуществляться с помощью оператора или автоматически, т. е. от программного устройства, при этом последнее может быть выполнено электронным или электромеханическим (на чертеже условно не показано). Независимо от степени автоматизации всю работу на детонационной пушке можно разделить на три этапа: предпусковой, рабочий, т.е. стационарный, и остановочный, т.е. квазистационарный.

Подготовительный этап складывается из следующих операций: выбор смеси рабочего газа; подбор напыляемых компонентов; загрузка напыляемых компонентов в дозаторы.

В каждом конкретном случае количество напыляемых компонентов, а также последовательность их нанесения определяются экспериментально с обязательной проверкой напыленных образцов на специальных стендах. Для описываемой пушки количество компонентов может быть от одного до четырех. При работе с одним компонентом используется лишь один дозатор 37 (фиг. 4) загрузочного устройства 11 (фиг. 1); при этом под этим дозатором открыты с помощью кольца 12 все загрузочные отверстия 13, в то время как отверстия 13 под другими дозаторами 37 закрыты. При этом дозатор 37 и величина дозировки, регулируемая за счет перемещения дозатора 37 вдоль радиуса, определяются расчетным путем для каждой смеси горючего газа и компоненты напыляемого порошка, а после выбора также подлежат экспериментальной проверке. Эти операции проводятся очень редко, т.е. при замене горючего газа или смене напыляемого материала, и поэтому никакой автоматизации не требуют.

После загрузки напыленных компонентов оператор включает систему охлаждения. С ее включением все блокировки автоматически снимаются и все исполнительные механизмы и электроклапаны подключаются к источнику питания. После чего открывается магистраль 35 (фиг. 3) продувочного газа и запускается электропривод 6 (фиг. 1), а следом открываются магистрали 33, 34 (фиг. 3) рабочего газа. На этом подготовительный этап заканчивается.

Рабочий режим начинается с включения электропневмоклапанов 24 (фиг. 4) и выдачи электросигнала на электровоспламенитель 22 (фиг. 2). В рабочем режиме каждый ствол 3 вращающегося барабана 1 за один оборот производит один выстрел, а пушка, следовательно, произведет за один оборот четыре выстрела (в данной конструкции). При этом весь цикл подготовки к выстрелу осуществляется в строгой последовательности по следующему сценарию. При совпадении канала 19 (фиг. 2) в торце 17 барабана 1 с каналом 35 (фиг. 3) золотника 20 продувочный газ попадает внутрь ствола 3 и продувает его.

Затем канал 19 рассматриваемого ствола 3 перекрывается и далее совмещается уже с каналом 31 золотника 20, через который ствол 3 заполняется уже рабочим газом (т.е. смесью горючего и окислительного газов), а затем вновь перекрывается. В это время включается соответствующий данному стволу 3 электропневмоклапан 42 (фиг. 4) загрузочного устройства 11 (система подачи электросигнала на клапан 42 осуществляется автоматически с помощью светодиодов, описание ее условно не приводится), вследствие чего цилиндрический золотник 38 (фиг. 4) дозатора 37 перемещается в свое верхнее положение и отделяет дозатор 37 от бункера 39, подключая при этом продувочную магистраль к дозатору 37. При совпадении канал 41 с отверстием дозатора 37 навеска напыляемого порошка впрыскивается внутрь ствола 3. Далее канал 19 (фиг. 2), перемещаясь по окружности, входит в соприкосновение с золотником 21 и электровоспламенителем 22 и при совпадении последних на электровоспламенитель 22 подается высокое напряжение (его система питания и средства синхронизации условно не описаны). В результате электрического разряда рабочий газ в стволе 3 поджигается и детонирует. Во время детонации напыляемый материал разогревается и выносится вместе с продуктами детонации на напыляемую поверхность 7 (фиг. 1) через отверстие 9. Все стволы 3 подготавливаются аналогично вышеописанному и выстреливают лишь при совпадении их с отверстием 9 и золотником 22. При этом скорострельность данной пушки лимитируется только процессом детонации и скоростью выноса продуктов из ствола. Все другие задержки по времени могут быть уменьшены по отношению к вышеуказанным на порядок и поэтому не являются определяющими. В предложенной пушке скорострельность уже достигнута до 30 выстрелов в секунду и это не предел, в то время как в других конструкциях она не превышает пяти выстрелов в секунду.

Квазистационарный режим работы на пушке осуществляется за счет временного снятия напряжения с электропневмоклапанов 42. Пушка продолжает стрелять холостыми выстрелами. С выключением клапанов на магистрали рабочего газа пушка перестает стрелять и может быть полностью остановлена путем снятия напряжения и выключения системы охлаждения.

Конструкция пушки более надежна и проста в эксплуатации. С помощью ее можно получать любые композиционные покрытия, в том числе такие, в которых в качестве основы для тугоплавкого материала, например карбида вольфрама, используются аморфные покрытия. Другое преимущество пушки заключается в том, что весь процесс напыления осуществляется при минимуме средств автоматики и отказ любой ее системы практически исключен. В то же время она мобильна и без больших затрат может легко перемещаться относительно напыляемой поверхности. Это позволяет использовать пушку не только в стационарных условиях, но и в нестационарных, например, при восстановительных работах в судостроении и большой энергетике, включая атомную. Скорострельность пушки возросла более чем в 10 раз в сравнении с другими конструкциями, а вес и габариты существенно уменьшились.

Формула изобретения

1. Пушка для детонационного напыления, включающая канал для метания, газораспределитель с каналами рабочего и продувочного газов, электровоспламенитель, устройство ввода напыляемого материала и блок управления, отличающаяся тем, что канал для метания выполнен в виде блока стволов, соединенных жестко между собой внутри барабана, установленного с возможностью вращения, который выполнен с каналами для охлаждающей среды и герметично соединен одним из торцов с газораспределителем при помощи двух плоских золотников, впускные каналы которых параллельны оси вращения барабана и разнесены в плоскости, перпендикулярной оси барабана, друг относительно друга, при этом в одном золотнике установлен электровоспламенитель и вышеуказанный золотник размещен внутри другого золотника с возможностью осевого смещения, а зона контакта обоих золотников с торцом барабана окружена камерой для подачи охлаждающей среды.

2. Пушка по п.1, отличающаяся тем, что вход охлаждающей среды в барабан выполнен по оси его вращения, а выход охлаждающей среды из барабана выполнен в виде радиальных отверстий, которые выполнены на торце барабана, сопрягаемого с газораспределителем, при этом входной участок каналов охлаждения барабана выполнен за счет внутреннего сопряжения стволов между собой, а выходной участок за счет сопряжения вышеуказанных стволов с наружным корпусом барабана.

3. Пушка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что устройство ввода напыляемого материала внутрь стволов включает отдельные дозаторы для каждой компоненты напыляемого материала, которые установлены независимо друг от друга вдоль оси вращения барабана с возможностью смещения вдоль радиуса барабана, при этом каждый из дозаторов отделен от питающего бункера при помощи цилиндрического золотника с двумя отверстиями, одно из которых соединено с отверстием дозатора и отверстием бункера, а другое соединено через электропневмоклапан с магистралью продувочного газа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4