Устройство для нанесения порошкового покрытия

 

Изобретение относится к металлургической промышленности, а также может быть использовано в машиностроении, авиакосмической технике, в автомобильной промышленности, энергетике, строительстве, нефтегазовой промышленности и других отраслях хозяйства для нанесения покрытий. Изобретение содержит корпус пистолетного типа с сверхзвуковым соплом, штуцерами подачи порошка и рабочего газа, кнопкой управления, камерой смешения порошка и рабочего газа, которая сообщена со штуцерами подачи рабочего газа и порошка, а сверхзвуковое сопло соответственно сопряжено и сообщено с камерой смешения. Устройство позволяет мобильно, оперативно и качественно наносить порошковое покрытие на изделие в полевых условиях, в том числе и в экстремальных ситуациях. Кроме того, с помощью предложенного устройства можно оперативно производить ремонтно-восстановительные работы в любых условиях, в том числе полевых. 2 ил.

Изобретение относится к металлургической промышленности, а также может быть использовано в машиностроении, авиакосмической технике, в автомобильной промышленности, энергетике, строительстве и других отраслях хозяйства для нанесения покрытий.

Известны устройства для нанесения покрытий с распыливающей головкой пистолетного типа, например: - распылительное устройство со сменным патроном пистолетного типа по патенту США 4878619 (МПК⁶ В 05 В 7/30); - распылительное устройство по европейскому патенту ЕР 650767 (МПК⁶ В 05 В 11/00), содержащее емкость с компонентом, систему подачи последнего, многосопловый пистолет с соплами по периферии пистолета; - распыливающее устройство в виде емкости, системы подачи компонента и воздуха, распыливающий пистолет с регулировкой потока в распыливающей насадке с дефлектором (международная заявка WO 9522409 МПК⁶ В 05 В 7/02); - устройство по патенту РФ 2098195 (МПК⁶ В 05 В 11/00), содержащее корпус с распыливающей головкой и управляющим элементом в виде кнопки, установленной на оси на корпусе, емкость для распыливаемого компонента, подающую магистраль с запорным элементом, сопло.

Общим недостатком вышеописанных аналогов является невозможность использования их для нанесения металлических и неметаллических порошковых покрытий, так как их конструктивное исполнение не позволяет использовать двухфазный сверхзвуковой поток газ-порошок.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является устройство по патенту РФ 2085300 (МПК⁶ В 05 В 7/12), содержащее емкость с распыливаемой композицией, источник подачи рабочего газа, системы подачи распыливаемой композиции и рабочего газа, закручивающий рабочий газ элемент, расположенный внутри сопла и выполненный в виде лопасти с углом закрутки 20^o-30^o, при этом система подачи рабочего газа снабжена узлом управления с клапаном и спусковым курком, взаимодействующим с клапаном.

Описанное решение не обеспечивает необходимых механических свойств покрытия (адгезии и когезии) из-за значительных потерь кинетической энергии частицами наносимого порошка вследствие широкой конусности охвата поверхности распыла при действии центробежных сил в результате закрутки потока рабочего газа.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение возможности нанесения порошковых металлических и неметаллических покрытий низкотемпературным газодинамическим методом с одновременной возможностью нанесения покрытия оперативно и мобильно в полевых условиях, а также обеспечение возможности оперативного ремонта и восстановления работоспособности изделий при локальных нарушениях как покрытий, так и самих конструкций.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для нанесения порошкового покрытия, содержащего корпус пистолетного типа с соплом, штуцерами подачи порошка и рабочего газа и кнопкой управления, дополнительно в корпусе смонтирована камера смешения порошка и рабочего газа, которая сообщена со штуцерами подачи порошка и рабочего газа, а сопло выполнено сверхзвуковым, сопряжено и сообщено с камерой смешения.

Заявляемое изобретение изображено на фиг.1, где: 1 - корпус пистолетного типа; 2 - камера смешения; 3 - сверхзвуковое сопло; 4 - кнопка управления; 5 - штуцер подачи рабочего газа;
6 - штуцер подачи порошка.

На фиг. 2 изображена установка для нанесения порошкового покрытия с предлагаемым устройством, где:
7 - бункер для хранения порошка;
8 - питатель-дозатор;
9 - система подачи рабочего газа в камеру смешения;
10 - система подачи рабочего газа в питатель-дозатор;
11 - источник рабочего газа.

Предлагаемое устройство состоит из корпуса 1 пистолетного типа, в котором смонтирована камера смешения 2 наносимого порошка и рабочего газа, подаваемых из штуцеров 5 и 6 соответственно.

В корпусе 1 выполнено сверхзвуковое сопло 3, сообщенное и сопряженное с камерой смешения 2.

На корпусе 1 установлена кнопка управления 4 подачей порошка и рабочего газа.

Работу предлагаемого устройства целесообразно показать на примере его функционирования в составе установки для нанесения порошкового покрытия, схема которой изображена на фиг.2.

Для нанесения порошкового покрытия или проведения ремонтно-восстановительных работ выбирается тип порошка или смеси порошков в соответствии с поставленной задачей и засыпается в бункер 7.

В качестве исходного материала покрытия могут использоваться металлы, сплавы металлов, их смеси, керамика, металлокерамика (карбиды, бориды и т.п. ).

Диаметр частиц порошка определяется плотностью материала порошка и может изменяться в широком диапазоне - от нескольких микрон до нескольких десятков микрон (90 мкм).

В исходном состоянии устройство для нанесения порошкового покрытия в виде пистолета с корпусом 1 находится в руках оператора. Расход газа формируется в системе подачи рабочего газа 9 из источника рабочего газа 11 (например, блока ресиверов сжатого рабочего газа) с необходимыми термодинамическими параметрами в соответствии с расчетной скоростью достижения частицами порошка поверхности нанесения покрытия. При этом температура газа значительно ниже температуры плавления материала частиц порошка.

Расход порошка устанавливается питателем-дозатором 8 и подается в камеру смешения 2 через штуцер подачи порошка 6, в которую также подается рабочий газ из системы подачи рабочего газа 9 через штуцер 5.

Образовавшаяся двухфазная смесь порошок-газ из камеры смешения 2 поступает в сверхзвуковое сопло 3, ускоряясь и формируя на поверхности изделия требуемое покрытие.

Перемещение устройства осуществляется рукой оператора, который управляет подачей порошка и рабочего газа с помощью кнопки управления 4, выполненной, например, в виде электровыключателя, электрически связанного с электроклапанами систем 9 и 10 (электроклапаны на фиг.1 и 2 не показаны, т.к. это один из вариантов исполнения системы управления подачей).

Приведем пример использования изобретения при заделке повреждения трубы. К месту аварии устройство с сопровождающим оборудованием доставляется на любом доступном виде транспорта. В зависимости от масштаба аварии и характера повреждения устройство может быть использовано в двух вариантах.

Первый вариант использования - обнаружено повреждение в виде трещины в трубе. Оборудование монтируется согласно инструкции, и на предварительном этапе используется в качестве инструмента для механической очистки поверхности сверхскоростным пескоструйным потоком. В этом случае оператор вручную обрабатывает локальную поверхность трубы, распыляющей головкой пистолетного типа, которая формирует сверхзвуковой двухфазный поток, несущий частицы песка или абразива с дисперсностью до 100 мкм. Обладая большой кинетической энергией (скорость частиц до 200-400 м/с), частицы сносят всякого рода загрязнения, в том числе ржавчину. Время поверхностной обработки не превышает 1 мин.

Оператор, обработав локально аварийный участок трубы до необходимой степени чистоты, переходит к обработке краев трещины. За счет эрозионного воздействия создается канавка по всей длине трещины шириной 10-15 мм и глубиной до 5-10 мм. Подготовив таким образом поверхность трещины, оператор переходит ко второму этапу работы, который заключается в ликвидации трещины. Для этого оператор согласно инструкции переключает аппаратуру на создание двухфазного потока с металлическими частицами, например, никеля (Ni), любой стали, в том числе и легированной (1х19Н9Т), и вручную наносит послойно покрытие, "заваривая" аварийную трещину. Процесс ликвидации аварийной трещины, например, длиной 200 мм и глубиной 7 мм потребует менее 5 мин времени.

Пример второго варианта использования устройства. Обнаружено сильное аварийное повреждение трубопровода. Требуется замена участка трубы, для чего вырезается аварийный участок и вваривается новый. По завершении сварки необходимо обработать сварные швы антикоррозийным покрытием. Такая обработка швов производится оператором с использованием распылителя пистолетного типа. В этом случае антикоррозийное покрытие выполняется, например, из цинка (Zn) или смеси цинка и алюминия (Zn+Al). Покрытие наносится толщиной ≤100 мкм, шириной 100-150 мм. Скорость нанесения составляет 100 мм/с. Покрытие наносится в зоне сварного шва после предварительной механической обработки неровностей (облоя) на поверхности шва.

Предложенное устройство позволяет просто, мобильно и оперативно оператору в любых полевых условиях наносить покрытие, в том числе и на полимерные изделия, металлическим и неметаллическим порошком низкотемпературным газодинамическим методом, не перемещая само изделие.

При этом данное устройство может быть успешно использовано для ремонтно-восстановительных работ в экстремальных условиях, например, при авариях на нефтегазовых трассах, на фермах линий высоковольтных электропередачах, при ремонте водоканализационных магистралей.

Изготовление предложенного устройства не представляет особых трудностей, осуществляется методами токарной и фрезерной обработки, а корпус может быть выполнен штамповкой.

Формула изобретения

Устройство для нанесения порошкового покрытия, содержащее корпус пистолетного типа с соплом, штуцерами подачи порошка и рабочего газа, кнопкой управления, отличающееся тем, что в корпусе смонтирована камера смешения порошка и рабочего газа, сообщенная со штуцерами подачи рабочего газа и порошка, а сопло выполнено сверхзвуковым, сопряжено и сообщено с камерой смешения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2