Сверхзвуковое сопло газопламенной горелки

Изобретение относится к машиностроению и может быть применено для получения сверхзвуковых газопламенных струй, например, при восстановлении и повышении технологических характеристик коленчатых валов автомобилей. Предложенное сопло, содержащее сопло Лаваля (1), основной канал, канал для подачи кислорода, согласно изобретению, для получения напыленных слоев более высокого качества за счет ускорения до сверхзвуковой скорости и концентрации рабочего потока, снабжено внешним соплом Лаваля, конусом-концентратором, вставленным в основной канал с натягом, и защитной втулкой с резьбой для закрепления на корпусе горелки, причем сопла Лаваля выполнены с резьбой для закрепления на корпусе горелки. Обеспечивается высокая адгезия покрытия и предотвращается термодеформация изделия. 1 ил.

 

Изобретение относится к машиностроению и может быть применено для получения сверхзвуковых газопламенных струй, например, при восстановлении и повышении технологических характеристик коленчатых валов автомобилей.

Известно устройство - инжекторная горелка (РЖ 1.63.699, 1986 г. Газопламенная технология и конструкция горелок. Flammentechnologie und Brennergestaltung. Cescotti R. "Schweisstechnik" (Osetrr), 1985, 39, №9, 150-154) с самостабилизацией газового пламени, предотвращающая его отрыв от мундштука при большой скорости истечения газовоздушной смеси (ГВС). Принцип самостабилизации заключается в том, что поток ГВС в мундштуке раздваивается. На выходе из мундштука образуется 2 потока ГВС: быстрый основной, истекающий из центра, отверстия и медленный дополнительный, истекающий из периферийного кольцевого отверстия.

Пламя, образующееся при сгорании дополнительного потока, не позволяет оторваться от мундштука основному пламени. Это позволяет расширить диапазон соотношений газа и воздуха в ГВС, которую можно дополнительно обогатить O₂, подавая последний через 2-й инжектор с игольчатым клапаном. Однако поток ГВС при выходе из горелки не концентрируется, что приводит к перенагреву обрабатываемого изделия и его термодеформации. Следовательно, для предотвращения термодеформации необходимо приостанавливать технологический процесс для охлаждения изделия или вводить дополнительное охлаждение, что увеличивает время тех. процесса или усложняет конструкцию устройства.

Известно также устройство - горелка для термической резки металлических деталей, взятое за прототип (РЖ 5.63.260 П, 1993 г. Заявка 4107059. ФРГ, МКИ В 23 К 7/00, В 23 К 7/10, Hans-Joachim №41070593. Заявл. 06.03.91. Опубл. 10.09.92), которая имеет сопло с центр. каналом, на конце которого поставлен мундштук для подвода тока горелки, создающий ограниченное пятно нагрева. К корпусу горелки подсоединена трубка подачи О₂, подводимого затем к керамич. соплу, в котором выполнено несколько каналов, состоящих из сужающихся и расширяющихся участков, так что струя О₂ приобретает сверхзвуковую скорость, как в сопле Лаваля. Такая конструкция горелки позволяет получить сверхзвуковой рабочий поток с локальным нагревом изделия, что позволяет получить качественные покрытия без термодеформации изделия, однако в качестве источника тепла используется электрическая дуга, что усложняет конструкцию горелки и повышает себестоимость технологического процесса. Следовательно, для снижения себестоимости технологического процесса необходимо менять источник тепла, то есть необходимо изобретать новую горелку.

Техническим результатом предлагаемого устройства является снижение себестоимости технологического процесса, выполняемого данным устройством, и качества получаемых покрытий без термодеформации изделия.

Сущность предлагаемого устройства заключается в том, что сверхзвуковое сопло газопламенной горелки имеет сопло Лаваля, защитную втулку, основной канал, канал подачи кислорода и корпус горелки.

В отличие от прототипа для получения напыленных слоев более высокого качества за счет ускорения до сверхзвуковой скорости и концентрации рабочего потока в конструкцию сопла входит внешнее сопло Лаваля и конус-концентратор, вставляемый в основной канал с натягом.

Такая совокупность новых признаков позволяет по сравнению с известными прототипами упростить конструкцию устройства, что не требует использования в качестве локального источника тепла электрической дуги и снижает себестоимость технологического процесса.

Предлагаемое устройство сверхзвукового сопла газопламенной горелки иллюстрируется чертежом, где показан разрез сопла.

Предлагаемое устройство состоит из сопла Лаваля 1, внешнего сопла Лаваля 2, защитной втулки 3, конуса-концентратора 4, корпуса горелки 5, основного канала 6, канала подачи кислорода 7, воздушного канала 8, резинового уплотнения 9, причем конус-концентратор 4 вставлен в основной канал с натягом. Все остальные детали закреплены на корпусе газопламенной горелки 5 посредством резьбы.

Предлагаемое устройство работает следующим образом: газовый поток, несущий напыляемый порошок, идет по основному каналу 6 корпуса горелки 5. Проходя конус-концентратор 4, он попадает в камеру сгорания, где ускоряется до сверхзвукового потока истечения (4.5М) за счет внутреннего сопла Лаваля 1. Сверхзвуковое ускорение рабочего потока позволяет получить многослойные покрытия с высокой адгезией. Питание пламени в камере сгорания кислородом осуществляется через внешние каналы конуса-концентратора 4; кислород подается по каналу 7. Воздушный поток проходит по внешнему соплу Лаваля 2 через воздушный канал 8, охлаждает сопло газопламенной горелки, защищает от окружающей среды и концентрирует рабочий поток. Помимо этого воздушный поток охлаждает подложку, тем самым предотвращая термодеформации детали.

Примером применения данного сверхзвукового сопла может служить любой технологический процесс газопламенного напыления. Получаемые покрытия при помощи данного сопла отличаются высоким качеством и прецизионной локальностью наносимого покрытия с наименьшими экономическими затратами.

Рассмотренное устройство обеспечивает технический результат, заключающийся в повышении качества наносимых газотермических покрытий, за счет увлечения скорости напыляемых частиц до 1500 м/с и высокой локализации процесса напыления.

Предлагаемое устройство может быть изготовлено с помощью известных в технике средств. Следовательно, предлагаемое устройство обладает промышленной применимостью.

Сверхзвуковое сопло газопламенной горелки, содержащее сопло Лаваля, основной канал, канал для подачи кислорода, отличающееся тем, что для получения напыленных слоев более высокого качества за счет ускорения до сверхзвуковой скорости и концентрации рабочего потока оно снабжено внешним соплом Лаваля, конусом-концентратором, вставленным в основной канал с натягом, и защитной втулкой с резьбой для закрепления на корпусе горелки, причем сопла Лаваля выполнены с резьбой для закрепления на корпусе горелки.