ГОРЕЛКА ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ Российский патент 1995 года по МПК B05B7/20 

Изобретение относится к газотермическому нанесению покрытий на твердые поверхности, в частности к устройствам для газопламенного напыления покрытий.

Все аппараты для газоплазменного напыления работают по одинаковому принципу и отличаются конструктивным исполнением газосмесительного устройства.

Известны горелки для газопламенного напыления порошковых и проволочных материалов [1], содержащие газосмесительное устройство, в котором смешиваются рабочие газы.

Напыляемый материал подается в зону горения, где он плавится и диспергируется (в случае использования напыляемого материала в виде проволоки) или разогревается до высокопластичного состояния (при использовании порошка), разгоняется продуктами сгорания и формирует покрытие.

Одним из важнейших факторов, влияющих на качество покрытия и надежность оборудования для газопламенного напыления в работе является качество смешивания газов. Качественное смешивание газов обеспечивает наиболее полное сгорание горючей смеси, улучшает процесс теплообмена между частицами напыляемого материала и пламенем, а также уменьшает вероятность обратного удара. Возникновение обратных ударов пламени снижает надежность оборудования в работе и ухудшает качество наносимого покрытия вследствие выхода из строя деталей и узлов горелок, обеспечивающих оптимальные режимы напыления.

В известных газосмесительных устройствах используются различные конструктивные элементы, повышающие степень смешивания газов, однако они не в полной мере обеспечивают решение поставленной задачи, что сказывается на качестве покрытия, особенно при работе оборудования на газах - заменителях ацетилена (пропан-бутан, водород, метан и др. ), отличающихся по своей плотности и вязкости. Так, в горелке МГИ-2-62 [2] смешивание рабочих газов происходит только в одном прямом цилиндрическом канале малой длины (17 мм), что является недостаточным для получения качественной смеси. Кроме того, в указанной горелке полностью отсутствует защита от обратного удара пламени, что приводит к частому выходу ее из строя.

Наиболее близкой к предлагаемой по технической сущности и достигаемому эффекту является горелка для смешивания рабочих газов [3], газосмесительное устройство которой состоит из корпуса, вставки, соплового наконечника, соединенных между собой каналами для подвода рабочих газов с размещенными в них дросселирующими устройствами и шайбы, установленной с радиальным зазором в полости вставки. В газосмесительном устройстве выполнены последовательно расположенные кольцевые камеры предварительного и окончательного смешивания и полости для подвода рабочих газов, соединяющие заднюю стенку вставки с камерой предварительного смешивания, причем полости для подвода рабочих газов расположены по наружному периметру камеры предварительного смешивания и соединены с ней тангенциальными канавками.

Такое газосмесительное устройство несколько повышает качество смешивания рабочих газов, однако этого оказывается недостаточно для улучшения свойств покрытий вследствие того, что в прямых каналах и цилиндрических камерах не наступает развитое турбулентное течение газовой смеси. В наибольшей степени этот недостаток проявляется при работе на газах заменителях ацетилена.

Защита горелки от обратного удара осуществляется защитной шайбой.

Цель изобретения - повышение качества смешения рабочих газов и надежности горелки в работе.

Для этого в известной горелке для газопламенного напыления, содержащей распылительную головку, корпус, газосмесительное устройство, включающее корпус, вставку с каналами и с расположенной в ней полостью, и сопловой наконечник, связанные между собой и корпусом горелки каналами для подачи рабочих газов с размещенными в них дросселирующими устройствами, полость газосмесительного устройства разделена на камеры последовательно расположенными в осевом направлении пористыми перегородками, первая камера, образованная внутренним торцом корпуса газосмесительного устройства и первой перегородкой, сообщена с каналом подачи горючего газа, вторая камера, расположенная между первой и второй перегородками, с помощью инжектора сообщена с первой камерой и с каналом подачи окислителя, а третья камера, образованная второй перегородкой и задним торцом вставки, соединена каналами во вставке с расположенной в ней полостью, причем проницаемость первой пористой перегородки ниже проницаемости последующих.

На фиг.1 изображена горелка, вид сбоку; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Предлагаемая горелка 1 содержит корпус 2, распылительную головку 3, газосмесительное устройство, включающую корпус 4, закрепленную на передней части вставку 5, имеющую камеру Д и установленную в ней с зазором шайбу 6, и сопловой наконечник 7, примыкающий задней торцовой поверхностью к вставке 5. Корпус 4, вставка 5 и сопловой наконечник 7 зафиксированы между собой гайкой 8 и вместе с обдувающим кольцом 9 зафиксированы кожухом 10 к передней части корпуса 2. В корпусе 2 горелки 1 выполнен центральный канал 11 для транспортировки напыляемого материала, который соединен с центральными каналами корпуса, вставки и соплового наконечника.

В корпусе 4 последовательно расположены перегородки шайбы 12 и 13 со сквозными поровыми каналами, разделяющими внутренний объем на камеры Б, В и Г. Первая камера Б посредством штуцера 14 соединена с каналом горючего газа 15 в корпусе горелки 2. Вторая камера В через сопло 16, входящее с кольцевым зазором конической частью в конусное отверстие 17 в первой шайбе 12, соединена с каналом окислителя 18. Третья камера Г соединена отверстиями 19 с камерой окончательного смешивания Д во вставке 5 и каналами 20 в сопловом наконечнике 7. Дросселирующие устройства 21 и 22, обеспечивающие заданный расход рабочих газов, размещены соответственно в каналах 15 и 18.

Уплотнение корпуса 4 относительно корпуса 2 осуществляется с помощью уплотнительных колец 23.

Предлагаемая горелка работает следующим образом.

Окислитель через канал 18 и сопло 16 поступает в камеру В с некоторым опережением относительно горючего газа и через пористую перегородку 13, полость Г, отверстия 19 и каналы 20 в сопловом наконечнике 7 в зону горения. В камере В происходит первичное образование горючей смеси, которая, рассеиваясь, в пересекающихся каналах пористой перегородки 13 дополнительно перемешивается и поступает в полость Г (предварительного смешивания), через отверстия 19 во вставке 5 - в полость окончательного смешивания Д и через отверстия 20 в сопловом наконечнике 7 выходит из газосмесительного устройства.

Инжекция горючего газа окислителем и превышение проницаемости пористой шайбы 13 по отношению к шайбе 12 гарантирует от задавливания окислителем выход горючего газа.

Пористая перегородка 12 с отверстием 17 и соплом 16 образует эжектор, а полость Б можно рассматривать как эжекторную камеру.

Вследствие того, что объем эжектируемого газа из полости Б будет больше, чем его поступает через дроссель 21 по каналу 15, часть газовой смеси будет эжектироваться через пористую перегородку 12, что приводит к рециркуляции смеси и дополнительному ее перемешиванию.

Интенсивность перемешивания горючего газа с окислителем зависит от турбулентности газов, которая характеризуется критерием Рейнольдса. Для пористой плоской стенки:
Re = , (1) где W_п = , (2) где d² - средняя величина частиц пористой шайбы;
ρ- плотность и динамическая вязкость газа;
d_пор - средний диаметр пор;
d_изв - коэффициент извилистости.

μ- динамическая вязкость.

Из приведенных выражений (1) и (2) видно, что величина критерия Rе пропорциональна величине плотности, разности давлений до и после пористого тела, диаметру частиц и квадрату диаметра пор.

Выбор материала пористых перегородок определяется способностью сопротивления проникновению пламени при обратных ударах в горелке. Таким материалом может быть медь или бронза, имеющие высокие коэффициенты теплопроводности λи теплоемкости С_р, влияющие на абсолютную величину критического значения R_ехр, которая характеризует сопротивление проникновению пламени.

При пористости 0,4 размере частиц 500...600 мк, среднем размере пор 200 мкм и а_изв = n/n≈3 число R cоответствует 250...300, при R_ехр ≈10. Это свидетельствует о развитой турбулентности газов в порах перегородки. Кроме того, коэффициент a_изв ≈3 обеспечивает выход потоков газа из пор перегородки под различными углами, что повышает турбулентность и, следовательно, перемешивание горючего газа с окислителем в камерах смешивания.

При возникновении обратного удара пористая перегородка 13 предотвращает возможность проникновения пламени в горелку.

Качественное смешивание рабочих газов обеспечивает получение покрытий с высокими физико-механическими свойствами за счет более полного сгорания горючей смеси, улучшающего процесс теплообмена между напыляемым материалом и пламенем, а также повышает надежность оборудования в работе и качество наносимого покрытия вследствие предотвращения выхода из строя деталей и узлов горелки, обеспечивающих выгодные режимы напыления.

Использование: изобретение относится к устройствам для газопламенного напыления покрытий и может быть использовано для повышения качества смешения рабочих газов и надежности горелки в работе в различных отраслях промышленности. Сущность изобретения: полость газосмесительного устройства разделена на камеры последовательно расположенными в осевом направлении пористыми перегородками. Первая камера, образованная внутренним торцом корпуса газосмесительного устройства и первой по ходу движения газов перегородкой, сообщена с каналом подачи горючего газа. Камера между первой и второй пористыми перегородками с помощью инжектора сообщена с первой камерой и каналом подачи окислителя. Последняя камера, образованная последней пористой перегородкой и торцом вставки, сообщена каналами во вставке с расположенной в ней полостью. Причем проницаемость первой по ходу движения газов пористой перегородки ниже проницаемости последующих. 2 ил.

ГОРЕЛКА ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ, содержащая распылительную головку, корпус, газосмесительное устройство, включающее корпус с полостью, вставку с каналами и с расположенной в ней полостью, и сопловый наконечник, связанные между собой и корпусом горелки каналами для подачи рабочих газов с размещенными в них дросселирующими устройствами, отличающаяся тем, что, с целью повышения качества смешения рабочих газов и надежности в работе горелки, полость газосмесительного устройства разделена на камеры последовательно расположенными в осевом направлении пористыми перегородками, причем первая камера, образованная внутренним торцом корпуса газосмесительного устройства и первой по ходу движения газов перегородкой, сообщена с каналом подачи горючего газа, камера между первой и второй пористыми перегородками с помощью инжектора сообщена с первой камерой и каналом подачи окислителя, а последняя камера, образованная последней пористой перегородкой и торцом вставки, сообщена каналами во вставке с расположенной в ней полостью, причем проницаемость первой по ходу движения газов пористой перегородки ниже проницаемости последующих.