ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ МЕТАЛЛИЗАТОР-ТЕРМООТБОЙНИК Российский патент 2001 года по МПК B24C1/00 

Изобретение относится к устройству комбинированного газоструйного инструмента, основным рабочим органом которого является сверхзвуковая газодинамическая струя. Предлагаемое устройство включает в себя комплекс конструкторских предложений и способно выполнять следующие технологические операции:
- нанесение антикоррозионных, восстановительных и декоративных покрытий на металлические и строительные поверхности;
- высокопроизводительная пескоструйная газодинамическая обработка поверхности металла от коррозии и шлаков;
- выполнение термоотбойных работ при производстве строительных гранитов.

В качестве наиболее близкого аналога принято комбинированное устройство газодинамического инструмента, содержащее трехканальный коллектор для транспортировки топлива, дополнительного окислителя и рабочего агента, камеру сгорания, завихритель и сопло (WO 88/05711, кл. B 24 C 1/00, опубл. 11.08.1988).

Для производительной обработки гранитных блоков, термопескоструйной зачистки поверхностей и нанесения качественного покрытия требуется газодинамическое устройство с высокими показателями термостойкости и термонапряженности. Эти цели были достигнуты при увеличении термонапряженности и интенсификации тепломассобмена в камере сгорания за счет того, что комбинированное устройство газодинамического инструмента, содержащее трехканальный коллектор для транспортировки топлива, дополнительного окислителя и рабочего агента, камеру сгорания, завихритель и сопло, согласно изобретению содержит кольцевой радиальный диффузор для подачи топлива в камеру сгорания и создания защитной пленки на стенках камеры сгорания за счет закрутки потока воздуха при входе в камеру сгорания, при этом на входе в камеру сгорания воздух имеет осевую составляющую W_x и тангенциальную составляющую W_т, отношение которых у стенки камеры сгорания поддерживается в пределах W_т: W_х= 1,2-1,7.

Кроме того, устройство имеет полосу-обойму для напыления через магазин легкоплавкого металла с температурой плавления до 1000^oC, при этом магазин встроен на срезе сопла.

А также устройство выполнено с возможностью подачи тугоплавких металлов в порошкообразном состоянии через канал коллектора в зону горения камеры сгорания с добавлением окислителя - кислорода.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен трехканальный коллектор; на фиг. 2 - камера сгорания; на фиг. 3 - камера сгорания со встроенным магазином.

Трехканальный коллектор содержит следующие детали:
1 - канал для подачи напыляемого порошка или песка (при пескоструйной обработке), 2 - канал для подачи окислителя (кислорода), 4 - канал для подачи топлива (керосин или дизельное топливо), 3 - корпус (приемная воздушная камера), 5 - топливный кран, 6 - корпус камеры сгорания, 7 - завихритель, 8 - теплообменная труба, 9 - свеча зажигания, 10 - камера сгорания, 11 - рассекатель, 12 - сопло, 13 - прижимной корпус с патрубком, 14 - распыляемая полоса-обойма, 15 - магазин подачи обоймы, 16 - транспортирующая труба, 17 - канал подачи кислорода, 18 - труба подачи сжатого воздуха, 19 - жиклер топливный, 20 - кольцевой диффузор.

Изображенная на фиг. 2 камера сгорания 10 более четко отражает завихритель 7, кольцевой диффузор 20, топливный жиклер 19, топливную пленку 21, транспортирующую трубу 16, компенсационные отверстия 22, рассекатель 11, сопло 12, канал подачи кислорода 17.

Изображенная на фиг. 3 камера сгорания 10 имеет сменный конус 23, сверхзвуковое сопло 24, ствол-ускоритель 25, полосу-обойму 26, магазин 27.

Устройство работает следующим образом.

Для увеличения термонапряженности и интенсификации тепломассообмена в камере сгорания путем обеспечения сепарации топлива на стенки камеры сгорания, что достигается закруткой потока воздуха при входе в камеру сгорания, производят следующее (см. фиг. 2).

Воздух подают через лопаточный завихритель 7, на выходе из завихрителя воздух ударяется в стенку кольцевого диффузора 20, на входе в камеру сгорания 10 воздух имеет осевую составляющую W_х и тангенциальную составляющую W_т, отношение которых у стенки камеры сгорания поддерживается в пределах W_т : W_х = 1,2 - 1,7.

Одновременно с подачей воздуха на вход кольцевого диффузора 20 подается топливо, которое действием центробежных сил сепарируется на стенки камеры сгорания в виде тонкой пленки 21, увлекаемой закрученным потоком воздуха.

После частичного испарения топлива во внутренней части кольцевого потока образуется горючая смесь, которая воспламеняется от искрового разряда. Дальнейшее воспламенение происходит под действием раскаленных газов. В камере образуется двухфазный закрученный поток, который значительно увеличивает коэффициент массоотдачи и способствует интенсивному смесеобразованию. Оптимальная закрутка потока позволяет изолировать воздушной прослойкой и топливной пленкой стенку камеры сгорания от конвективного теплового потока факела.

При избытке топлива через канал подачи кислорода 17 (радиальные жиклеры) в камеру сгорания подается окислитель - кислород, за счет чего температура в камере сгорания увеличивается, соответственно увеличивается скорость потока через сопло 12 по известной зависимости где C_г - скорость газа через сопло; Т_кс - температура в камере сгорания.

Увеличение скорости газа на срезе сверхзвукового сопла 24 дает возможность увеличения производительности при термоотбойных работах на граните.

Введение трехканального коллектора в схему камеры сгорания и подача топлива через кольцевой диффузор по радиусу помогают сдвигать зону горения к корню камеры сгорания, что позволяет уменьшить объем камеры сгорания и увеличить ее теплонапряженность. Одновременно трехканальный коллектор позволяет подавать в камеру сгорания напыляемый материал. Частица порошка выстреливается через сопло на напыляемую поверхность, где при ударе образуется локальный расплав этой частицы и сцепление с поверхностью. Температура частицы, полученная при ударном торможении, подчиняется закономерности Т' = Т_г + С²/2010, где Т' - температура торможения; С - скорость потока за соплом; Т_г - температура газа до удара в потоке.

Таким образом решается задача напыления тугоплавкого материала на обрабатываемую поверхность. Материалы, которые имеют температуру пластификации до 1000^oC, подаются полосой-обоймой через встроенный магазин на срез сопла (см. фиг. 3).

Изобретение относится к устройству комбинированного газоструйного инструмента, основным рабочим органом которого является сверхзвуковая газодинамическая струя. Предлагаемое устройство включает в себя комплекс конструкторских предложений и способно выполнять следующие технологические операции: нанесение антикоррозионных, восстановительных и декоративных покрытий на металлические и строительные поверхности, высокопроизводительная пескоструйная газодинамическая обработка поверхности металла от коррозии и шлаков, выполнение термоотбойных работ при производстве строительных гранитов. Для производства вышеназванных операций требуется газодинамическое устройство с высокими показателями термостойкости и термонапряженности. Эти цели были достигнуты при увеличении термонапряженности и интенсификации процесса тепломассобмена в камере сгорания за счет того, что комбинированное устройство газодинамического инструмента, содержащее трехканальный коллектор для транспортировки топлива, дополнительного окислителя и рабочего агента, камеру сгорания, завихритель и сопло, согласно изобретению содержит кольцевой радиальный диффузор для подачи топлива в камеру сгорания и создания защитной пленки на стенках камеры сгорания за счет закрутки потока воздуха при входе в камеру сгорания, при этом на входе в камеру сгорания воздух имеет осевую составляющую W_x тангенциальную составляющую W_т отношение которых у стенки камеры сгорания поддерживается в пределах W_т : W_x = 1,2 - 1,7. Кроме того, устройство имеет полосу-обойму для подачи через магазин в зону сверхзвуковой струи легкоплавкого металла с температурой плавления до 1000^oС, при этом магазин встроен на срезе сопла. А также конструкция предусматривает возможность подачи тугоплавких металлов в порошкообразном состоянии через канал коллектора в зону горения камеры сгорания с добавлением окислителя - кислорода. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Комбинированное устройство газодинамического инструмента, содержащее трехканальный коллектор для транспортирования топлива, дополнительного окислителя и рабочего агента, камеру сгорания, завихритель и сопло, отличающееся тем, что оно содержит кольцевой радиальный диффузор для подачи топлива в камеру сгорания с обеспечением образования защитной пленки на стенках камеры сгорания за счет закрутки потока воздуха при входе в камеру сгорания, при этом на входе в камеру сгорания воздух имеет осевую составляющую W_x и тангенциальную составляющую W_т, отношение которых к стенки камеры сгорания поддерживается в пределах W_т : W_x = 1,2 - 1,7. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно имеет полосу-обойму для напыления через магазин легкоплавкого металла с температурой плавления до 1000^oС, при этом магазин встроен на срезе сопла. 3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью подачи тугоплавких металлов в порошкообразном состоянии через канал коллектора в зону горения камеры сгорания с добавлением окислителя.