ГОРЕЛКА ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК B05B7/20 

Изобретение относится к области газотермических покрытий, в частности к аппаратуре газопламенного напыления, работающей преимущественно на смеси газов-заменителей ацетилена (метан, природный газ, пропан-бутан и др.) с кислородом.

Известна горелка для напыления [1], включающая корпус с каналами подачи горючего газа, кислорода, мундштук с порошковым каналом и концентрично расположенные вокруг него газовые сопла, причем газовые сопла в мундштуке выполнены поочередно под углом 2-5^o и 9-15^o к оси порошкового сопла.

Недостатки аналога: неудовлетворительное качество покрытий, нанесенных при использовании в качестве горючего газа метана (природного газа).

В качестве прототипа принята автоматическая установка для газопламенной металлизации [2] , в состав которой входит горелка для газопламенного напыления, содержащая корпус с каналами подачи горючего газа, окислителя и воздуха, мундштук с торцевой частью и центральным каналом для подачи напыляемого материала, вокруг которого концентрично расположен ряд газовых сопел.

Недостаток данной горелки - низкое качество покрытий, нанесенных при применении в качестве горючего газа газов-заменителей ацетилена. Другой недостаток - большие потери напыляемого материала, вызванные низким коэффициентом использования напыляемого материала при использовании газов-заменителей ацетилена.

Целью предлагаемого изобретения является повышение качества напыляемых покрытий и повышение коэффициента использования напыляемого материала.

Поставленная цель достигается тем, что в горелке для газопламенного напыления, содержащей корпус с каналами подачи кислорода, горючего газа и воздуха, мундштук с торцевой частью и центральным каналом для подачи напыляемого материала, вокруг которого концентрично расположен ряд газовых сопел, дополнительно на торцевой части мундштука вмонтирована соосно с центральным каналом трубчатая насадка с наружным конусом на выходе и дополнительно соосно с насадкой установлена оребренная фигурная втулка с несколькими внутренними конусами на входе с образованием с внешним конусом насадки кольцевого зазора, а снаружи к оребренной втулке на выходе крепится соосно с центральным каналом дополнительная втулка, при этом кольцевой зазор между конусами насадки и оребренной втулки соединен с каналом подачи воздуха, а внутренняя полость наружной дополнительной втулки и межреберные полости оребренной втулки сообщаются между собой и с дополнительно выполненным каналом подачи воздуха.

Для повышения качества напыляемого покрытия (плотность, твердость, прочность) необходимо увеличение скорости движения частиц и уровня их теплосодержания.

Последнее возможно за счет повышения температуры газового пламени и улучшения условий теплообмена частиц с газовым пламенем.

Повышение скорости движения частиц невозможно без увеличения скорости газового потока, но последнее осложняется сравнительно низкой скоростью истечения метано-кислородной струи.

Поэтому предлагаемая горелка снабжена трубчатой насадкой, расположенной на торцевой части мундштука, и оребренной втулкой с несколькими внутренними конусами на входе.

В полости трубчатой насадки достигается наиболее высокая температура метано-кислородного пламени и здесь частицы напыляемого порошка вступают в теплообмен с газовым потоком.

Для удлинения "горячей зоны" газового пламени газопорошковая струя обжимается сжатым воздухом на выходе из трубчатой насадки. За счет повышения давления внутри струи возрастает температура и скорость струи, а следовательно, и скорость полета частиц. Дальнейшее обжатие происходит уже внутри оребренной втулки благодаря внутренним конусам, выполненным на входе этой втулки.

Принципиальная конструкция горелки представлена на фиг.1.

Горелка для газопламенного напыления включает в себя рукоятку 1, корпус 2 с каналами подачи метана (природного газа) и кислорода (каналы не показаны) и каналом подачи сжатого воздуха 3, кран пуска метана (природного газа), кислорода и воздуха 4, центральный канал для подачи напыляемого порошкового материала 5, мундштук 6 с торцевой частью 7 с газовыми соплами 8, защитный клапан 9, трубчатую насадку 10 с наружным конусом 11, фигурную втулку 12 с ребрами 13 и внутренними конусами 14, 15 и 16 на входе, центрирующую втулку 17 с радиально расположенными отверстиями 18 и 19, накидную гайку 20, колпак 21 с полостью 22, наружную втулку 23 с полостью 24, дополнительный канал подачи сжатого воздуха 25, колпак-гайку 26, каналы подачи обжимающего воздуха 27, каналы подачи в полость мундштука горючей смеси метан (природный газ) - кислород 28, кран регулирования подачи обжимающего воздуха 29.

Горелка работает следующим образом. В каналы корпуса горелки подаются метан (природный газ) и кислород. Пуск горючего газа, кислорода и обжимающего воздуха осуществляется с помощью крана 4. Горючий газ и кислород образуют горючую смесь, которая из каналов 28 поступает в полость мундштука 6 и через узкий кольцевой зазор 30 между этой полостью и защитным клапаном 10 поступает в газовые сопла 8, по выходе из которых газовая смесь поджигается и образуется пламя. Одновременно в порошковый штуцер 31 подается из порошкового питателя (не показан) напыляемый порошок. На выходе из порошкового канала 5 образуется газопорошковая струя, которая поступает в полость трубчатой насадки 10. Здесь происходит подогрев частиц порошка до высокой температуры.

Газовые пламена, горящие из газовых сопел 8, выполненных с наклоном к центральному каналу, подогревают и сжимают газопорошковую струю.

Повышение скорости полета частиц достигается благодаря сильному обжатию газопорошковой струи сжатым воздухом на срезе насадки 10. Это обжатие обеспечивает и повышение давления внутри газопорошковой струи, что обуславливает значительное повышение температуры газового потока, а следовательно, приводит к росту теплосодержания частиц. Обжатие газопорошковой струи достигается за счет наружного конуса 11 и внутреннего конуса 14. Дальнейшее обжатие струи происходит благодаря внутренним конусам 15 и 16.

Расход обжимающего воздуха регулируется краном 29. Этот воздух поступает в корпус 2 горелки по каналу 3 и выходит из корпуса по каналам 27. Из каналов 27 воздух входит в полость колпака-гайки 26 и далее через отверстия 19 центрирующей втулки 17 попадает в узкую кольцевую щель 32. Здесь воздух охлаждает насадку 10 и благодаря конусам 14 и 11 создает вышеупомянутый эффект обжатия газопорошкового потока. Далее этот сжатый поток в виде узкой струи поступает в оребренную втулку 12. Здесь происходит постепенное выравнивание скорости движения порошка по сечению сопла и повышение скорости движения частиц благодаря конусам 15 и 16.

Для исключения перегрева оребренной втулки 12 через дополнительный канал 25 подается сжатый воздух, который через отверстия 18 центрирующей втулки 17 поступает в межреберные полости 33 и таким путем охлаждает фигурную втулку 12. Далее этот сжатый воздух поступает в полость 24 наружной втулки 23, фактически выполняющей роль воздушного сопла.

Поскольку этот сжатый воздух, охлаждающий оребренное сопло 12, поступает в достаточно большом объеме, то истечение его из втулки 23 происходит с высокой скоростью.

Это обеспечивает:
- устойчивое охлаждение оребренной втулки 12;
- получение инжектирующего эффекта в центральном порошковом канале 5, что приводит к повышению производительности напыления;
- дополнительное повышение скорости полета частиц.

Повышение скорости полета напыляемых частиц позволило не только уменьшить негативный охлаждающий эффект воздуха, т.к. время контакта частиц с захоложенным газовым потоком снизилось, но и увеличить прочность сцепления с подложкой, поскольку возросла энергия, выделяемая в момент удара частицы о напыляемую поверхность.

Исключение контакта газового потока с воздухом в полости насадки 12 обеспечило повышение теплосодержания частиц, а внешний конус на ее выходе обеспечил возможность сильного сжатия газопорошкового потока, что обусловило резкое повышение внутреннего давления и, как следствие, значительный рост температуры газового пламени, что привело к дополнительному увеличению теплосодержания напыляемых частиц. В результате значительно возрос коэффициент использования напыляемого порошка, т.е. существенно снизились потери напыляемого материала.

В наружной втулке 23 может быть выполнен на выходе раструб с углом отклонения от оси центрального канала 0,5-6^o.

При работе с тугоплавкими порошковыми материалами возможно выполнение в мундштуке дополнительного ряда газовых сопел, концентрично расположенных вокруг центрального канала и с углом наклона к нему.

Предлагаемая конструкция горелки обладает повышенной безопасностью при эксплуатации благодаря применению относительно низких давлений метана (0,02-0,04 МПа) и кислорода (0,08-0,2 МПа) на входе в каналы корпуса горелки.

Установленный в полости мундштука 6 соосно с центральным каналом 5 защитный клапан 9 имеет возможность осевого перемещения по наружной поверхности порошкового сопла. В случае проникновения (в результате каких-либо ошибок оператора) газового пламени внутрь мундштука (обратный удар) под его мощным динамическим напором клапан, перемещаясь вдоль порошкового сопла, мгновенно закрывает каналы истечения горючей смеси 28. В результате пламя тут же гаснет.

Таким образом, этот клапан 9 и пониженные рабочие давления кислорода и метана (природного газа) обеспечивают повышение безопасности при эксплуатации предлагаемой горелки.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1210902, кл. В 05 В 7/20 1986.

2. Авторское свидетельство СССР 213513, кл. В 05 В 7/20 1968.

Изобретение относится к аппаратуре для газопламенного напыления покрытий, оно может быть использовано для повышения качества напыляемых покрытий и повышения коэффициента использования напыляемого материала при работе с газами-заменителями ацетилена, в частности с природным газом (метаном). Сущность изобретения: на торцевой части мундштука вмонтирована соосно с центральным каналом трубчатая насадка с наружным конусом на выходе и дополнительно соосно с насадкой установлена оребренная фигурная втулка с несколькими внутренними конусами на входе с образованием с внешним конусом насадки кольцевого зазора, а снаружи к оребренной втулке на выходе крепится соосно с центральным каналом дополнительная втулка, при этом кольцевой зазор между конусами насадки и оребренной втулки соединен с каналом подачи воздуха, а внутренняя полость наружной дополнительной втулки и межреберные полости оребренной втулки сообщаются между собой и с дополнительно выполненным каналом подачи воздуха. В наружной дополнительной втулке может быть выполнен на выходе раструб с углом отклонения от оси центрального канала 0,5-6^o. В мундштуке может быть выполнен дополнительный ряд газовых сопел, концентрично расположенных вокруг центрального канала и с наклоном к нему. Техническим результатом изобретения является повышение безопасности при эксплуатации данной горелки. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Горелка для газопламенного напыления, содержащая корпус с каналами подачи кислорода, природного газа и воздуха, мундштук с торцевой частью и центральный канал для подачи напыляемого материала, вокруг которого концентрично расположен ряд газовых сопел, отличающаяся тем, что в горелке дополнительно на торцевой части мундштука вмонтирована соосно с центральным каналом трубчатая насадка с наружным конусом на выходе и дополнительно соосно с насадкой установлена оребренная фигурная втулка с несколькими внутренними конусами на входе с образованием с внешним конусом насадки кольцевого зазора, а снаружи к оребренной втулке на выходе крепится соосно с центральным каналом дополнительная втулка, при этом кольцевой зазор между конусами насадки и оребренной втулки соединен с каналом подачи воздуха, а внутренняя полость наружной дополнительной втулки и межреберные полости оребренной втулки сообщаются между собой и с дополнительно выполненным каналом подачи воздуха. 2. Горелка для газопламенного напыления по п. 1, отличающаяся тем, что в наружной дополнительной втулке выполнен на выходе раструб с углом отклонения от оси центрального канала 0,5-6^o. 3. Горелка для газопламенного напыления по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что в мундштуке выполнен дополнительный ряд газовых сопел, концентрично расположенных вокруг центрального канала и с наклоном к нему. 4. Горелка по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что в качестве природного газа используют метан.