Импульсная камера сгорания Советский патент 1992 года по МПК F23C11/04 B05B7/20 

Фиг.1

Изобретение относится к энергетике и может использоваться в генераторах высокотемпературных импульсных струй газов и в технике нанесения покрытий из порошковых материалов детонационно-газовым способом.

Известна импульсная камера сгорания, содержащая ствол с плавно уменьшающимся к выходному торцу сечением. Такая конструкция ствола позволяет получать более мощные импульсные струи, а при нанесении покрытий повысить интенсивность энергетического воздействия потока продуктов детонации на частицы напыляемого материала.

Недостатком данной импульсной камеры сгорания является то, что она позволяет генерировать импульсные струи только с круглым поперечным сечением, а при использовании ее для нанесения покрытий на узкие поверхности снижается производи- тельность и эффективность использования энергетических и материальных ресурсов в связи с превышением размеров выходного сечения ствола ширины узкой напыляемой по.- рхности. Это же происходит и при дру- гих видах обработки материалов импульсными струями.

Известно устройство, в котором ствол выполнен с постоянным по длине кольцевым поперечным сечением. Данное устрой- ство обеспечивает возможность обработки кольцевых поверхностей.

Однако устройство характеризуется низкой эффективностью из-за больших потерь энергии во внутреннюю и внешние стенки ствола.

Известно устройство, содержащее ствол с открытым выходным торцом, систему подачи горючей смеси и узел зажигания, в котором выходная часть ствола выполнена с плавно изменяющейся формой поперечного сечения с переходом от осесимметрич- ной к неосесимметричной.

Известное устройство обеспечивает возможность генерирования импульсных струй с неосесимметричным поперечным сечением и повышение производительности и эффективности использования порошковых материалов при нанесении покрытий на узкие плоские поверхности, а также на цилиндрические поверхности небольшого диаметра (одного порядка с условным диаметром ствола).

Однако известное устройство не может быть использовано при обработке кольце- вых поверхностей и при нанесении покрытий на узкие кольцевые поверхности, поскольку по сравнению со стволом круглого поперечного сечения здесь снижается

эффективность использования порошковых материалов и производительность процесса нанесения покрытий.

Целью изобретения является снижение энергетических и материальных затрат при обработке импульсными струями кольцевых поверхностей, в том числе при нанесении покрытий на кольцевые поверхности (торцовые и конические).

Для достижения указанной цели в известной импульсной камере сгорания, содержащей ствол, выполненный с открытым выходным торцом с плавно изменяющейся формой поперечного сечения с переходом от оеесимметричной к неосесимметричной форме, патрубок подачи газов и воспламенитель, выходная часть ствола выполнена с плавным переходом от круглой формы поперечного сечения в направлении открытого торца к форме кольцевого сектора. При таком конструктивном исполнении устройства достигается преобразование импульсного гетерогенного потока, имеющего круглое поперечное сечение, в поток с формой поперечного сечения в виде кольцевого сектора, совпадающего по размерам с обрабатываемой кольцевой поверхностью, например, на которую наносится покрытие.

Ширина кольцевого слоя покрытия, приблизительно равная ширине кольцевого поперечного сечения выходного торца ствола, соответствует ширине упрочняемой кольцевой поверхности. Это исключает энергетические и материальные затраты на нанесение покрытий по причине полного перекрытия единичного пятна напыления обрабатываемой поверхностью. Одновременно достигаются высокая производительность процесса и более лучшие условия формирования покрытий. Последнее прежде всего связано с обеспечением более высокой скорости охлаждения единичного слоя. При использовании конических (или цилиндрических)стволов при равной производительности резко возрастает толщина единичного слоя покрытия, что снижает скорость охлаждения и интенсифицирует процессы разложения (диссоциации) материала покрытия. Кроме того, при переходе к кольцевой форме поперечного сечения уменьшается поперечное сечение ствола, что формирует пересжатые детонационные волны и способствует более эффективному энергообмену между потоком продуктов сгорания и частицами порошка.

Ствол устройства может быть выполнен цилиндрическим с преобразованием круглой формы поперечного сечения на всей или части длины в форму кольцевого сектора. При таком конструктивном исполнении достигается не только преобразование формы поперечного сечения гетерогенного потока, но и уменьшение площади его поперечного сечения, а тем самым повышение его параметров за счет реализации режима пересжатой детонации.

Наружный диаметр ствола (цилиндрический участок) соответствует наружному диаметру кольцевого участка поверхности, на который наносится покрытие. Данный вариант устройства наиболее целесообра- зен для применения при обработке кольцевых поверхностей относительно небольшого диаметра. Напыляемый порошок фокусируется в кольцевой сектор, что исключает его излишние затраты, а также бесполезное расходование энергии за счет приведения к геометрическому соответствию формы и размеров поперечного сечения гетерогенного потока и обрабатываемой поверхности.

Ствол устройства может быть выполнен также на всей или части длины в форме конфузора, расширяющегося в направлении открытого торца, с преобразованием круглой формы поперечного сечения на всей или части длины в форму кольцевого сектора. При-таком конструктивном исполнении устройства обеспечивается возможность обработки кольцевых поверхностей, диаметр которых превышает размеры на- чального участка ствола, примыкающего к закрытому торцу. Этот вариант применяется для напыления кольцевых поверхностей с наружным диаметром свыше 40 мм.

Ствол устройства может быть на всей или части длины выполнен коническим, сужающимся в направлении открытого торца, с преобразованием круглой формы поперечного сечения на всей или части длины в форму кольцевого сектора. При таком кон- структивном исполнении обеспечивается возможность обработки кольцевых поверхностей небольшого диаметра, а также более высокая степень пересжатия детонационной волны, ведущая к улучшению качества наносимого слоя.

На фиг. 1 изображена импульсная камера сгорания с цилиндрическим стволом, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - камера со стволом, выполненным в форме диффузора, расширяющимся в направлении открытого торца; на фиг, 5 - камера с коническим стволом, сужающимся в направлении открытого торца..

Импульсная камера сгорания (фиг. 1) состоит из ствола 1, имеющего закрытый торец 2 и открытый торец 3, патрубка 4 ввода газов в ствол у закрытого торца 2, системы

5 подачи газов, воспламенителя 6 горючей смеси, порошкового питателя 7 с выходным патрубком 8, введенным в полость ствола 1 через закрытый торец 2, блока 9 управления, соединенного цепями управления: 10 - с воспламенителем б, 11 - с системой 5 подачи газов 12 -с порошковым питателем 7. Воспламенитель 6 вмонтирован в патрубок 4: Ствол 1 вблизи закрытого торца 2 имеет круглое сечение (фиг. 2), переходя щее плавно в направлении к открытому торцу 3 к форме кольцевого сектора (фиг. 3). Система 5 подачи газов через магистраль 13 соединена с патрубком 4.

В качестве блока 9 управления могут быть использованы различные технические средства: командоаппарат с распределительным валом и электромеханическим приводом . сиспользованием релейно-контактных устройств, электронных приборов, электронных блоков управления, устройства программного управления и др.

Импульсная камера сгорания работает следующим образом.

По команде блока 9 управления система

5подачи газов через магистраль 13 и патрубок 4 наполняет полость ствола 1 свежей горючей смесью газов. Затем из порошкового питателя 7 через патрубок 8 в полость ствола 1 впрыскивается порция порошка напыляемого материала. По следующей команде блока 9 управления воспламенитель

6инициирует горение горючей смеси у закрытого торца 2 в полости ствола 1. В процессе выгорания горючей смеси в стволе формируется импульсный поток продуктов сгорания, увлекающий частицы порошка и нагревающий их до высокой температуры. Образующийся гетерогенный поток истекает в направлении открытого торца 3 ствола 1. При этом происходит преобразование пространственной структуры импульсного потока с переходом от. круглой формы поперечного сечения к форме кольцевого сечения. При взаимодействии такого потока с кольцевой поверхностью формируется единичный слой покрытия толщиной 5-15 мкм с формой в виде кольцевого сектора. При этом ствол установки устанавливают соосно напыляемому изделию, которое в процессе нанесения покрытия вращают. Подобные циклы напыления повторяют многократно вплоть до получения покрытия заданной толщины.

При отсутствии порошкового питателя импульсная камера сгорания используется в качестве генератора импульсных высокотемпературных струй газов. Вместо порошкового питателя импульсная камера

сгорания может быть снабжена устройствами для ввода в ствол других ёидов перерабатываемых материалов (жидкостей, газов, гранул и пр.).

Ствол 1 может быть выполнен в выходной части в форме диффузора, расширяющегося в направлении открытого торца 3 (фиг. 4).

Ствол 1 может быть выполнен коническим, сужающимся в направлении открытого торца 3 (фиг. 5).

Использование предлагаемой камеры позволяет расширить возможности импульсных камер сгорания, применяемых для обработки материалов и деталей, повысить удельную мощность импульсных газовых струй, сократить расход рабочих газов на формирование импульсных потоков продуктов сгорания для обработки конструкционных материалов.

При использовании л редлагаемойкаме- ры для обработки кольцевых и полукольцевых поверхностей сокращается площадь внутренних стенок ствола. Если обозначить длину ствола через , а в стволе известной как зоы максимальный диаметр кольцевого сечиния как DI, а минимальный как di, то площадь внутренних стенок ствола известной камеры составит

FV jr(Di+ch)Lci.

Для предлагаемой камеры площадь внутренних стенок ствола

Р2 ЯО2Ц2.

Например, при нанесении покрытия на кольцевую поверхность мм , оХЮмм используют ствол с длиной Lei с внутренним диаметром мм и внутренней соосной вставкой мм. Длина ствола L мм. Тогда площадь стенок ствола ,4 см2. По предлагаемому решению используют ствол диаметром 50 мм и длиной .О мм. Тогда см2. Относительная площадь внутренних стенок ствола предлагаемой камеры относительно известной составляет

F2 п -5.0 -60.0 ..... . у F я-(5,0+3,0)-120,0 ° 31 или31 %

В расчетах принималось, что периметр поперечного сечения неосесимметричного поперечного сечения равен длине окружности, т.е. ствол получали простейшей операцией деформирования стенки трубки. Таким образом, в предлагаемой камере достигается резкое уменьшение площади внутренних поверхностей ствола, а тем самым уменьшение потерь на теплоотдачу в стенки ствола и на трение.

Кроме того, существенное значение имеет упрощение конструкции ствола. Применение изобретения позволяет сократить

расходы газов (на 3-8%) и порошка (на 15- 40%) при детонационно-газовом напылении покрытий на кольцевые поверхности таких деталей, как тарельчатые клапаны и седла клапанов двигателей внутреннего сгорания,

запорных и регулирующих клапанов и другой трубопроводной арматуры, торцовые уплотнения и другие детали. Повышение эффективности процесса нанесения покрытий достигается за счет совпадения форм поперечного сечения гетерогенного потока, формирующего покрытие, и обрабатываемой кольцевой поверхности, а также в результате реализации режима пересжатой детонации. Изобретение может быть реализовано

на серийных установках путем замены ствола.

Ф о р м у л а и з о б р е те н и я

1.Импульсная камера сгорания, содержащая ствол с открытым выходным торцом,

выполненный с плавно изменяющейся формой поперечного сечения с переходом от осесимметричной к неосесимметричной форме, патрубок подачи газов, воспламенитель, отличающаяся тем, что, с целью

повышения эффективности использования напыляемых порошковых материалов при обработке кольцевых поверхностей, выходная часть ствола выполнена с плавным переходом от круглой формы поперечного

сечения к форме кольцевого сектора в направлении открытого торца.

2.Камера сгорания по п. 1, о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что ствол на всей длине или части выполнен в форме диффузора, расширяющегося в направлении открытого торца.

3.Камера сгорания по п. 1, о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что ствол выполнен в форме цилиндра.

4.Камера сгорания по п. 1, о т л и ч а ю- щ а я с я тем, что ствол на всей или части

длины выполнен в форме конуса, сужающегося в направлении открытого торца.

Редактор Н.Тупица

Техред М.Моргентал

Корректор Т.Малец

Изобретение относится к энергетике и может использоваться в генераторах высокотемпературных импульсных струй газов. Цель изобретения - повышение эффективности использования напыляемых поверхностей. Импульсная камера сгорания содержитствол 1 с открытым выходным торцом 3, выполненный с плавно изменяющейся формой поперечного сечения с переходом от осесимметричной к неосесим- метричной форме, при этом выходная часть ствола 1 выполнена с плавным переходом от круглой формы поперечного сечения к форме кольцевого сектора в направлении открытого торца 3. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.

Заказ 1395Тираж .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород, ул.Гагарина, 101