CN101274710A - 激波管-拉伐尔喷嘴加速固体颗粒群装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激波管－拉伐尔喷嘴固体颗粒群加速装置。压缩气源经压缩气体截止阀与激波管高压气室相连，储粉室由两端的活动隔板与管壁围成，一片将低压气室与储粉室隔开，另一片将储粉室与拉伐尔喷嘴隔开；在储粉室的侧壁开设颗粒注入孔与供粉源连接，在颗粒注入孔中设置粉路开关阀，将供粉源与储粉室的粉末颗粒隔开，控制电路板分别与瞬态开关阀、粉路开关阀和两片活动隔板连接。作为粉末灭火器，由于激波管和拉伐尔喷嘴同时对固体颗粒群的加速作用使得灭火器射程足够远，加上适当增大拉伐尔喷嘴渐阔段扩张角可以增大喷射覆盖面积，具有灭火效率高、效果好、射程远和节约能源；作为超声速冷喷涂装置，也具有颗粒粘附力大、涂层强度高。

Description

激波管-拉伐尔喷嘴加速固体颗粒群装置

技术领域

本发明涉及固体粉末颗粒的加速输运装置，尤其是涉及一种激波管-拉伐尔喷嘴固体颗粒群加速装置。

背景技术

激波管是运动激波和超声速气流的发生装置之一，拉伐尔喷嘴也能产生超声速的气相流动，利用它们所产生的高速气流夹带加速固体颗粒无疑是相当有效的手段，也能实现在很多领域的实际应用。将激波管和拉伐尔喷嘴串接，同时发挥两者加速输运固体颗粒群功能的方法，在中国专利库中仍未见报道。如中国专利200710016058.5提出的“激波砂石灭火炮”和中国专利200710016442.5提出的“一种冷喷涂用的拉阀尔喷嘴”分别只是利用了激波管和拉伐尔喷嘴产生超音速气流加速颗粒的功能。作为灭火器，拥有相对远的射程和较大的喷射覆盖面，以及作为材料表面处理的喷涂装置，使钛、铝等固体粉末颗粒获得的速度高于导致颗粒高粘附力的临界速度，这些都是人们所希望的。现有的技术中采用单一的激波管或拉伐尔喷嘴加速固体颗粒群的能力相对有限，难以使固体颗粒群达到所需要相当高的喷射速度。

发明内容

为了克服单一采用激波管或拉伐尔喷嘴加速固体颗粒群的能力的限制，本发明的目的在于提供一种激波管-拉伐尔喷嘴固体颗粒群加速装置，可用于远距离灭火或超声速冷喷涂。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

包括高压气源，压缩气体截止阀，由高压气室、低压气室由瞬态开关阀隔开组成的激波管，粉路开关阀，供粉源，储粉室、两片活动隔板和拉伐尔喷嘴；压缩气源经压缩气体截止阀与激波管高压气室相连，储粉室由两端的活动隔板与管壁围成，其中一片将低压气室与储粉室隔开，另一片将储粉室与拉伐尔喷嘴隔开；在储粉室的侧壁开设颗粒注入孔与供粉源连接，在颗粒注入孔中设置粉路开关阀，将供粉源与储粉室的粉末颗粒隔开，控制电路板分别与瞬态开关阀、粉路开关阀和两片活动隔板连接。

所述的高压气室和拉伐尔喷嘴的截面形状为圆形。

所述的低压气室和储粉室的截面形状为圆形或矩形。

所述的拉伐尔喷嘴是一支喉部的收缩扩张喷嘴，收缩段为锥形管，扩张段是具有扩张角的锥形长管，收缩段长度小于扩张段长度。

所述的高压气源是提供高压气室具有0.2～5Mpa的工作压力的高压储气罐或者是由空气压缩机与储气罐组成的整体。

本发明具有的有益效果是：

本发明如果作为粉末灭火器，由于激波管和拉伐尔喷嘴同时对固体颗粒群的加速作用使得灭火器射程足够远，加上适当增大拉伐尔喷嘴渐阔段扩张角可以增大喷射覆盖面积，相比现有技术具有灭火效率高、效果好、射程远和节约能源等突出优点；本发明如果作为超声速冷喷涂装置，也具有颗粒粘附力大、涂层强度高等显著优点。

附图说明

附图是激波管-拉伐尔喷嘴固体颗粒群加速装置示意图。

图中：1、高压气源，2、压缩气体截止阀，3、高压气室，4、瞬态开关阀，5、低压气室，6、粉路开关阀，7、供粉源，8、储粉室，9、活动隔板，10、拉伐尔喷嘴，11、控制电路板。

具体实施方式

如附图所示，本发明包括高压气源1，压缩气体截止阀2，由高压气室3、低压气室5由瞬态开关阀4隔开组成的激波管，粉路开关阀6，供粉源7，储粉室8、两片活动隔板9和拉伐尔喷嘴10；压缩气源1经压缩气体截止阀2与激波管高压气室3相连，储粉室8由两端的活动隔板9与管壁围成，其中一片将低压气室5与储粉室8隔开，另一片将储粉室8与拉伐尔喷嘴10隔开；在储粉室8的侧壁开设颗粒注入孔与供粉源7连接，在颗粒注入孔中设置粉路开关阀6，将供粉源7与储粉室8的粉末颗粒隔开，控制电路板11分别与瞬态开关阀4、粉路开关阀6和两片活动隔板9连接。

所述的高压气室3和拉伐尔喷嘴10的截面形状为圆形。

所述的低压气室5和储粉室9的截面形状为圆形或矩形。为了活动隔板和粉路快速开关的加工方便，截面和轴向尺寸根据实际应用规模和固体颗粒输运量等因素确定。

所述的拉伐尔喷嘴10是一支喉部的收缩扩张喷嘴，收缩段为锥形管，扩张段是具有扩张角的锥形长管，收缩段长度小于扩张段长度。

所述的高压气源1是提供高压气室3具有0.2～5Mpa的工作压力的高压储气罐或者是由空气压缩机与储气罐组成的整体。

本发明的工作原理为：在高压气源中储存有压缩气体，当压缩气体截止阀被打开时，高压气体冲入激波管的高压气室，同时在激波管的低压气室中充满常压空气。激波管的高压气室与低压气室之间由瞬态开关阀分隔。当瞬态开关阀打开时，激波管中建立起向拉伐尔喷嘴出口方向以超声速运动的激波，激波后的气流也作高速运动。当激波到达储粉室之前的很短时间(10毫秒左右)活动隔板打开，同时，粉路开关阀闭合，激波进入储粉室，储粉室内的粉末颗粒群从激波获得初动量，又在波后高速气流夹带下加速运动。当气流到达拉伐尔喷嘴后在喷嘴通道内不断加速，直到喷嘴出口处可以达到高超声速，在此过程中被气流夹带的固体颗粒群也得到不断地加速，以至于在喷嘴出口处也获得相当高的速度。

本发明中由截面积较大的高压气室3变截面过渡到一个截面积较小的低压气室4，高压气室与低压气室之间由一瞬态开关阀隔开，组成了提供加速输运固体颗粒群动力的激波管。其中，低压气室4的界面形状可以是正方形的，高压气室3采用截面积较大的圆形截面，兼有稳定压力和储存气体的作用，通过截面形状由圆变方的衔接段与低压气室连接。在低压气室中填充常压气体介质，而在高压气室内冲入高压气体，根据具体应用需要采用不同气体介质，用于灭火时采用二氧化碳、氮气等抑制燃烧气体，用于喷涂时采用氦气等惰性气体等。激波管的原理是利用管内气体压力的强间断(某一界面两侧的较大压差)诱发介质中的激波，激波以超声速向低压力侧运动，原来处于低压区的气体在激波的强扰动下压力、温度都升突然高，并跟随激波向仍处于低压力的区域高速运动。在激波管的高压气室3内充满压力为0.2～5Mpa的压缩气体，低压气室中充满常压空气，在高压气室和气压气室之间由瞬态开关阀分隔，瞬态开关阀可以实现瞬态的开闭控制。当瞬态开关阀开启时，高压气室中的高压气体和低压气室中的气压气体接触，形成了接触面上的压力强间断，从而诱发了激波，并以一定的超声速向低压气室的末端传递，低压气室中的气体在激波经过后由于受到激波的强扰动，压力、温度突然升高，并且跟随激波向低压气室右端(末端)高速运动。激波管低压气室末端与储粉室由一个活动隔板分隔，在激波和波后高速气流到达储粉室前，活动隔板瞬间打开，激波进入储粉室后，储粉室左侧的气体在激波扰动下已成为高压气体，储粉室右侧气体仍处于低压状态，两侧的压差就为固体颗粒群提供了初动量，随后运动到储粉室的高速气流又会夹带固体颗粒群使其得到不断加速，并一起向拉伐尔喷嘴10运动。相对于后边将要在拉伐尔喷嘴10内的加速过程，这里称之为固体颗粒群的一级加速。

本发明的拉伐尔喷嘴10是一支拥有喉部的收缩扩张喷嘴，收缩段为较短的锥形管，扩张段是具有一定扩张角的锥形长管，喷嘴具体的尺寸和扩张角由固体颗粒输运量、射程和喷射面积等因素确定。当激波运动到拉伐尔喷嘴10收缩段时，由于激波的强扰动，收缩段内的气体压力值在一段时间内维持在相当高的水平，而激波以后的区域仍处于常压状态，在这么大的压比下气流在整个拉伐尔喷嘴10内不断加速，并在喷嘴出口处达到一定的超声速，在气流的夹带下，固体颗粒群也不断被气流加速，直到喷嘴出口处达到相当高的速度，这个过程也称为固体颗粒群的二级加速。随后，固体颗粒群同气流一起向喷嘴外目标高速喷射，从而实现灭火或者材料表面冷喷涂处理的目的。考虑到气流超声速流动伴随的高噪声，拉伐尔喷嘴10的外表面需要包裹消声材料极大地降低噪声。

本发明的高压气源1是单独的高压储气罐或者是由空气压缩机与储气罐组成的整体，提供高压气室3具有0.2～5Mpa的工作压力，前者用于便携式小规模作业场合，后者用于车载、飞机载等大规模作业场合，根据应用场合需要和装置形体尺寸确定。高压气源1和激波管的高压气室3通过管道连接，二者由压缩气体截止阀2分隔，开启压缩气体截止阀2，压缩气体经由管道进入激波管的高压气室，完成激波形成的高压准备。在储粉室8内的固体颗粒群已从拉伐尔喷嘴10出口完全喷射、瞬态开关阀4已关闭、储粉室8两侧的快速动作开关9未关闭、粉路快速开关未开启时，激波管的低压气室5与拉伐尔喷嘴10外的大气连通，低压气室内自动充入常压状态的空气，完成激波形成的低压准备。

本发明实施时储粉室8两侧的活动隔板9分别将储粉室8与左侧的激波管低压气室5和右侧的拉伐尔喷嘴10分隔，活动隔板9具有瞬态开闭的功能，工作原理与瞬态开关阀4一样，起到封闭储粉室8和上述的分隔作用。活动隔板9的开闭由低压气室5上的压力信号进行控制，当激波压力前锋传至接近储粉室前端时，粉路快速开关6关闭，活动隔板9开启，激波进入储粉室8，当低压室5上的压力恢复常压时，活动隔板9关闭。本发明实施时供粉源7与储粉室8通过管道相连，二者由粉路快速开关6分隔。在活动隔板9关闭时，开启粉路快速开关6，开始往储粉室8内填充固体粉末颗粒，填充完成后关闭粉路快速开关6。粉路快速开关6具有瞬态启闭功能，其开闭由低压气室5上的压力信号进行控制，当激波压力前锋传至接近储粉室前端时，粉路快速开关6关闭，当低压室5上的压力恢复常压时，粉路快速开关6开启。

本发明实施时为了使激波管的激波管高压气室进行重复地冲气与放气过程，从而使得气流和颗粒群加速动作实现周期性循环，以满足粉末灭火器或超声速冷喷涂装置自动连续作业的需要，只需制作一个控制电路板11，使各动作开关按照一定时间间隔和下列顺序循环动作：(1)压缩气体截止阀开启，(2)压缩气体截止阀关闭，(3)瞬态开关阀开启，(4)粉路快速开关关闭，(5)活动隔板开启，(6)瞬态开关阀关闭，(7)活动隔板关闭，(8)粉路快速开关开启，重复动作(1)～(8)。

Claims (5)

1.一种激波管-拉伐尔喷嘴固体颗粒群加速装置，其特征在于：包括高压气源(1)，压缩气体截止阀(2)，由高压气室(3)、低压气室(5)由瞬态开关阀(4)隔开组成的激波管，粉路开关阀(6)，供粉源(7)，储粉室(8)、两片活动隔板(9)和拉伐尔喷嘴(10)；压缩气源(1)经压缩气体截止阀(2)与激波管高压气室(3)相连，储粉室(8)由两端的活动隔板(9)与管壁围成，其中一片将低压气室(5)与储粉室(8)隔开，另一片将储粉室(8)与拉伐尔喷嘴(10)隔开；在储粉室(8)的侧壁开设颗粒注入孔与供粉源(7)连接，在颗粒注入孔中设置粉路开关阀(6)，将供粉源(7)与储粉室(8)的粉末颗粒隔开，控制电路板(11)分别与瞬态开关阀(4)、粉路开关阀(6)和两片活动隔板(9)连接。

2.根据权利要求1所述的一种激波管-拉伐尔喷嘴固体颗粒群加速装置，其特征在于：所述的高压气室(3)和拉伐尔喷嘴(10)的截面形状为圆形。

3.根据权利要求1所述的一种激波管-拉伐尔喷嘴固体颗粒群加速装置，其特征在于：所述的低压气室(5)和储粉室(9)的截面形状为圆形或矩形。

4.根据权利要求1所述的一种激波管-拉伐尔喷嘴固体颗粒群加速装置，其特征在于：所述的拉伐尔喷嘴(10)是一支喉部的收缩扩张喷嘴，收缩段为锥形管，扩张段是具有扩张角的锥形长管，收缩段长度小于扩张段长度。

5.根据权利要求1所述的一种激波管-拉伐尔喷嘴固体颗粒群加速装置，其特征在于：所述的高压气源(1)是提供高压气室(3)具有0.2～5Mpa的工作压力的高压储气罐或者是由空气压缩机与储气罐组成的整体。