CN101999011A - 低温气体喷射器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低温气体喷射器(10)，包括气体加热装置(90)和与气体加热装置(90)连接的滞留腔(60)。拉瓦尔喷管(20)与滞留腔连接，它在出口侧排出一种其中含有颗粒(T)的超音速气流。这种低温气体喷射器可例如应用于，借助加速的颗粒在表面上生成涂层。为了在生成涂层时达到更好的涂层质量，按本发明规定，低温气体喷射器至少一个沿气流方向看处于气体加热装置下游的区段受到防热保护，为此该区段在内壁上用陶瓷隔热材料衬里或由这种陶瓷隔热材料组成，隔热材料有低于20W/Km的热导率。所述衬里可例如由可更换的镶嵌件(110、140)构成，它将该区段的内壁与气流隔开。这种镶嵌件例如可以是一个部分圆柱形和部分圆锥形，尤其截锥形的衬套，它的圆柱形部分置入滞留腔内，而它的圆锥形部分置入拉瓦尔喷管的收敛分段内。

Description

低温气体喷射器
技术领域
本发明涉及一种具有按权利要求1前序部分所述特征的低温气体喷射器。
背景技术
此类低温气体喷射器例如由CGT Cold Gas Technology Gmbh公司经销，产品名称为
Figure BPA00001234997200011
4000 Cold Spray System。已知的这种低温气体喷射器有一个用于加热气体的气体加热装置。一个滞留腔与气体加热装置连接，滞留腔出口侧与拉瓦尔喷管相连。拉瓦尔喷管如已知的那样有一个收敛分段、一个与收敛分段连接的喷管喉部以及一个与喷管喉部连接的扩张分段。拉瓦尔喷管在出口侧排出一种其中含有颗粒的超音速气流。所述类型的低温气体喷射器可例如应用于，借助加速的颗粒在表面上造成一个涂层。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种低温气体喷射器，借助它能在生成涂层时达到比迄今更好的涂层质量。
按照本发明上述技术问题通过一种具有按专利权利要求1所述特征的低温气体喷射器得以解决。在从属权利要求中给出按照本发明的低温气体喷射器有利的扩展设计。
据此按本发明规定，低温气体喷射器的至少一个沿气流方向看处于气体加热装置下游的区段受到防热保护，为此它在内壁上被敷设陶瓷隔热材料的衬里或由这种陶瓷隔热材料组成，该隔热材料具有低于20W/Km的热导率。
所述隔热材料的热导率通常提供用于30与100℃之间的温度范围，以及如已说明的那样用W/Km表示。
本发明的低温气体喷射器一个突出的优点是，借助它可以达到比已知的低温气体喷射器中气流更高的流速并因而达到更高的颗粒速度。做到这一点的具体原因在于，因为按本发明规定的至少一个沿气流方向看处于气体加热装置下游的区段采取隔热措施，所以可以在低温气体喷射器内部达到比迄今更高的气体滞止温度。发明人认为，大气压力下能达到的流动速度，确切地说不仅气流的流速而且处于气流内颗粒的流速，均主要取决于气体的滞止温度，而与气体的滞止压力关系不大。本发明据此出发，为此按本发明规定，能实现比迄今更高的滞止温度；为达这一目的采取的措施是，处于气体加热装置下游的一个或多个区段有目的地隔热或受到防热保护，以便在这些区段内能实现更高的温度，与此同时不损坏低温气体喷射器的零部件。换句话说，本发明的核心在于，通过附加的隔热达到更高的滞止温度，由此可以达到颗粒更高的流速并因而又能达到更优秀的涂层质量。
优选地，隔热材料由下列一种或多种材料构成或至少还含有下列一种或多种材料：瓷；滑石；茧青石陶瓷；氧化铝，尤其锆增强的氧化铝；硅酸铝；钛酸铝；氧化锆，尤其稳定型的氧化锆；镁、铍或钛的氧化物；氮化硅；多孔碳化硅，尤其氮化合或再结晶的多孔碳化硅。
按本发明一项优选的设计规定，所述衬里由镶嵌件构成，它完全或部分由隔热材料组成并以这样的方式置入低温气体喷射器要热防护的区段内，亦即它将该区段的内壁与气流隔开。采用这种设计达到，在隔热材料磨损的情况下，可以非常方便并因而有利地将其更换。
与之不同，所述衬里可以由所述隔热材料制成的涂层构成，所述涂层敷设在所述区段的内壁上以及将该区段的内壁与气流隔开。
特别优选地，受到防热保护的区段处于拉瓦尔喷管的收敛分段内，以避免这一对于气体的射流形成和加速度至关重要的分段遭受热负菏和产生热变形。
优选地，至少部分镶嵌件由圆锥形，尤其截锥形衬套构成，它置入拉瓦尔喷管的收敛分段内。采用这种设计在材料磨损的情况下可以特别简单地更换镶嵌件。
与之不同可以规定，所述受到防热保护的区段处于滞留腔内。
优选地，所述受到防热保护的区段从滞留腔起延伸到拉瓦尔喷管的收敛分段内。例如，隔热通过镶嵌件达到，它由一个部分圆柱形和部分圆锥形，尤其截锥形的衬套构成，衬套的圆柱形部分置入滞留腔内，而它的圆锥形部分置入拉瓦尔喷管的收敛分段内。受到防热保护的区段也可以一直延伸到喷管的喉部内和/或延伸通过它。
鉴于低成本地维护此低温气体喷射器，认为有利的是，滞留腔可以打开，以及镶嵌件和滞留腔设计为，使镶嵌件可以从滞留腔取出并更换。
附图说明
下面借助实施例详细说明本发明，附图举例表示：
图1表示低温气体喷射器第一种实施例，其中，低温气体喷射器的拉瓦尔喷管收敛分段受到防热保护；
图2表示低温气体喷射器第二种实施例，其中，滞留腔受到防热保护；
图3表示低温气体喷射器第三种实施例，其中，低温气体喷射器的滞留腔区段以及与之邻接的拉瓦尔喷管收敛分段受到防热保护；以及
图4表示低温气体喷射器一种实施例，其中，受到防热保护的区段从滞留腔经由拉瓦尔喷管收敛分段一直延伸到拉瓦尔喷管的扩张分段内。
具体实施方式
附图为了看得清楚对于相同或类似的部分总是使用同样的附图标记。
由图1可以看到一个低温气体喷射器10，它配备有一个拉瓦尔喷管20。拉瓦尔喷管20包括一个收敛分段30和一个扩张分段40。收敛分段30和扩张分段40通过喷管喉部50彼此分开，拉瓦尔喷管20的横截面在这里最小。
滞留腔60与拉瓦尔喷管20的收敛分段30连接。由图1可以看出，滞留腔60的横截面A比喷管喉部50区域内的横截面A′大得多，从而在喷管喉部50区域内以及在与之相连的扩张分段40内，导致流过拉瓦尔喷管20的气流P产生显著的加速度。在滞留腔60内比较小的气流速度(0≈马赫数＜＜1)用附图标记Vu表示，在分段40中的高超音气流速度(马赫数＞1)用附图标记Vo表示。
颗粒供给装置80延伸到滞留腔60内，将颗粒T输入处于滞留腔60内的气体G中。在按图1的实施例中，颗粒T在边缘一侧输入滞留腔60内；但这只应理解为举例：颗粒T可以在中央或以与图1所示不同的空间角度输入滞留腔60内。
沿气流方向看在滞留腔60的上游设气体加热装置90，它在气体G进入滞留腔60和进入拉瓦尔喷管20之前加热气体。
按图1的低温气体喷射器10可以运行如下：
借助颗粒供给装置80将颗粒T输入处于滞留腔60内的气体G中。基于滞留腔60中大的横截面A，所以气流P的流速Vu从滞留腔60进入拉瓦尔喷管20内时还比较小(0≈马赫数＜＜1)。一直到喷管喉部50的区域内才导致气流P巨大的加速，由此在扩张分段40内造成处于超音速范围(马赫数＞1)的气流P的流速Vo。
为了在分段40内能达到气流P尽可能大的流速，在滞留腔60内调整到一个尽可能高的气体温度。在这种情况下为了避免在拉瓦尔喷管20的收敛分段30内过热以及随之而来的可能产生拉瓦尔喷管20的变形或破坏，拉瓦尔喷管被敷设隔热材料100的衬里或涂层。这种隔热材料100有低于20W/Km的热导率。
所述隔热材料100可例如由下列一种或多种陶瓷材料构成或至少还含有下列材料：瓷；滑石；茧青石陶瓷；氧化铝，尤其锆增强的氧化铝；硅酸铝；钛酸铝；氧化锆，尤其稳定型；镁、铍或钛的氧化物；氮化硅；多孔碳化硅，尤其氮化合或再结晶的多孔碳化硅。
例如，在拉瓦尔喷管20的收敛分段30内，衬里由一个圆锥形，尤其截锥形镶嵌件110构成，它完全或部分由列举的隔热材料100组成并置入或插入拉瓦尔喷管20内。通过镶嵌件110将气流P与拉瓦尔喷管20的内壁120隔开，从而使内壁120在镶嵌件110的区域内受到防热保护。
优选地，滞留腔60可以在其图1中的左侧或右侧打开，以便镶嵌件110在磨损的情况下可以从拉瓦尔喷管20拔出并更换。
图2表示低温气体喷射器10第二种实施例。与按图1的第一种实施例不同，滞留腔60受到防热保护。因此由图2可以看出，滞留腔60的内壁130被敷设隔热材料100的衬里或涂层。所述衬里例如由镶嵌件140构成，它由隔热材料100组成或含有这种隔热材料100，以及从内部贴靠在内壁130上。镶嵌件140可例如至少部分由圆柱形插入衬套构成。优选地，插入衬套在磨损的情况下可以从滞留腔60在图2中的左侧或右侧取出并更换。
图3表示低温气体喷射器10另一种实施例。按此实施例，滞留腔60的与拉瓦尔喷管20邻接的内壁段200以及拉瓦尔喷管20收敛分段30的内壁段210受到防热保护。例如，这两个内壁段200和210用形式上为衬套或插入衬套的镶嵌件220衬里，它从滞留腔60出发装入其中以及装入拉瓦尔喷管20内。优选地，插入衬套220是可更换的，所以它在磨损的情况下可以更换。由图3可以看出，插入衬套220部分是圆柱形和部分是圆锥形，其中，圆柱形部分置入或插入滞留腔60内，而圆锥形部分置入或插入拉瓦尔喷管20的收敛分段40内。
图4表示低温气体喷射器10一种实施例，其中，滞留腔60、拉瓦尔喷管20的收敛分段3、喷管喉部50以及拉瓦尔喷管20的扩张分段40的下段310受到防热保护。例如在列出的这些区段上敷设了隔热材料涂层，该隔热材料具有低于20W/Km的热导率。与之不同，滞留腔60、分段30、喷管喉部50以及下段310，也可以整体由具有低于20W/Km的热导率的隔热材料组成。

Claims (11)

1.一种低温气体喷射器(10)，包括
-气体加热装置(90)，
-间接或直接地与气体加热装置(90)连接的滞留腔(60)，以及
-拉瓦尔喷管(20)，该拉瓦尔喷管在进口侧与滞留腔(60)连接，以及在出口侧排出其中含有颗粒(T)的超音速气流(P)，
其特征为：
-低温气体喷射器的至少一个沿气流方向看处于气体加热装置(90)下游的区段受到防热保护，
-为此所述区段在内壁上被敷设陶瓷的隔热材料的衬里或由这种陶瓷的隔热材料组成，该隔热材料具有低于20W/Km的热导率。
2.按照权利要求1所述的低温气体喷射器，其特征为，所述隔热材料由下列一种或多种材料构成或至少还含有下列一种或多种材料：瓷；滑石；茧青石陶瓷；氧化铝，尤其锆增强的氧化铝；硅酸铝；钛酸铝；氧化锆，尤其稳定型的氧化锆；镁、铍或钛的氧化物；氮化硅；多孔碳化硅，尤其氮化合或再结晶的多孔碳化硅。
3.按照前列诸权利要求之一所述的低温气体喷射器，其特征为，所述衬里由镶嵌件(110、140)构成，它完全或部分由所述隔热材料组成并以这样的方式置入低温气体喷射器的热防护区段内，亦即它将该区段的内壁与气流隔开。
4.按照前列诸权利要求之一所述的低温气体喷射器，其特征为，所述衬里由所述隔热材料制成的涂层构成，所述涂层敷设在所述区段的内壁上以及将该区段的内壁与气流隔开。
5.按照前列诸权利要求之一所述的低温气体喷射器，其特征为，受到防热保护的区段处于拉瓦尔喷管的收敛分段内。
6.按照权利要求5所述的低温气体喷射器，其特征为，至少部分镶嵌件由圆锥形，尤其截锥形衬套构成，该衬套被置入拉瓦尔喷管的收敛分段内。
7.按照前列诸权利要求之一所述的低温气体喷射器，其特征为，所述受到防热保护的区段处于滞留腔内。
8.按照权利要求7所述的低温气体喷射器，其特征为，所述受到防热保护的区段从滞留腔起延伸到拉瓦尔喷管的收敛分段内。
9.按照权利要求8所述的低温气体喷射器，其特征为，所述镶嵌件为部分是圆柱形和部分是圆锥形、尤其截锥形的衬套，它的圆柱形部分置入滞留腔内，而其圆锥形部分置入拉瓦尔喷管的收敛分段内。
10.按照前列诸权利要求之一所述的低温气体喷射器，其特征为，所述受到防热保护的区段一直延伸到喷管的喉部内和/或延伸通过。
11.按照前列诸权利要求之一所述的低温气体喷射器，其特征为，
-所述滞留腔(60)能够打开，
-镶嵌件和滞留腔设计为，使镶嵌件可以从滞留腔取出并更换。
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