CN109843451A - 用于喷涂内表面的高速喷涂喷枪 - Google Patents

用于喷涂内表面的高速喷涂喷枪 Download PDF

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Abstract

提供一种用来将涂层施加至受限区域中的外表面和内表面的热喷涂设备。所述设备包含：燃料输入线；氧化气体输入线；冷却剂入口和出口；促进初级燃烧的燃烧室；分支部分，其将初级燃烧流分成两个或更多个流；弯头部分，其重新引导多个燃烧流；收缩/扩张喷嘴；会聚部分，其将多个燃烧流重新结合成收缩/扩张喷嘴的喷射区域内的单个燃烧流；以及原料喷射器，其用于将形成涂层的原料材料喷射至所述收缩/扩张喷嘴的所述喷射区域中；其中所述收缩/扩张喷嘴在所述喷射区域的下游具有喷嘴喉部，由此在操作中，所述喷嘴喉部的上游的原料材料的喷射压力接近所述喷射区域内的燃烧流的压力。所述设备还可包含对加速气体的使用。

Description

用于喷涂内表面的高速喷涂喷枪
相关申请的交叉引用
本申请根据U.S.C§119(e)要求于2016年9月7日提交的名称为“High VelocitySpray Torch with Liquid or Gas Coolant and Accelerant(具有液体或气体冷却剂和加速剂的高速喷涂喷枪)”的美国临时申请序列号为No.62/384,272的权益，所述美国临时申请被通过援引被并入本文中。
技术领域
本发明涉及热喷涂装置和用于涂层沉积的工艺，更特别地涉及用于为商业应用来涂覆耐磨和耐腐蚀的涂层的高速氧气燃料(HVOF)或高速空气燃料(HVAF)喷涂工艺。
背景技术
热喷涂设备和方法被用来将金属或陶瓷涂层施加至不同的基材。HVOF工艺首先被引入作为火焰喷涂工艺的进一步发展。该HVOF工艺通过将燃烧压力增加至3-5巴来实现该进一步发展，并且现在大多数第三代HVOF喷枪在8-12巴(其中有些超过20巴)的范围内运行。在HVOF工艺中，燃料和氧气在室中燃烧。燃烧产物在排气喷嘴中膨胀，达到声速和超声速。
在James Browning所开发的第一个商用HVOF系统Jet KoteTM中，颗粒速度从用于火焰喷涂工艺的大约50m/s增加至大约450m/s。增加的颗粒速度在密度、附着力和结合强度方面改进涂层特性，形成优异的耐磨损和腐蚀特性。在过去的三十年中，已经引入了该工艺的许多变形。具有de Laval收缩-扩张喷嘴的现代的第三代HVOF枪形成大约1000m/s的平均颗粒速度。由于使用与氧气相对的较低成本的空气可能具有更好的经济性，高速空气燃料(HVAF)喷涂工艺已经变得更流行。由于加热空气中的氮气(氮气不以任何重要的方式参与燃烧过程)所需的能量，HVAF喷枪与相同燃料流速下的HVOF喷枪相比在较低的温度下运行。
高速喷枪和工艺的关键的设计特征在很大程度上取决于所使用的燃料的类型。所使用的燃料可为气态的，比如丙烷、甲烷、丙烯、MAPP-气体、天然气和氢气，或为液态烃，比如煤油和柴油。其它考虑因素包含：a)燃烧室设计；b)喷枪冷却介质；c)喷嘴设计；d)粉末喷射；以及e)辅助空气。可燃燃料的选择决定以下火焰参数：a)火焰温度；b)化学计量需氧量；以及c)反应产物。这些燃烧特征连同固定的高速喷枪内部几何形状决定颗粒加速度和速度以及颗粒温度。
对于当前系统，喷枪的喷嘴出口必须距离待涂覆的表面大约6英寸，以便使颗粒在所述颗粒到达目标表面时达到足够的速度和温度，以便提供合适的涂层。这使得对受限区域中的表面(例如小管道的内表面)的涂覆变得困难或不可能。因此需要一种热喷涂喷枪，其中在距离喷嘴较短的距离中达到颗粒温度和速度，以允许在较小的受限区域中进行涂覆。
相关技术的上述示例以及与其相关的限制为示例说明性的而非排他性的。在阅读说明书和研究附图时，相关技术的其它限制对于本领域的技术人员而言将变得显而易见。
发明内容
结合系统、工具和方法描述和说明以下实施例和以下实施例的方面，所述系统、工具以及方法为示例性的和说明性的，而不限制范围。在各种实施例中，已经减少或消除上述问题中的一个或多个，而其它实施例涉及其它改进。
本发明涉及用来提供高速火焰喷枪的方法和设备，所述高速火焰喷枪适合于将涂层施加至受限区域中的外表面和内表面。通过构造喷嘴尺寸和燃烧气体通道，从而在操作中，喷嘴喉部的上游的原料材料的喷射压力接近喷嘴喉部的上游的燃烧压力，在距离喷嘴出口的较短距离内允许较高的颗粒速度和温度。这可通过以下方式实现：维持喷嘴长度与喷嘴喉部直径的低的比率，即该比率为5或更小，并使用窄的喉部直径以维持喷射区域中的高压力，以使得原料材料的喷射压力接近燃烧压力。这一点还可通过在燃烧室与喷嘴之间提供用于燃烧气体的流动的燃烧气体通道而实现，除喷嘴喉部之外，燃烧气体通道的横截面面积在燃烧室与喷嘴出口之间不显著地收缩。这一点还可通过构造燃烧气体通道来实现，其中热气体通道的在从燃烧室的下游至喷嘴喉部的每个位置处的横截面面积之和大于喷嘴喉部的横截面面积，由此喷射压力接近燃烧压力。
提供一种用来将涂层施加至受限区域中的外表面和内表面的热喷涂设备，该设备包括：
a.燃料输入线；
b.氧化气体输入线；
c.冷却剂循环；
d.用于初级燃烧的燃烧室；
e.分支部分，该分支部分将初级燃烧流分成两个或更多个流；
f.弯头部分，该弯头部分重新引导燃烧流；
g.收缩/扩张喷嘴；
h.会聚部分，该会聚部分将燃烧流重新组合成在所述收缩/扩张喷嘴的喷射区域内的单个燃烧流；和
i.原料喷射器，该原料喷射器用于将形成所述涂层的原料材料喷射至所述收缩/扩张喷嘴的所述喷射区域中；
其中，所述收缩/扩张喷嘴在所述喷射区域的下游具有喷嘴喉部，从而在操作中，喷嘴喉部的上游的原料材料的喷射压力接近所述喷射区域内的所述燃烧流的压力。
本发明利用氧化剂使燃料燃烧以产生高速射流并且利用可选的加速气体进一步使该射流加速。通常存在可被使用的至少两类加速气体。所述至少两类加速气体包含比如氮气、二氧化碳或氩气的气体，或者替代地包含可燃燃料，以增加温度和压力。使用比如二氧化碳或氩气的高密度气体增加阻力系数并且更快地使原料材料加速。通过理想气体定律，增加气体的压力也将增加气体的密度。
ρ＝P/RT，其中ρ＝密度，P＝压力，R＝气体常数，T＝温度
还可使用二氧化碳和燃烧气体的组合。还可以使用超临界二氧化碳作为高密度流体以增加阻力系数。
还可通过以下特征的组合获得更靠近的喷涂距离：
a.小的物理尺寸；
b.使用小直径喷嘴；
c.增加的喷射压力；
d.使用加速气体；以及
e.相对于喷枪尺寸的增加的功率。
可选的加速气体的喷射可处于喷嘴的上游。加速气体可被添加至氧化气体入口，与HVAF的情况一样，其中氮气为呈空气的形式的氧气的膨胀物并且实际上充当加速气体。可使用以小于78％(空气中的氮的近似体积分数)的量添加至氧化剂气体流的加速气体。例如，可添加20％的氮气，这将与化学计量的气体混合物相比增加总气体流量，但不会降低气体的总体温度(如含78％的氮气的空气的情况那样)。
高速喷枪可为水冷却的或空气和/或CO2冷却的。然而，空气和/或CO2的使用可能限制喷枪可达到的功率水平，并且因此水冷却为优选的。
会聚部分和喷嘴的设计可产生更高的喷射压力。收缩扩张喷嘴的特征在于喉部直径。该喉部直径越小，给定气体流的压力越高。该增加的压力具有增加从热的燃烧气体至原料材料(通常，粉末)的热传递的益处，并且还具有增加会聚气体和原料的区域中的压力的益处。因此，颗粒可在不使用加速气体的情况下达到所需的温度和速度。
除了上述示例性方面和实施例之外，通过参考附图并研究以下具体描述，另外的方面和实施例将变得显而易见。
附图说明
在附图的参考图中示出了示例性实施例。在本文所公开的实施例和附图被认为是示例说明性的而不是限制性的。
图1A为水冷却式热喷涂枪的等距视图，其中为了示例说明的目的，移除了外部粉末进给线和冷却水返回线。
图1B为具有会聚部加速气体端口的水冷却式热喷涂枪的等距视图；
图2A为图1A中所示的热喷涂枪的、沿图1A的线2A所剖开的纵向竖直剖视图；
图2B为沿图1B的线2B所剖开的细节水平剖视图，其以虚线轮廓示出喷嘴的上游的燃烧产物、加速气体和粉末进给的多个流；
图3A为图1B中所示的热喷涂枪的、沿图1B的线3A所剖开的纵向竖直剖视图；
图3B为图1B中所示的热喷涂枪的、沿图1B的线2B所剖开的纵向水平剖视图的平面图；
图4A为单独的基板的俯视前视等距视图；
图4B为单独的基板的左视前视等距视图；
图5A为单独的燃烧室的前视等距视图；
图5B为图5A中所示的燃烧室的、使用径向密封件的替代实施例；
图6A为热喷涂枪的分支部分的单独的后视等距视图；
图6B为热喷涂枪的分支部分的单独的前视透视图；
图7A为热喷涂枪的加速气体实施例的会聚部分的单独的后视图；
图7B为带有加速气体的热喷涂枪的会聚部分的单独的前视等距视图；
图7C为不带有加速气体的热喷涂枪的会聚部分的单独的前视图；
图8为热喷涂枪的喷嘴的单独的前视等距视图；
图9为热喷涂枪的后视图；
图10为热喷涂枪的仰视图；以及
图11为会聚部分和喷嘴组件的剖视图。
具体实施方式
在整个以下描述中，阐述了特定细节以便为本领域的技术人员提供更透彻的理解。然而，可能未具体地示出或描述众所周知的元件以避免不必要地模糊本公开。因此，说明书和附图应被视为示例说明性的而非限制性的。
参考图1A，其中为了示例说明的目的，移除了外部粉末进给线和冷却水线，用来喷涂耐磨和耐腐蚀的涂层的新型高速热喷涂枪10具有基板12，各种输入通道和室位于基板中。该新型高速热喷涂枪包含燃烧室14、分支室和弯头壳体18、会聚组件20(图7A、7B)以及喷嘴22(图2A、图8)。喷嘴22被保持于喷嘴壳体46中。刚性拉杆48通过在安装孔31(图4A)处将基板12连接至弯头壳体18而加强喷枪主体(图2)。通过水线30、34进入或离开的水冷却是优选的，但是也可通过使用加速流体(比如在冷却喷枪的同时经历复热的气体)而并入空气和/或CO2冷却。在图1A中所示的实施例中，没有加速气体通过通道50、52进入气体流至如下所述的粉末进给喷射端口39周围的会聚区域中。氢气为优选燃料，然而可使用其它燃料气体(比如甲烷、乙烯、乙烷、丙烷、丙烯)或液体燃料(比如煤油或柴油)。原料可为粉末、液体或悬浮于液体中的粉末。
参考图1B和3A，其中使用相同的附图标记来表示与图1A中相同的部件，用来喷涂耐磨和耐腐蚀的涂层的新型高速热喷涂枪被示出为10，所述高速热喷涂枪包含对高密度和/或燃料加速气体的使用。所述高速热喷涂枪具有基板12，各种输入通道和室位于该基板中。所述高速热喷涂枪包含燃烧室14、分支室16(图6A、6B)、弯头壳体18、会聚组件20(图7A、7B)和喷嘴22(图3A、图8)。喷嘴22保持于喷嘴壳体46中。刚性拉杆48通过在安装孔31(图4A)处将基板12连接至弯头壳体18而固定喷枪主体。水冷却是优选的，但是也可通过使用加速流体(比如在冷却喷枪时经历复热的气体)而并入空气和/或CO2冷却。在所示实施例中，加速气体通过通道50、52进入气体流至如下所述的粉末进给喷射端口39周围的会聚区域中。氢气再一次为优选燃料，然而可使用其它燃料气体(比如甲烷、乙烯、乙烷、丙烷、丙烯)或液体燃料(比如煤油或柴油)。
氢气进入中央通道24(图3A)，该中央通道与燃烧室14的中央通路26连通。冷却水在34(图10)处进入或离开并且通过过道32(图5A)且通过管线30进入或离开喷枪主体。虽然所公开的实施例使用水冷却，并且不包含空气冷却，但是冷却空气和/或冷却CO2可被用作冷却剂，并且冷却空气可在与作为冷却剂的CO2结合时被添加。粉末进给线36供应喷涂粉末或其它原料，比如液体或悬浮液。氧气或空气通过通路28和29进入燃烧室，并且在燃烧室14中与通路26中的燃料一起燃烧以形成喷枪火焰。也可通过通路28和29添加加速气体。当在该位置中添加加速气体时，该加速气体为在初始燃烧之后以不足以熄灭火焰的量被添加。虽然所示实施例在图5A中示出了使用整体轴向地密封的O形环密封件(包括燃烧室14)，但显而易见的是，还可在各处使用径向O形环密封件，如在图5B中的燃烧室14的替代实施例中所示出的，其中O形环坐置于同轴的密封槽15中。
空气可被用作氧气的替代物。在这种情况下，喷枪变为高速空气燃料(HVAF)喷枪。空气中的氧气量为大约21％，所以从体积上来说，空气流量将更高(大约4.8倍)，以达到与用于纯氧的相同的化学计量条件。
通路26中的燃烧流在分支组件16中转移至穿过弯头18的两个通道38、40中。粉末进给管37为附接至会聚组件20的不锈钢管或碳化钨管。该粉末进给管由粉末进给线36供应，该粉末进给线为合成会聚物软管，优选地为安装于粉末进给管37的端部之上的Teflontm软管。在某些情况下，金属粉末进给管为优选的。金属管可由比如不锈钢、铜或黄铜的材料制成。粉末进给管37穿过弯头18中的粉末通道42(图2A、2B)，并且通过会聚组件20(图7A)中的粉末进给喷射端口39连通至喷嘴入口44的中心中。通道38、40如图7B和7C中所示在会聚组件20内敞开成新月形横截面并且在喷嘴入口44处围绕粉末进给喷射端口39的入口点会聚。
图11示出了收缩喷嘴构造，该构造在收缩的喷嘴区域中产生比直喷嘴(该直喷嘴具有一出口内径)的情况下的压力更高的压力。参考图11，示出了会聚组件20和喷嘴22的剖视图。喷嘴22具有喉部23、喷射区域25、入口44、出口45、入口直径A、出口直径B、总长度L、喉部直径D、收缩长度M以及扩张长度N。粉末进给管通过会聚组件20中的粉末进给喷射端口39连通至喷嘴入口44的中心中。通道38、40围绕喷嘴入口44处的粉末进给喷射端口39的入口点会聚。
以下等式表征对热喷涂工艺很重要的颗粒速度和温度，
加速率
颗粒加热速率
h＝k/Dp(2+Re0.6Pr0.33)
气体压力在增加气体密度和气体热导率方面影响该加速率和颗粒加热速率。
本发明使用短喷嘴。喷嘴长度被设定为小于或等于喷嘴喉部(孔)直径D的大约5倍。喷嘴长度小于或等于喉部直径的大约5倍，并且总喷嘴长度L为收缩长度M和扩张长度N的总和。在下面的表1中提供本文中所使用的用于不同的喷嘴孔直径的总喷嘴长度L与喉部孔的比率。
表1：喷嘴尺寸
喷射区域25为喷枪内的在喷嘴喉部的上游的区域，在该区域中，热气体和喷射原料聚集到一起。喷嘴喉部直径D为热气体将通过的最小的区域。因此，喷射区域压力将代表受较小的损失的燃烧压力。
下表示出本发明的实施例中的代表性的气体路径通道的直径和面积。
表2：气体路径通道的直径和面积
优选地，燃烧室与喷嘴之间的分量的热气体通路的横截面面积之和大于喷嘴喉部的横截面面积。这有助于使得喷射压力接近燃烧压力。由于喷枪的尺寸减小，分量的横截面面积之和可能低于期望的喷嘴喉部面积。在这种情况下，在燃烧室的端部与喷嘴的端部之间不存在气体路径收缩部，其中面积的减小将导致上游压力增加直至喷嘴喉部。因此，喷射压力将接近燃烧压力。
对于所述实施例，高的喷射压力增加气体密度和热导率，从而使得从热气体至颗粒的热传递增加。在热喷涂应用中，通常通过Ranz和Marshall相关性来计算至颗粒的热传递。可以看出，热传递随着热导率k、密度ρ的0.6次方的增加而增加。根据RE项和Pr项的乘积，热传递将受绝对粘度的-0.27次方的影响。实际上，在3-15巴的压力范围内，粘度将很小地改变并且出于分析目的可被认为是常数。
等式1 Nu＝2+Re0.6Pr0.33
Nu＝努塞尔数＝h Dp/k
h＝传热系数
Dp＝颗粒直径
k＝气体的热导率
等式2 h＝k/Dp(2+Re0.6Pr0.33)
Re＝雷诺数＝ρ(Vg-Vp)Dp/μ
Pr＝普兰特数＝μCp/k
ρ＝气体密度
Vg＝气体速度
Vp＝颗粒速度
μ＝绝对粘度
Cp＝比热
K＝热导率
可在入口端口50(图3A)处通过由不锈钢或铜所制成的高压管(未示出)从加速气体源引入在图1B的实施例中所使用的加速气体。加速气体从入口端口50行进至气体室51，然后通过加速气体连接孔53行进至加速气体储存器54中，该加速气体储存器为密封的并围绕粉末进给管37。用来形成加速气体连接孔53的孔从喷枪的外部被钻出，并且通过插塞57从喷枪10的外部堵塞。会聚组件20中的加速气体端口52将加速气体从加速气体储存器54载运至粉末进给喷射端口39。加速气体端口52的数量和直径可变化。这些端口52优选地围绕会聚组件20中的中央粉末进给喷射端口39均等地相间隔。加速气体端口52的优选的数量为三个(图7A)。
来自端口52的加速气体由此被喷射至会聚组件20中的粉末进给喷射端口39中的粉末进给流中，该粉末进给流在喷嘴入口44中与38和40中的会聚的燃烧流汇合。汇入燃烧流的加速气体在通过收缩/扩张喷嘴22时增加燃烧流的质量和力，使火焰能够在距离喷嘴出口45的、与用其它方式可能获得的相比更短的距离中达到该火焰所需的力和温度。因此，通过使用加速气体并结合喷枪的小物理尺寸、相对于喷枪尺寸的增加的喷射压力和增加的功率获得更短的喷涂距离，其中，相对于喷枪尺寸的增加的喷射压力和增加的功率通过增加的功率来实现，而增加的功率经由通过初级燃料供应的增加的燃料和/或在喷嘴内部离开的加速气体端口而实现。这部分地由优化热传递辅助，致使喷枪的冷却改善。
若超临界CO2要被用作加速气体，则加速气体孔口必须使得对于给定的流速，上游压力必须高于临界点72.9atm(7.39MPa，1,071psi)，并且加速剂温度必须高于31.1摄氏度。例如，对于具有927kg/m3的密度的CO2的0.1升/分钟的流量，0.125mm2的总的孔口面积将需要满足超临界压力要求的80.5atm的背压。对于3个端口52，这将相当于125微米的孔直径，并且对于5个端口52，这将相当于97微米的孔直径。
由下面的等式给出气体流中的颗粒加速度：
CD＝颗粒阻力系数
ρg＝气体密度
Ap＝颗粒面积
vg＝气体速度
vp＝颗粒速度
因此可通过增加气体密度增加颗粒加速度。可使用PV＝nRT确定气体的密度。替换n＝m/Mw
密度ρ＝m/V＝MwP/RT。
因此，可通过增加气体分子量和压力来增加密度。
二氧化碳可被用作冷却剂和加速气体。二氧化碳具有的密度为从氢气燃料喷枪所生成的蒸汽(H2O)的2.4倍。在高于31.10℃的温度和高于72.9atm的压力下，二氧化碳为超临界的。超临界CO2在其临界点处具有467kg/m3的密度。这与标准温度和压力下的1.98kg/m3的密度形成对比。因此优选地使用液态二氧化碳，液态二氧化碳为可广泛地获得的，并且在操作温度下比其它替代的加速气体更稠密。
通过以下等式，二氧化碳的使用还具有降低碳化钨(WC)氧化成W2C的趋势的额外的益处。
2WC+O2＝W2C+CO2
通过增加系统中的CO2的分压力，该反应被抑制。
运行的喷枪的典型的初始条件如下：
a)氢气150slpm，氧气75slpm(27kW)
b)粉末WC-CoCr，D50＝10μm，ρ＝13.5g/cm3
c)-20℃和100-200巴的初始液态CO2
若燃料被用作加速气体，则燃料加速气体的量可大于、小于或等于主燃料气体流量，并且不需要与主气体类型相同。氧化剂将相应地被调整。
在一个试验操作中，以上参数在27kW的燃烧热下运行。第二操作也以以下参数在36kW的较高的功率条件下运行：
a)H2：200lpm
b)O2：100lpm
c)载体(Ar)：15lpm
d)水流量：17lpm
e)进入的H2O：25℃
f)离开的H2O：37℃
g)粉末进给器压力：95psi
h)燃烧热：36kW
已经执行了更高功率水平的进一步的试验。高功率水平伴随有增加的水流量以及至热敏成分的热传递。
表3：高功率水平
使用AccurasprayTM温度速度测量装置对颗粒的温度和速度进行测量。
表4：颗粒的温度和速度
可通过加速气体入口端口50、52将气态燃料(比如，氢气、甲烷、乙烯、乙烷、丙烷、丙烯)或液态燃料(比如煤油或柴油)添加至会聚部中以增加气体的温度和速度。增加的温度和压力通过转移至颗粒而增加这些颗粒的温度和速度。在使用燃料加速剂的情况下，初级流中的过量的氧气被用来使喷嘴区域中的燃料燃烧。燃料加速剂的量可用来控制火焰的温度和速度以及控制颗粒的速度。
虽然上文已经讨论了多个示例性方面和实施例，但是本领域的技术人员将认识到其某些修改、置换、添加和子组合。尽管上述操作参数为典型的，但是预期喷枪能够具有更高的燃料和氧气流量，这将进一步容许增加气体流和粉末的温度和速度。因此，本发明旨在被解释为包含所有这样的修改、置换、添加和子组合，这与对整个说明书的最广泛的解释相一致。

Claims (19)

1.一种用来将涂层施加至外表面和内表面的高速氧气燃料(HVOF)热喷涂设备或高速空气燃料(HVAF)热喷涂设备，所述设备包括：
a.燃料输入线；
b.氧化气体输入线；
c.冷却剂入口和出口；
d.用于燃料的初级燃烧的燃烧室；
e.分支部分，所述分支部分将初级燃烧流分成两个或更多个燃烧流；
f.弯头部分，所述弯头重新引导燃烧流；
g.收缩/扩张喷嘴；
h.会聚部分，所述会聚部分将燃烧流重新结合成在所述收缩/扩张喷嘴的喷射区域内的单个燃烧流；以及
i.原料喷射器，所述原料喷射器用于将形成所述涂层的原料材料喷射至所述收缩/扩张喷嘴的所述喷射区域中；
其中所述收缩/扩张喷嘴在所述喷射区域的下游具有喷嘴喉部，由此在操作中，所述喷嘴喉部的上游的原料材料的喷射压力接近所述喷射区域内的所述燃烧流的压力。
2.根据权利要求1所述的设备，所述设备的收缩/扩张喷嘴的长度与喷嘴喉部的直径的比率小于或等于5。
3.根据权利要求1所述的设备，所述设备在所述燃烧室与所述收缩/扩张喷嘴之间包括用于燃烧流的流动的燃烧气体通路，除所述喷嘴喉部之外，所述燃烧气体通路的横截面面积在所述燃烧室与所述收缩/扩张喷嘴的出口之间未显著地收缩。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述燃烧气体通路的在从所述燃烧室的下游至所述喷嘴喉部的每个位置处的横截面面积之和大于所述喷嘴喉部的横截面面积，由此在所述喷射区域内，喷射压力接近燃烧压力。
5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，气态燃料和氧气被供应至所述燃烧室。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，气态燃料和空气被供应至所述燃烧室。
7.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，燃料输入为气态燃料并且空气和加速气体被供应至所述燃烧室。
8.根据权利要求1至7中的任一项所述的设备，其特征在于，所述气态燃料为氢气、丙烷、甲烷、丙烯、MAPP气体、或天然气。
9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，燃料输入为液态煤油或柴油。
10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述加速气体为二氧化碳、氩气或氮气。
11.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，通过所述会聚部分中的独立的孔添加所述加速气体。
12.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述加速气体为超临界CO2。
13.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述加速气体为可燃燃料。
14.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述会聚部分包括新月形通道，所述新月形通道有助于所述燃烧流形成所述喷射区域中的所述单个燃烧流。
15.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述原料材料被轴向地进给至所述收缩/扩张喷嘴的喷射区域中。
16.根据权利要求7所述的设备，所述设备进一步包括加速气体端口，所述加速气体端口将加速气体轴向地传递至所述收缩/扩张喷嘴的喷射区域中。
17.一种通过提供权利要求1的设备将涂层施加至受限区域中的外表面和内表面的方法，将燃料提供至所述燃料输入线；将氧化气体提供至所述氧化气体输入线；提供冷却剂；使所述燃料在所述燃烧室中燃烧；将原料传递至所述原料喷射器；以及通过在目标表面处引导所述收缩/扩张喷嘴而在目标表面上形成所述涂层。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括步骤：将加速气体提供至所述设备的所述喷射区域。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，将二氧化碳用作冷却剂或加速气体，以减少碳化钨(WC)至W2C的氧化。
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