CN112555829A - 一种产生超音速气流的喷枪 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种产生超音速气流的喷枪，属于表面工程热喷涂技术领域；喷枪包括燃烧室，粉末注入管从燃烧室后端接入并与其相连通，燃烧室的前端依次连接有气体整流室和喷管，蜂窝陶瓷板设置在燃烧室与气体整流室之间，燃烧室侧壁设置有多个径向压缩空气入口，燃烧室的后端设置有多个轴向压缩空气入口；本发明所述的喷枪在内部可促使形成有利于燃烧反应的涡流，增加反应气体在燃烧室的驻留时间，实现高效燃烧。

Description

一种产生超音速气流的喷枪

技术领域

本发明属于表面工程热喷涂技术领域，涉及一种产生超音速气流的喷枪。

背景技术

现有的喷枪通过压缩空气和气体燃料在其内部的燃烧来加速喷涂粉末粒子撞击基体形成涂层。主要的气体燃料是丙烷，丙烯或天然气。现有的喷枪结构如图1所示，压缩空气和燃料分别通过轴向压缩空气入口4与燃料入口5进入气体预混室11，在气体预混室11充分混合后再进入燃烧室1，经火花塞点燃进行燃烧，燃烧后的气体再经蜂窝陶瓷板2、气体整流室10与喷管8产生超音速气流。现有喷枪的轴向压缩空气入口4普遍采用轴向布置方案，这种方案要求喷枪具有气体预混室11，否则反应气体（空气与燃料）很难在燃烧室1内充分燃烧，即现在喷枪一般采用预混燃烧模式。这种燃烧模式主要存在以下缺点：需要复杂的气流控制系统；在实际操作中喷枪可能发生回火，这会造成喷枪部件的损坏；火焰温度、火焰种类和气流速度可调范围小，不能满足各类复杂实际工况需求。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种产生超音速气流的喷枪，这种喷枪结构简单，不需要复杂的控制系统，气体流量调节范围大，火焰种类及温度丰富。当气体流量适当时，喷枪产生的气流速度高。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

一种产生超音速气流的喷枪，包括燃烧室和喷管，所述燃烧室连接有蜂窝陶瓷板，粉末注入管从燃烧室后端接入并与其相连通，所述燃烧室的前端依次连接有气体整流室和喷管，所述蜂窝陶瓷板设置在燃烧室与气体整流室之间，所述燃烧室侧壁设置有多个径向压缩空气入口，所述燃烧室的后端设置有多个轴向压缩空气入口。

进一步的，所述多个径向压缩空气入口均匀布置在燃烧室侧壁的同一横截面上。

更进一步，所述径向压缩空气入口轴向距离蜂窝陶瓷板1-40mm。

进一步的，所述粉末注入管沿燃烧室的中心轴线进入燃烧室，并穿过蜂窝陶瓷板进入气体整流室。

更进一步，多个轴向压缩空气入口以粉末注入管为中心圆周布置。

更进一步，与燃烧室连接的燃料入口以粉末注入管为中心圆周布置在燃烧室后端。

进一步的，所述喷管从与气体整流室连接的一端至喷出口一端的横截面逐渐增大。

进一步的，燃烧室或气体整流室的内壁上设置有火花塞。

进一步的，所述燃烧室的后端设置有后盖，粉末注入管穿过后盖进入燃烧室。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为。

与现有技术相比，本发明一种产生超音速气流的喷枪，采用径向压缩空气入口结合轴向压缩空气入口引入空气，提高了反应气体在燃烧室内的反应机率，使燃烧反应在燃烧室内充分进行。

本发明增设径向压缩空气入口的优点在于：一是促进燃烧室内复杂的涡流的形成，促进反应气体间的充分混合，并且增加反应气体在燃烧内室的行程，提高反应气体的反应机率，使燃料在喷枪内部高效燃烧；二是燃烧反应主要在燃烧室内完成，降低了燃烧反应在整流室内发生的可能性，从而使气流通过陶瓷片后速度均匀，减小了气流的湍流强度，降低了气流的湍流耗散，从而可能保证获得更高的气流速度；三是气流速度高，导致喷涂粒子的速度高，被加热的时间短，从而有效降低粒子温度，获得优质涂层；四是喷枪结构简单，不需要预混室，控制系统相对简单，气体流量调节范围大，火焰种类及温度丰富。

附图说明

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合以下附图进行说明：

图1为现有技术中喷枪的剖面图。

图2为本发明所述喷枪的剖面图。

图3为本发明所述燃烧室后端的正视图。

图4为喷枪内部气流速度失量图；其中，（a）表示无径向压缩空气入口的现有喷枪，（b）表示有径向压缩空气入口的本实施例所述的喷枪。

图中，1为燃烧室，2为蜂窝陶瓷板，3为径向压缩空气入口，4为轴向压缩空气入口，5为燃料入口，6为粉末注入管，7为压缩空气总入口，8为喷管，9为后盖，10为气体整流室，11为气体预混室。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明 的技术方案，但保护范围不被此限制。

如图2所示，是本实施例所述的一种产生超音速气流的喷枪的剖面图，所述喷枪包括燃烧室1和缩放式的喷管8，燃烧室1整体为圆柱形；燃烧室1的枪壁上设有压缩空气总入口7，燃烧室1的前端（即靠近喷射方向一侧）依次连接有气体整流室10和喷管8，在燃烧室1与气体整流室10之间设置蜂窝陶瓷板2；蜂窝陶瓷板2的单个孔的面积不超过4mm²；燃烧室1的侧壁同一横截面上设置有40-80个径向压缩空气入口3，径向压缩空气入口3均匀分布燃烧室1圆周，其距离蜂窝陶瓷板2约在1-40mm；在燃烧室1的后端（即远离喷射方向一侧）的中心处设置有后盖9，粉末注入管6依次贯穿后盖9、燃烧室1、蜂窝陶瓷板2进入气体整流室10；燃烧室1的后端设置有10-40个轴向压缩空气入口4，轴向压缩空气入口4以粉末注入管6的圆心为对称中心均匀分布其上；压缩空气经压缩空气总入口7进入喷枪再分别经径向压缩空气入口3和轴向压缩空气入口4进入燃烧室1；燃料入口5有10-30个，其同样以粉末注入管6的圆心为对称中心均匀分布在燃烧室1后端且位于轴向压缩空气入口4的外围；火花塞位于燃烧室1或气流整理室10的圆周上的小孔内；喷管8截面为圆形，喷管8从与气体整流室10连接的一端至喷出口一端的横截面先逐渐减小再逐渐增大。

通过蜂窝陶瓷板2、径向压缩空气入口3、粉末注入管6、轴向压缩空气入口4、燃料入口5的共同作用下在燃烧室1的内部产生复杂的涡流，增加反应气体在燃烧室的驻留时间，从而增加反应机率与反应速度。径向压缩空气入口3的位置靠近蜂窝陶瓷板2，刚刚进入燃烧室1的低温压缩空气受到高温陶瓷片加热而迅速升温，导致气体扩散速度升高，这对促进化学反应极为有利。另外，由径向入口进入燃烧室的空气增大了气体微团的径向速度，降低了其通过蜂窝陶瓷板2的机率，增加了气流在燃烧室1内的驻留时间与行程，增大了燃料与氧化剂之间的反应机率，从而降低枪口排出的CO、NO_x等有害气体的含量，从而做到降低能耗高效燃烧，并且减小有害气体的排放。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明 所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明 所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims (9)

1.一种产生超音速气流的喷枪，包括燃烧室（1）和喷管（8），所述燃烧室（1）连接有蜂窝陶瓷板（2），粉末注入管（6）从燃烧室（1）后端接入并与其相连通，其特征在于，所述燃烧室（1）的前端依次连接有气体整流室（10）和喷管（8），所述蜂窝陶瓷板（2）设置在燃烧室（1）与气体整流室（10）之间，所述燃烧室（1）侧壁设置有多个径向压缩空气入口（3），所述燃烧室（1）的后端设置有多个轴向压缩空气入口（4）。

2.根据权利要求1所述的一种产生超音速气流的喷枪，其特征在于，所述多个径向压缩空气入口（3）均匀布置在燃烧室（1）侧壁的同一横截面上。

3.根据权利要求2所述的一种产生超音速气流的喷枪，其特征在于，所述径向压缩空气入口（3）轴向距离蜂窝陶瓷板（2）1-20mm。

4.根据权利要求2所述的一种产生超音速气流的喷枪，其特征在于，所述粉末注入管（6）沿燃烧室（1）的中心轴线进入燃烧室（1），并穿过蜂窝陶瓷板（2）进入气体整流室（10）。

5.根据权利要求4所述的一种产生超音速气流的喷枪，其特征在于，多个轴向压缩空气入口（4）以粉末注入管（6）为中心圆周布置。

6.根据权利要求5所述的一种产生超音速气流的喷枪，其特征在于，与燃烧室（1）连接的燃料入口（5）以粉末注入管（6）为中心圆周布置在燃烧室（1）后端。

7.根据权利要求1所述的一种产生超音速气流的喷枪，其特征在于，所述喷管（8）从与气体整流室（10）连接的一端至喷出口一端的横截面先逐渐减小再逐渐增大。

8.根据权利要求1所述的一种产生超音速气流的喷枪，其特征在于，燃烧室（1）或气体整流室（10）的内壁上设置有火花塞（7）。

9.根据权利要求1所述的一种产生超音速气流的喷枪，其特征在于，所述燃烧室（1）的后端设置有后盖（9），粉末注入管（6）穿过后盖（9）进入燃烧室（1）。

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