CN115595528A - 一种适用于氢气预混燃烧的爆炸喷涂装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于氢气预混燃烧的爆炸喷涂装置，包括氢气供给管、氧气供给管、预混腔、连接管和喷枪。喷枪为一端封闭、另一端开口的密封直圆管，并设有点火器、送粉管及水冷套管。连接管与喷枪封闭端同轴相连，并设有阻火器及惰性气体吹扫管。该装置工作时，氢气和氧气在预混腔内混合均匀后进入喷枪，由点火器引燃产生爆轰波及高温燃气，使喷涂粉末熔融并高速轰击到工件表面形成涂层，随即惰性气体吹扫管立刻向连接管及喷枪内吹入惰性气体，配合阻火器防止回火，并吹除残留燃气和喷涂粉末。本发明采用氢气/氧气预混燃烧方式，相较于扩散燃烧可显著提高起爆稳定性。此外，使用氢气为燃料可提升喷涂粉末的飞行速度并显著降低二氧化碳排放。
Description
技术领域
本发明涉及爆炸喷涂技术领域，具体涉及一种适用于氢气预混燃烧的爆炸喷涂装置。
背景技术
爆炸喷涂是将燃料(一般为乙炔)和氧化剂(一般为氧气)预混后送入一端封闭、另一端开口的密封圆管内，由点火器引燃混气爆炸产生爆轰波及高温高压气流，使喷涂粉末升温、加速后轰击到待喷涂工件表面形成涂层的工艺。
公开研究表明，通过爆炸喷涂技术制备的涂层性能优异，尤其适用于能源工业及航空航天领域。其中，燃料燃烧时起爆成功将产生爆轰波及高温、高速燃气，未起爆则产生普通爆炸波甚至缓燃燃烧波，相应的燃气速度及温度也大幅降低，两种不同情况对喷涂粉末的加速效果相差甚远。理想情况下，每个喷涂循环中燃料燃烧后都应产生爆轰波及高温高速燃气，使喷涂粉末的飞行速度达到较高水平。由此可见，起爆成功率显著影响着涂层质量。燃料掺混效果是影响起爆成功率的重要参数之一。在喷涂频率较低时，良好的掺混效果能够达到100％的起爆率。通常情况下，采用扩散燃烧方式易使燃料掺混不均，起爆稳定性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于氢气预混燃烧的爆炸喷涂装置。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种适用于氢气预混燃烧的爆炸喷涂装置，包括氢气供给管、氧气供给管、预混腔、连接管和喷枪；
所述氢气供给管和氧气供给管与预混腔连通，用于供给燃烧所需氢气、氧气，所述预混腔为一圆柱形空腔，作为氢气和氧气的混合场所，确保氢气与氧气快速掺混均匀；所述连接管用于将混气由所述预混腔输送至所述喷枪；所述连接管设有阻火器和惰性气体吹扫管，所述阻火器用于防止回火，所述惰性气体吹扫管用于向所述连接管及所述喷枪吹入惰性气体，用于降低回火时的火焰温度，同时吹除残留燃气和喷涂粉末。
本发明进一步的改进在于，所述喷枪为一端封闭、另一端开口的密封直圆管。
本发明进一步的改进在于，氢气与氧气在喷枪内部燃烧产生爆轰波及高温燃气使喷涂粉末升温、加速。
本发明进一步的改进在于，所述喷枪上设有点火器、送粉管及水冷套管，所述点火器用于引燃氢气与氧气的混气，所述送粉管用于向所述喷枪内供给喷涂粉末，所述水冷套管用于冷却所述喷枪。
本发明进一步的改进在于，所述氢气供给管与氧气供给管沿所述预混腔的同一截面周向排列，且两者轴线之间的夹角为60-120度。
本发明进一步的改进在于，所述惰性气体吹扫管包括第一惰性气体吹扫管与第二惰性气体吹扫管，位置靠近所述喷枪的封闭端并沿所述连接管的表面周向排列。
本发明进一步的改进在于，第一惰性气体吹扫管与第二惰性气体吹扫管之间的轴向距离为0-20毫米，轴线间的夹角为90度，提高回火时惰性气体分子与燃料自由基碰撞的几率，阻止燃烧进行，降低火焰温度。
本发明进一步的改进在于，所述连接管与所述预混腔及所述喷枪的内壁连接处均进行倒圆角处理，减少局部流动损失。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
该装置在工作时，氢气和氧气分别由氢气供给管和氧气供给管供给至预混腔内，混合均匀后经连接管输送至喷枪内部，点火器引燃混气产生爆轰波及高温燃气使喷涂粉末升温加速，最终轰击到工件表面形成涂层。考虑到氢气燃烧易发生回火现象，在喷涂过程结束后，两个惰性气体吹扫管立刻同时吹入惰性气体，降低回火时火焰温度并吹除残留燃气及喷涂粉末。本装置采用氢气/氧气预混燃烧方式，相较于扩散燃烧显著提高了起爆稳定性，同时降低了二氧化碳排放。另一方面，氢气反应活性较高，有利于爆轰波的稳定自持传播，并且相同条件下氢气燃烧较其它气态碳氢燃料燃烧产生的爆轰波波速更快，能够使喷涂粉末获得更高的飞行速度，进而提升涂层质量。此外，阻火器及惰性气体的存在可显著降低回火风险，确保设备安全稳定运行。
综上，本发明采用氢气、氧气预混燃烧方式，相较于扩散燃烧可显著提高起爆稳定性，同时采用所述阻火器与所述惰性气体吹扫管相结合的方式可显著降低回火几率，提高燃烧安全性，此外，相同条件下氢气、氧气预混燃烧产生的爆轰波传播速度更快，可使喷涂粉末获得更高的飞行速度，有利于提升涂层质量，并且能够避免温室气体排放，达到环保效果。
附图说明
图1为适用于氢气预混燃烧的爆炸喷涂装置示意图。
附图标记说明：
1为氢气供给管，2为氧气供给管，3为预混腔，4为连接管，5为阻火器，6为惰性气体吹扫管，7为点火器，8为送粉管，9为水冷套管，10为喷枪，6-1为第一惰性气体吹扫管，6-2为第二惰性气体吹扫管。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
如图1所示，本发明提供一种适用于氢气预混燃烧的爆炸喷涂装置，主要包括氢气供给管1、氧气供给管2、预混腔3、连接管4和喷枪10。所述氢气供给管1、氧气供给管2用于供给燃烧所需氢气、氧气。所述预混腔3为一圆柱形空腔，作为氢气和氧气的混合场所，确保氢气与氧气快速掺混均匀。所述连接管4用于将混气由所述预混腔3输送至所述喷枪10。所述连接管4设有阻火器5和惰性气体吹扫管6。所述阻火器5用于防止回火。所述惰性气体吹扫管6用于向所述连接管4及所述喷枪10吹入惰性气体，用以降低回火时的火焰温度，同时吹除残留燃气和喷涂粉末。所述喷枪10为一端封闭、另一端开口的密封直圆管，氢气与氧气在其内部燃烧产生爆轰波及高温燃气使喷涂粉末升温、加速。所述喷枪10上设有点火器7、送粉管8及水冷套管9。所述点火器7用于引燃氢气与氧气的混气。所述送粉管8用于向所述喷枪10内供给喷涂粉末。所述水冷套管9用于冷却所述喷枪10。所述预混腔3的轴向截面为长方形，对其4个角进行倒圆角处理，提升空腔的结构强度及耐压能力。
实施例1如图1所示，在一个完整的爆炸喷涂过程中，氢气与氧气分别由氢气供给管1和氧气供给管2输送至预混腔内3均匀混合，然后经连接管4输送至喷枪10内。在燃料供给过程中，喷涂粉末也不断由送粉管8输送到喷枪10内。在特定的点火频率下，点火器7引燃氢气/氧气混气，在极短的时间内产生稳定自持传播的爆轰波及高温燃气并作用于喷涂粉末，使其快速升温、加速，最终轰击到工件表面形成涂层。在燃烧过程中，阻火器5可防止回火，确保设备安全稳定运行。当喷涂颗粒飞出喷枪10出口后，惰性气体吹扫管6立刻向连接管4中吹入惰性气体，其作用是和已燃气体进行热交换，降低回火时的火焰温度，延长装置的使用寿命；此外，惰性气体可吹除残留的燃气及喷涂粉末，同时降低连接管4和喷枪10的内壁面温度，为下一爆炸喷涂过程做准备。
水冷套管9内部有循环冷却水，通过对流传热不断带走喷枪10壁面的热量，降低喷枪10壁面温度，防止氢气/氧气连续燃烧。
采用氢气/氧气预混燃烧方式，可显著提高起爆稳定性，容易获得稳定自持传播的爆轰波。另一方面，相同条件下氢气燃烧产生的爆轰波相较于其它气态碳氢燃料燃烧产生的爆轰波传播速度更快，可使喷涂粉末获得更高的飞行速度，有效提升涂层质量。此外，采用氢气为燃料可避免二氧化碳排放，缓解温室效应。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (9)
1.一种适用于氢气预混燃烧的爆炸喷涂装置，其特征在于，包括氢气供给管(1)、氧气供给管(2)、预混腔(3)、连接管(4)和喷枪(10)；
所述氢气供给管(1)和氧气供给管(2)与预混腔(3)连通，用于供给燃烧所需氢气、氧气，所述预混腔(3)为一圆柱形空腔，作为氢气和氧气的混合场所，确保氢气与氧气快速掺混均匀；所述连接管(4)用于将混气由所述预混腔(3)输送至所述喷枪(10)；所述连接管(4)设有阻火器(5)和惰性气体吹扫管(6)，所述阻火器(5)用于防止回火，所述惰性气体吹扫管(6)用于向所述连接管(4)及所述喷枪(10)吹入惰性气体，用于降低回火时的火焰温度，同时吹除残留燃气和喷涂粉末。
2.根据权利要求1所述的一种适用于氢气预混燃烧的爆炸喷涂装置，其特征在于，所述喷枪(10)为一端封闭、另一端开口的密封直圆管。
3.根据权利要求2所述的一种适用于氢气预混燃烧的爆炸喷涂装置，其特征在于，氢气与氧气在喷枪(10)内部燃烧产生爆轰波及高温燃气使喷涂粉末升温、加速。
4.根据权利要求1所述的一种适用于氢气预混燃烧的爆炸喷涂装置，其特征在于，所述喷枪(10)上设有点火器(7)、送粉管(8)及水冷套管(9)，所述点火器(7)用于引燃氢气与氧气的混气，所述送粉管(8)用于向所述喷枪(10)内供给喷涂粉末，所述水冷套管(9)用于冷却所述喷枪(10)。
5.根据权利要求1所述的一种适用于氢气预混燃烧的爆炸喷涂装置，其特征在于，所述氢气供给管(1)与氧气供给管(2)沿所述预混腔(3)的同一截面周向排列，且两者轴线之间的夹角为60-120度。
6.根据权利要求1所述的一种适用于氢气预混燃烧的爆炸喷涂装置，其特征在于，所述惰性气体吹扫管(6)包括第一惰性气体吹扫管(6-1)与第二惰性气体吹扫管(6-2)，位置靠近所述喷枪(10)的封闭端并沿所述连接管(4)的表面周向排列。
7.根据权利要求6所述的一种适用于氢气预混燃烧的爆炸喷涂装置，其特征在于，第一惰性气体吹扫管(6-1)与第二惰性气体吹扫管(6-2)之间的轴向距离为0-20毫米，轴线间的夹角为90度，提高回火时惰性气体分子与燃料自由基碰撞的几率，阻止燃烧进行，降低火焰温度。
8.根据权利要求1所述的一种适用于氢气预混燃烧的爆炸喷涂装置，其特征在于，所述连接管(4)与所述预混腔(3)的内壁连接处进行倒圆角处理，减少局部流动损失。
9.根据权利要求1所述的一种适用于氢气预混燃烧的爆炸喷涂装置，其特征在于，所述连接管(4)与所述喷枪(10)的内壁连接处进行倒圆角处理，减少局部流动损失。
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| CN117626163B (zh) * | 2024-01-25 | 2024-06-07 | 成都飞机工业（集团）有限责任公司 | 一种复材制件表面导电铝层安全喷涂控制系统及控制方法 |
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