CN117626163B - 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 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了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，包括喷枪与控制系统，所述喷枪分别连通有氧气管路、可燃气体管路、压缩空气管路，通过控制系统对氧气管路、可燃气体管路、压缩空气管路进行气体流量和压力的控制，实现喷枪喷出火焰的燃烧或熄灭。本发明中控制系统发出关闭喷枪信号时，喷枪附近可燃气体管路上的电磁阀立即关闭，火焰将立即熄灭，防止管道剩余气体继续燃烧。同时氧气和压缩空气缓慢减少，继续从喷嘴口喷出，防止火焰在喷枪内燃烧，避免关闭喷枪时发生回火；喷枪在使用过程中发生回火时，喷枪末端的阻火器可以阻止火焰沿着氧气和可燃气体管路燃烧，有效保护阻火器到气源的管路和元器件，适宜广泛推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及飞机制造喷涂技术领域，具体是指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。
背景技术
复合材料相对金属材料具有质量轻、强度高等优点，在航空航天领域应用广泛。但因其导电性差、电阻率高，在遭受雷击时无法迅速将电流导出，容易造成安全风险。导电铝层喷涂就是常用的防雷击防护方法，该方法是在复合材料制件表面喷涂一层导电铝层，增加表面导电性，达到导走电流的目的。
导电铝层喷涂技术是通过可燃气体燃烧（如可燃气体、甲烷等）产生高温，将铝丝或铝粉末熔融后，使用专用喷枪通过可燃气体的高速气流，将熔融铝打散成细小熔融颗粒，喷涂在复材制件表面上。由于可燃气体具有燃爆性，在可燃气体沿着管路回火或者可燃气体泄漏时，可能发生爆炸等危险事故，因此，对导电铝层喷涂的安全性有很高要求。
现有导电铝层喷涂的安全保护措施，是在气源处安装了阻火器，但仍存在回火事故，火焰会沿着喷枪燃烧到气源处，造成财产损失或人身伤害。另外，由于喷枪关闭后，管道内剩余的可燃气体仍在喷嘴处燃烧，无法立即切断火焰，存在一定的安全隐患。
发明内容
本发明的目的在于提供一种杜绝了火焰沿着管路燃烧的可能，并能在关闭喷枪的瞬间切断喷嘴口的火焰，提高了导电铝层喷涂的安全性的复材制件表面导电铝层安全喷涂控制系统。
本发明的另一个目的在于提供上述复材制件表面导电铝层安全喷涂控制系统的具体控制方法。
本发明通过下述技术方案实现：一种复材制件表面导电铝层安全喷涂控制系统，包括喷枪与控制系统，所述喷枪分别连通有氧气管路、可燃气体管路、压缩空气管路，所述氧气管路、可燃气体管路、压缩空气管路均通过控制系统进行气体流量和压力的控制，实现喷枪喷出火焰的燃烧或熄灭。
本技术方案的工作原理为，氧气经过减压阀，降低压力至0.5-0.6MPa，再经流量控制器，流量计将流量信号反馈至控制系统，将流量控制在36-40/min内，再通过阻火器最后进入火焰喷铝枪；可燃气体经过减压阀，降低压力至0.10-0.18MPa,再经流量控制器，流量计将流量信号反馈至控制系统，将流量控制在16-18/min内，再通过阻火器最后进入火焰喷铝枪；压缩空气通过压空接入管线接入，通过过滤器缓冲罐，再经减压阀将压力降低至0.5-0.6MPa，再经流量控制器，流量计将流量信号反馈至控制系统，将流量控制在450-500/min内,再经过管路接入喷枪；氧气、可燃气体和压缩空气在喷枪中汇集，进行燃烧，火焰在喷嘴处将铝丝或铝粉熔融，喷涂在零件表面上，完成作业。当喷枪发生回火时，火焰经喷枪到达喷枪后端附近的氧气和可燃气体管路上的阻火器。由于阻火器的存在，火焰无法继续沿管路燃烧，保护阻火器到气源的管路和元器件不被损坏。当控制系统发出关闭喷枪信号时，可燃气体管路上靠近喷枪的电磁阀立即关闭，由于缺少燃料，火焰立即熄灭，同时氧气和压缩空气流量缓慢减少，继续从喷嘴口喷出，防止火焰在喷枪内燃烧，避免关闭喷枪时发生回火。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述喷枪的喷嘴处还设置有火焰检测传感器，所述火焰检测传感器与控制系统通信连接，火焰检测传感器将喷枪喷嘴处是否有火焰的信号传输给控制系统。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述氧气管路包括依次通过管路串联的氧气瓶、氧气过滤器、氧气减压阀、氧气压力变送器、氧气电磁阀、氧气流量控制器、氧气流量计、氧气阻火器，所述氧气电磁阀、氧气流量控制器、氧气流量计均与控制系统连接，受到控制系统控制。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述可燃气体管路包括依次通过管路串联的可燃气体瓶、可燃气体过滤器、可燃气体减压阀、可燃气体压力变送器、第一可燃气体电磁阀、可燃气体流量控制器、可燃气体流量计、第二可燃气体电磁阀、可燃气体阻火器，所述第一可燃气体电磁阀、可燃气体流量控制器、可燃气体流量计、第二可燃气体电磁阀均与控制系统连接，受到控制系统控制。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述压缩空气管路包括依次通过管路串联的压缩空气罐、压缩空气过滤器、压缩空气缓冲罐、压缩空气减压阀、压缩空气压力变送器、压缩空气电磁阀、压缩空气流量控制器、压缩空气流量计，所述压缩空气电磁阀、压缩空气流量控制器、压缩空气流量计均与控制系统连接，受到控制系统控制。
一种复材制件表面导电铝层安全喷涂控制方法，使用上述复材制件表面导电铝层安全喷涂控制系统对喷枪喷出的气体进行控制，实现喷枪喷出火焰的燃烧或熄灭。
为了更好地实现本发明的方法，进一步地，使用上述复材制件表面导电铝层安全喷涂控制系统的具体过程，包括以下步骤：
S1：通过控制系统同时实现氧气管路、可燃气体管路、压缩空气管路输出气体的控制；
S2：使氧气、可燃气体和压缩空气在喷枪中汇集，进行燃烧，火焰在喷嘴处将铝丝或铝粉熔融，喷涂在零件表面上，完成喷涂作业；
S3：喷涂完成后，控制系统关闭可燃气体管路，并控制氧气管路流量和压缩空气流量，使其缓慢减少，并继续从喷枪的喷嘴中喷出，直至喷嘴内不再有可燃气体，再关闭氧气管路与压缩空气管路。
为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤S2中，控制系统对氧气管路流量和压缩空气流量的控制按递减函数控制，所述递减函数如下：
其中， t1为关闭可燃气体管路时刻，t2为关闭氧气管路与可燃气体管路时刻，Qa为压缩空气流量，Qo为氧气流量。
为了更好地实现本发明的方法，进一步地，还包括当喷枪使用过程中火焰熄灭或者喷枪点火不成功时，火焰检测传感器未检测到火焰，将信号反馈至控制系统，控制系统立刻关闭可燃气体管路。
为了更好地实现本发明的方法，进一步地，所述步骤S1中，控制系统对氧气管路、可燃气体管路、压缩空气管路的具体控制如下：
氧气管路控制：氧气经过减压阀，降低压力至0.5-0.6MPa，再经流量控制器，流量计将流量信号反馈至控制系统，将流量控制在36-40L/min内，再通过阻火器最后进入火焰喷铝枪；
可燃气体管路控制：可燃气体经过减压阀，降低压力至0.10-0.18MPa，再经流量控制器，流量计将流量信号反馈至控制系统，将流量控制在16-18L/min内，再通过阻火器最后进入火焰喷铝枪；
压缩空气管路控制：压缩空气通过压空接入管线接入，通过过滤器缓冲罐，再经减压阀将压力降低至0.5-0.6MPa，再经流量控制器，流量计将流量信号反馈至控制系统，将流量控制在450-500L/min内，再经过管路接入喷枪。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
（1）本发明中控制系统发出关闭喷枪信号时，喷枪附近可燃气体管路上的电磁阀立即关闭，火焰将立即熄灭，防止管道剩余气体继续燃烧。同时氧气和压缩空气缓慢减少，继续从喷嘴口喷出，防止火焰在喷枪内燃烧，避免关闭喷枪时发生回火；
（2）本发明中喷枪在使用过程中发生回火时，喷枪末端的阻火器可以阻止火焰沿着氧气和可燃气体管路燃烧，有效从保护阻火器到气源的管路和元器件；
（3）本发明具有火焰检测功能，当点火未成功时，火焰检测传感器未检测到火焰，立即关闭可燃气体管路上的电磁阀，避免可燃气体大量从喷嘴泄漏，有效避免燃爆风险。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会变得更为明显：
图1为本发明所述控制系统的结构示意图；
图2为本发明中控制系统对各管路的流量控制原理图。
其中：1—氧气瓶，2—氧气过滤器，3—氧气减压阀，4—氧气压力变送器，5—氧气电磁阀，6—氧气流量控制器，7—氧气流量计，8—氧气阻火器，9—火焰检测传感器，10—喷枪，11—可燃气体瓶，12—可燃气体过滤器，13—可燃气体减压阀，14—可燃气体压力变送器，15—第一可燃气体电磁阀，16—可燃气体流量控制器，17—可燃气体流量计，18—第二可燃气体电磁阀，19—可燃气体阻火器，20—压缩空气罐，21—压缩空气过滤器，22—压缩空气缓冲罐，23—压缩空气减压阀，24—压缩空气压力变送器，25—压缩空气电磁阀，26—压缩空气流量控制器，27—压缩空气流量计，28—控制系统。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
本实施例的主要结构，如图1所示，包括喷枪10与控制系统28，所述喷枪10分别连通有氧气管路、可燃气体管路、压缩空气管路。
所述氧气管路包括依次通过管路串联的氧气瓶1、氧气过滤器2、氧气减压阀3、氧气压力变送器4、氧气电磁阀5、氧气流量控制器6、氧气流量计7、氧气阻火器8，所述氧气电磁阀5、氧气流量控制器6、氧气流量计7均与控制系统28连接，受到控制系统28控制。
所述可燃气体管路包括依次通过管路串联的可燃气体瓶11、可燃气体过滤器12、可燃气体减压阀13、可燃气体压力变送器14、第一可燃气体电磁阀15、可燃气体流量控制器16、可燃气体流量计17、第二可燃气体电磁阀18、可燃气体阻火器19，所述第一可燃气体电磁阀15、可燃气体流量控制器16、可燃气体流量计17、第二可燃气体电磁阀18、均与控制系统28连接，受到控制系统28控制。
所述压缩空气管路包括依次通过管路串联的压缩空气罐20、压缩空气过滤器21、压缩空气缓冲罐22、压缩空气减压阀23、压缩空气压力变送器24、压缩空气电磁阀25、压缩空气流量控制器26、压缩空气流量计27，所述压缩空气电磁阀25、压缩空气流量控制器26、压缩空气流量计27均与控制系统28连接，受到控制系统28控制。
具体控制过程为：
控制系统28对氧气管路、可燃气体管路、压缩空气管路的具体控制符合如下函数：
其中，t1为关闭可燃气体管路时刻，t2为关闭氧气管路与可燃气体管路时刻，Qa为压缩空气流量，Qo为氧气流量，Q f 为可燃气体流量，ka为在区间[t1，t2] 函数Qa（t）的斜率，ba为在区间[t1，t2]函数Qa（t）的常数，ko为在区间[t1，t2]函数Qo（t）的斜率，bo为在区间[t1，t2] 函数Qo（t）的常数。
各管路具体控制过程如下：
氧气经过氧气减压阀3，降低压力至0.5-0.6MPa，再经氧气流量控制器6，氧气流量计7将流量信号反馈至控制系统28，将氧气流量控制在36-40L/min内，再通过氧气阻火器8最后进入喷枪10；可燃气体经过可燃气体减压阀13，降低压力至0.10-0.18Mpa，再经可燃气体流量控制器16，可燃气体流量计17将可燃气体流量信号反馈至控制系统28，将可燃气体流量控制在16-18L/min内，再通过可燃气体阻火器19最后进入喷枪10；压缩空气通过压缩空气罐20接入管道，依次通过压缩空气过滤器21、压缩空气缓冲罐22，在经压缩空气减压阀23将压力降低至0.5-0.6MPa，再经压缩空气流量控制器26，压缩空气流量计27将压缩空气流量信号反馈至控制系统28，将压缩空气流量控制在450-500L/min内，再经过管路接入喷枪10。
当控制系统28发出关闭喷枪10信号时，控制信号将喷枪10附近可燃气体管路上的第二可燃气体电磁阀18立即关闭，火焰因缺少燃料立即熄灭，管道剩余气体无法通过第二可燃气体电磁阀18进入喷枪10。同时氧气和压缩空气流量按照控制系统28给氧气流量控制器6和压缩空气流量控制器26的指令控制管道内流量以特定速率减少，继续从喷枪10喷嘴喷出，防止火焰在喷枪10内燃烧。氧气流量计7、可燃气体流量计17和压缩空气流量计27反馈实时各管道内气体流量信号至控制系统28，形成流量闭环控制，确保各管道内气体按照设定流量值喷出。直至喷枪10的喷嘴内不再有可燃气体，再关闭氧气电磁阀5和压缩空气电磁阀25，避免关闭喷枪10时发生回火。此时控制系统28对各管路控制函数如下：
其中， t1为关闭可燃气体管路时刻，t2为关闭氧气管路与可燃气体管路时刻，Qa为压缩空气流量，Qo为氧气流量。
当喷枪10在使用过程中发生回火时，喷枪10末端的氧气阻火器8和可燃气体阻火器19可以阻止火焰沿着氧气和可燃气体管路燃烧，有效避免氧气阻火器8与氧气瓶1、可燃气体阻火器19与可燃气体瓶11的管路和元器件被损坏。
实施例2：
本实施例在上述实施例的基础上，进一步增设火焰检测传感器9，如图1所示，所述喷枪10的喷嘴处还设置有火焰检测传感器9，所述火焰检测传感器9与控制系统28通信连接，火焰检测传感器9将喷枪10喷嘴处是否有火焰的信号传输给控制系统28。
当喷枪10使用过程中火焰熄灭或者喷枪10点火不成功时，火焰检测传感器9未检测到火焰，将反馈信号至控制系统28，控制系统28下达指令立即关闭第二可燃气体电磁阀18，避免可燃气体大量从喷枪10喷嘴泄漏，有效避免燃爆风险。本实施例的其他部分与上述实施例相同，不再赘述。
可以理解的是，根据本发明一个实施例的控制系统28结构，例如阻火器和流量计等部件的工作原理和工作过程都是现有技术，且为本领域的技术人员所熟知，这里就不再进行详细描述。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (7)
1.一种复材制件表面导电铝层安全喷涂控制方法，其特征在于，使用复材制件表面导电铝层安全喷涂控制系统对喷枪喷出的气体进行控制，实现喷枪喷出火焰的燃烧或熄灭，所述复材制件表面导电铝层安全喷涂控制系统，包括喷枪与控制系统，所述喷枪分别连通有氧气管路、可燃气体管路、压缩空气管路，所述氧气管路、可燃气体管路、压缩空气管路均通过控制系统进行气体流量和压力的控制，实现喷枪喷出火焰的燃烧或熄灭；具体过程包括以下步骤：
S1：通过控制系统同时实现氧气管路、可燃气体管路、压缩空气管路输出气体的控制；控制系统对氧气管路、可燃气体管路、压缩空气管路的具体控制如下：
氧气管路控制：氧气经过减压阀，降低压力至0.5-0.6 MPa，再经流量控制器，流量计将流量信号反馈至控制系统，将流量控制在36-40 L/min内，再通过阻火器最后进入火焰喷铝枪；
可燃气体管路控制：可燃气体经过减压阀，降低压力至0.10-0.18 MPa,再经流量控制器，流量计将流量信号反馈至控制系统，将流量控制在16-18 L/min内，再通过阻火器最后进入火焰喷铝枪；
压缩空气管路控制：压缩空气通过压空接入管线接入，通过过滤器缓冲罐，再经减压阀将压力降低至0.5-0.6 MPa，再经流量控制器，流量计将流量信号反馈至控制系统，将流量控制在450-500 L /min内，再经过管路接入喷枪；
S2：使氧气、可燃气体和压缩空气在喷枪中汇集，进行燃烧，火焰在喷嘴处将铝丝或铝粉熔融，喷涂在零件表面上，完成喷涂作业；
S3：喷涂完成后，控制系统关闭可燃气体管路，并控制氧气管路流量和压缩空气流量，使其缓慢减少，并继续从喷枪的喷嘴中喷出，直至喷嘴内不再有可燃气体，再关闭氧气管路与压缩空气管路；控制系统对氧气管路流量和压缩空气流量的控制按递减函数控制，所述递减函数如下：
其中，为关闭可燃气体管路时刻，/>为关闭氧气管路与可燃气体管路时刻，/>为压缩空气流量，/>为氧气流量。
2.根据权利要求1所述的一种复材制件表面导电铝层安全喷涂控制方法，其特征在于，所述复材制件表面导电铝层安全喷涂控制系统包括喷枪与控制系统，所述喷枪分别连通有氧气管路、可燃气体管路、压缩空气管路，所述氧气管路、可燃气体管路、压缩空气管路均通过控制系统进行气体流量和压力的控制，实现喷枪喷出火焰的燃烧或熄灭。
3.根据权利要求1或2所述的一种复材制件表面导电铝层安全喷涂控制方法，其特征在于，所述喷枪的喷嘴处还设置有火焰检测传感器，所述火焰检测传感器与控制系统通信连接，火焰检测传感器将喷枪喷嘴处是否有火焰的信号传输给控制系统。
4.根据权利要求1或2所述的一种复材制件表面导电铝层安全喷涂控制方法，其特征在于，所述氧气管路包括依次通过管路串联的氧气瓶、氧气过滤器、氧气减压阀、氧气压力变送器、氧气电磁阀、氧气流量控制器、氧气流量计、氧气阻火器，所述氧气电磁阀、氧气流量控制器、氧气流量计均与控制系统连接，受到控制系统控制。
5.根据权利要求1或2所述的一种复材制件表面导电铝层安全喷涂控制方法，其特征在于，所述可燃气体管路包括依次通过管路串联的可燃气体瓶、可燃气体过滤器、可燃气体减压阀、可燃气体压力变送器、第一可燃气体电磁阀、可燃气体流量控制器、可燃气体流量计、第二可燃气体电磁阀、可燃气体阻火器，所述第一可燃气体电磁阀、可燃气体流量控制器、可燃气体流量计、第二可燃气体电磁阀均与控制系统连接，受到控制系统控制。
6.根据权利要求1或2所述的一种复材制件表面导电铝层安全喷涂控制方法，其特征在于，所述压缩空气管路包括依次通过管路串联的压缩空气罐、压缩空气过滤器、压缩空气缓冲罐、压缩空气减压阀、压缩空气压力变送器、压缩空气电磁阀、压缩空气流量控制器、压缩空气流量计，所述压缩空气电磁阀、压缩空气流量控制器、压缩空气流量计均与控制系统连接，受到控制系统控制。
7.根据权利要求1所述一种复材制件表面导电铝层安全喷涂控制方法，其特征在于，还包括当喷枪使用过程中火焰熄灭或者喷枪点火不成功时，火焰检测传感器未检测到火焰，将信号反馈至控制系统，控制系统立刻关闭可燃气体管路。
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