CN201064747Y - 超音速火焰喷涂喷枪 - Google Patents

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    • C23C4/123—Spraying molten metal

Abstract

本实用新型涉及一种超音速火焰喷涂喷枪，包括燃烧室和喷管，燃烧室和燃烧室壳体之间、喷管和喷管壳体之间的冷却通道内设有螺旋状导流叶片。本实用新型可用燃料或者氧化剂本身做冷却液，可以简化冷却系统，强化冷却液扰动，提高对流放热系数，达到增强换热量、降低喷枪壁温、延长喷枪寿命的目的。而且在提高喷枪冷却效果的同时完成燃料或氧化剂的预热，增强雾化效果，使燃烧更为稳定、充分。实验证明，合理运用本实用新型可使传热量达到普通轴流冷却的两倍以上。本实用新型成功解决了超音速喷涂喷枪的冷却问题，使喷枪及喷涂系统小型化和便携性能提高，也可用在其他管道冷却场合。本实用新型方便生产、加工，易于实施。

Description

超音速火焰喷涂喷枪
技术领域
本实用新型涉及热喷涂技术领域，特别是涉及一种超音速火焰喷涂喷枪。
背景技术
自1982年超音速火焰喷涂(HVOF)技术开发成功并于1985年在工业中得到应用以来，由于其涂层结合强度高，孔隙率低，涂层硬度高，残余应力低，在工业中得到广泛应用，已成为热喷涂中一种非常重要的喷涂工艺。在HVOF喷涂系统中，最重要的设备是喷枪，喷枪的设计水平决定整个系统的性能。目前的HVOF喷涂装置，在设备组成上主要包括喷枪、控制柜、冷水机组、送粉器。由于喷枪工作在高温状态，必需有冷却水的循环冷却，所以一般均配备功率较大的冷水机组。而所有的HVOF喷涂装置，设备均很庞大，控制柜和冷水机组体积都很大，且冷水机组的致冷量在45KW左右，整个系统占用场地大，电网负荷大，且因系统庞大复杂而限制其应用范围。随着技术的进步，尤其是喷枪技术的发展，焰流温度、粒子速度、喷涂效率等都越来越高，喷枪内部的燃烧环境更为残酷，冷却问题一定程度上制约了喷枪的发展。现有喷枪所用的冷却结构多为内壁光滑的双层的冷却套结构，如专利200420086360.X所用方案即为典型代表。在该冷却通道内，冷却水的流动为典型的轴流，传热效率低，随着喷枪的发展，喷枪所承受的温度越来越高，尤其火焰喷涂时所承受的燃烧室压强也越来越大，应用新的高效的冷却结构势在必行。
实用新型内容
为克服现有喷枪冷却系统的不足，本实用新型提供一种超音速火焰喷涂喷枪，特别是超音速火焰喷涂喷枪中采用的独特的冷却结构，从而提高对流放热系数，增强换热量、降低喷枪壁温、延长喷枪寿命。
本实用新型采用的技术方案是：超音速火焰喷涂喷枪，包括燃烧室和喷管，燃烧室一端通过呈陡然缩扩形的拉伐尔喷管与喷管连接，燃烧室和燃烧室壳体之间、喷管和喷管壳体之间的冷却通道内设有螺旋状导流叶片，喷管的一端设有冷却液入口，燃烧室壳体外壁端头和/或燃烧室内壁端头设有冷却液出口，螺旋状导流叶片的初始螺旋方向与冷却液出入口方向一致。
所述的螺旋状导流叶片为连续或者间隔排列，其螺距为喷管壳体或燃烧室壳体直径的0.9～1.2倍。
本实用新型的有益效果是，可用燃料或者氧化剂本身做冷却液；同现有超音速喷涂喷枪冷却结构相比，可以简化冷却系统，强化冷却液扰动，提高对流放热系数，达到增强换热量、降低喷枪壁温、延长喷枪寿命的目的。而且在提高喷枪冷却效果的同时完成了燃料或氧化剂的预热，增强雾化效果，使燃烧更为稳定、充分。实验证明，合理运用本实用新型可使传热量达到普通轴流冷却的两倍以上。本实用新型成功解决了超音速喷涂喷枪的冷却问题，使喷枪及喷涂系统小型化和便携性能提高，也可用在其他管道冷却场合。本实用新型方便生产、加工，易于实施。
附图说明
图1为本实用新型实施例1结构示意图。
图2为本实用新型实施例2结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
超音速火焰喷涂喷枪，包括燃烧室1、喷管2，燃烧室壳体1一端通过呈陡然缩扩形的拉伐尔喷管3与喷管2连接，燃烧室1和燃烧室壳体4之间、喷管2和喷管壳体5之间设有螺旋状导流叶片或者螺纹6，螺旋状叶片或螺纹6可以连续也可以是间隔排列：长细比小的喷枪，宜采用连续的螺旋状导流叶片6；长细比大的喷枪，宜采用间隔排列的短螺旋状导流叶片6；螺旋状导流叶片6的螺距为喷管壳体5或燃烧室壳体4直径的0.9～1.2倍。喷管壳体5的一端设有冷却液入口7，冷却液入口7通过调节阀D1连接冷却液容器10，燃烧室1内壁端头设有呈对称雾化喷嘴设计的冷却液出口8，燃烧室壳体4外壁端头设有另一冷却液出口9，冷却液出口9通过调节阀D2连接冷却液容器10，螺旋状导流叶片6初始螺旋方向与冷却液出入口方向一致，冷却液采用喷枪用燃料或氧化剂。通过对调节阀D1的调节满足不同工况的冷却需要，通过对调节阀D2的调节满足不同工况的燃料或氧化剂供应.以煤油燃料为例，煤油从油箱(冷却液容器)10经电机油泵R、调节阀D1、压力表P1、流量计F1、温度计t1进入喷管壳体5一端的冷却液入口7，通过螺旋冷却通道后，一部分从燃烧室1内壁端头的呈对称雾化喷嘴设计的冷却液出口8呈雾化液滴进入燃烧室参与燃烧，另一部分从燃烧室壳体4外壁端头的出口9流出喷枪，经调节阀D2、压力表P2、流量计F2、温度计t2流回油箱(冷却液容器)10。流量计F1、F2读数之差即为供应燃烧的煤油量。本实用新型喷枪直接利用液体煤油燃料做冷却剂，这样即可省去体积庞大的大功率冷水机组，真正实现喷涂设备的便携性。而且在提高喷枪冷却效果的同时完成了燃料或氧化剂的预热，增强雾化效果，使燃烧更为稳定、充分。
实施例2：
本实用新型的另一种实施方式是：燃烧室壳体4外壁端头设有冷却液出口9，冷却液采用通用的水等冷却剂，冷却液入口7通过温度计t1、压力表连接高压自来水源(冷却液容器)10，冷却液从出口9接温度计t2排出。本实施例中的冷却水可以换作煤油等其他冷却液，而不改变喷枪的结构。本实施例在工程应用中更易于实施，更具通用性。
本实用新型显著强化传热的机理是：1，在相同的流量下，旋流流体流过的距离比轴流流体要长，故冷却通道内壁附近的局部流体速度增加，对流传热系数也相应增加；2，提高流体紊流度，从而增加通过流体的紊流传热量；3，旋流中建立的离心力场加强分子的扩散作用、有利于对流传热。
本实用新型方便生产、加工，易于实施，也可在不改变喷枪原有结构的基础上，在原有冷却通道内加入螺旋状导流叶片或螺纹6。
前面已详述了本实用新型，阅读和理解本说明之后，本专业技术人员显然可做出各种修改和变化而并不超出本实用新型范围。

Claims (2)

1.超音速火焰喷涂喷枪，包括燃烧室(1)和喷管(2)，燃烧室(1)一端通过呈陡然缩扩形的拉伐尔喷管(3)与喷管(2)连接，其特征在于：燃烧室(1)和燃烧室壳体(4)之间、喷管(2)和喷管壳体(5)之间的冷却通道内设有螺旋状导流叶片(6)，喷管(2)的一端设有冷却液入口(7)，燃烧室壳体(4)外壁端头和/或燃烧室(1)内壁端头设有冷却液出口(8、9)，螺旋状导流叶片(6)的初始螺旋方向与冷却液出入口方向一致。
2.如权利要求1所述的超音速火焰喷涂喷枪，其特征在于：所述的螺旋状导流叶片(6)为连续或者间隔排列，其螺距为喷管壳体(5)或燃烧室壳体(4)直径的0.9～1.2倍。
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