CN201342388Y - 超音速火焰喷枪用气体分配装置及其超音速火焰喷枪 - Google Patents

Abstract

一种超音速火焰喷枪用气体分配装置及其超音速火焰喷枪，该气体分配装置由气体分配装置本体构成，其中，所述气体分配装置本体在圆周方向设置有与该装置本体轴线具有角度的通向燃烧室的斜孔，所述斜孔设置至少为两组。由于分配装置的上述结构设计特点，使得喷枪无需采用氢气点火，点火稳定可靠简单，同时由于喷枪燃烧的稳定性大幅度提高，可以在大范围内调节助燃气在燃烧焰流中的过量程度来冷却燃烧焰流，从而大范围的调节燃烧焰流的温度。

Description

超音速火焰喷枪用气体分配装置及其超音速火焰喷枪

技术领域

本实用新型涉及热喷涂领域，具体涉及一种超音速火焰喷枪用气体分配装置及其超音速火焰喷枪。

背景技术

超音速火焰喷涂技术可以追溯到50年代，美国联合碳化钨公司首先研制成功爆炸喷涂并广泛应用于航空航天工业中。由于该公司不销售设备，也不进行信息交流，只进行涂层生产加工，阻碍了该技术的推广应用，随后超音速火焰喷涂技术被发明，并在1982年该技术以“Jet-Kote”为商品成为超音速火焰喷涂技术发展的第一代喷涂设备，其喷枪的结构特点是有一个垂直燃烧室，通过氢气点火，在燃烧室内引燃氧气和燃气发生燃烧反应产生高温焰流，高温焰流转角90度后到达枪筒，粉末沿轴向送入喷枪中，经过加热加速后喷出沉积涂层。第二代超音速火焰喷涂系统是以1989年出现的Diamond Jet为代表，该喷枪由美国的Metco公司研制成功，采用压缩空气冷却、无燃烧室，由于该喷枪无燃烧室和采用高压气体冷却枪筒，使粉末粒子的加热加速受到影响，粉末喷涂效率低，点火困难。第一代和第二代超超音速火焰喷枪的喷涂功率约数十千瓦。第三代超音速火焰喷涂系统以1992年研制成功的JP-5000型喷枪为标志，该类喷枪采用液态航空煤油和高压氧气燃烧产生超音速，其功率达到200千瓦以上，可实现高速喷涂；由于采用液体燃料，安全性得到了提高，然而燃烧火焰温度场与速度场的集中性差，导致喷涂粒子的速度与温度分布范围宽，所制备涂层微观不均匀，质量不稳定；同时由于该系统燃烧稳定性较差，燃烧焰流的温度调节范围窄。

在第一代和第二代超音速火焰喷枪中，为了提高点火的可靠性，常加入氢气进行点火，由于氢气的爆炸极限是4.0～75.6％，爆炸下限低、范围宽，增加了系统运行的危险性，同时增加了喷枪和控制系统的复杂性。在第三代喷枪中为了加大燃烧焰流的温度调节范围，中国实用新型专利CN 201043190Y通过另行设计燃烧维持器后加入压缩空气来降低燃烧焰流的温度；中国实用新型专利CN 2560436Y通过向喷管中注入水来降低燃烧焰流的温度。这些方法和措施大大增加了喷枪和控制系统的复杂性、降低了超音速焰流的稳定性和均匀性，阻碍了超音速火焰喷涂系统的广泛应用。

发明内容

为了解决上述问题，本实用新型的目的在于设计一种易于点火的超音速火焰喷枪的气体分配装置，该分配装置具有防止喷枪回火、负压吸入燃气和均匀分配气体的功能；由于分配装置的结构设计特点，使得喷枪无需采用氢气点火，点火可靠稳定简单，同时由于喷枪燃烧的稳定性大幅度提高，可以在大范围内调节助燃气在燃烧焰流中的过量程度来冷却燃烧焰流，从而大范围的调节燃烧焰流的温度。

本申请设计人从喷枪的气体分配装置机械设计角度考虑并进行了深入的理论和试验研究，结果发现：通过在分配装置圆周方向上与其轴线夹角为6-55°的范围内对称开设了两组或两组以上的斜孔(1)来作为各种原料气体的通道，可以使点火稳定可靠简单，提高喷枪燃烧的稳定性。各种原料气体通过斜孔后进入燃烧室(2)内燃烧，燃烧产物和残留气体通过喷管(4)产生超音速焰流，粉末可以通过送粉孔(3)轴向送入燃烧室(2)中。为了控制气体的流动方向、混合效果并产生负压区，斜孔与分配装置的轴线方向的角度限制在6-55°范围内。为了防止回火、保证点火的可靠性和均匀分配各种气体，每组斜孔的个数为2-23个，其直径为0.2-2.5毫米。

具体而言，本实用新型的目的是通过以下技术方案而得以实现的。

一种超音速火焰喷枪用气体分配装置，由气体分配装置本体构成，其中，所述气体分配装置本体在圆周方向设置有与该装置本体轴线具有角度的通向燃烧室的斜孔，所述斜孔设置至少为两组。

所述斜孔与气体分配装置本体轴线的角度是6-55°。

每组斜孔的个数为2-23个，斜孔的直径为0.2-2.5毫米。

所述斜孔中，至少一组斜孔与另一组斜孔相交。

所述斜孔为斜孔轴线与气体分配装置本体轴线在一个平面上的斜孔、斜孔轴线与气体分配装置本体轴线不在一个平面上的斜孔中的一类或两类斜孔的组合。

所述气体分配装置本体设置有送粉孔。

一种含有气体分配装置的超音速火焰喷枪，包括燃烧室和喷管及其冷却系统，其中，所述燃烧室的后端设置有气体分配装置，所述气体分配装置由气体分配装置本体构成，所述气体分配装置本体在圆周方向设置有与该装置本体轴线具有角度的通向燃烧室的斜孔，所述斜孔设置至少为两组。

所述斜孔与气体分配装置本体轴线的角度是6-55°，每组斜孔的个数为2-23个，斜孔的直径为0.2-2.5毫米。

所述斜孔中，至少一组斜孔与另一组斜孔相交。

所述斜孔为斜孔轴线与气体分配装置本体轴线在一个平面上的斜孔、斜孔轴线与气体分配装置本体轴线不在一个平面上的斜孔中的一类或两类斜孔的组合。

由于分配装置的上述结构设计特点，使得喷枪无需采用氢气点火，点火稳定可靠简单，同时由于喷枪燃烧的稳定性大幅度提高，可以在大范围内调节助燃气在燃烧焰流中的过量程度来冷却燃烧焰流，从而大范围的调节燃烧焰流的温度。

附图说明

图1为安装有本实用新型典型气体分配装置的超音速火焰喷枪示意图。

图2本实用新型典型气体分配装置的剖视图与侧视图。

图3为斜孔不相交的气体分配装置的剖视图和侧视图。

图4为具有两组斜孔的气体分配装置的剖视图和侧视图。

图5为斜孔轴线与气体分配装置轴线不在一个平面上的斜孔的气体分配装置的剖视图。

图中，1、斜孔；2、燃烧室；3、送粉孔；4、喷管。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

实施例1

参照图1和图2，气体分配装置安装在超音速火焰喷枪中，典型的气体分配装置其斜孔1共有三组，三组斜孔与分配装置本体轴线的交角分别是a1、a2、a3，该a1、a2、a3都在6-55°范围中，而且斜孔直径φ为0.2-2.5毫米。两组斜孔在分配装置内相交，使得气体在分配装置内即开始混合。每一组斜孔用来分配不同种类的气体或混合气体，气体包括压缩空气、氧气和燃气，或其混合气体，气体中可以含有喷涂粉末。气体通过斜孔1后进入燃烧室2内燃烧，燃烧产物和残留气体通过喷管4产生超音速焰流，粉末可以通过送粉孔3轴向送入燃烧室2中。分配装置也可以不设送粉孔3。

实施例2

参照图3，气体分配装置的斜孔1共有三组，各组斜孔均不相交。三组斜孔与分配装置本体轴线的交角分别是a1、a2、a3，该a1、a2、a3都在6-55°范围中，而且斜孔直径φ为0.2-2.5毫米。每一组斜孔用来分配不同种类的气体或混合气体，气体包括压缩空气、氧气和燃气，或其混合气体，气体中可以含有喷涂粉末。气体通过斜孔1后进入燃烧室2内燃烧，燃烧产物和残留气体通过喷管产生超音速焰流，粉末可以通过送粉孔3轴向送入燃烧室2中。分配装置也可以不设送粉孔3。

实施例3

参照图4，气体分配装置的斜孔可只有两组，两组斜孔与分配装置本体轴线的交角分别是a1、a2，该a1、a2都在6-55°范围中，而且斜孔直径φ为0.2-2.5毫米。每一组斜孔用来分配不同种类的气体或混合气体，气体包括压缩空气、氧气和燃气，或其混合气体，气体中可以含有喷涂粉末。气体通过斜孔1后进入燃烧室2内燃烧，燃烧产物和残留气体通过喷管产生超音速焰流，粉末可以通过送粉孔3轴向送入燃烧室2中。分配装置也可以不设送粉孔3。

实施例4

参照图5，气体分配装置中的斜孔1的轴线与气体分配装置轴线不在一个平面上，即斜孔1可具有切向分量，以便在超音速喷枪内形成旋涡气流，从而燃烧充分，提高了喷涂效率。

本实用新型并不局限于实施例中所描述的设计结构，它的描述是说明性的，并非限制性的，本实用新型的权限由权利要求所限定，基于本技术领域人员依据本发明所能够变化、重组等方法得到的与本实用新型相关的技术，都在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种超音速火焰喷枪用气体分配装置，由气体分配装置本体构成，其特征在于，所述气体分配装置本体在圆周方向设置有与该装置本体轴线具有角度的通向燃烧室的斜孔，所述斜孔设置至少为两组。

2.根据权利要求1所述的超音速火焰喷枪用气体分配装置，其特征在于，所述斜孔与气体分配装置本体轴线的角度是6-55°。

3.根据权利要求2所述的超音速火焰喷枪用气体分配装置，其特征在于，每组斜孔的个数为2-23个，斜孔的直径为0.2-2.5毫米。

4.根据权利要求1所述的超音速火焰喷枪用气体分配装置，其特征在于，所述斜孔中，至少一组斜孔与另一组斜孔相交。

5.根据权利要求1所述的超音速火焰喷枪用气体分配装置，其特征在于，所述斜孔为斜孔轴线与气体分配装置本体轴线在一个平面上的斜孔、斜孔轴线与气体分配装置本体轴线不在一个平面上的斜孔中的一类或两类斜孔的组合。

6.根据权利要求1所述的超音速火焰喷枪用气体分配装置，其特征在于，所述气体分配装置本体设置有送粉孔。

7.一种含有气体分配装置的超音速火焰喷枪，包括燃烧室和喷管及其冷却系统，其特征在于，所述燃烧室的后端设置有气体分配装置，所述气体分配装置由气体分配装置本体构成，所述气体分配装置本体在圆周方向设置有与该装置本体轴线具有角度的通向燃烧室的斜孔，所述斜孔设置至少为两组。

8.根据权利要求7所述的含有气体分配装置的超音速火焰喷枪，其特征在于，所述斜孔与气体分配装置本体轴线的角度是6-55°，每组斜孔的个数为2-23个，斜孔的直径为0.2-2.5毫米。

9.根据权利要求7所述的含有气体分配装置的超音速火焰喷枪，其特征在于，所述斜孔中，至少一组斜孔与另一组斜孔相交。

10.根据权利要求7所述的含有气体分配装置的超音速火焰喷枪，其特征在于，所述斜孔为斜孔轴线与气体分配装置本体轴线在一个平面上的斜孔、斜孔轴线与气体分配装置本体轴线不在一个平面上的斜孔中的一类或两类斜孔的组合。

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