CZ282673B6 - Způsob povlečení povrchu tepelným postřikem a expanzní tryska k provádění způsobu - Google Patents

Abstract

Způsob povlečení povrchu tepelným postřikem, při kterém se na povlékaný povrch vrhá postřikový paprsek sestávající z horkého dopravního plynu a rozstavených částic látky a v sousedství postřikového paprsku se provádí chlazení chladicím paprskem sestávajícím z oxidu uhličitého a obsahujícím studený plyn a sněhové částice. Oxid uhličitý ve chladicím paprsku se získává expanzí oxidu uhličitého o tlaku alespoň 4,5 MPa přes štěrbinovou trysku do expanzního prostoru uzavřeného proti okolí uspořádaného kolem expanzní štěrbiny. Chladicí paprsek z výstupního otvoru expanzního prostoru se vrhá na chlazenou oblast. Expanzní tryska k provádění způsobu obsahuje vnitřní trubku (6) s uzavírající štěrbinovou tryskou (7), připojenou ke zdroji oxidu uhličitého, a vnější trubkou (9) obklopující na konci štěrbinové trysky (7) vnitřní trubku (6) a tuto přesahující a vytvářející expanzní prostor (8), kterážto vnější trubka (9) má na svém od štěrbinové trysky (7) odlehlém konci výstupní ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu povlečení povrchu tepelným postřikem, při kterém se na povlékaný povrch vrhá postřikový paprsek sestávající z horkého dopravního plynu a roztavených částic látky a v sousedství postřikového paprsku se provádí chlazení chladicím paprskem sestávajícím z oxidu uhličitého a obsahujícím studený plyn a sněhové částice. Vynález se dále týká expanzní 10 trysky k provádění způsobu definovaného výše.

Dosavadní stav techniky

Způsob definovaný výše je znám z patentového spisu DE-PS 26 15 022. Při tomto způsobu se jako chladicí prostředek používá čistý oxid uhličitý CO₂, přičemž se tento přivádí v kapalném stavu do trysky vytvářející chladicí paprsek. Při výstupu z trysky se tvoří směs plynného a tuhého oxidu uhličitého, to je sněhových částic CO₂, která při dopadu na obrobek dosahuje zvláště vysokého a ve spojení s tepelným nanášením vrstev zvláště výhodného výkonu chlazení. Kdyby 20 bylo při způsobu popsaném v patentovém spisu DE-PS 26 15 022 použito plynného místo kapalného oxidu uhličitého, byl by chladicí účinek značně snížen, neboť vyvíjený chladicí paprsek by byl méně chladný a obsahoval by podstatně nižší podíl sněhových částic oxidu uhličitého. To je způsobeno předně tím, že ono množství chladu, které musí být při vedeno pro přechod oxidu uhličitého z kapalné do plynné fáze, není při čisté expanzi plynu již k dispozici, a za druhé proto, že u trysky znázorněné ve zmíněném patentové spisu DE-PS 26 15 022 a u jiných běžných kruhových trysek oxid uhličitý ihned po opuštění trysky nasává okolní vzduch, načež dojde k intenzivní výměně tepla s tímto vzduchem a následkem toho se vytváří mnohem méně sněhu než při expanzi kapalného oxidu uhličitého. Tento sníh totiž přispívá podstatně ke známému chladicímu účinku a tvoří latentní zásobník chladu, který bezprostředně ochlazuje obrobek. Důsledkem by bylo ve srovnání se způsobem podle DE-PS 26 15 022 podstatně snížené ochlazování chlazeného obrobku.

Totéž platí i pro způsoby známé z evropského patentového spisu EP-PS 0 263 469, při kterých se pro chlazení tepelně postřikovaných povrchů používá chladicí paprsek vyvíjený z kapalného 35 CO₂, avšak smíchaný a sestávající z plynného CO₂, ze sněhu CO₂ a z dalších plynů, například helia a/nebo vodíku.

Použití kapalného oxidu uhličitého, přičemž jde o CO₂ mající teplotu místnosti a zkapalňovací tlak, však znamená, že je třeba zajistit zvláštní formu zásobování CO₂, totiž takovou, při které se 40 oxid uhličitý odebírá ze zásobníků v kapalné fázi. To znamená, že oxid uhličitý, který podle standardního skladování při 20 °C má v zásobníkách tlak asi 5,7 MPa, se z nich musí odebírat stoupací trubkou nebo jiným zvláštním způsobem, to znamená, že zásobníky musí být opatřeny odběrem v kapalné fázi.

Další obtíž při použití oxidu uhličitého ke chladicím účelům ve spojení se způsoby tepelného postřiku spočívá v tom, že s paprskem oxidu uhličitého vystupujícího z obvyklé kruhové trysky se vytváří turbulentní, široce rozvrstvený směsný paprsek sněhu a plynu, který neumožňuje žádné cílené působení na vhodně ohraničenou oblast povrchu. Při použití takového turbulentního a rozbíhavého paprsku oxidu uhličitého v blízkosti po střikového paprsku může kromě toho vznikat nevhodné vzájemné ovlivňování postřikového paprsku a chladicího paprsku.

Úkolem předloženého vynálezu tudíž je vytvořit způsob povlečení povrchu tepelným postřikem s chlazením CO₂, u kterého by byly uvedené nedostatky odstraněny a bylo také umožněno použití plynného oxidu uhličitého.

- 1 CZ 282673 B6

Podstata vynálezu

Vynález řeší úkol tím, že vytváří způsob povlečení povrchu tepelným postřikem, při kterém se na povlékaný povrch vrhá postřikový paprsek sestávající z horkého dopravního plynu a roztavených částic látky a v sousedství postřikového paprsku se provádí chlazení chladicím paprskem sestávajícím v podstatě z oxidu uhličitého a obsahujícím studený plyn a sněhové částice, jehož podstata spočívá v tom, že podíl oxidu uhličitého ve chladicím paprsku se získává z plynného oxidu uhličitého o tlaku alespoň 4,5 MPa a sice tak, že plynný oxid uhličitý se nechá nejdříve expandovat přes štěrbinovou trysku nebo jiný štěrbinovitý otvor do expanzního prostoru, uzavřeného proti okolí, uspořádaného kolem expanzní štěrbiny a vycházeje z tohoto expanzního prostoru a jeho výstupního otvoru se vytváří chladicí paprsek a vrhá se na chlazenou oblast.

Na základě toho, že podle vynálezu se vychází z plynného a nikoliv z kapalného oxidu uhličitého, může odpadnout jakékoli zvláštní vybavení zásobníků oxidu uhličitého. Nepatrné omezení zde vznikne tím, že tlak oxidu uhličitého v těchto zásobníkách nesmí klesnout pod 4,5 MPa, neboť chlazení pro chladicí paprsek se získává pouze z expanzního ochlazení plynného oxidu uhličitého a jinak není více k dispozici žádný příspěvek latentního chladu kapalného oxidu uhličitého. Z tohoto důvodu je pod hodnotou tlaku 4,5 MPa, což může nastat při nepříznivých podmínkách, například při uložení zásobníků volně a při nízkých teplotách okolí, chladicí výtěžek příliš malý. Je-li však možné, aby standardní hodnoty tlaku 5,7 MPa, které se nastaví při teplotě místnosti, byly dosaženy, je funkce zcela uspokojivá.

Pro působení a účinnost vynálezu je především podstatný způsob expanze oxidu uhličitého podle vynálezu štěrbinovou tryskou nebo podobně do uzavřeného expanzního prostoru. Štěrbinová tryska s podlouhlým a úzkým průřezem otvoru vytváří totiž expanzní paprsek s podstatně z většeným povrchem ve srovnání s expanzním paprskem vyvíjeným kruhovou tryskou. Tato zvětšená plocha povrchu má za následek zesílené spolupůsobení expanzního paprsku sjeho okolím, které podle dalšího podstatného význaku vynálezu je tvořeno expanzním prostorem, ve kterém se za provozu téměř výlučně nachází již expandovaný studený plynný oxid uhličitý. Teplejší okolní vzduch tudíž nemá žádný bezprostřední přístup k expandovanému oxidu uhličitému. Z toho plyne, že z okolí může být oxidu uhličitému dodáváno pouze malé množství tepla a proto v expanzním prostoru - vlivem tamního tepelného deficitu - dochází k zesílenému vyvíjení sněhových částic oxidu uhličitého. Ve srovnání s neodstíněnou expanzí plynného oxidu uhličitého se tedy vyvíjí značně zvýšený podíl sněhových částic, které především působí silný chladicí účinek požadovaný při chlazení tepelně nastřikovaných vrstev. Směs plynu a sněhových částic vznikající v expanzním prostoru se během dalšího průběhu expanzním prostorem přetvoří na chladicí paprsek a je vedena výstupním otvorem na obrobek. Takto vyvíjeným chladicím paprskem vzniká účinné chlazení obrobku v oblasti dopadu proudu, přičemž v případě potřeby mohou být ke chladicímu paprsku přimíchávány ještě další plyny zvyšující chladicí účinek.

V zásadě je třeba s ohledem na navrhovaný způsob expanze uvést, že tento způsob je známý z jiného technického oboru, totiž z lékařské techniky. Tak například patentový spis DE - PS 36 24 787 popisuje chladicí a mrazicí sondu pro místní ochlazení oblastí lidského nebo zvířecího těla - v jedné vedlejší myšlence - také elektronických součástek, spočívající na popisovaném principu, přičemž však se ochlazování příslušné oblasti provádí z bezprostřední blízkosti a nevyvíjí se žádný chladicí paprsek s dalekým dosahem, nýbrž vhodně vedený proud chladicího plynu. Přenesení, přizpůsobení a pozměněné použití podle předloženého vync¹?-^: však není samozřejmé.

Podle výhodného provedení předloženého vynálezu se chlazení chladicím paprskem provádí tak, že se chladicí paprsek vede za postřikovým paprskem.

-2CZ 282673 B6

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu se chladicí paprsek vede před postřikovým paprskem.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu se vytváří více než jeden chladicí paprsek.

Podle dalšího výhodného provedení předloženého vynálezu je postřikový paprsek na všech stranách obklopen chladicími paprsky nebo chladicím obalovým proudem.

Při tom je třeba poznamenat, že chladicí paprsek vedený za a/nebo před postřikovým paprskem především chrání postřikovou látku citlivou na teplotu nebo obrobky citlivé na teplo před přehřátím. Tepelnými postřikovacími procesy chlazenými popsaným způsobem je obecně možné zvýšení výkonu oproti postřikovacím procesům bez chlazení.

Způsob podle vynálezu se výhodně provádí s expanzní tryskou, jejíž podstata spočívá v tom, že obsahuje vnitřní trubku s uzavírající štěrbinovou tryskou připojenou ke zdroji oxidu uhličitého a vnější trubku obklopující na konci štěrbinové trysky vnitřní trubku a tuto přesahující a vytvářející expanzní prostor, kde vnější trubka má na svém od štěrbinové trysky odlehlém konci výstupní otvor.

Podle výhodného provedení vynálezu expanzní prostor tvaru válce tvořený vnější trubkou má poměr průměru ku délce v rozsahu od 1 : 3 do 1 : 10, přednostně asi 1 : 5.

S expanzní tryskou podle vynálezu se při provozu způsobem podle vynálezu udržuje výhodně vzdálenost od obrobku asi 3 cm, aby se získalo výhodné působení expanzní trysky podle vynálezu.

V zásadě je také s chladicím paprskem podle vynálezu možno odražené postřikové částice oddalovat od obrobku a tím vyloučit chyby při nanášení vrstvy.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je znázorněn na výkresech, kde obr. 1 je schematické znázornění postřiku s autogenním plamenem, obr. 2 je expanzní tryska na oxid uhličitý podle vynálezu v bokorysném řezu a obr. 3 je nárys expanzní trysky na oxid uhličitý podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Nejprve vyjdeme z normálního zásobování oxidem uhličitým, to znamená například ze středonebo vysokotlakého zásobníku CO₂ při teplotě místnosti. Tento obsahuje v normálním případě při rovnováze jak kapalný tak i plynný CO₂ o tlaku asi 5,7 MPa. Plynný oxid uhličitý pod tímto tlakem se nyní podle vynálezu rozpíná přes vel mi úzkou štěrbinovou trysku o délce několik mm do omezeného expanzního prostoru. Tímto způsobem vznikne na výstupní straně expanzního prostoru tvořeného například trubičkou, poměrně úzce ohraničený a málo turbulentní paprsek studeného plynného CO₂ a sněhu, který se výborně hodí zejména pro chlazení při tepelném postřiku.

Dalšími pokusy přihlašovatel zjistil, že ještě vyšší a výhodnější chladicí účinek chladicího paprsku vytvářeného výše popsaným způsobem může být dosažen tím, že se vyjde od plynného oxidu uhličitého o tlaku vyšším než 6,5 MPa, přednostně 7,5 až 8,0 MPa. K. tomu jsou však nutná zvláštní opatření, neboť - jak bylo výše uvedeno - oxid uhličitý ve standardních

-3CZ 282673 B6 zásobnících je dosažitelný pouze o tlaku asi 5,7 MPa. Podle vynálezu se k řešení toho to problému navrhuje, aby se zmíněné vyšší tlaky vyvíjely ohřevem zásobníku plynu včetně obsahu a tím vyvíjením vyššího tlaku par kapalného oxidu uhličitého nebo aby se zvýšení tlaku vyvíjelo čerpadlem zapojeným za zásobníkem. Zvláště výhodný bude zásobník například ohřívaný tak, že v něm bude uspořádán elektrický ohřívací vodič. Zásobníky opatřené ohřívacími vodiči jsou ostatně dosažitelné, neboť při přípravě velkých množství oxidu uhličitého jsou v příslušných zásobníkách taková vyhřívací zařízení zabudována. Tato okolnost je tudíž příznivá pro vysokotlakou variantu vynálezu a příslušně vybavený zásobník například se řízením vyhřívání citlivým na tlak může požadované tlaky nad 6,5 MPa bez problému poskytnout. V každém případě se však touto variantou způsobu podle vynálezu vytvoří zvláště účinný chladicí paprsek, jehož působení má příčinu ve vysokém obsahu sněhu v paprsku.

Obr. 1 znázorňuje způsob tepelného postřiku, například plamenový způsob postřiku nebo plamenový vysoce rychlý způsob postřiku prováděný se spalovacím plynem a s dopravním plynem. Je znázorněna postřiková tryska 1 a expanzní tryska 2 a obrobek 3. Pro nanášení povrchové vrstvy se znázorněný obrobek 3, například hřídel, uvede do otáčení podle šipky 4 a postřikový paprsek z postřikové trysky 1 se nařídí přibližně kolmo na povrch obrobku 3. Například může být nanesena proti opotřebení odolná vrstva obsahující wolframkarbid, přičemž postřiková tryska 1 a expanzní tryska 2 jsou spojeny, rovnoběžně vyřízeny a posouvány podle šipky 5 podél čáry rovnoběžné s povrchem obrobku 3. Expanzní tryska 2 sleduje postřikovou trysku 1 ve stálé vzdálenosti asi 5 cm až 15 cm mezi osami obou trysek 1, 2. je zřejmé, že nově nanesené oblasti vrstvy po opuštěné oblasti postřiku se dostanou do vlivu paprsku 2^ chladivá vystupujícího z expanzní trysky 2 a tato oblast povrchu obrobku 3 s čerstvě nanesenou vrstvou je ochlazena a tím se také zamezí šíření tepla z oblasti postřiku do oblastí povrchu obrobku 3 dříve opatřených povlakem. Jako chladicí prostředek zde přichází v úvahu zejména čistý oxid uhličitý, nebo - při nutnosti obzvláště vysokého výkonu chlazení - také směsi oxidu uhličitého s hcnrm a/nebo s vodíkem podle patentového spisu EP-PS 0 263 469, přičemž přídavné plyny se přednostně přidávají teprve bezprostředně v oblasti dopadu paprsku 21 chladivá na povrch obrobku 3.

V obr. 2 je znázorněna v řezu expanzní tryska pro provádění způsobu podle předloženého vynálezu. Tato sestává z vnitřní trubky 6 s uzavírající štěrbinovou tryskou 7 a z vnější trubky 9 obklopující na konci vnitřní trubku 6. Vnější trubka 9 tvoří expanzní prostor 8 otevřený na konci odlehlém od štěrbinové trysky 7.

Obr. 3 znázorňuje nárys expanzní trysky z obr. 2 v řezu podle čáry S v obr. 2. Podle vynálezu se do expanzní trysky a zejména do její vnitřní trubky 6 přivádí plynný oxid uhličitý o tlaku přednostně vyšším než 6,5 MPa a tento se rozpíná do expanzního prostoru 8. Při rozpínáni vznikají zejména z důvodu vyvíjení podtlaku za štěrbinovou tryskou 7 studený plyn oxidu uhličitého a podíl sněhových částic a tak je v expanzním prostoru 8 směs studeného plynu a sněhu, která vytéká z expanzní trysky výstupním otvorem 10 vnější trubky 9 a je vedena k obrobku 3.

Taková expanzní tryska má být dimenzována podle průtokového množství. Expanzní tryska uvedeného typu pro běžné procesy postřiku plamenem má například vnitřní průměr D vnější trubky 9, viz obr. 2, rovný 3 mm a tím - při zachování pravidla dimenzování délky - má přesahující délku například 15 mm. Další důležitá veličina podle vynálezu je šířka otvoru štěrbinové trysky 7 vnitřní trubky 6. Tato je obvykle a s výhodou rovna od 0,1 do 0,4 mr? Tato šířka otvoru je po volbě základní veličiny expanzní trysky, to je průměru vnitřní t? Dky 6 popřípadě vnější trubky 9 v užším smyslu určující veličinou pro průtokové množství oxidu uhličitého.

-4CZ 282673 B6

Se znázorněnou expanzní tryskou a popsaným vyvíjením chladicího paprsku oxidu uhličitého z plynného oxidu uhličitého plyne také výhodná možnost chlazení při způsobu tepelného po střiku, přičemž podstatné prvky ve způsobu expanze oxidu uhličitého a příslušné expanzní trysky je možno nalézt.

PATENTOVÉ NÁROKY

Claims (12)

1. Způsob povlékání povrchu tepelným postřikem, při kterém se na povlékaný povrch vrhá postřikový paprsek, sestávající z horkého dopravního plynu a roztavených částic látky a v sousedství nastřikovaného paprsku se provádí chlazení chladícím paprskem, sestávajícím z oxidu uhličitého, obsahujícím směs studeného plynu a sněhových částic, vyznačující se tím, že podíl oxidu uhličitého ve chladicím paprsku se získává z plynného oxidu uhličitého o tlaku alespoň 4,5 MPa a sice tak, že plynný oxid uhličitý se nechá nejdříve expandovat přes štěrbinovou trysku nebo jiný štěrbinovitý otvor do expanzního prostoru, uzavřeného vůči okolí, uspořádaného kolem expansní štěrbiny a při výstupu z tohoto expanzního prostoru výstupním otvorem se vytváří chladící paprsek a vrhá se na chlazenou oblast.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že podíl oxidu uhličitého ve chladicím paprsku se vytváří z plynného oxidu uhličitého, který je pod tlakem alespoň 6,5 MPa, výhodně 7,0 až 8,0 MPa.

3. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že se zvýšená úroveň tlaku oxidu uhličitého způsobuje přívodem tepla do příslušného zásobníku, přičemž se používá teplot 25 až 35 °C, výhodně 30 až 32 °C.

4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že se přivádění tepla do zásobníku provádí pomocí elektrického topného vodiče, uloženého v zásobníku.

5. Způsob podle nároku 2, vyznačující se tím, že se zvýšené úrovně tlaku dosahuje pomocí kompresoru, zapojeného za zásobníkem.

6. Způsob podle některého z nároků laž5, vyznačující se tím, že se chladicí paprsek vede výstupním otvorem ve vzdálenosti 2 až 15 cm, výhodně 3 až 8 cm, od obrobku.

7. Způsob podle některého z nároků 1 až 6, vyznačující se t í m , že se chlazení chladícím paprskem provádí tak, že se chladicí paprsek vede po postřikovém paprsku.

8. Způsob podle některého z nároků laž7, vyznačující se tím, že se chladicí paprsek vede před postřikovým paprskem.

9. Způsob podle některého z nároků laž8, vyznačující více než jeden chladicí paprsek.

tím, že se vytváří

10. Způsob podle některého z nároků laž6, vyznačující se tím, že po:^: paprsek je na všech stranách obklopen chladicími paprsky nebo chladicím obalovým prouděn· .

11. Expanzní tryska pro provádění způsobu podle některého z nároků 1 až 10, vyzasčující se tím, že obsahuje vnitřní trubku (6) suzavírací štěrbinovou tryskou (7), připojitelnou ke zdroji oxidu uhličitého a vnější trubku (9), obklopující vnitřní trubku na

-5CZ 282673 B6 konci štěrbinové trysky (7) a tuto přesahující a vytvářející expanzní prostor (8), při čemž tato vnější trubka (9) má na svém od štěrbinové trysky (7) odlehlé konci výstupní otvor (10).

12. Expanzní tryska podle nároku 11, vyznačující se tím, že expanzní prostor (8) 5 ve tvaru válce, tvořený vnější trubkou (9), má poměr průměru ku délce v rozmezí 1 : 3 až 1 : 10, výhodně 1:5.