KR20000053209A - 가스 동력 코팅 장치 - Google Patents

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Abstract

장치는, 도관을 통하여 초음속 부분이 분말 공급기에 연결된 초음속 노즐 입구에 출구가 연결된 가열 단위에 가스 도관을 통하여 연결된 압축 공기 공급원으로 이루어진다. 압축 공기 공급원으로부터의 압력 P0의 압축 공기는 가스 도관에 의해 가열 단위로 전달되어 소정의 온도로 가열된다. 가열된 공기는 초 당 수백 미터의 속도로 가속되는 초음속 노즐에 들어간다. 분말 재료는 분말 공급 도관에 의해 분말 공급기로부터, 주입점에서 노즐 출구까지의 노즐 영역에서 공기 흐름에 의해 가속되는 초음속 노즐 부분으로 통과된다.

Description

가스 동력 코팅 장치 {Apparatus for Gas-Dynamic Coating}
구조물, 장비, 기계류 및 메카니즘의 부식 및 부식 매질의 영향으로부터 보호하여 물질의 특징을 향상시키는 것, 특히 특정 성질을 갖는 물질의 제조 및 관련 원료 절감 기술의 개발은 주요한 실시 중요성을 갖는 과학적 및 공학적 도전을 제공한다.
이들 문제점은 상이한 방법, 특히 분말 재료가 가스 흐름으로 주입되고 생성된 코팅용 가스 분말 혼합물이 초음속으로 가속된다는 점을 기초로 하는 분말 코팅물의 가스 동력 분무 방법으로 해결된다 [러시아 특허 제1618782호 및 제1618778호]. 분말 이용 인자 및 분무의 품질을 증가시키기 위해, 초음속 노즐에 공급하기 전, 가스 분말 혼합물은 분말 재료의 융점 미만의 온도로 가열된다 [러시아 특허 제1773072호, 국제 특허 공개 제91/19016호 및 러시아 특허 제2038411호].
이들 방법의 실시를 위해 압축 가스의 공급원, 가스 가열 단위, 가스 가열 단위 입구 [러시아 특허 제1603581호] 또는 초음속 노즐 정면에 탑재된 혼합실에 연결된 분말 공급기로 이루어진 장치가 사용된다 [제1674585호, 국제 특허 공개 제91/19016호 및 러시아 특허 제2010619호].
첫번째 경우, 분말 재료는 가열 단위의 열 발생 부재와 접촉하여 분말 재료 입자는 산화되고 이들은 부재에 점착된다.
두번째 경우, 분말 재료는 가스 가열 단위를 통과하지 않지만, 첫번째 경우에서와 같이, 특히 고상 분말 (금속, 세라믹 입자 등)이 사용되는 경우 분말 재료에 의해 특히 마멸되는 노즐의 가장 좁은 부분 (목 부분)을 통과해야 한다. 이것은 일반적으로 초음속 노즐 운전 및 장치의 효율성을 우선적으로 결정하는 목 부분이다.
이러한 고안물은 혼합실이 별도의 구성요소이고 분말 공급기가 밀봉되어야 하며 고압하에 운전되어야 하므로 상당한 중량을 가지기 때문에 다소 다루기가 힘들다.
가열 단위 및 초음속 노즐 사이의 혼합실은 추가로 열 손실을 야기하며, 이것은 공기를 가열하기 위해 전력을 보다 많이 소비하고 초음속 노즐 입구에서 소정의 온도를 유지해야 하는 것을 의미한다.
이것은, 분말 공급기의 용접 밀봉이 보전되지 않은 경우 분말이 고압하에 방출되기 때문에 장치의 운전 동안 위험을 증가시킨다.
본 발명은 분말 재료의 가스 동력 분무 장치에 관한 것으로 기계 제작 및 작업 표면에 상이한 특성을 부여하는 코팅물을 제조하기 위한 다른 산업에 사용될 수 있다.
본 발명의 이점은 실시태양의 상세한 설명 및 장치의 개략도인 첨부된 도면으로 입증된다.
<바람직한 실시태양>
장치는 가스 도관 (2)에 의해 출구가, 목의 바깥 부분 (초음속 부분) (5)이 도관 (6)에 의해 분말 공급기 (7)에 연결되어 있는 초음속 노즐 입구 (4)에 연결된 가열 단위 (3)와 연결된 압축 공기 공급원 (1)으로 이루어진다.
운전시, 압축 공기 공급원 (1)으로부터의 압력 P0의 압축 공기는 가스 도관 (2)에 의해 가열 단위 (4)로 전달되어 소정의 온도로 가열된다. 가열된 공기는 초 당 수백 미터의 속도로 가속되는 초음속 노즐에 들어간다.
분말 재료는 도관 (6)에 의해 분말 공급기 (7)로부터, 공기 흐름에 의해 포획되고 주입점에서 노즐 출구까지의 노즐 영역에서 가속되는 초음속 노즐 부분 (5)으로 통과된다. 분말 공급기 도관 (6)이 초음속 노즐 (4)에 연결된 노즐 횡단면에서, 대기압 미만의 정압이 유지되어 분말과 함께 공기가 분말 공급기로부터 효과적으로 끌려나오게 된다.
노즐로의 분말 주입점에서, 이 부분에서 초음속 노즐의 횡단면적이 목의 횡단면적의 소정의 배수까지 초과하도록 만들어지는 경우, 압력은 대기압 미만으로 유지될 수 있다. 수많은 실험 및 계산은 장치의 효율적인 운전을 위해, 노즐 및 분말 공급기 도관의 접합점에서 초음속 노즐의 횡단면은 하기 수학식 1로 목과 관련된다는 것을 보여준다.
<수학식 1>
상기 식에서, Si는 노즐 및 분말 공급기 도관의 접합점에서의 초음속 노즐의 횡단면적이고,
Sk는 초음속 노즐 목 면적이며,
P0은 MPa로 표현된 초음속 노즐 입구에서의 전체 가스압이다.
이 고안은 분말 공급기내에 과도한 압력 (대기압 이상)은 필요하지 않다는 것을 보장한다. 즉 이것은 분말 공급기 운전의 안전도를 증가시키고 그의 관리를 단순화시킨다.
<발명의 요약>
본 발명의 목적은 노즐 어셈블리 운전의 안정성을 증가시키고 그의 작동 수명을 연장하고, 초음속 노즐 입구에서 공기 온도를 유지하기 위한 전력 소비를 감소시키고 운전 안전도를 증가시키며 장치 중량을 감소시키도록 고안된 가스 동력 분무 코팅 장치를 제조하는 것이다.
이것은, 그의 초음속 부분에서 도관을 통하여 분말 공급기 출구에 연결된 초음속 노즐 입구에 가스 가열 단위의 출구를 연결시키므로써, 가스 도관을 통하여 가열 단위에 연결된 압축 공기 공급원, 분말 공급기 및 초음속 노즐로 이루어진 분말 재료의 분무 장치로 달성된다.
공지된 것과 비교할 때, 상기 분무 코팅용 구조물은 노즐 목이 마멸되지 않아 장치의 운전 안정성을 증가시킬 수 있다. 이것은 분말이 목을 통과하지 않으므로 마멸을 유도하지 않고 그의 특성을 변화시키지 않아 노즐 어셈블리 및 전체 장치의 성능에 영향을 주지 않기 때문에 달성된다.
고체 금속 또는 세라믹 분말을 사용할 때 노즐 벽의 마멸은 노즐의 초음속 부분에서만 일어나며 노즐 목과는 무관하게 된다. 초음속 노즐의 성능 (특히, 공기 흐름, 마하수 등)이 우선적으로 목 면적에 의해 결정되기 때문에, 노즐의 초음속 부분만의 마멸이, 분말이 노즐 정면의 챔버 또는 노즐의 음속 이하 부분에 주입될 때 보다 노즐의 운전 조건을 천천히 변화시켜 노즐의 작동 수명을 연장시킨다.
이 경우, 혼합실은 필요하지 않아 고안물이 간단해지고 장치 중량이 감소되는 반면, 노즐 입구에 가열 단위를 연결하는 것은 혼합실에서의 열 손실을 제거한다.
노즐의 초음속 부분과 분말 공급기와의 커플링은, 압력이 음속 이하 부분에서 보다 임의의 라발 (Laval (초음속)) 노즐의 초음속 부분에서 항상 낮기 때문에 노즐 입구에서 보다 분말 공급기에서 낮은 압력을 유지하게 한다. 이것은 분말 공급기 중량을 감소시키고 운전 안전도를 증가시킨다.
장치의 이러한 설계로 인해, 분말 공급기에서 노즐로 분말을 이동시키기 위해 압축 공기 보다 대기압을 사용할 수 있다. 따라서, 이 경우 분말 공급기는 반드시 용접 밀봉될 필요가 없기 때문에, 장치 중량이 감소되고 훨씬 더 운전 안전도가 증가된다. 이 목적을 위해, 노즐로의 분말 주입점에서는 분말 이동이 대기압 공기 흐름에 의해 제공되도록 대기압 미만의 압력이 유지되어야 한다.
분말이 대기압의 공기에 의해 효과적으로 이동되도록 하기 위해, 노즐 및 분말 공급기 도관의 접합점에서 초음속 노즐의 횡단면적은 하기 수학식 1에 의해 목 면적과 관련된다.
상기 식에서, Si는 노즐 및 분말 공급기 도관의 접합점에서의 초음속 노즐의 횡단면적이고,
Sk는 초음속 노즐 목 면적이며,
P0은 MPa로 표현되는 초음속 노즐 입구에서의 전체 가스압이다.
제안된 장치는 내부식성, 내열성, 표면의 방사 특성 등과 같은 상이한 표면 특성을 생성하기 위한 분말 재료의 적용에 사용될 수 있다. 이 장치는 또한 장식용 코팅물의 침착에도 사용될 수 있다.

Claims (2)

  1. 가스 도관에 의해 가열 단위에 연결된 압축 공기 공급원, 분말 공급기 및 초음속 노즐로 이루어진 분말 재료의 가스 동력 코팅 장치로서, 가스 가열 단위는 그의 초음속 부분에서 도관을 통하여 분말 공급기 출구에 연결된 초음속 노즐 입구에 직접 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 분말 재료의 가스 동력 코팅 장치.
  2. 제1항에 있어서, 분말 공급기가 용접 밀봉되어 있지 않고, 노즐 및 분말 공급기 도관의 접합점에서의 초음속 노즐의 횡단면이 하기 수학식 1에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 장치.
    <수학식 1>
    상기 식에서, Si는 노즐 및 분말 공급기 도관의 접합점에서의 초음속 노즐의 횡단면적이고, Sk는 초음속 노즐 목 면적이며, P0은 MPa로 표현되는 초음속 노즐 입구에서의 전체 가스압이다
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