RU2039612C1

RU2039612C1 - Gas cap of burner for supersonic spraying

Info

Publication number: RU2039612C1
Application number: RU93015588A
Authority: RU
Inventors: В.П. Вишняков; Э.П. Плетнев; А.Б. Шварцман
Original assignee: Смешанное товарищество "Термика"
Priority date: 1993-03-24
Filing date: 1993-03-24
Publication date: 1995-07-20

Abstract

FIELD: supersonic flame spraying. SUBSTANCE: gas cap is provide with the expansion ring chamber having inlet passageway for connection with a source of inert gas and outlet ring passageway brought out to the cylindric part of the combustion chamber. The gas cap is constructed as two rings of which the first defines the cylindric part and the second defines the cone part. The expansion ring chamber is formed in the space between the rings. The output passageway of the expansion chamber is made up as a ring slot between the rings. The ring outlet is inclined to the geometric axis of the gas cap, the angle of inclination being no less than the corresponding angle of the conical part. The input passageway of the expansion chamber is made up as a plurality of openings made in the part of the first ring which defines the cylindric part. The part of the first ring, which define the cylindric part, is made of a porous material. EFFECT: improved design. 5 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для нанесения жидких капель расплавленного материала, в частности к горелкам сверхзвукового напыления. The invention relates to devices for applying liquid droplets of molten material, in particular to supersonic spray burners.

Как правило, такие горелки содержат сопло и газовый колпачок, соосный соплу. Торец газового колпачка выступает над торцом сопла так, что его внутренняя поверхность с торцом сопла образует камеру сгорания. Типичной в этом отношении является горелка сверхзвукового напыления Д. Браунинга [1] Газовый колпачок этой горелки имеет внутреннюю поверхность цилиндрическую и кольцевую камеру по всей своей длине для обеспечения циркулирования охлаждающей воды. Для достижения сверхзвуковых скоростей газовый колпачок имеет большую длину, что не гарантирует безопасности при эксплуатации и ограничивает сферу использования горелок, так как длинный газовый колпачок не позволяет производить напыление во внутренних полостях или в других подобных труднодоступных зонах. Typically, such burners contain a nozzle and a gas cap, a coaxial nozzle. The end of the gas cap protrudes above the end of the nozzle so that its inner surface with the end of the nozzle forms a combustion chamber. Typical in this respect is a D. Browning supersonic spray gun [1]. The gas cap of this burner has an inner surface with a cylindrical and annular chamber along its entire length to ensure cooling water circulation. To achieve supersonic speeds, the gas cap has a large length, which does not guarantee operational safety and limits the scope of use of the burners, since the long gas cap does not allow spraying in internal cavities or in other similar inaccessible areas.

Наиболее эффективным является газовый колпачок горелки сверхзвукового напыления американской фирмы "Перуин-элмер" [2] Внутренняя поверхность газового колпачка этой горелки имеет цилиндрический и выходной конический участки, образующий камеру сгорания. Кроме того, данный колпачок имеет входной конический участок и крепится к соплу с помощью накидной гайки. При этом внутренняя поверхность накидной гайки образует с наружной поверхностью сопла расширительную кольцевую камеру и кольцевую выходную щель для формирования потока инертного газа, предназначенного для фокусирования факела и охлаждения газового колпачка. The most effective is the gas cap of the supersonic spraying burner of the American company Peruin-Elmer [2] The inner surface of the gas cap of this burner has a cylindrical and outlet conical sections forming a combustion chamber. In addition, this cap has an inlet conical section and is attached to the nozzle using a union nut. In this case, the inner surface of the union nut forms an expansion annular chamber and an annular exit slit with the outer surface of the nozzle to form an inert gas stream intended for focusing the torch and cooling the gas cap.

Благодаря такой геометрии внутренней поверхности с предыдущей конструкцией отпадает необходимость в водяном охлаждении, появляется возможность осуществлять термонапыление в труднодоступных зонах. Чем выше интенсивность потока инертного газа, тем эффективнее охлаждение газового колпачка. Однако при этом переохлаждается и струя расплавленных частиц, а при высоких скоростях потока инертного газа наблюдается срыв и вынос факела из камеры сгорания. При снижении же скорости потока инертного газа ухудшается эффект фокусирования и частицы расплавленного материала оседают на выходном коническом участке газового колпачка и быстро выводят его из строя. Due to this geometry of the inner surface with the previous design, there is no need for water cooling, it becomes possible to carry out thermal spraying in hard-to-reach areas. The higher the inert gas flow rate, the more efficient the cooling of the gas cap. However, at the same time, the jet of molten particles is also supercooled, and at high inert gas flow rates, the torch is disrupted and removed from the combustion chamber. When the inert gas flow rate decreases, the focusing effect worsens and the particles of molten material settle on the outlet conical section of the gas cap and quickly disable it.

Целью изобретения является усовершенствование конструкции газового колпачка горелки сверхзвукового напыления за счет введения дополнительного потока инертного газа для более эффективного охлаждения и фокусирования факела пламени. The aim of the invention is to improve the design of the gas cap of the supersonic spray burner by introducing an additional stream of inert gas for more efficient cooling and focusing of the flame.

Задача решается тем, что в известном газовом колпачке горелки сверхвзукового напыления, внутренняя поверхность которого образует, по крайней мере, камеру сгорания горелки, имеющую цилиндрический и конический участки, выполнена расширительная кольцевая камера, имеющая вводной канал для связи с источником инертного газа и кольцевой выводной канал, выходящий на цилиндрический участок камеры сгорания. При этом газовый колпачок выполнен в виде двух колец, из которых первое формирует цилиндрический, а второе конический участок, а расширительная камера сформирована в зазоре между кольцами. The problem is solved in that in the known gas cap of a supersonic spray burner, the inner surface of which forms at least a burner combustion chamber having cylindrical and conical sections, an expansion annular chamber is made having an input channel for communication with an inert gas source and an annular output channel overlooking the cylindrical section of the combustion chamber. In this case, the gas cap is made in the form of two rings, of which the first forms a cylindrical and the second conical section, and the expansion chamber is formed in the gap between the rings.

Конструкция выводного кольцевого канала расширительной камеры может иметь различные варианты. The design of the output annular channel of the expansion chamber may have various options.

В первом варианте выводной канал выполнен в виде кольцевой щели между кольцами. Эта щель выходит под углом к геометрической оси колпачка, не меньшим, чем угол наклона конической образующей конического участка к геометрической оси колпачка. In the first embodiment, the output channel is made in the form of an annular gap between the rings. This gap extends at an angle to the geometric axis of the cap, not less than the angle of inclination of the conical generatrix of the conical section to the geometric axis of the cap.

Во втором варианте выходной канал выполнен в виде множества отверстий в части первого кольца, формирующей цилиндрический участок. Третий вариант выводного канала является модификацией второго, так как в нем часть первого кольца, формирующая цилиндрический участок, выполнена из пористого материала. In the second embodiment, the output channel is made in the form of many holes in the part of the first ring forming a cylindrical section. The third variant of the output channel is a modification of the second, since in it the part of the first ring forming the cylindrical section is made of porous material.

Благодаря введению дополнительного кольцевого потока инертного газа появляется объединенный поток, как результат смешения с уже существующим кольцевым потоком инертного газа. Объединенный поток, не обладая сверхвысокой скоростью, выполняет защиту конического участка от перегрева, от налипания расплавленных частиц напыляемого материала, предотвращает срывы и выносы факела из камеры сгорания, т.е. повышает долговечность устройства и надежность его работы. By introducing an additional annular inert gas stream, a combined stream appears as a result of mixing with the already existing inert gas annular stream. The combined stream, not possessing an ultrahigh speed, protects the conical section from overheating, from the sticking of molten particles of the sprayed material, prevents breakdowns and removal of the torch from the combustion chamber, i.e. increases the durability of the device and its reliability.

На фиг. 1 изображена головка горелки сверхзвукового напыления; на фиг. 2 головка горелки с другим вариантом связи с источником инертного газа; на фиг. 3 газовый колпачок с пористой вставкой, формирующей цилиндрический участок первого кольца. In FIG. 1 shows a burner head of a supersonic spraying; in FIG. 2 burner head with another option for communication with an inert gas source; in FIG. 3 a gas cap with a porous insert forming a cylindrical portion of the first ring.

Головка горелки сверхзвукового напыления содержит (фиг. 1) газовый колпачок 1, сопло 2 и накидную гайку 3, притягивающую газовый колпачок 1 к соплу 2 и обеспечивающую их жесткое соединение. При этом наружная поверхность сопла 2 формирует напорную камеру 4 с внутренней накидной гайки 3, а также щелевой кольцевой канал 5 с частью внутренней поверхности газового колпачка 1. Торец сопла и выступающая перед ним часть внутренней поверхности газового колпачка 1 образует камеру сгорания. Эта камера имеет два участка цилиндрический 6 и конический 7 формируемые соответствующими частями внутренней поверхности газового колпачка 1. Образующая конического участка 7 наклонена к геометрической оси колпачка под острым углом α₁. В газовом колпачке 1 выполнена расширительная кольцевая камера 8 с вводным каналом 9 для связи с источником инертного газа (например, с баллоном) и выходным каналом кольцевым 10, выходящим в цилиндрический участок 6 камеры сгорания.The supersonic spray burner head contains (Fig. 1) a gas cap 1, a nozzle 2 and a union nut 3, which attracts the gas cap 1 to the nozzle 2 and ensures their rigid connection. In this case, the outer surface of the nozzle 2 forms a pressure chamber 4 with an internal union nut 3, as well as a slotted annular channel 5 with a part of the inner surface of the gas cap 1. The end of the nozzle and the protruding part of the inner surface of the gas cap 1 forms a combustion chamber. This chamber has two sections cylindrical 6 and conical 7 formed by the corresponding parts of the inner surface of the gas cap 1. The generatrix of the conical section 7 is inclined to the geometric axis of the cap at an acute angle α ₁ . In the gas cap 1, an expansion annular chamber 8 is made with an inlet channel 9 for communication with an inert gas source (for example, with a cylinder) and an outlet channel 10 that exits into a cylindrical section 6 of the combustion chamber.

Для наиболее простой реализации расширительной кольцевой камеры 8 газовый колпачок 1 выполнен составным, состоящим из двух жестко соединенных друг с другом колец 11 и 12. Первое кольцо 11 формирует цилиндрический участок 6 камеры сгорания, а второе кольцо 12 конический участок 7 этой камеры. Оба кольца 11 и 12 имеют фланцевые части, с помощью которых кольца сочленяются друг с другом и взаимодействуют с опорным фланцем накидной гайки 3. Вводной канал может быть выполнен в виде ряда равнорасположенных радиальных отверстий 9, перпендикулярных (фиг. 1) или наклонных (фиг. 3 и 4) к геометрической оси колпачка 1, просверленных во фланцевой части первого кольца 11. С помощью такого варианта выполнения выводного канала расширительная камера 8 связана с источником инертного газа через напорную камеру 4 горелки (фиг. 1). В варианте, показанном на фиг. 2, расширительная камера 8 с источником инертного газа связана непосредственно с помощью трубопроводной магистрали 13 с встроенным регулятором 14 расхода газа. Выводной канал 10 выполнен в виде кольцевой щели между кольцами 11 и 12, выходящей под углом α₂ к геометрической оси газового колпачка. Величина угла α₂ не меньше, чем соответствующий угол α₁ конического участка камеру сгорания. В представленном на фиг. 3 варианте газового колпачка 1 выводной канал расширительной камеры 8 выполнен в виде множества отверстий 15 в части первого кольца 11, формирующей цилиндрический участок 6 камеры сгорания. В этом случае все отверстия 15 перпендикулярны геометрической оси газового колпачка 1.For the simplest implementation of the expansion ring chamber 8, the gas cap 1 is made integral, consisting of two rings 11 and 12 rigidly connected to each other. The first ring 11 forms a cylindrical section 6 of the combustion chamber, and the second ring 12 forms a conical section 7 of this chamber. Both rings 11 and 12 have flange parts, with which the rings are articulated with each other and interact with the support flange of the union nut 3. The inlet channel can be made in the form of a series of equally spaced radial holes 9, perpendicular (Fig. 1) or inclined (Fig. 1). 3 and 4) to the geometrical axis of the cap 1 drilled in the flange part of the first ring 11. Using this embodiment of the outlet channel, the expansion chamber 8 is connected to a source of inert gas through the pressure chamber 4 of the burner (Fig. 1). In the embodiment shown in FIG. 2, the expansion chamber 8 with an inert gas source is connected directly via a pipeline 13 with an integrated gas flow regulator 14. The output channel 10 is made in the form of an annular gap between the rings 11 and 12, emerging at an angle α ₂ to the geometric axis of the gas cap. The angle α _{2 is} not less than the corresponding angle α _{1 of the} conical section of the combustion chamber. In the embodiment of FIG. 3 variant of the gas cap 1, the outlet channel of the expansion chamber 8 is made in the form of many holes 15 in the part of the first ring 11, forming a cylindrical section 6 of the combustion chamber. In this case, all the holes 15 are perpendicular to the geometric axis of the gas cap 1.

В варианте выполнения газового колпачка 1, показанном на фиг. 4, цилиндрический участок 6 камеры сгорания выполнен в виде втулки 16 из пористого материала, например из огнеупорной керамики. При этом наружная поверхность втулки 16 является одной из стенок расширительной кольцевой камеры 8. In the embodiment of the gas cap 1 shown in FIG. 4, the cylindrical section 6 of the combustion chamber is made in the form of a sleeve 16 of a porous material, for example, of refractory ceramic. While the outer surface of the sleeve 16 is one of the walls of the expansion annular chamber 8.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Инертный газ (азот или сжатый воздух) поступает из баллона или из стационарной магистрали в напорную камеру 4 горелки сверхзвукового напыления. Из камеры 4 по узкому щелевому каналу 5 инертный газ под повышенным давлением выходит в камеру сгорания в виде трубчатой струи, охватывающей факел с напыляемым материалом. Так как щелевой кольцевой канал 5 образован коническими поверхностями сопла 2 и газового колпачка 1, то он обеспечивает обжатие и фокусирование факела. Но часть этого потока расходится, двигаясь вдоль стенок сначала цилиндрического участка 6, а затем конического участка 7 камеры сгорания, вновь направляясь к оси газового колпачка 1 для фокусирования факела. Второй поток инеpтного газа из напорной камеры 4, двигаясь вдоль стенок накидной гайки 3, попадает через вводной канал 9 в расширительную камеру 8, и затем под повышенным давлением через выводной канал 10 в камеру сгорания. В варианте, изображенном на фиг. 2, инертный газ поступает в кольцевую расширительную камеру 8 непосредственно по магистрали 10 с регулятором расхода газа 14 через отверстие во втором кольце 12. Выводной канал 10, являясь кольцевой щелью в вариантах, изображенных на фиг. 1 и 2, направляет поток инертного газа на краю цилиндрического участка первого кольца под углом α₂ к геометрической оси газового колпачка 1, который равен или превышает соответствующий угол α₁ между образующей конической поверхности участка 7 и геометрической осью газового колпачка. Оба потока инертного газа, встречаясь, образуют новый результирующий поток, который оказывает на факел не только большой фокусирующий эффект, не только предотвращает налипание расплавленных частиц на коническую поверхность кольца 12, но и охлаждает эту поверхность.Inert gas (nitrogen or compressed air) comes from the cylinder or from the stationary line to the pressure chamber 4 of the supersonic spraying burner. From the chamber 4 through a narrow slotted channel 5, the inert gas under increased pressure enters the combustion chamber in the form of a tubular jet covering the torch with the sprayed material. Since the slotted annular channel 5 is formed by the conical surfaces of the nozzle 2 and the gas cap 1, it provides compression and focusing of the torch. But part of this flow diverges, moving along the walls of the first cylindrical section 6, and then the conical section 7 of the combustion chamber, again heading towards the axis of the gas cap 1 for focusing the torch. The second stream of inert gas from the pressure chamber 4, moving along the walls of the union nut 3, enters through the inlet channel 9 into the expansion chamber 8, and then under increased pressure through the outlet channel 10 into the combustion chamber. In the embodiment depicted in FIG. 2, inert gas enters the annular expansion chamber 8 directly along the line 10 with a gas flow regulator 14 through an opening in the second ring 12. The outlet channel 10, being an annular gap in the variants shown in FIG. 1 and 2, directs the inert gas flow at the edge of the cylindrical section of the first ring at an angle α ₂ to the geometric axis of the gas cap 1, which is equal to or greater than the corresponding angle α ₁ between the generatrix of the conical surface of section 7 and the geometric axis of the gas cap. When two inert gas flows meet, they form a new resultant stream, which not only has a large focusing effect on the torch, not only prevents the molten particles from sticking to the conical surface of ring 12, but also cools this surface.

Аналогичный эффект оказывает дополнительный поток инертного газа и в вариантах выполнения выводного канала, показанных на фиг. 3, 4. В этих случаях поток инертного газа, выходящий из кольцевого канала 5 под углом к геометрической оси газового колпачка 1, встречает на цилиндрическом участке 6 направленный к центру поток инертного газа небольшой скорости за счет дросселирования его в отверстиях 15 и втулке 16. Основной поток при этом сужается, не допуская перегрева цилиндрического и конического участков камеры сгорания, и предотвращает налипание напыляемых частиц на конический участок 7 кольца 12. A similar effect is exerted by the additional inert gas flow in the discharge channel embodiments shown in FIG. 3, 4. In these cases, the inert gas stream exiting the annular channel 5 at an angle to the geometrical axis of the gas cap 1 encounters a low velocity inert gas directed toward the center in the cylindrical section 6 by throttling it in the holes 15 and the sleeve 16. The main while the flow narrows, preventing overheating of the cylindrical and conical sections of the combustion chamber, and prevents the buildup of sprayed particles on the conical section 7 of the ring 12.

Claims

1. GAS CAP OF A BURNER OF A SUPERSONIC SPRAYING, the inner surface of which forms at least a combustion chamber of a burner having cylindrical and conical sections, characterized in that it has an expansion annular chamber having an input channel for communication with an inert gas source and an output ring channel, overlooking the cylindrical section of the combustion chamber.

2. The cap according to claim 1, characterized in that it is made of two rings, the first of which forms a cylindrical, second conical sections, and an expansion annular chamber is formed in the gap between the rings.

3. The cap according to claims 1 and 2, characterized in that the outlet channel of the expansion chamber is made in the form of an annular gap between the rings, coming out at an angle to the geometric axis of the gas cap not less than the corresponding angle of the conical section.

4. The cap according to claims 1 and 2, characterized in that the output channel of the expansion chamber is made in the form of many holes in the part of the first ring forming a cylindrical section.

5. The cap according to claim 4, characterized in that the part of the first ring forming the cylindrical section is made of porous material.