RU2223167C2

RU2223167C2 - Method for hydraulic gas-abrasive treatment and apparatus for performing the same

Info

Publication number: RU2223167C2
Application number: RU2001124424/02A
Authority: RU
Inventors: М.А. Макаров; К.Е. Вебер; С.В. Шидловский; С.А. Никонов; С.Н. Шмелев; В.В. Замора; А.О. Волков; С.Е. Работнов
Original assignee: Оао По "Энергопром-Стройзащита"
Priority date: 2001-09-03
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2004-02-10

Abstract

FIELD: building processes and equipment, possibly cleaning surfaces by removing from them different coatings, deposits, rust, breaking especially hard coatings, materials, preparing surfaces for applying new protective coating, particularly on large-size metallic constructions, building erections, transport vehicles. SUBSTANCE: method comprises steps of feeding flow of fuel mixture having gaseous oxidizer and liquid fuel; at combusting fuel mixture and creating high-temperature flow of gaseous combustion products realizing interaction of gaseous mixture and combustion products and providing bleeding of two-component flow through supersonic nozzle for creating high-temperature gas-abrasive supersonic stream; using apparatus for thermoabrasive treatment; then realizing interaction of two-component high- temperature gasabrasive stream with high-pressure working liquid passed through acceleration jets and forming high-speed three- component hydraulic gas-abrasive stream with increased dynamic pressure. Axes of outlet openings of jets are directed inside mixing chamber and they cross in point laid on central axis of apparatus. Interaction of supersonic gas-abrasive stream and high-speed hydraulic stream allows to maximally use their kinetic energy for achieving desired speed values of abrasive particles. EFFECT: high-efficiency treatment of metallic surfaces, possibly superhard and high-strength materials. 3 cl, 2 dwg

Description

Изобретения относятся к строительной технике, в частности к устройствам, предназначенным для очистки поверхности от различных покрытий, отложений, ржавчины, разрушения особопрочных покрытий, материалов и подготовки поверхности для нанесения нового защитного покрытия, в частности крупногабаритных металлических конструкций, строительных сооружений и транспортных средств. The invention relates to construction equipment, in particular to devices designed to clean the surface of various coatings, deposits, rust, the destruction of extra-hard coatings, materials and surface preparation for applying a new protective coating, in particular large-sized metal structures, building structures and vehicles.

Известны способ и устройство (см. сборник промышленного оборудования "Эконика-Техно" за 1998 г. 3, 111395, Москва, а/я 181) для гидроабразивной обработки поверхностей на базе гидронасосов высокого давления с пистолетом-распылителем, имеющим сопловую насадку с боковым патрубком подвода рабочего тела (абразива), который подается самовсасыванием. К недостаткам данного устройства можно отнести недостаточную производительность и значительный абразивный боковой износ сопла насадки. A known method and device (see the collection of industrial equipment "Econika-Techno" for 1998 3, 111395, Moscow, PO Box 181) for waterjet surface treatment based on high-pressure hydraulic pumps with a spray gun having a nozzle nozzle with a side nozzle supply of a working fluid (abrasive), which is fed by self-priming. The disadvantages of this device include insufficient productivity and significant abrasive lateral wear of the nozzle nozzle.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому изобретению является способ и сопло для гидроабразивной очистки (см. Справочник по лакокрасочным покрытиям в машиностроении. // Под редакцией Гольдберга М.М. - М.: Машиностроение, 1964, с. 165-172), состоящее из центрального штуцера подачи абразива, бокового штуцера подачи воды, корпуса и сопла. The closest technical solution to the claimed invention is a method and nozzle for waterjet cleaning (see. Handbook of paint coatings in mechanical engineering. // Edited by Goldberg MM - M .: Mechanical engineering, 1964, pp. 165-172), consisting of central abrasive feed fitting, side water feed fitting, housing and nozzle.

К недостаткам данного устройства можно отнести значительный абразивный износ внутренней поверхности сужающегося сопла (конфузора) и кольцевую форсунку впрыска воды в воздушно-абразивную струю. Поперечное сечение конусного факела воды имеет значительные размеры, что не позволяет при фиксированном расходе, определяемом характеристиками гидроагрегата, добиться повышения давления в струе и, как следствие, скорости гидроструи. Боковая поверхность факела воды имеет развитую геометрию, что приводит к преждевременному раздроблению и распылению компактной части струи, что также приводит к потере динамики и разлету результирующего гидроабразивного потока. The disadvantages of this device include significant abrasive wear on the inner surface of the tapering nozzle (confuser) and the annular nozzle of the injection of water into the air-abrasive stream. The cross section of the conical plume of water has significant dimensions, which does not allow for a fixed flow rate determined by the characteristics of the hydraulic unit to achieve an increase in pressure in the stream and, as a consequence, the speed of the hydrojet. The lateral surface of the water plume has a developed geometry, which leads to premature fragmentation and dispersal of the compact part of the jet, which also leads to loss of dynamics and expansion of the resulting hydroabrasive flow.

Задачей создания изобретения является повышение производительности абразивной обработки крупногабаритных объектов, повышение износостойкости установки, возможность снятия и разрушения особопрочных покрытий и материалов. The objective of the invention is to increase the productivity of abrasive processing of large-sized objects, increase the wear resistance of the installation, the ability to remove and destroy extra-strong coatings and materials.

Поставленная задача решается с помощью совокупности признаков, указанных в пункте 1 формулы изобретения, общих с прототипом, таких как способ гидроабразивной обработки поверхности, включающий смешение газоабразивной смеси с рабочей жидкостью высокого давления, и отличительных существенных признаков, таких как предварительная подача потока топливной смеси, состоящей из газообразного окислителя и жидкого топлива, образование при сгорании топливной смеси высокотемпературного потока газообразных продуктов сгорания, далее осуществление взаимодействия газоабразивной смеси и продуктов сгорания и истечение двухкомпонентного потока через сверхзвуковое сопло с образованием высокотемпературной газоабразивной струи со сверхзвуковой скоростью и последующее взаимодействие двухкомпонентной высокотемпературной газоабразивной струи с рабочей жидкостью высокого давления, прошедшей через ускоряющие форсунки с образованием высокоскоростной трехкомпонентной гидрогазоабразивной струи с повышенным динамическим напором. Взаимодействие сверхзвуковой газоабразивной струи и высокоскоростной гидроструи позволяет максимально использовать их кинетическую энергию для достижения абразивными частицами величин скоростей, достаточных для выcокопроизводительной обработки поверхностей металлов и особотвердых и особопрочных материалов. Также расширяется область применения гидроабразивного способа, например, при обработке твердых сплавов и горных пород. The problem is solved using the combination of features specified in paragraph 1 of the claims common to the prototype, such as a method of hydroabrasive surface treatment, comprising mixing a gas-abrasive mixture with a high-pressure working fluid, and distinctive essential features, such as a preliminary flow of a fuel mixture consisting of from a gaseous oxidizer and liquid fuel, the formation of a high-temperature flow of gaseous products of combustion during combustion of a fuel mixture, further e interaction of the gas-abrasive mixture and combustion products and the outflow of a two-component stream through a supersonic nozzle with the formation of a high-temperature gas-abrasive jet with a supersonic speed and the subsequent interaction of a two-component high-temperature gas-abrasive jet with a high-pressure working fluid passing through accelerating nozzles with the formation of a high-speed and three-dimensional high-speed The interaction of a supersonic gas abrasive jet and a high-speed hydrojet allows maximum use of their kinetic energy to achieve abrasive particles speeds that are sufficient for high-performance processing of metal surfaces and extra hard and extra strong materials. The scope of the hydroabrasive method is also expanding, for example, in the processing of hard alloys and rocks.

Поставленная задача также решается с помощью конструкции устройства для абразивной обработки поверхности, совокупность общих признаков которого отражена в пункте 2 формулы изобретения, таких как коллектор с патрубками для подвода рабочей жидкости высокого давления, центральным патрубком подачи абразивного материала, приемная и смесительная камеры, разгонная труба-ствол, коллектор с кольцевой камерой для рабочей жидкости, по периметру которой расположены форсунки, оси выходных отверстий которых направлены внутрь смесительной камеры и пересекаются в точке, лежащей на центральной оси устройства. The problem is also solved by the design of a device for abrasive surface treatment, the set of common features of which is reflected in paragraph 2 of the claims, such as a manifold with nozzles for supplying a high-pressure working fluid, a central nozzle for supplying abrasive material, a receiving and mixing chamber, an accelerating pipe barrel, manifold with an annular chamber for the working fluid, along the perimeter of which there are nozzles, the axis of the outlet openings of which are directed inside the mixing chamber and intersect at a point lying on the central axis of the device.

Благодаря наличию кольцевой камеры давление воды на всех форсунках имеет одинаковое значение, чем гарантируется точность фокусировки гидроструй. Исходя из характеристик имеющегося гидроагрегата, для получения максимальной скорости гидроструи выбираются соответствующие диаметры отверстий форсунок. Благодаря малым поперечному сечению и площади боковой поверхности гидроструй не происходит преждевременной аэрации, обжатие центрального воздушно-абразивного потока водяными струями осуществляется компактной, а не раздробленной ее частью. Благодаря конструкции коллектора с расположенными по периметру форсунками, оси выходных отверстий которых направлены внутрь смесительной камеры, фокусировка струй и смешение с воздушно-абразивным потоком осуществляется в смесительной камере, не подвергая внутреннюю поверхность корпуса приемной камеры (конфузора) абразивному износу. Due to the presence of an annular chamber, the water pressure on all nozzles has the same value, which guarantees the accuracy of focusing hydrojets. Based on the characteristics of the existing hydraulic unit, to obtain the maximum speed of the hydraulic jet, the corresponding nozzle bore diameters are selected. Due to the small cross-section and the area of the lateral surface of the hydrojets, premature aeration does not occur, the compression of the central air-abrasive stream with water jets is carried out in a compact rather than fragmented part. Due to the design of the collector with nozzles located along the perimeter, the axis of the outlet openings of which are directed inside the mixing chamber, the jets are focused and mixed with the air-abrasive stream in the mixing chamber without exposing the inner surface of the receiving chamber (confuser) body to abrasive wear.

Конструкция и работа устройства для абразивной обработки поверхности показана на фиг.1. The design and operation of the device for abrasive surface treatment is shown in figure 1.

От гидроагрегата высокого давления вода по патрубкам для подвода рабочей жидкости 8 поступает в кольцевую камеру 3 коллектора 1 и далее через форсунки 4 в приемную камеру 5. Оси выходных отверстий форсунок под одним и тем же углом к центральной оси устройства направлены внутрь смесительной камеры 6 и пересекаются в точке, лежащей на центральной оси устройства. По центральному патрубку подачи абразивного материала 2 подается абразивный материал в виде песка, колотой дроби, шлака и т.п. Абразивный материал подается либо самовсасыванием, благодаря создаваемому в приемной камере высокоскоростными гидроструями разрежению, либо потоком воздуха под давлением. Способ подачи абразивного материала выбирается в зависимости от характеристик снимаемых покрытий и задаваемой степени (качества) подготовки поверхности. В смесительной камере происходит смешение и разгон потока абразивного материала высокоскоростными гидроструями, исходящими из форсунок. Дополнительное формирование и разгон гидрогазоабразивного потока осуществляется в разгонной трубе-стволе 7. From the high-pressure hydraulic unit, water through the nozzles for supplying the working fluid 8 enters the annular chamber 3 of the collector 1 and then through the nozzles 4 into the receiving chamber 5. The axes of the nozzle outlet openings are directed inside the mixing chamber 6 at the same angle to the central axis of the device and intersect at a point lying on the central axis of the device. An abrasive material in the form of sand, crushed fractions, slag, etc., is fed through the central supply pipe of abrasive material 2. Abrasive material is supplied either by self-priming, due to the vacuum created in the receiving chamber by high-speed hydraulic jets, or by a stream of air under pressure. The abrasive feed method is selected depending on the characteristics of the coatings to be removed and the degree (quality) of surface preparation to be set. In the mixing chamber, the flow of abrasive material is mixed and accelerated by high-speed hydrojets emanating from the nozzles. Additional formation and acceleration of the hydro-gas-abrasive flow is carried out in the booster tube-barrel 7.

Поставленная задача также решается с помощью совокупности признаков, указанных в пункте 3 формулы изобретения, отличающихся от признаков по п.2 тем, что подается газоабразивная смесь, предварительно прошедшая через устройства для термоабразивной обработки поверхности и обладающая сверхзвуковой скоростью и повышенным динамическим напором. В качестве устройства для термоабразивной обработки поверхности используется "Газодинамический металлизатор-термоотбойник" по патенту 2163864. The problem is also solved with the help of a set of features specified in paragraph 3 of the claims that differ from the features of claim 2 in that a gas-abrasive mixture is supplied that has previously passed through devices for thermo-abrasive surface treatment and has supersonic speed and increased dynamic pressure. As a device for thermoabrasive surface treatment, the "Gas-dynamic metallizer-thermo-stripper" is used according to patent 2163864.

Конструкция и работа устройства для абразивной обработки поверхности показана на фиг.2. The design and operation of the device for abrasive surface treatment is shown in figure 2.

Устройство 9 по п. 2 настоящего изобретения крепится к выходной части сверхзвукового сопла 10 устройства 11 для термоабразивной обработки поверхности. В такой компоновке по центральному патрубку подачи абразивного материала 2 устройства 9 подается сверхзвуковая горячая газоабразивная смесь. В результате сложения сверхзвуковой горячей газоабразивной смеси с высокоскоростными гидроструями создается гидрогазоабразивный поток высокой динамики, достаточной для разрушения особотвердых покрытий и материалов, таких как прокатная окалина, солевые отложения, накипь и наросты, граниты, бетоны. The device 9 according to claim 2 of the present invention is attached to the output part of the supersonic nozzle 10 of the device 11 for thermoabrasive surface treatment. In this arrangement, a supersonic hot gas-abrasive mixture is supplied through the central supply pipe of abrasive material 2 of device 9. As a result of the addition of a supersonic hot gas-abrasive mixture with high-speed hydrojets, a high-dynamics hydro-gas-abrasive flow is created, sufficient to destroy particularly hard coatings and materials, such as mill scale, salt deposits, scale and growths, granites, concrete.

Claims

1. A method of hydro-gas-abrasive surface treatment, comprising supplying a gas-abrasive mixture and a high-pressure working fluid, characterized in that the fuel mixture consisting of a gaseous oxidizer and liquid fuel is preliminarily fed, it is burned to form a high-temperature flow of gaseous products of combustion, the latter interact with the gas-abrasive mixture and the outflow of a two-component flow through a supersonic nozzle with the formation of a high-temperature gas abrasive jet with a supersonic at the same time, while the high-pressure working fluid is passed through accelerating nozzles with its subsequent interaction with the aforementioned two-component high-temperature gas abrasive jet and the formation of a high-speed three-component hydroabrasive jet with an increased dynamic pressure.

2. A device for abrasive surface treatment, comprising a manifold with nozzles for supplying a high-pressure working fluid and a central nozzle for supplying abrasive material, a receiving and mixing chamber, an accelerating tube-barrel, characterized in that the collector is made with an annular chamber for the working fluid and with along its perimeter are nozzles, the axis of the outlet openings of which are directed inside the mixing chamber from the condition of their intersection at a point lying on the central axis of the device.

3. The device according to claim 2, characterized in that it is equipped with a device for thermoabrasive surface treatment with a supersonic nozzle, to the output of which is attached a central pipe for supplying abrasive material.