RU2539559C2 - Способ получения высокоэнергетических потоков частиц и устройство для его осуществления - Google Patents
Способ получения высокоэнергетических потоков частиц и устройство для его осуществления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2539559C2 RU2539559C2 RU2011148057/07A RU2011148057A RU2539559C2 RU 2539559 C2 RU2539559 C2 RU 2539559C2 RU 2011148057/07 A RU2011148057/07 A RU 2011148057/07A RU 2011148057 A RU2011148057 A RU 2011148057A RU 2539559 C2 RU2539559 C2 RU 2539559C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- nozzle
- plasma
- laval nozzle
- particle
- stream
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H15/00—Methods or devices for acceleration of charged particles not otherwise provided for, e.g. wakefield accelerators
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/26—Plasma torches
- H05H1/32—Plasma torches using an arc
- H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
- H05H1/3484—Convergent-divergent nozzles
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области плазменных технологий и может быть использовано при разработке и создании источников высокоинтенсивных потоков частиц для научных и технологических применений. Способ получения высокоэнергетических потоков частиц в газах состоит в ускорении гетерогенного потока в сопле Лаваля. В дозвуковую часть сопла Лаваля вводят поток плазмы, обеспечивают ее ускорение до скорости звука и полную рекомбинацию плазмы до критического сечения сопла, а после критического сечения вводят в поток частицы и ускоряют гетерогенный поток газа в сверхзвуковой части сопла Лаваля. Устройство для получения высокоэнергетических потоков частиц содержит непрерывный источник плазмы, сопло Лаваля и систему ввода частиц. Устройство дополнительно содержит камеру высокого давления, матрицу из N непрерывных микроплазмотронов и систему подачи газа высокого давления. Длина дозвуковой части сопла Лаваля определяется из условия полной рекомбинации плазмы до критического сечения, а система ввода частиц обеспечивает ввод частиц после критического сечения по всему периметру сопла в сечении сопла с заданными параметрами - температурой и скоростью газа. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области плазменных технологий и может быть использовано при разработке и создании источников высокоинтенсивных потоков частиц для научных и технологических применений.
Известен способ [1] получения высокоэнергетических потоков частиц, в котором в сопле Лаваля осуществляют ускорение гетерогенного потока с частицами микронного размера. Для увеличения скорости осуществляют подогрев газа в дозвуковой секции сопла до 800-1000°C.
Недостатком данного способа является низкий уровень нагрева, низкая скорость частиц (до 1 км/с) и большой расход газа - до 200 м3 /ч. При этом расход газа прямо связан со степенью нагрева газа ввиду применения спирального источника нагрева газа.
Наиболее близким к предлагаемому способу является представленный в [2] способ получения высокоэнергетических потоков частиц, при котором с помощью дугового источника создают поток плазмы, направляют его в сопло Лаваля. Недостатком данного способа является неполное преобразование внутренней энергии плазмы в кинетическую энергию потока.
Задачей заявляемого изобретения является разработка высокоэффективного способа получения высокоэнергетических потоков частиц. Для решения поставленной задачи предложен способ получения высокоэнергетических потоков частиц.
Новым, по мнению автора, является то, что в дозвуковую часть сопла Лаваля вводят поток плазмы с температурой 15-20·103 К, обеспечивают ее ускорение до скорости звука и рекомбинацию плазмы до критического сечения сопла и после критического сечения вводят в поток частицы и ускоряют гетерогенный поток газа в сверхзвуковой части сопла Лаваля Сущность заявляемого способа поясняется чертежом (фиг.1), где 1 - непрерывный источник плазмы, 2 - плазменный поток, 3 - сопло Лаваля, 4 - устройство ввода порошка, 5 - поток частиц.
С помощью внешнего непрерывного источника 1 плазменного потока 2 с температурой ~15-20·103К в дозвуковую секцию сопла Лаваля 3 вводят поток плазмы с высоким энергосодержанием. Поток ускоряется до скорости звука при одновременной рекомбинации плазмы. В критическом сечении имеем слабоионизованный газ с температурой Тк и скоростью, связанными соотношением Vк=а=(к·R·Тк)1/2. Для азота, например, температура Тк может находиться в диапазоне 3-8·103К. Как известно, подогрев газа в сверзвуковой части сопла приводит к торможению газа и поэтому необходимо рекомбинацию завершить в дозвуковой части сопла. Известно устройство для получения высокоэнергетического потока частиц [3], которое содержит сопло Лаваля, спиральный нагреватель газа, систему подачи газа высокого давления, систему ввода частиц. Недостаток данного устройства состоит в низкой скорости частиц, низкой температуре газа, больших расходах энергии на подогрев газа и больших расходах газа. Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство [4], которое содержит дуговой источник плазмы атмосферного давления, сопло Лаваля, систему ввода порошка. Недостаток данного устройства состоит в низкой скорости частиц ввиду низкого КПД преобразования энергии плазмы в кинетическую энергию потока газа.
Для получения потоков микрочастиц с высокими скоростями вплоть до 2-3 км/с предлагается устройство, содержащее дуговой источник плазмы, сопло Лаваля, систему ввода порошка.
Новым, по мнению автора, является то, что устройство дополнительно содержит камеру высокого давления, матрицу из N непрерывных микроплазмотронов и систему подачи газа высокого давления, длина дозвуковой части сопла Лаваля выбирается из условия полной рекомбинации плазмы до критического сечения, а система ввода частиц обеспечивает ввод частиц после критического сечения по всему периметру сопла в сечении сопла с заданными параметрами - температурой и скоростью газа.
Сущность изобретения поясняется на фиг.1.
Устройство содержит камеру высокого давления 6, соединенную с соплом Лаваля 3, в которой размещается неперывный источник плазмы 1 - матрица из N непрерывных микроплазмотронов, размещенных на поверхности сферического сегмента 7 - общей анодной плиты системы микроплазмотронов, систему подачи газа высокого давления 8 и систему ввода в газовый поток частиц 4.
Устройство работает следующим образом. В условиях атмосферного давления производится запуск микроплазмотронов путем подачи поджигающего импульса на катоды 9 микроплазматронов. С помощью системы подачи газа 8 осуществляется ввод газа в камеру высокого давления 6 и повышение давления до 30-40 атм. На вход в дозвуковую часть сопла Лаваля подается поток плазмы 2 большого сечения с температурой 15-20·103К и давлением 30-40 атм. Этот поток ускоряется в дозвуковой части сопла до скорости звука за счет внутренней энергии плазмы, в том числе теплоты реакции рекомбинации. Длина дозвуковой части определяется из условия практически полной рекомбинации плазмы и ее перехода в слабоионизованный газ. В сверхзвуковой части сопла с помощью системы ввода частиц 4 по всему периметру сопла вводят микрочастицы в сечении сопла с определенными параметрами для обеспечения заданного уровня нагрева и скорости частиц на выходе сопла Лаваля.
Ввод частиц порошка осуществляют в определенном сечении сверхзвуковой части сопла с целью не допустить перегрева частиц и равномерно по всему периметру сечения для получения равномерного распределения плотности потока частиц по сечению.
Как показывают расчеты, с помощью заявляемого устройства возможно ускорение частиц диаметром 10-20 мкм из тугоплавких металлов и металлокерамики до 2-3 км/с при одновременном их разогреве до температуры плавления и в то же время, при необходимости, путем выбора сечения ввода работать в режиме, близком к Cold Spraying [1] без сильного нагрева частиц и поверхности напыления.
Список литературы
1. A. Papyrin, V. Kosarev, S. Klinkov, A. Alkhimov and V. Fomin.// Cold Spray Technology. Elsevier, 2006, p.320.
2. A. Schwenk, H. Gruner, S. Zimmermann, K. Landes, G. Nutsch. Improved Nozzle Design of de-Laval-type Nozzles for the Atmospheric Plasma Spraying. // Proceedings of the International Thermal Spray Conference, Basil R. Marple and C. Moreau, Orlando,2003, S. 573-579.
3. Rand C.P.. WO/2007/091102. 16.08.2007.
4. Beason, Jr.; George P., McKechme; Timothy N.; Christopher A..US 5,573,682. November 12, 1996.
Claims (2)
1. Способ получения высокоэнергетических потоков частиц, состоящий в ускорении гетерогенного потока в сопле Лаваля, отличающийся тем, что в дозвуковую часть сопла Лаваля вводят поток плазмы, обеспечивают ее ускорение до скорости звука и полную рекомбинацию плазмы до критического сечения сопла, а после критического сечения вводят в поток частицы и ускоряют гетерогенный поток газа в сверхзвуковой части сопла Лаваля.
2. Устройство для получения высокоэнергетических потоков частиц, содержащее непрерывный источник плазмы, сопло Лаваля и систему ввода частиц, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит камеру высокого давления, матрицу из N непрерывных микроплазмотронов и систему подачи газа высокого давления, длина дозвуковой части сопла Лаваля выбирается из условия полной рекомбинации плазмы до критического сечения, а система ввода частиц обеспечивает ввод частиц после критического сечения по всему периметру сопла в сечении сопла с заданными параметрами - температурой и скоростью газа с целью получить оптимальные параметры потока частиц.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011148057/07A RU2539559C2 (ru) | 2011-11-28 | 2011-11-28 | Способ получения высокоэнергетических потоков частиц и устройство для его осуществления |
| PCT/IB2012/002587 WO2013080031A1 (ru) | 2011-11-28 | 2012-11-29 | Способ получения высокоэнергетических потоков частиц и устройство для его осуществления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011148057/07A RU2539559C2 (ru) | 2011-11-28 | 2011-11-28 | Способ получения высокоэнергетических потоков частиц и устройство для его осуществления |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011148057A RU2011148057A (ru) | 2013-06-10 |
| RU2539559C2 true RU2539559C2 (ru) | 2015-01-20 |
Family
ID=48534749
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011148057/07A RU2539559C2 (ru) | 2011-11-28 | 2011-11-28 | Способ получения высокоэнергетических потоков частиц и устройство для его осуществления |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2539559C2 (ru) |
| WO (1) | WO2013080031A1 (ru) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2546974C1 (ru) * | 2013-11-05 | 2015-04-10 | Государственный научный центр Российской Федерации-федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" | Плазматрон для нанесения покрытий в динамическом вакууме |
| CN104936370B (zh) * | 2015-06-16 | 2017-07-11 | 上海交通大学 | 大气压低温等离子体射流阵列可调装置 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5573682A (en) * | 1995-04-20 | 1996-11-12 | Plasma Processes | Plasma spray nozzle with low overspray and collimated flow |
| RU2237746C1 (ru) * | 2003-01-14 | 2004-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Обнинский центр порошкового напыления" | Способ газодинамического нанесения покрытий и устройство для его осуществления |
| US7491907B2 (en) * | 2002-01-08 | 2009-02-17 | Flame Spray Industries, Inc. | Plasma spray apparatus for applying a coating utilizing particle kinetics |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1991019016A1 (en) * | 1990-05-19 | 1991-12-12 | Institut Teoreticheskoi I Prikladnoi Mekhaniki Sibirskogo Otdelenia Akademii Nauk Sssr | Method and device for coating |
| DE10222660A1 (de) * | 2002-05-22 | 2003-12-04 | Linde Ag | Verfahren und Vorrichtung zum Hochgeschwindigkeits-Flammspritzen |
| US8052074B2 (en) * | 2009-08-27 | 2011-11-08 | General Electric Company | Apparatus and process for depositing coatings |
-
2011
- 2011-11-28 RU RU2011148057/07A patent/RU2539559C2/ru not_active IP Right Cessation
-
2012
- 2012-11-29 WO PCT/IB2012/002587 patent/WO2013080031A1/ru active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5573682A (en) * | 1995-04-20 | 1996-11-12 | Plasma Processes | Plasma spray nozzle with low overspray and collimated flow |
| US7491907B2 (en) * | 2002-01-08 | 2009-02-17 | Flame Spray Industries, Inc. | Plasma spray apparatus for applying a coating utilizing particle kinetics |
| RU2237746C1 (ru) * | 2003-01-14 | 2004-10-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Обнинский центр порошкового напыления" | Способ газодинамического нанесения покрытий и устройство для его осуществления |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2013080031A1 (ru) | 2013-06-06 |
| RU2011148057A (ru) | 2013-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101653047B (zh) | 等离子体喷涂装置和方法 | |
| US7928338B2 (en) | Plasma spraying device and method | |
| Wu et al. | The effect of nitrogen diffusion from surrounding air on plasma bullet behavior | |
| KR830002903A (ko) | 플라즈마 분사방법 및 장치 | |
| US20050120957A1 (en) | Plasma spray method and apparatus for applying a coating utilizing particle kinetics | |
| CA2482287A1 (en) | An apparatus and process for solid-state deposition and consolidation of high velocity powder particles using thermal plastic deformation | |
| EP3105363B1 (en) | Plasma-kinetic spray apparatus&method | |
| JPS6219273A (ja) | フレ−ム溶射装置 | |
| EA200702536A1 (ru) | Устройство для газодинамического нанесения покрытий и способ нанесения покрытий | |
| GB2439934A (en) | Laser-assisted spray system and nozzle | |
| Sarron et al. | Splitting and mixing of high-velocity ionization-wave-sustained atmospheric-pressure plasmas generated with a plasma gun | |
| US9834844B2 (en) | Nozzle for a thermal spray gun and method of thermal spraying | |
| RU2539559C2 (ru) | Способ получения высокоэнергетических потоков частиц и устройство для его осуществления | |
| CA2640854C (en) | Apparatus and method of improving mixing of axial injection in thermal spray guns | |
| US20130157040A1 (en) | System and method for utilization of shrouded plasma spray or shrouded liquid suspension injection in suspension plasma spray processes | |
| KR20140106655A (ko) | 현탁액 플라즈마 용사 공정을 위한 반응성 기체 보호대 또는 화염 피복 | |
| RU2006140563A (ru) | Способ напыления плазменного покрытия (варианты) | |
| RU2546974C1 (ru) | Плазматрон для нанесения покрытий в динамическом вакууме | |
| RU2037336C1 (ru) | Установка для сверхзвукового газопламенного напыления покрытий | |
| Gabor | ANALYSIS OF POWDER-GAS FLOW IN NOZZLES OF SPRAY-BASED ADDITIVE MANUFACTURING TECHNOLOGIES | |
| Dolatabadi et al. | Modelling and Design of an Attachment to the HVOF Gun | |
| Goenka et al. | Supersonic exhaust nozzle having reduced noise levels for CO2 cleaning system | |
| Winfrey et al. | A computational study of a segmented electrothermal plasma source | |
| Kincaid et al. | High Velocity Pulsed Wire-Arc Spray | |
| Wald et al. | An electrothermal chemical technology for thermal spray coatings |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150209 |