RU2641767C1

RU2641767C1 - Device for gas-thermal detonation spraying of coating layer with pulse dosing of powder feed

Info

Publication number: RU2641767C1
Application number: RU2017114848A
Authority: RU
Inventors: Игорь Евгеньевич Ладан; Евгений Пантелеймонович Ладан; Сергей Викторович Ларин; Валерий Петрович Калиниченко; Али Алхазурович Зармаев; Абдулмалик Абдулхамидович Батукаев; Виктор Васильевич Илларионов; Евгений Дмитриевич Генев; Ваха Умарович Юсупов
Priority date: 2017-04-26
Filing date: 2017-04-26
Publication date: 2018-01-22

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: device for gas-thermal detonation spraying of coating layer with a pulse dosing powder feed contains a body 1, which has a capacity for powder 2 with the powder 3, a distributing disc 4 mounted on the axis 7 with dosing feed cylindrical cavities 5 formed on the peripheral part of the disc 4, a valve 10 with a rod 11, which is connected to a shut-off device 12, a channel 13, connected with a trunk 14, a control unit 15. The disc 4 in the area of the dosing feed cylindrical cavities 5 on each side is provided with a concentric protrusion. The edges of the protrusion are arranged symmetrically with respect to the dosing feed cylindrical cavities 5. The disc 4 is provided with bypass holes 6 arranged around the circumference inside the concentric protrusion of the disc 4. In the body, a curvilinear channel 8 is provided below the disc, the inlet hole of which is located opposite the bypass holes 6, and the outlet hole is located on the same axis with the dosing feed cylindrical cavity 5 and the channel 9, connected with channel 13.

EFFECT: providing the possibility to simplify the dosage and increase its accuracy, compactly distribute the powder in the head of the gas detonating object and reduce its unproductive expenditure, improve the quality of the applied coating, and increase the reliability of the device.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и предназначено для импульсного дозирования подачи порошка при газотермическом детонационном напылении слоя покрытия на физический объект.The invention relates to the field of engineering and is intended for pulsed dosing of a powder supply during gas-thermal detonation spraying of a coating layer on a physical object.

Известные технические решения:Known technical solutions:

Сэндерс Стюарт Э. (US), Хейнес Джеффри Д. (US). Устройство и сопло для холодного напыления порошкового материала. RU 2261763 С1 МПК В05В 7/14(2000.01). Патентообладатель(и): Юнайтид Текнолоджиз Копэрейшн (US). Заявка №2004104441/12, 17.02.2004. Опубликовано: 10.10.2005. Бюл. №28. С. 9:4 ил.Sanders Stuart E. (US), Haynes Jeffrey D. (US). Device and nozzle for cold spraying of powder material. RU 2261763 C1 IPC V05V 7/14 (2000.01). Patentee (s): United Technologies Technologies Corporation (US). Application No. 2004104441/12, 02.17.2004. Published: October 10, 2005. Bull. No. 28. S. 9: 4 ill.

Устройство содержит катушечный дисковый шестеренчатый объемный дозатор непрерывного действия, выполненный с дозирующими угублениями на наружной цилиндрической поверхности диска. Порошок поступает в углубления цилиндрической поверхности диска, в процессе равномерного вращения диска с заданной скоростью перемещается в зону переноса. В зоне переноса порошок из углублений захватывается равномерным потоком воздуха и подается к исполнительному устройству.SUBSTANCE: device contains a coil disk gear volumetric volumetric batcher of continuous operation, made with metering sipes on the outer cylindrical surface of the disk. The powder enters the recesses of the cylindrical surface of the disk, in the process of uniform rotation of the disk with a given speed moves into the transfer zone. In the transfer zone, the powder from the recesses is captured by a uniform stream of air and fed to the actuator.

Hans G. Platsch Patent US 8403188 В2. Dosing device for powder. Application number US 12/047,900. Publication date Mar 26, 2013. Original Assignee Platsch Gmbh & Co. Kg. Also published as DE 102007014917 A1, US 20080236702.Hans G. Platsch Patent US 8403188 B2. Dosing device for powder. Application number US 12 / 047,900. Publication date Mar 26, 2013. Original Assignee Platsch Gmbh & Co. Kg. Also published as DE 102007014917 A1, US 20080236702.

Устройство содержит горизонтальный дисковый с дозирующими полостями объемный дозатор непрерывного действия. Порошок в процессе равномерного вращения диска с заданной скоростью поступает сверху в сквозные дозирующие отверстия, выполненные в диске по окружности, и перемещается в процессе вращения диска в зону разгрузки. В зоне разгрузки доступ порошка в отверстие сверху исключен конструкцией. Одновременно конструкцией предусмотрен свободный сброс порошка из дозирующего отверстия в полость под диском, откуда порошок подается к исполнительному устройству.The device contains a horizontal disk with dosing cavities volumetric continuous dispenser. The powder in the process of uniform rotation of the disk with a given speed enters from above into the through metering holes made in the disk around the circumference, and moves during the rotation of the disk into the discharge zone. In the discharge zone, the access of the powder to the opening from above is excluded by the structure. At the same time, the design provides for the free discharge of powder from the metering hole into the cavity under the disk, from where the powder is supplied to the actuator.

Недостатки известных технических решений:The disadvantages of the known technical solutions:

нет возможности применить импульсный режим дозирования подачи порошка, который необходим при газотермическом детонационном напылении слоя покрытия на обрабатываемую деталь;it is not possible to apply a pulsed dosing regimen of the powder supply, which is necessary for gas-thermal detonation spraying of the coating layer on the workpiece;

непрерывность потока порошка, переносимого равномерным потоком воздуха, при газотермическом детонационном напылении слоя покрытия на обрабатываемую деталь обусловливает непроизводительный расход порошка, поскольку значительная часть равномерного потока порошка не попадает в передней зоне объемного газового детонирующего объекта при циклическом воспламенении горючей смеси и проходит сквозь ствол транзитом.the continuity of the powder flow carried by a uniform air flow during gas-thermal detonation spraying of the coating layer on the workpiece causes an unproductive powder consumption, since a significant part of the uniform powder flow does not enter the front zone of the volumetric gas detonating object during cyclic ignition of the combustible mixture and passes through the barrel in transit.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание условий, при которых обеспечивается выполнение импульсного режима подачи порошка для осуществления технологического процесса газотермического детонационного нанесения слоя вещества.The technical problem to which the invention is directed is to create the conditions under which the pulse mode of the powder supply is ensured for the implementation of the process of gas-thermal detonation deposition of a layer of substance.

Техническим результатом, получаемым при практическом использовании изобретения, является создание возможности уменьшить расход порошка и воздуха на выполнение технологического процесса наращивания толщины слоя, наносимого на обрабатываемую деталь путем импульсного газотермического детонационного нанесения слоя вещества, повышение качества наносимого покрытия.The technical result obtained by the practical use of the invention is to create the ability to reduce the consumption of powder and air to perform the technological process of increasing the thickness of the layer applied to the workpiece by pulsed gas-thermal detonation deposition of a layer of the substance, improving the quality of the applied coating.

Для решения поставленной технической задачи предлагаемое устройство для газотермического детонационного напыления слоя покрытия с импульсным дозированием подачи порошка содержит корпус 1, в котором установлены емкость для порошка 2 с порошком 3. Распределительный диск 4 установлен в корпусе 1 на оси 7 и выполнен с расположенными по периферийной части диска 4 дозирующими подающими цилиндрическими полостями 5. В корпусе 1 установлены также клапан 10 со штоком 11, соединенным с запорным устройством 12, канал 13, ствол 14, блок управления 15. Диск 4 в зоне дозирующих подающих отверстий 5 с каждой стороны снабжен концентрическим выступом, причем края выступа расположены симметрично относительно полостей 5. Диск 4 снабжен перепускными отверстиями 6, расположенными по окружности внутри концентрического выступа диска 4, в корпусе 1 под диском 4 выполнен криволинейный канал 8, входное отверстие которого расположено напротив перепускных отверстий 6, а выходное отверстие расположено на одной оси с дозирующими подающими цилиндрическими полостями 5 и каналом 9, который соединен с каналом 13.To solve the technical problem, the proposed device for gas-thermal detonation spraying of the coating layer with pulsed dosing of the powder supply comprises a housing 1 in which a container for powder 2 with powder 3 is installed. A distribution disk 4 is installed in the housing 1 on axis 7 and is arranged with peripheral parts a disk 4 with metering feed cylindrical cavities 5. A valve 10 with a rod 11 connected to a locking device 12, a channel 13, a barrel 14, a control unit 15 is also installed in the housing 1. Disk 4 On the other hand, the metering feed holes 5 are provided with a concentric protrusion on each side, and the edges of the protrusion are symmetrically relative to the cavities 5. The disk 4 is equipped with bypass holes 6 located circumferentially inside the concentric protrusion of the disk 4, a curved channel 8 is made under the disk 4 in the case 1, the inlet which is located opposite the bypass holes 6, and the outlet is located on the same axis with the metering feed cylindrical cavities 5 and the channel 9, which is connected to the channel 13.

Изобретение поясняется прилагаемыми схемами, где на фиг. 1 показано предлагаемое устройство в исходном положении; на фиг. 2 предлагаемое устройство в положении начала импульса подающего воздуха; на фиг. 3 предлагаемое устройство в положении протекания импульса подающего порошок сжатого воздуха, на фиг. 4 представлен дозирующий диск, вид сверху. Устройство содержит корпус 1. В корпусе 1 установлены емкость для порошка 2 с порошком 3, распределительный диск 4 с расположенными по периферийной части диска 4 дозирующими подающими цилиндрическими полостями 5. В зоне полостей 5 диск 4 с каждой стороны выполнен с концентрическим выступом, края которого расположены симметрично относительно полостей 5 для обеспечения механического контакта между выходным отверстием емкости для порошка 2 и полостями 5, и между полостями 5 и корпусом 1. Диск 4 снабжен расположенными по окружности внутри концентрического выступа диска 4 перепускными отверстиями 6 (фиг. 1-4). Диск 4 выполнен на оси 7. В корпусе 1 выполнены каналы 8, 9. Клапан 10 снабжен исполнительным штоком 11, соединенным с запорным устройством 12. Запорное устройство 12 перекрывает канал 13, который соединяет устройство со стволом 14. Входное отверстие криволинейного канала 8 расположено напротив окружности на диске 4, по которой выполнены перепускные отверстия 6, а выходное отверстие расположено на одной оси с полостью 5 и каналом 9, который соединяет полость 5 и канал 13. Канал 13 выполнен в каморе ствола 14 со стороны дульной части относительно каналов для подачи газовой смеси. Управление устройством осуществляют через блок управления 15.The invention is illustrated by the accompanying schemes, where in FIG. 1 shows the proposed device in its original position; in FIG. 2, the proposed device in the position of the beginning of the pulse of the supply air; in FIG. 3, the device according to the invention is in the flowing position of the pulse of the compressed air supplying the powder; FIG. 4 shows a metering disk, top view. The device comprises a housing 1. In the housing 1, a container for powder 2 with powder 3, a distribution disk 4 with dispensing feed cylindrical cavities 5 located on the peripheral part of the disk 4 are installed. In the area of the cavities 5, the disk 4 is made on each side with a concentric protrusion, the edges of which are located symmetrically with respect to the cavities 5 to ensure mechanical contact between the outlet of the powder container 2 and the cavities 5, and between the cavities 5 and the housing 1. The disk 4 is provided with a concentrically arranged circumferentially Cesky drive projection 4 bypass openings 6 (FIG. 1-4). The disk 4 is made on the axis 7. In the housing 1, channels 8, 9 are made. The valve 10 is equipped with an actuating rod 11 connected to the locking device 12. The locking device 12 blocks the channel 13, which connects the device to the barrel 14. The inlet of the curved channel 8 is opposite a circle on the disk 4 along which the bypass holes 6 are made, and the outlet is located on the same axis with the cavity 5 and the channel 9, which connects the cavity 5 and channel 13. The channel 13 is made in the barrel chamber 14 from the muzzle part relative to the channels for supply of a gas mixture. The device is controlled through the control unit 15.

16 - просыпание порошка из 4 дозирующей подающей цилиндрической полости 5 в канал 8 перед началом импульса подающего воздуха.16 - spilling of powder from 4 dosing feed cylindrical cavity 5 into the channel 8 before the start of the supply air pulse.

17 - поток воздуха с порошком после срабатывания клапана 10 сквозь перепускное отверстие 6, канал 8, дозирующая подающая цилиндрическая полость 5, канал 9 в канал 13 и ствол 14 после перемещения исполнительного штока 11 с запорным устройством 12 влево по фиг. 1-3.17 - air flow with powder after valve 10 is actuated through the bypass hole 6, channel 8, the metering feed cylindrical cavity 5, channel 9 into channel 13 and barrel 14 after moving the actuator rod 11 with the locking device 12 to the left of FIG. 1-3.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Кран подачи сжатого воздуха к устройству перекрыт (на фиг. 1-4 не показан), давление воздуха внутри устройства соответствует атмосферному давлению. В емкость для порошка 2 засыпают порошок 3, герметично закрывают крышку корпуса 1 и открывают кран подачи сжатого воздуха к устройству.The tap for supplying compressed air to the device is closed (not shown in Fig. 1-4), the air pressure inside the device corresponds to atmospheric pressure. Powder 3 is poured into the powder container 2, the housing lid 1 is hermetically closed, and the compressed air supply valve to the device is opened.

Все приведенные на фиг. 1-4 элементы устройства, за исключением канала 13 и ствола 14, расположены внутри герметичного корпуса 1, поэтому оказываются под равным давлением, нет градиента давления в аэродинамическом тракте «перепускное отверстие 6, пространство между диском 4 и корпусом 1, канал 8, правое по фиг. 1-3, полость 5 диска 4, канал 9, запорное устройство 12 в канале 13», соответственно, поток 17 отсутствует.All shown in FIG. 1-4 elements of the device, with the exception of channel 13 and barrel 14, are located inside the sealed housing 1, therefore they are under equal pressure, there is no pressure gradient in the aerodynamic path “bypass hole 6, the space between the disk 4 and the housing 1, channel 8, right FIG. 1-3, the cavity 5 of the disk 4, channel 9, the locking device 12 in the channel 13 ", respectively, the stream 17 is absent.

В исходном положении очередная расположенная слева по фиг. 1-3 полость 5 находится под выходным отверстием емкости для порошка 2, которое выполнено в виде дугообразной прорези, охватывающей несколько полостей 5. Порошок 3 под действием силы тяжести и вибрации в процессе работы устройства наполняет дозирующая подающая полость 5.In the initial position, the next one to the left of FIG. 1-3 cavity 5 is located under the outlet of the powder container 2, which is made in the form of an arcuate slot covering several cavities 5. Powder 3 under the influence of gravity and vibration during operation of the device fills the dispensing supply cavity 5.

Одновременно очередная расположенная справа по фиг. 1-3 полость 5 находится над правым по фиг. 1-3 отверстием канала 8. Порошок из полости 5 просыпается вниз, и часть дозы порошка занимает в канале 8 позицию 16 по фиг. 2.At the same time, the next one to the right of FIG. 1-3, cavity 5 is above the right in FIG. 1-3 by the opening of the channel 8. The powder from the cavity 5 wakes up, and part of the dose of the powder takes in the channel 8 position 16 in FIG. 2.

Из блока управления 15 поступает управляющий импульс открытия клапана 10, шток клапана 11 перемещается влево по фиг. 2, соединенное со штоком 11 запорное устройство 12 открывает отверстие в канал 13, из корпуса устройства 1 под давлением проходит в виде потока 17 по фиг. 3 сквозь перепускное отверстие 6, пространство между диском 4 и корпусом 1, канал 8, и захватывает дозу порошка. Воздух с дозой порошка поступает в правую по фиг. 1-3 полость 5 диска 4 снизу, затем в канал 9, откуда в канал 13. Из канала 13 доза порошка компактно распределяется воздухом в стволе 14. Одновременно с переключением очередного расположенного справа по фиг. 1-3 дозирующей подающей цилиндрической полости 5 в позицию над верхним отверстием канала 8, в ствол устройства газотермического детонационного напыления слоя покрытия подают газы для формирования горючей смеси. Момент завершения формирования горючей смеси задан совпадающим с моментом подачи в ствол 14 порошка 3, после чего из блока управления 15 поступает управляющий импульс закрытия клапана 10, и управляющий импульс воспламенения горючей смеси. Горючая смесь детонирует. Компактно распределенная в стволе 14 в передней зоне газового детонирующего объекта доза порошка 3 полностью воспринимает энергию детонации, разогревается, и на большой скорости вместе с продуктами сгорания компактно подается на обрабатываемую деталь, на которой формирует слой напыления.From the control unit 15, a control pulse for opening the valve 10 is received, the valve stem 11 moves to the left in FIG. 2, the locking device 12 connected to the rod 11 opens a hole in the channel 13, from the body of the device 1 under pressure passes in the form of a stream 17 of FIG. 3 through the bypass hole 6, the space between the disk 4 and the housing 1, channel 8, and captures a dose of powder. Air with a dose of powder enters the right in FIG. 1-3, the cavity 5 of the disk 4 is from the bottom, then to the channel 9, from where to the channel 13. From the channel 13, the dose of powder is compactly distributed by air in the barrel 14. Simultaneously with switching the next one to the right of FIG. 1-3, a metering feed cylindrical cavity 5 in a position above the upper hole of the channel 8, gases are supplied to the barrel of the gas-thermal detonation spraying of the coating layer to form a combustible mixture. The moment of completion of the formation of the combustible mixture is set to coincide with the moment of feeding powder 3 into the barrel 14, after which a control pulse for closing the valve 10 and a control pulse for igniting the combustible mixture are supplied from the control unit 15. Combustible mixture detonates. The dose of powder 3 compactly distributed in the barrel 14 in the front zone of the gas detonating object fully accepts the detonation energy, heats up, and at high speed, along with the combustion products, is compactly fed to the workpiece on which it forms a spray layer.

Описанный выше импульс газотермического детонационного напыления слоя покрытия периодически повторяется, частота выстрелов устройства газотермического детонационного напыления слоя покрытия составляет 8-15 сек^-1.The above-described pulse of thermal spray detonation spraying of the coating layer is periodically repeated, the frequency of shots of the thermal spray detonation spraying of the coating layer is 8-15 sec ^-1 .

После закрытия клапана 10 во время выстрела привод предлагаемого устройства по сигналу от блока управления 15 импульсом проворачивает диск 4 вокруг оси 7 так, что позицию по фиг. 1-3 занимает следующая пара полостей 5. Левая по фиг. 1-3 емкость 5 наполняется порошком под действием гравитации и вибрации постепенно, поскольку выходное отверстие емкости для порошка 2 выполнено в виде дугообразной прорези, охватывающей несколько полостей 5. Время выполнения операции наполнения каждой полости 5 составляет порядка 0,5-0,6 сек. Это время определяется частотой выстрелов и числом полостей 5, располагающихся в один момент под выходным отверстием емкости для порошка 2. Указанное время достаточно для надежного наполнения каждой отдельной полости 5 порошком 3.After closing the valve 10 during the shot, the drive of the device according to the signal from the control unit 15 pulses the disk 4 around the axis 7 so that the position of FIG. 1-3 occupies the next pair of cavities 5. The left one in FIG. 1-3, the container 5 is filled with powder under the influence of gravity and vibration gradually, since the outlet of the container for powder 2 is made in the form of an arcuate slot covering several cavities 5. The filling operation time for each cavity 5 is about 0.5-0.6 sec. This time is determined by the frequency of the shots and the number of cavities 5 located at one moment under the outlet of the powder container 2. This time is sufficient to reliably fill each individual cavity 5 with powder 3.

Просыпание порошка 3 из правой по фиг. 2 полости 5 в канал 8 незначительное, поскольку порошок перемещается в течение короткого времени - от момента завершения очередного импульса вращения диска 4 вокруг оси 7 до момента открытия клапана 10. Это время составляет около 0,01-0,02 сек. Обеспечивается компактность дозы, качество и надежность подачи порошка 3 в ствол 14.Waking powder 3 from the right in FIG. 2 of the cavity 5 into the channel 8 is insignificant, since the powder moves for a short time - from the moment the next pulse of rotation of the disk 4 around the axis 7 is completed until the valve 10 opens. This time is about 0.01-0.02 sec. EFFECT: compact dose, quality and reliability of powder supply 3 to barrel 14.

По исчерпании порошка 3 в емкости для порошка 2 перекрывают кран подачи сжатого воздуха, сбрасывают давление в устройстве с помощью соответствующего клапана в крышке устройства, загружают новую порцию порошка и продолжают выполнять технологический процесс, как описано выше.After the powder 3 has been exhausted, the compressed air supply valve is closed in the powder container 2, the pressure in the device is relieved using the corresponding valve in the device cover, a new portion of the powder is loaded, and the process continues as described above.

Использование новых элементов: дозирующая подающая цилиндрическая полость 5, концентрический выступ с каждой стороны диска 4 в зоне дозирующих подающих цилиндрических полостей 5, перепускное отверстие 6, пространство между диском 4 и корпусом 1, каналы 8, 9, позволяет упростить дозирование за счет использования дозирующих подающих цилиндрических полостей 5 одновременно для дозирования и подачи порошка, повысить точность дозирования, повысить срок службы и надежность устройства за счет уменьшения количества деталей, применения концентрического выступа с каждой стороны диска 4 в зоне дозирующих подающих цилиндрических полостей 5, причем края выступа расположены симметрично относительно дозирующих подающих цилиндрических полостей 5, повысить качество наносимого покрытия за счет лучшего с точки зрения переноса материала к обрабатываемой детали, компактного распределения порошка в передней зоне газового детонирующего объекта. Последнее достигается ввиду меньшего объема воздуха для транспортирования дискретного объема порошка в ствол газотермического детонационного устройства на выполнение очередного выстрела и, соответственно, меньшей степени рассредоточения порошка по стволу и меньшего разбавления горючей смеси транспортирующим порошок воздухом.The use of new elements: a dosing feeding cylindrical cavity 5, a concentric protrusion on each side of the disk 4 in the area of the dosing feeding cylindrical cavities 5, a bypass hole 6, the space between the disk 4 and the housing 1, channels 8, 9, allows to simplify dosing due to the use of dosing feeding cylindrical cavities 5 at the same time for dispensing and feeding powder, to increase the accuracy of dispensing, to increase the service life and reliability of the device by reducing the number of parts, using concentric protrusion on each side of the disk 4 in the area of the metering feed cylindrical cavities 5, and the edges of the protrusion are symmetrically relative to the metering feed cylindrical cavities 5, to improve the quality of the applied coating due to the better compact distribution of powder in the front zone of the gas from the point of view of transferring material to the workpiece detonating object. The latter is achieved due to the smaller volume of air for transporting a discrete volume of powder into the barrel of a gas-thermal detonation device to perform another shot and, accordingly, a lower degree of dispersal of the powder along the barrel and less dilution of the combustible mixture with the powder transporting air.

Claims

A device for gas-thermal detonation spraying of a coating layer with pulsed dosing of a powder supply, comprising a housing 1, in which a powder container 2 with powder 3 is installed, a distribution disk 4 mounted on an axis 7 with metering cylindrical cavities 5 made on the peripheral part of the disk 4, a valve 10 with a rod 11, which is connected to a locking device 12, a channel 13 connected to the barrel 14, a control unit 15, characterized in that the disk 4 in the area of the metering supply cylindrical cavities 5 with each the orons are provided with a concentric protrusion, the edges of the protrusion being symmetrically with respect to the metering feed cylindrical cavities 5, the disk 4 is provided with bypass holes 6 located circumferentially inside the concentric protrusion of the disk 4, in the housing 1 under the disk 4 a curved channel 8 is made, the inlet of which is opposite the bypass holes 6, and the outlet is located on the same axis with the metering feed cylindrical cavity 5 and the channel 9 connected to the channel 13.