RU2806459C1 - Device for thermal abrasive treatment of surfaces of products and materials - Google Patents

Device for thermal abrasive treatment of surfaces of products and materials Download PDF

Info

Publication number
RU2806459C1
RU2806459C1 RU2023114506A RU2023114506A RU2806459C1 RU 2806459 C1 RU2806459 C1 RU 2806459C1 RU 2023114506 A RU2023114506 A RU 2023114506A RU 2023114506 A RU2023114506 A RU 2023114506A RU 2806459 C1 RU2806459 C1 RU 2806459C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
powder
container
combustion chamber
nozzle
channel
Prior art date
Application number
RU2023114506A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Федорович Обликин
Артур Гарникович Казарян
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ТПК МАКСИЛОТ"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ТПК МАКСИЛОТ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ТПК МАКСИЛОТ"
Application granted granted Critical
Publication of RU2806459C1 publication Critical patent/RU2806459C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: heat treatment.
SUBSTANCE: device for thermal abrasive treatment of surfaces of products and materials. The device contains a burner having a pipe-shaped body, inside of which a combustion chamber is formed on the rear side of the body with liquid fuel and air supplied into it through separate channels, inside which an igniter of the fuel mixture is located and at the outlet of which there is a nozzle with a narrowing of the passage channel at the inlet and expansion of this channel at the output. The channel of this nozzle communicates with the cavity of the receiving chamber, made in the form of an ejector for suction of powder or liquid material supplied through a separate channel and thrown towards the processing surface. At the exit from the ejector, a particle accelerator of the specified material, which is made in the form of a Laval nozzle, is installed coaxially with it. The combustion chamber is separated from the housing wall by a metal shell stretched along the combustion chamber wall to form a first annular cavity along the combustion chamber wall and a second annular cavity communicated with the first and formed between the shell and the housing wall. The igniter is made in the form of a nozzle connected to the liquid fuel supply channel and a glow plug.
EFFECT: speed of movement of material particles in the heated gas flow increases at the exit from the burner.
4 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к струйной термоабразивной обработке поверхностей изделий и материалов и касается конструкции устройства для очистки поверхностей изделий и нанесения термостойких покрытий на поверхность материала и др.The invention relates to jet thermal abrasive processing of surfaces of products and materials and concerns the design of a device for cleaning the surfaces of products and applying heat-resistant coatings to the surface of the material, etc.

Для очистки поверхностей и подготовки их под нанесение покрытий используется термоабразивный метод, который заключается в одновременном термическом и ударно-абразивном воздействии на поверхность двухкомпонентной сверхзвуковой высокотемпературной струей, состоящей из газового потока и частиц абразивного материала. Термоабразивная очистка является аналогом абразивоструйной (пескоструйной) обработки, отличие в температуре и скорости газового потока. Эта технология воздействия на очищаемую поверхность высокотемпературной сверхзвуковой струи, несущей частицы абразивного материала.To clean surfaces and prepare them for coating, the thermal abrasive method is used, which consists of simultaneous thermal and shock-abrasive effects on the surface with a two-component supersonic high-temperature jet consisting of a gas flow and particles of abrasive material. Thermal abrasive cleaning is an analogue of abrasive blasting (sandblasting), the difference is in temperature and gas flow rate. This technology exposes the surface to be cleaned to a high-temperature supersonic jet carrying particles of abrasive material.

Газовая струя образована продуктами сгорания топлива, сжигаемого в сжатом воздухе в камере сгорания горелки. Горелка обеспечивает ввод в газовый поток абразивных частиц и оборудована разгонным каналом, позволяющим разогнать их до максимально возможных скоростей. Характерные значения скорости и температуры газовой фазы потока в выходном сечении разгонного канала составляют 1250 м/с и 1400 К соответственно. При этом скорость абразивных частиц составляет 100-300 м/с в зависимости от их фракции и происхождения. Скорость частиц в 2,5-3,5 раза превосходит скорость при традиционной струйноабразивной обработке, а энергия соударения с поверхностью - соответственно в 6-10 раз. Именно высокая кинетическая энергия абразивных частиц определяет эффективность технологии термоабразивной очистки. Технология позволяет производить очистку металлических поверхностей от всех видов загрязнений и наслоений, таких как металлургическая окалина, продукты коррозии, лакокрасочные, гальванические и газотермические покрытия, известковые и иные отложения. При термоабразивном способе очистки одновременно обеспечивается обезжиривание, обеспыливание и активация поверхности, что исключает необходимость каких-либо дополнительных операций перед нанесением покрытий любого типа. После очистки с использованием термоабразивной технологии поверхность становится равномерно шероховатой, обезжиренной, подогретой до температуры 50-60°С. и химически активной. Такие свойства поверхности обеспечивают высокую степень адгезии с наносимым на нее защитным покрытием.The gas jet is formed by combustion products of fuel burned in compressed air in the combustion chamber of the burner. The burner ensures the introduction of abrasive particles into the gas flow and is equipped with an accelerating channel that allows them to be accelerated to the highest possible speeds. The characteristic values of the velocity and temperature of the gas phase of the flow in the outlet section of the accelerating channel are 1250 m/s and 1400 K, respectively. In this case, the speed of abrasive particles is 100-300 m/s, depending on their fraction and origin. The speed of particles is 2.5-3.5 times higher than the speed during traditional jet-abrasive processing, and the energy of impact with the surface is 6-10 times higher, respectively. It is the high kinetic energy of abrasive particles that determines the effectiveness of thermal abrasive cleaning technology. The technology makes it possible to clean metal surfaces from all types of contaminants and deposits, such as metallurgical scale, corrosion products, paint, galvanic and gas-thermal coatings, lime and other deposits. With the thermal abrasive cleaning method, degreasing, dust removal and activation of the surface are simultaneously ensured, which eliminates the need for any additional operations before applying coatings of any type. After cleaning using thermal abrasive technology, the surface becomes uniformly rough, degreased, and heated to a temperature of 50-60°C. and chemically active. Such surface properties provide a high degree of adhesion to the protective coating applied to it.

Известно устройство для термоабразивной очистки поверхностей изделий, содержащее отдельно стоящие емкость с окислителем, емкость с жидким топливом, емкость с абразивным порошком и горелку, содержащую тракты подвода окислителя, горючего и частиц абразива, подаваемых по шлангам из соответствующих емкостей, форкамеру, камеру сгорания, сопло и воспламенитель, и приемную камеру для частиц абразива, установленную на выходе из сопла и соосно с ним, выполненную в виде эжектора, на выходе из которого установлен соосно с ним газодинамический ускоритель частиц абразива, выполненный в виде цилиндрического патрубка, геометрические размеры которого выбраны из условий исключения образования внутри ускорителя скачков уплотнения, тормозящих газовый поток до скорости, меньшей скорости звука, и нагрева частиц абразива до перехода в аморфное состояние (RU 2201329, В24С5/04, опубл. 27.03.2003 г.).A device is known for thermal abrasive cleaning of product surfaces, containing a separate container with an oxidizer, a container with liquid fuel, a container with abrasive powder and a burner containing paths for supplying oxidizer, fuel and abrasive particles supplied through hoses from the corresponding containers, a pre-chamber, a combustion chamber, a nozzle and an igniter and a receiving chamber for abrasive particles installed at the exit from the nozzle and coaxially with it, made in the form of an ejector, at the exit of which a gas-dynamic accelerator of abrasive particles is installed coaxially with it, made in the form of a cylindrical pipe, the geometric dimensions of which are selected from the conditions eliminating the formation of shock waves inside the accelerator, which slow down the gas flow to a speed lower than the speed of sound, and heating of abrasive particles until they transform into an amorphous state (RU 2201329, B24C5/04, published on March 27, 2003).

Это решение принято в качестве прототипа.This solution was adopted as a prototype.

Окислитель и горючее поступают по трактам подвода в форкамеру и камеру сгорания, в которой после срабатывания воспламенителя и выхода горелки на рабочий режим происходит процесс сгорания компонентов топлива. Образовавшиеся продукты сгорания истекают через сверхзвуковое сопло в полость разрежения эжектора. Замыкаясь на цилиндрическую поверхность эжектора, сверхзвуковая струя ПС создает разрежение в полости эжектора, необходимое для стабильной подачи частиц абразива по тракту его подвода при условии, что в расходном баке абразива давление равно давлению окружающей среды. Таким образом, подача частиц абразива производится за счет перепада давлений в расходном баке абразива и в эжекторе, и работа горелки не связана с подачей абразива. На выходе из эжектора соосно с ним установлен газодинамический ускоритель частиц абразива в виде цилиндрического патрубка, геометрические размеры которого выполнены таким образом, чтобы на всем его протяжении имело место сверхзвуковое течение газа.The oxidizer and fuel enter through the supply paths into the pre-chamber and combustion chamber, in which, after the igniter is triggered and the burner enters operating mode, the combustion process of the fuel components occurs. The resulting combustion products flow through a supersonic nozzle into the ejector vacuum cavity. Closing onto the cylindrical surface of the ejector, the supersonic jet PS creates a vacuum in the ejector cavity, necessary for the stable supply of abrasive particles along the supply path, provided that the pressure in the abrasive supply tank is equal to the ambient pressure. Thus, the supply of abrasive particles is carried out due to the pressure difference in the abrasive supply tank and in the ejector, and the operation of the burner is not related to the supply of abrasive. At the outlet of the ejector, a gas-dynamic accelerator of abrasive particles is installed coaxially with it in the form of a cylindrical pipe, the geometric dimensions of which are made in such a way that there is a supersonic gas flow throughout its entire length.

Недостаток известного устройства заключается в применении в качестве газодинамического ускорителя частиц абразива патрубка в виде трубчатого цилиндра.The disadvantage of the known device is the use of a pipe in the form of a tubular cylinder as a gas-dynamic accelerator of abrasive particles.

Разгон абразивных частиц в таком газодинамическом ускорителе будет иметь место в том случае, если скорости газа в нем будут максимальными, а следовательно, сверхзвуковыми (U-800…1700 м/с). Получение этих параметров формируется на сопле, имеющем сужение в просвете. А что касается цилиндрического патрубка, то указано, что его геометрические размеры должны быть выбраны из условий исключения образования внутри ускорителя скачков уплотнения, тормозящих газовый поток до скорости, меньшей скорости звука, и нагрева частиц абразива до перехода в аморфное состояние.Acceleration of abrasive particles in such a gas-dynamic accelerator will take place if the gas velocities in it are maximum, and therefore supersonic (U-800...1700 m/s). These parameters are obtained on a nozzle that has a narrowing in the lumen. As for the cylindrical pipe, it is indicated that its geometric dimensions must be selected to exclude the formation of shock waves inside the accelerator, which decelerate the gas flow to a speed lower than the speed of sound, and heating of the abrasive particles until they transform into an amorphous state.

На сужающемся докритическом участке сопла движение газа происходит с дозвуковыми скоростями, в самом узком, критическом сечении сопла локальная скорость газа достигает звуковой, а на расширяющемся закритическом участке газовый поток движется со сверхзвуковыми скоростями. Перемещаясь по соплу, газ расширяется, его температура и давление падают, а скорость возрастает. Внутренняя энергия газа преобразуется в кинетическую энергию его направленного движения. При выходе из сопла в эжекторную камеру газ захватывает частицы абразива и перемещает их по каналу цилиндрической трубы. При этом падает давление в этой трубе (из-за подтормаживания при трении абразива о стенку трубы, пристенная зона турбулентного движения смесевого потока) и скорость на выходе из цилиндрической трубы снижается. Это может приводить к скачкам уплотнения, за которыми реализуется повышение температуры и давления газа и снижение скорости газа до величины, меньшей скорости звука (400-650 м/с). Наличие скачков уплотнения внутри газодинамического ускорителя абразивных частиц приводит к снижению скорости частиц на выходе из него и, как следствие, к снижению эффективности очистки поверхностей изделий.In the tapering subcritical section of the nozzle, gas movement occurs at subsonic speeds; in the narrowest, critical section of the nozzle, the local gas speed reaches sonic speed, and in the expanding supercritical section, the gas flow moves at supersonic speeds. Moving through the nozzle, the gas expands, its temperature and pressure drop, and its speed increases. The internal energy of the gas is converted into the kinetic energy of its directed motion. When leaving the nozzle into the ejector chamber, the gas captures abrasive particles and moves them along the channel of the cylindrical pipe. In this case, the pressure in this pipe drops (due to braking during friction of the abrasive against the pipe wall, the wall zone of turbulent movement of the mixed flow) and the speed at the exit from the cylindrical pipe decreases. This can lead to shock waves, followed by an increase in gas temperature and pressure and a decrease in gas velocity to a value less than the speed of sound (400-650 m/s). The presence of shock waves inside a gas-dynamic accelerator of abrasive particles leads to a decrease in the speed of particles at the exit from it and, as a consequence, to a decrease in the efficiency of cleaning product surfaces.

Кроме того, площадь обрабатываемой поверхности этим известным аппаратом зависит от длины шлангов. После очистки участка поверхности при переходе на другой участок необходимо перемещать и емкости с агентами. При этом аппарат требует достаточно большой площади для его разворачивания на рабочем месте. Такой аппарат хорошо и эффективно работает, когда обрабатываемое изделие подносят к нему или располагают рядом с ним, но становится неудобным, когда надо очистить, например, металлические конструкции моста или ограждения, при работе с которыми очистка поверхностей на участке проходит быстро, а перемещение аппарата с одного участка очищенной поверхности к участку неочищенной поверхности занимает много времени. При этом необходимо отсоединить шланги, а потом снова их подсоединить, что относится к небезопасным операциям, когда речь идет об окислителе и о жидком топливе.In addition, the surface area treated by this known apparatus depends on the length of the hoses. After cleaning a surface area, when moving to another area, it is necessary to move containers with agents. At the same time, the device requires a sufficiently large area to deploy it at the workplace. Such a device works well and effectively when the workpiece is brought to it or placed next to it, but it becomes inconvenient when it is necessary to clean, for example, metal bridge structures or fences, when working with which the surfaces on the site are cleaned quickly, and moving the device with one section of a cleaned surface to a section of an uncleaned surface takes a lot of time. This requires disconnecting the hoses and then reconnecting them, which is an unsafe operation when it comes to oxidizer and liquid fuel.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в повышении эффективности функционирования устройства за счет увеличкемя на выходе горелки скорости перемещения частиц материала в нагретом потоке газа при проведении операций по очистке поверхностей и нанесения на них металлизированных покрытий и исключения многочисленных операций по отсоединению/подсоединению шлангов подвода к горелке рабочих агентов.The present invention is aimed at achieving a technical result consisting in increasing the operating efficiency of the device by increasing the speed of movement of material particles in a heated gas flow at the burner outlet when carrying out operations for cleaning surfaces and applying metallized coatings to them and eliminating numerous operations on disconnecting/connecting supply hoses to the working agent burner.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве термоабразивной обработки поверхностей изделий и материалов, содержащем емкость с воздухом, емкость с жидким топливом, емкость с порошковым или жидкостным материалом, сообщенные с горелкой, включающей в себя трубообразной формы корпус, внутри которой на тыльной стороне корпуса сформирована камера сгорания с подводом в нее по отдельным каналам жидкого топлива и воздуха, внутри которой расположен воспламенитель топливной смеси и на выходе из которой размещено сопло с сужением проходного канала на входе и расширением этого канала на выходе, при этом канал сопла сообщен с полостью приемной камеры для жидкостного или частиц порошкового материала, выполненной в виде эжектора для всасывания подаваемых по отдельному каналу выбрасываемого в сторону поверхности обработки материала, на выходе из которого установлен соосно с ним ускоритель частиц этого материала, ускоритель частиц порошкового материала или жидкостного материала выполнен в виде сопла Лаваля, воспламенитель выполнен в виде форсунки, сообщенной с каналом подачи жидкого топлива, и свечи накаливания, камера сгорания отделена от стенки корпуса металлической обечайкой, протянутой вдоль стенки камеры сгорания для образования первой кольцевой полости вдоль стенки камеры сгорания и второй кольцевой полости, сообщенной с первой и образованной между обечайкой и стенкой корпуса для подачи воздуха под давлением 7-9 бар в полость у камеры сгорания и охлаждения рядом расположенного сопла, при этом указанные емкости размещены на перемещаемом каркасе, на котором смонтирован компрессор, сообщенный с емкостью для воздуха в виде ресивера, сообщенного с закрепленным на каркасе штуцером, емкость с жидким топливом закреплена на стенке емкости для порошкового или жидкостного материала, которая сообщена с закрепленным на каркасе другим штуцером, а каналы горелки сообщены с указанными штуцерами и емкостью с жидким топливом шлангами, которые в скрутке размещены на закрепленном на каркасе кронштейне вместе с горелкой. А выбрасываемый в сторону поверхности обработки материал может представлять собой частицы абразивного материала в виде порошка или частицы в виде порошка металлов с меньшим электрическим потенциалом по отношению к электрическому потенциалу обрабатываемой поверхности.The specified technical result is achieved by the fact that in a device for thermal abrasive processing of surfaces of products and materials, containing a container with air, a container with liquid fuel, a container with powder or liquid material, communicated with a burner, including a tube-shaped housing, inside which on the back side of the housing a combustion chamber is formed with the supply of liquid fuel and air into it through separate channels, inside which the igniter of the fuel mixture is located and at the exit of which there is a nozzle with a narrowing of the passage channel at the inlet and an expansion of this channel at the outlet, while the nozzle channel communicates with the cavity of the receiving chamber for liquid or particles of powder material, made in the form of an ejector for suction of the material ejected towards the processing surface, supplied through a separate channel, at the outlet of which an accelerator of particles of this material is installed coaxially with it, the accelerator of particles of powder material or liquid material is made in the form of a Laval nozzle, the igniter is made in the form of a nozzle connected to the liquid fuel supply channel and a glow plug, the combustion chamber is separated from the body wall by a metal shell stretched along the wall of the combustion chamber to form a first annular cavity along the wall of the combustion chamber and a second annular cavity communicated with the first and formed between the shell and the wall of the housing for supplying air under a pressure of 7-9 bar into the cavity near the combustion chamber and cooling the adjacent nozzle, while these containers are placed on a movable frame on which a compressor is mounted, communicating with the air container in the form of a receiver, communicating with a fitting fixed to the frame, a container with liquid fuel is fixed to the wall of a container for powder or liquid material, which is connected to another fitting fixed to the frame, and the burner channels are connected to the said fittings and the container with liquid fuel by hoses, which are twisted and placed on a fitting fixed to the frame bracket together with the burner. And the material thrown towards the treatment surface can be particles of abrasive material in the form of a powder or particles in the form of a powder of metals with a lower electrical potential in relation to the electrical potential of the surface being treated.

А на боковой стенке емкости с абразивным материалом или с жидким топливом может быть закреплена емкость с порошком металлов с меньшим электрическим потенциалом по отношению к электрическому потенциалу обрабатываемой поверхности.And on the side wall of a container with abrasive material or liquid fuel, a container with metal powder with a lower electrical potential in relation to the electrical potential of the surface being treated can be fixed.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.These features are essential and are interrelated to form a stable set of essential features sufficient to obtain the required technical result.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.The present invention is illustrated by a specific example of implementation, which, however, is not the only possible one, but clearly demonstrates the possibility of achieving the required technical result.

На фиг. 1 - общий вид устройства термоабразивной обработки поверхностей, первый вариант исполнения;In fig. 1 - general view of the device for thermal abrasive surface treatment, first version;

фиг. 2 - то же, что на фиг. 1, вид с лицевой стороны;fig. 2 - the same as in Fig. 1, front view;

фиг. 3 - то же, что на фиг. 1, вид с боковой стороны;fig. 3 - the same as in Fig. 1, side view;

фиг. 4 - общий вид устройства термоабразивной обработки поверхностей, второй вариант исполненияfig. 4 - general view of the device for thermal abrasive surface treatment, second version

фиг. 5 - общий вид устройства термоабразивной обработки поверхностей, третий вариант исполнения, вид с одной стороны;fig. 5 - general view of the device for thermal abrasive surface treatment, third version, view from one side;

фиг. 6 - то же, что на фиг. 5, вид с другой стороны.fig. 6 - the same as in Fig. 5, view from the other side.

фиг. 7 - продольное сечение горелки с демонстрацией конструктивных элементов.fig. 7 - longitudinal section of the burner showing structural elements.

Согласно настоящему изобретению, рассматривается конструкция устройства термоабразивной обработки поверхностей изделий и материалов: очистки и нанесения напылением металлизированных покрытий в режиме термической обработки. В качестве выбрасываемых в сторону поверхности обработки частиц материал могут рассматриваться частицы абразивного материала в виде порошка (например, кварцевый песок) или частицы в виде порошка металлов (Zn, Al) с меньшим электрическим потенциалом по отношению к электрическому потенциалу обрабатываемой металлической поверхности или жидкостной агент, содержащий присадки, который при большой температуре и скорости вступает в физическое взаимодействие с металлом, внедряясь в его кристаллическую решетку и оставляет прочно держащийся защитный слой.According to the present invention, the design of a device for thermal abrasive processing of surfaces of products and materials is considered: cleaning and spraying metallized coatings in heat treatment mode. Particles of abrasive material in the form of a powder (for example, quartz sand) or particles in the form of a metal powder (Zn, Al) with a lower electrical potential relative to the electrical potential of the metal surface being processed or a liquid agent can be considered as material particles thrown towards the processing surface. containing additives, which at high temperature and speed enters into physical interaction with the metal, penetrating into its crystal lattice and leaving a firmly adherent protective layer.

Конструктивно заявленное устройство содержит каркас 1 стержневой конструкции (фиг. 1-3 и 5, 6) (может быть закрыт кожухом, фиг. 4), устанавливаемый на опорной поверхности рабочего места на колесиках 2 (фиг. 2, 3, 4-6). В любом варианте исполнения каркас 1 становится перемещаемым либо посредством подъемника или вилочного транспортера или самостоятельно на колесиках. В этом каркасе установлена емкость с воздухом, емкость 3 с жидким топливом, емкость 4 с порошковым или жидкостным материалом, которые пневматически сообщены с горелкой 5. В днищевой части каркаса закреплены два штуцера 6 (фиг. 4), оснащенные запорной арматурой кранового типа. К одному штуцеру подведен шланг 7, сообщенный с емкостью 4 для порошкового или жидкостного материала, а к другому штуцеру подведен шланг 8 (фиг. 4), сообщенный с ресивером, подсоединенным к компрессору (ресивер с компрессором не показаны), который размещен на каркасе.Structurally, the claimed device contains a frame 1 of a rod structure (Fig. 1-3 and 5, 6) (can be covered with a casing, Fig. 4), installed on the supporting surface of the workplace on wheels 2 (Fig. 2, 3, 4-6) . In any embodiment, the frame 1 becomes movable either by means of a lift or fork conveyor or independently on wheels. This frame contains a container with air, a container 3 with liquid fuel, a container 4 with powder or liquid material, which are pneumatically connected to the burner 5. Two fittings 6 are fixed in the bottom part of the frame (Fig. 4), equipped with valve-type shut-off valves. A hose 7 is connected to one fitting, connected to a container 4 for powder or liquid material, and a hose 8 (Fig. 4) is connected to the other fitting, connected to a receiver connected to a compressor (the receiver with a compressor is not shown), which is located on the frame.

На стенке емкости 4 с порошковым или жидкостным материалом закреплена емкость 3 с жидким топливом (фиг. 3), сообщенная трубопроводом с каналом подачи топлива в горелку. А каналы горелки сообщены шлангами 7 и 8 с указанными штуцерами 6 с другого их конца и в исходном положении при нерабочем положении или перемещении каркаса размещены в скрутке вместе с горелкой на закрепленном на каркасе кронштейне. При работе горелка снимается с кронштейна, шланги выпрямляются и устройство готово к работе.On the wall of the container 4 with powder or liquid material there is fixed a container 3 with liquid fuel (Fig. 3), connected by a pipeline to the fuel supply channel to the burner. And the burner channels are connected by hoses 7 and 8 with the indicated fittings 6 at their other end and in the initial position, when the frame is not in use or moving, they are placed in a twist together with the burner on a bracket fixed to the frame. During operation, the burner is removed from the bracket, the hoses are straightened and the device is ready for use.

На каркасе или на стенке емкости смонтирован блок 9 управления включением/выключением и распределения материала.A control unit 9 for on/off control and material distribution is mounted on the frame or on the wall of the container.

На боковой стенке емкости с абразивным материалом или жидким топливом может быть закреплена дополнительная емкость 10 с порошком металлов с меньшим электрическим потенциалом по отношению к электрическому потенциалу обрабатываемой поверхности (фиг. 4-6).On the side wall of the container with abrasive material or liquid fuel, an additional container 10 with metal powder with a lower electrical potential relative to the electrical potential of the treated surface can be fixed (Fig. 4-6).

Горелка (фиг. 7) для устройства термоабразивной обработки поверхностей изделий и материалов содержит трубообразной формы корпус 11 из металла, внутри которого на тыльной стороне корпуса сформирована камера 12 сгорания с подводом в нее по отдельным каналам 13 и 14, соответственно, жидкого топлива и воздуха. Камера сгорания выполнена трубчатой формы с перфорацией в боковой стенке. В торцевой стенке камеры сгорания и одновременно в теле корпуса (внутри камеры) закреплена форсунка 15 для ввода жидкого топлива и свеча 16 накаливая, относящиеся к воспламенителю топливной смеси. Форсунка сообщена с каналом 13 подвода жидкого топлива и обеспечивает аэрозольную подачу топлива в камеру сгорания.The burner (Fig. 7) for the device for thermal abrasive treatment of the surfaces of products and materials contains a tubular-shaped housing 11 made of metal, inside of which, on the back side of the housing, a combustion chamber 12 is formed with the supply of liquid fuel and air into it through separate channels 13 and 14, respectively. The combustion chamber is tubular in shape with perforations in the side wall. A nozzle 15 for introducing liquid fuel and a glow plug 16, related to the igniter of the fuel mixture, are fixed in the end wall of the combustion chamber and at the same time in the body of the housing (inside the chamber). The nozzle communicates with channel 13 for supplying liquid fuel and provides an aerosol supply of fuel to the combustion chamber.

На выходе камеры сгорания размещено сопло с сужением проходного канала на входе и расширением этого канала на выходе, представляющее собой первое сопло Лаваля 17.At the exit of the combustion chamber there is a nozzle with a narrowing of the passage channel at the inlet and an expansion of this channel at the outlet, which represents the first Laval nozzle 17.

Камера сгорания отделена от стенки корпуса металлической обечайкой 18, протянутой вдоль стенки этой камеры для образования первой кольцевой полости вдоль стенки камеры сгорания и второй кольцевой полости, сообщенной с первой и образованной между обечайкой и стенкой корпуса. В наружную полость подается воздух под давлением 7-9 бар из ресивера компрессора. В области сообщения этих полостей расположено первое сопло Лаваля так, что при подаче воздуха под давлением в полость у стенки корпуса воздух проходит по этой полости, охлаждает обечайку, проходит далее, огибает тело сопла Лаваля, охлаждая его, и далее поступает в полость у камеры сгорания, из которой по перфорационным отверстиям поступает внутрь камеры сгорания.The combustion chamber is separated from the housing wall by a metal shell 18, stretched along the wall of this chamber to form a first annular cavity along the wall of the combustion chamber and a second annular cavity communicated with the first and formed between the shell and the housing wall. Air is supplied to the outer cavity at a pressure of 7-9 bar from the compressor receiver. In the area where these cavities communicate, the first Laval nozzle is located so that when air is supplied under pressure into the cavity near the housing wall, the air passes through this cavity, cools the shell, passes further, bends around the body of the Laval nozzle, cooling it, and then enters the cavity near the combustion chamber , from which it enters the combustion chamber through perforations.

Выбор давления подаваемого воздуха в камеру сгорания обусловлен приданием процессу воспламенения топливной смеси признаков, сходных с процессом воспламенения смеси в дизельном двигателе. Смесь воспламеняется с помощью свечи накаливания. Способ поджига топлива в горелке аналогичен способу возгорания топлива в цилиндре дизельного двигателя. В автомобильном двигателе поршень поднимается вверх, совершая этим резкое сжатие и одновременно повышение температуры топливно-воздушной смеси, что при наличии дополнительного источника тепла в виде свечи накаливания обеспечивает поджиг смеси. При давлении 7-9 бар в камере создается давление, аналогичен давлению поршня в верхней его позиции в цилиндре. Воздух подается из ресивера компрессора открытием быстродействующего клапана на установке, перемещается с большой скоростью по каналу в горелку. По пути проходит отверстие в первом сопле Лаваля, но из-за его небольших размеров это отверстие в сопле рассматривается как дроссель, то есть сопротивление, обеспечивающее рост давления в камере.The choice of pressure of the supplied air into the combustion chamber is determined by giving the ignition process of the fuel mixture characteristics similar to the process of ignition of the mixture in a diesel engine. The mixture is ignited by a glow plug. The method of igniting fuel in a burner is similar to the method of igniting fuel in a diesel engine cylinder. In a car engine, the piston rises upward, thereby sharply compressing and simultaneously increasing the temperature of the fuel-air mixture, which, in the presence of an additional heat source in the form of a glow plug, ignites the mixture. At a pressure of 7-9 bar, a pressure is created in the chamber, similar to the pressure of the piston in its upper position in the cylinder. Air is supplied from the compressor receiver by opening a quick-acting valve on the installation and moves at high speed through the channel to the burner. Along the way there is a hole in the first Laval nozzle, but due to its small size, this hole in the nozzle is considered as a throttle, that is, resistance that ensures an increase in pressure in the chamber.

Этому способствует так же то, что в камере в момент поджига образуется стехиометриическая горючая смесь (когда окислителя ровно столько, сколько необходимо для полного окисления горючего).This is also facilitated by the fact that a stoichiometric combustible mixture is formed in the chamber at the moment of ignition (when there is exactly as much oxidizer as is necessary for complete oxidation of the fuel).

Рядом с первым соплом 17 Лаваля и по ходу направления газовых продуктов сгорания выполнена приемная камера 19 для частиц абразива или металлического порошка. Эта камера выполнена в виде эжектора для всасывания подаваемых по отдельному каналу 20 выбрасываемых в сторону поверхности обработки частиц порошкового материала. При выходе из первого сопла 17 Лаваля газовый поток с высокой скоростью образует область низкого давления по отношению к давлению в канале подвода абразивного порошка или порошкового металла. Благодаря этому образуется всасывающий эффект, обеспечивающий поступление порошка из емкости хранения в полость эжектора, где порошок подхватывается газовым потоков и перемещается в сторону выхода из горелки.Next to the first Laval nozzle 17 and along the direction of the combustion gas products, there is a receiving chamber 19 for abrasive particles or metal powder. This chamber is made in the form of an ejector for sucking particles of powder material supplied through a separate channel 20 and thrown towards the treatment surface. Upon exiting the first Laval nozzle 17, the high-velocity gas flow forms an area of low pressure relative to the pressure in the abrasive powder or powder metal supply channel. Due to this, a suction effect is formed, ensuring the flow of powder from the storage tank into the ejector cavity, where the powder is picked up by the gas flow and moves towards the outlet of the burner.

А на выходе из эжектора установлен соосно с ним ускоритель частиц материала, выполненный в виде второго сопла 21 Лаваля, к которому подсоединена цилиндрическая направляющая насадка 22 для организации направленности вектора смешанного с газом порошка.And at the exit from the ejector, a material particle accelerator is installed coaxially with it, made in the form of a second Laval nozzle 21, to which a cylindrical guide nozzle 22 is connected to organize the direction of the vector of powder mixed with gas.

Горелка служит для создания сверхзвуковой реактивной струи. Для этого в форсунку по каналу подачи топлива подается жидкое топливо под давлением: керосин, уайт спирит, дизельное топливо. По каналу подачи воздуха воздух подается под давлением 7-9 бар. Воздух проходит по образованным обечайкой полостям, что позволяет одновременно охладить первое сопло Лаваля и подать воздух в камеру сгорания. Смесь воспламеняется с помощью свечи накаливания. В камере сгорания образуются газовые продукты сгорания, проходящие через критическое сечение первого сопла Лаваля, получая дополнительное ускорение, после чего попадают в инжектор. Абразивный материал или металлические порошки подаются в инжекционную камеру инжекцией с помощью всасывания большого количества воздуха. Этот воздух выполняет сразу две функции: как транспортирующая среда для порошков и абразивов и как дополнительный окислитель несгоревшего топлива. То есть если после прохождения первого сопла Лаваля в струе газов остается несгоревшее топливо, получаемое путем излишнего обогащения смеси в камере сгорания, то оно имеет возможность догореть в инжекционной камере и придать дополнительное ускорение с помощью второго сопла Лаваля.The burner is used to create a supersonic jet stream. To do this, liquid fuel under pressure is supplied to the nozzle through the fuel supply channel: kerosene, white spirit, diesel fuel. Air is supplied through the air supply channel at a pressure of 7-9 bar. The air passes through the cavities formed by the shell, which allows you to simultaneously cool the first Laval nozzle and supply air to the combustion chamber. The mixture is ignited by a glow plug. Gas combustion products are formed in the combustion chamber, passing through the critical section of the first Laval nozzle, receiving additional acceleration, after which they enter the injector. The abrasive material or metal powders are fed into the injection chamber by injection using the suction of a large amount of air. This air performs two functions at once: as a transport medium for powders and abrasives and as an additional oxidizer of unburned fuel. That is, if, after passing through the first Laval nozzle, unburned fuel remains in the gas stream, obtained by excessively enriching the mixture in the combustion chamber, then it has the opportunity to burn out in the injection chamber and provide additional acceleration with the help of the second Laval nozzle.

Продукты сгорания камеры сгорания напрямую поступают в первое сопло Лаваля и разгоняются (до сверхзвуковой скорости). Порошок из канала подачи порошка засасывается в газовый поток продуктов сгорания, нагревается, приобретает скорость потока газов. При этом поступление порошка вызывает некоторое снижение скорости потока газов. Смесь порошка и газов продуктов сгорания направляется во второе сопло Лаваля, где скорость истечения существенно увеличивается. Проходя второе сопло Лаваля поток смеси проходит через полость цилиндрической направляющей насадки и переносится на поверхность изделия для формирования покрытия, либо очистки (в последнем случае в качестве порошка могут быть использованы абразивные частицы или порошок может не вводиться в поток вообще). При этом ввод порошка в сверхзвуковой поток (в закритическую часть сопла) в его зону с давлением ниже атмосферного позволяет осуществить развязку по давлению камеры сгорания и емкости для порошка (не показана) и сжигать топливо при высоких давлениях без повышения при этом давления в емкости для порошка, что дает возможность повысить эффективность горелки за счет достижения более высоких температур и скоростей продуктов сгорания. Следует также отметить, что перевод потока через скорость звука в сверхзвуковых соплах Лаваля исключает формирование прямых скачков уплотнения в потоке и тем самым приводит к снижению затрат энергии на обработку изделий.The combustion products of the combustion chamber directly enter the first Laval nozzle and are accelerated (to supersonic speed). Powder from the powder supply channel is sucked into the gas flow of combustion products, heats up, and acquires a gas flow rate. In this case, the flow of powder causes a slight decrease in the gas flow rate. The mixture of powder and combustion product gases is directed to the second Laval nozzle, where the flow rate increases significantly. Passing the second Laval nozzle, the mixture flow passes through the cavity of the cylindrical guide nozzle and is transferred to the surface of the product to form a coating or cleaning (in the latter case, abrasive particles can be used as a powder, or the powder may not be introduced into the flow at all). In this case, the introduction of powder into a supersonic flow (into the supercritical part of the nozzle) into its zone with a pressure below atmospheric makes it possible to decouple the combustion chamber and the powder container (not shown) in pressure and burn fuel at high pressures without increasing the pressure in the powder container , which makes it possible to increase the efficiency of the burner by achieving higher temperatures and rates of combustion products. It should also be noted that transferring the flow through the speed of sound in supersonic Laval nozzles eliminates the formation of direct shock waves in the flow and thereby leads to a reduction in energy costs for processing products.

Настоящее изобретение промышленно применимо и позволяет повысить эффективность функционирования устройства за счет его мобильности, компактного размещения всех агрегатов в общей каркасной зоне и за счет того, что горелка на выходе имеет скорость до уровня 7 Махов для перемещения абразивных частиц в нагретом потоке газа для проведения операций по очистке поверхностей и нанесения на них металлизированных покрытий.The present invention is industrially applicable and makes it possible to increase the operating efficiency of the device due to its mobility, compact placement of all units in a common frame area and due to the fact that the burner at the outlet has a speed of up to Mach 7 to move abrasive particles in a heated gas flow for carrying out operations. cleaning surfaces and applying metallized coatings to them.

Устройство способно работать на больших мощностях термоабразивной струи для очистки поверхностей от глубокой ржавчины, битумных наростов, цемента и других поверхностных загрязнений до полной зачистки основной поверхности и для дальнейшего покрытия очищенной поверхности защитным слоем металла с меньшим электрическим потенциалом (Zn, Al), который подается в виде порошка из отдельной емкости. Предусмотрена возможность работы с жидкостями (для обработки подготовленной поверхности). Жидкость подается с специальной присадкой, которая при большой температуре и скорости вступает в физическое взаимодействие с металлом, внедряясь в его кристаллическую решетку и оставляет прочно держащийся защитный слой. Устройство может эксплуатироваться в качестве стационарной, но предусмотрена возможность транспортировки и передвижения без каких либо препятствий (кроме веса). Полностью в заправленном состоянии вес составит около 600 кг, а без содержимого 120 кг. Емкость с топливом и полностью заправленная емкость купершлаком позволяет работать до 4 часов безостановочно.The device is capable of operating at high powers of a thermal abrasive jet to clean surfaces from deep rust, bitumen build-up, cement and other surface contaminants until the main surface is completely cleaned and for further covering the cleaned surface with a protective layer of metal with a lower electrical potential (Zn, Al), which is supplied to powder form from a separate container. The possibility of working with liquids is provided (for processing the prepared surface). The liquid is supplied with a special additive, which at high temperature and speed enters into physical interaction with the metal, penetrating into its crystal lattice and leaving a firmly adherent protective layer. The device can be used as a stationary one, but it is possible to transport and move without any obstacles (except weight). Fully filled, the weight will be about 600 kg, and without contents 120 kg. A container with fuel and a fully filled container with cooper slag allows you to work for up to 4 hours without stopping.

Claims (4)

1. Устройство термоабразивной обработки поверхностей изделий и материалов, содержащее емкость с воздухом, емкость с жидким топливом, емкость с порошковым или жидкостным материалом, сообщенные с горелкой, включающей в себя трубообразной формы корпус, внутри которого на тыльной стороне корпуса сформирована камера сгорания с подводом в нее по отдельным каналам жидкого топлива и воздуха, внутри которой расположен воспламенитель топливной смеси и на выходе из которой размещено сопло с сужением проходного канала на входе и расширением данного канала на выходе, при этом канал сопла сообщен с полостью приемной камеры для жидкостного или частиц порошкового материала, выполненной в виде эжектора для всасывания подаваемого по отдельному каналу порошкового или жидкостного материала, выбрасываемого в сторону поверхности обработки, причем на выходе из эжектора установлен соосно с ним ускоритель частиц упомянутого порошкового или жидкостного материала, отличающееся тем, что указанный ускоритель частиц порошкового материала или жидкостного материала выполнен в виде сопла Лаваля, воспламенитель выполнен в виде форсунки, сообщенной с каналом подачи жидкого топлива, и свечи накаливания, камера сгорания отделена от стенки корпуса металлической обечайкой, протянутой вдоль стенки камеры сгорания для образования первой кольцевой полости вдоль стенки камеры сгорания и второй кольцевой полости, сообщенной с первой и образованной между обечайкой и стенкой корпуса для подачи воздуха под давлением 7-9 бар в полость у камеры сгорания и охлаждения рядом расположенного сопла, при этом указанные емкости с воздухом, с жидким топливом и с порошковым или жидкостным материалом размещены на перемещаемом каркасе, на котором смонтирован компрессор, сообщенный с емкостью для воздуха в виде ресивера, сообщенного с закрепленным на каркасе штуцером, емкость с жидким топливом закреплена на стенке емкости для порошкового или жидкостного материала, которая сообщена с закрепленным на каркасе другим штуцером, а упомянутые каналы горелки сообщены с указанными штуцерами и емкостью с жидким топливом шлангами, которые в скрутке размещены на закрепленном на каркасе кронштейне вместе с горелкой.1. A device for thermal abrasive treatment of the surfaces of products and materials, containing a container with air, a container with liquid fuel, a container with powder or liquid material, communicated with a burner, including a tube-shaped housing, inside of which a combustion chamber is formed on the back side of the housing with a supply to it through separate channels of liquid fuel and air, inside which the igniter of the fuel mixture is located and at the exit of which there is a nozzle with a narrowing of the passage channel at the inlet and an expansion of this channel at the outlet, while the nozzle channel communicates with the cavity of the receiving chamber for liquid or particles of powder material , made in the form of an ejector for sucking powder or liquid material supplied through a separate channel, ejected towards the treatment surface, and at the exit from the ejector, a particle accelerator of the said powder or liquid material is installed coaxially with it, characterized in that said particle accelerator of the powder material or liquid material is made in the form of a Laval nozzle, the igniter is made in the form of a nozzle communicated with the liquid fuel supply channel and a glow plug, the combustion chamber is separated from the body wall by a metal shell stretched along the wall of the combustion chamber to form a first annular cavity along the wall of the combustion chamber and a second annular cavity communicated with the first and formed between the shell and the wall of the housing for supplying air under a pressure of 7-9 bar into the cavity at the combustion chamber and cooling of the adjacent nozzle, while the specified containers with air, with liquid fuel and with powder or liquid material are placed on a movable frame on which a compressor is mounted, communicating with an air container in the form of a receiver, communicating with a fitting fixed to the frame, a container with liquid fuel is fixed on the wall of a container for powder or liquid material, which is in communication with another fitting fixed to the frame, and the mentioned channels The burners are connected to the indicated fittings and the container with liquid fuel by hoses, which are twisted and placed on a bracket fixed to the frame together with the burner. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выбрасываемый в сторону поверхности обработки материал представляет собой частицы абразивного материала в виде порошка.2. The device according to claim 1, characterized in that the material thrown towards the processing surface is particles of abrasive material in the form of a powder. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что выбрасываемый в сторону поверхности обработки материал представляет собой частицы в виде порошка металлов с меньшим электрическим потенциалом по отношению к электрическому потенциалу обрабатываемой поверхности.3. The device according to claim 1, characterized in that the material ejected towards the treatment surface is particles in the form of metal powder with a lower electrical potential in relation to the electrical potential of the surface being treated. 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на боковой стенке емкости с порошковым материалом в виде абразива или емкости с жидким топливом закреплена емкость с порошком металлов с меньшим электрическим потенциалом по отношению к электрическому потенциалу обрабатываемой поверхности.4. The device according to claim 1, characterized in that on the side wall of a container with powdered material in the form of an abrasive or a container with liquid fuel, a container with metal powder with a lower electrical potential is fixed in relation to the electrical potential of the surface being treated.
RU2023114506A 2023-06-02 Device for thermal abrasive treatment of surfaces of products and materials RU2806459C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2806459C1 true RU2806459C1 (en) 2023-11-01

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5607342A (en) * 1995-03-27 1997-03-04 Demeton Usa, Inc. High velocity flame jet apparatus for thermoabrasive cutting or cleaning or for the application of protective coatings
RU2201329C1 (en) * 2002-06-14 2003-03-27 Научно-исследовательский институт энергетического машиностроения Московского государственного технического университета им.Н.Э.Баумана Method for thermoabrasive cleaning of article surfaces and apparatus for performing the same
RU2338638C2 (en) * 2005-12-26 2008-11-20 Николай Алексеевич Гальченко Method of thermo abrasive treatment and machine "castor" for its implementation
RU83726U1 (en) * 2009-02-11 2009-06-20 Вячеслав Петрович Гальченко MOBILE INSTALLATION OF SUPERSONIC THERMOABRASIVE PROCESSING AND APPLICATION OF PROTECTIVE COATINGS
RU118242U1 (en) * 2011-12-07 2012-07-20 Иван Владленович Алферьев SUPERSONIC THERMOABRASIVE PROCESSING MACHINE

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5607342A (en) * 1995-03-27 1997-03-04 Demeton Usa, Inc. High velocity flame jet apparatus for thermoabrasive cutting or cleaning or for the application of protective coatings
RU2201329C1 (en) * 2002-06-14 2003-03-27 Научно-исследовательский институт энергетического машиностроения Московского государственного технического университета им.Н.Э.Баумана Method for thermoabrasive cleaning of article surfaces and apparatus for performing the same
RU2338638C2 (en) * 2005-12-26 2008-11-20 Николай Алексеевич Гальченко Method of thermo abrasive treatment and machine "castor" for its implementation
RU83726U1 (en) * 2009-02-11 2009-06-20 Вячеслав Петрович Гальченко MOBILE INSTALLATION OF SUPERSONIC THERMOABRASIVE PROCESSING AND APPLICATION OF PROTECTIVE COATINGS
RU118242U1 (en) * 2011-12-07 2012-07-20 Иван Владленович Алферьев SUPERSONIC THERMOABRASIVE PROCESSING MACHINE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5283985A (en) Extreme energy method for impacting abrasive particles against a surface to be treated
US2990653A (en) Method and apparatus for impacting a stream at high velocity against a surface to be treated
EP0889756B1 (en) Self sustained detonation apparatus
JP2019195808A (en) Method and apparatus for cleaning inside of tank and system
WO2007055934B1 (en) Flame spraying process and apparatus
US4836447A (en) Duct-stabilized flame-spray method and apparatus
US6787194B2 (en) Method and apparatus for pulsed detonation coating of internal surfaces of small diameter tubes and the like
US20060251821A1 (en) Multi-sectioned pulsed detonation coating apparatus and method of using same
RU2806459C1 (en) Device for thermal abrasive treatment of surfaces of products and materials
CN113122793A (en) Explosion spraying device
CZ20031057A3 (en) Apparatus for producing plasma, ionization process, use of such process and arrangement employing such apparatus
RU219684U1 (en) Torch for device for thermal abrasive treatment of surfaces of products and materials
US6630207B1 (en) Method and apparatus for low-pressure pulsed coating
CN1077456C (en) Multifunction supersonic surface treating apparatus
US8839738B2 (en) Method and apparatus for thermal spraying of metal coatings using pulsejet resonant pulsed combustion
RU68952U1 (en) SYSTEM FOR THERMAL ABRASIVE CLEANING AND ZINCING OF SURFACES OF RAILWAY CARS
RU2198037C2 (en) Powder injection system for detonating spraying gun
RU2338638C2 (en) Method of thermo abrasive treatment and machine "castor" for its implementation
CN107653429B (en) Accumulative pressure high frequency detonation-gun
CA2247146C (en) Self sustained detonation apparatus
RU118242U1 (en) SUPERSONIC THERMOABRASIVE PROCESSING MACHINE
RU2234407C1 (en) Method and device for thermoabrasive treatment of surfaces
RU2167756C2 (en) Method for thermoabrasive working of surfaces and apparatus for its embodiment
RU2222420C1 (en) Nozzle tool of apparatus for abrasive-jet treatment of surface
Gorlach High velocity thermal gun for surface preparation and treatment