RU6528U1 - Газопламенная горелка для сверхзвукового напыления покрытий - Google Patents

Abstract

1. Газопламенная горелка для сверхзвукового напыления покрытий, состоящая из корпуса со средствами подвода сжатого воздуха в системы охлаждения и образования горючей смеси, топлива и распыливаемого материала с многоступенчатым перемешиванием воздуха с топливом посредством установленных в корпусе соосных завихрителя с наружными винтовыми каналами и сверхзвукового сопла, имеющих соответствующие фланцы для соединения их с концами корпуса, жаровой и с выходным концом регенеративной труб посредством торцевых гаек, а также установленного на оси горелки материального трубопровода и камеры сгорания, отличающаяся тем, что входной конец регенеративной трубы соединен с дополнительным фланцем сопла, в соосных отверстиях корпуса и завихрителя установлено дозирующее устройство подвода топлива и образования топливной смеси, материальный трубопровод имеет дополнительный штуцер подвода сжатого воздуха в кольцевой зазор между трубопроводом и распыливаемым материалом на входном конце и насадок с наконечником в нем - на выходном конце трубопровода с возможностью регулирования их положения относительно сопла, сверхзвуковое сопло имеет объемный наконечник-диффузор, кроме того, материальный трубопровод имеет систему полостей, сообщающихся с кольцевыми каналами.2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что завихритель и насадок выполнены с диаметрами отверстий, обеспечивающими ступенчато уменьшающийся кольцевой зазор между внутренними их поверхностями и внешними поверхностями материального трубопровода и наконечника соответственно, кольцевая полость на конце завихрителя соединена с винтовыми каналами жиклерными �

Description

В05В 7/Ю; Ю5 с 7/20 Дегтярев Владимир Николаевич Казаков Глеб Станиславович Лунев Игорь Васильевич

Гаэопшменвая горелка дщя сверхзвукового напыления покрытой

Полезная модель относится к устройствам для термического нанесения металлических покрытий напылением, в частности, к конструкции горелок для сверхзвукового напыления покрытий в различных отраслях народного хозяйства, а именно, при производстве крупногабаритных изделий и сооружений, например, резервуаров и нефти - газопроводов с защитными металлизационными покрытиями в химической промышленности.

Известна горелка газового металлизационного пистолета для проволок (см.ав.св. СССР 1316 708 МКИ В 05 В 7/08 опубл.в 1987 г.) с наклонной к оси горелки фор. камерой и с кольцевым каналом между проволокой и стенками сопла для дополнительного прогрева проволоки.

Известны также горелки с дополнительной камерой, смежной с основной и тангенциальным каналом подачи горячей смеси в нее, а также с рассекателем потока смеси в виде конических втулок с пазами (см. ав св. СССР 1676152 МКИ ВОГ В 7/20 опубл. 1992г.) или сужающейся смесительной камерой и кольцевой полостью охлаждения (см. патент РФ 20332777 МКИ В05 В 7/20 опубл. 1995г.).

К недостаткам указанных горелок относится отсутствие эффективной системы принудительного охлаждения, что снижает срок службы ее основных термонагруженных узлов, размещение каналов подвода технологических сред в теле корпусе усложняет конструкцию горелки, снижает эксплуатационную надежность, удорожает изготовление и ремонт.

Наиболее близким техническим репением к щхадполагаемому является устройство для термического нанесения покрытий и состоящее из кожуха - коргг/са с трубопроводами подачи горочего и окислителя, жаровой трубы, сверхзвукового сопла и материального трубопрода с состав.ным наконечником, соосным сверхзвуковому соплу, а также с насадком, размещенным с кольцевым зазором переменного сечения относительно наконечника установленные за срезом сопла (см. ав.св. СССР 1291215 МКИ ВО5 В 7/20 опубл. 1987г.).

который вводится непосредственно в камеру сгорания, что не позволяет обеспечивать эффективное перемешивание горючего газа ( потока газопорошковой смеси, кроме того, неравномерная подача материала в устройство и неравномерное распыление металла при выходе из сопла, частичное попадание материала на стенки камеры сгорания и сопла и налипание частиц на стенках приводит к периодическому отрыву от налипшего слоя конгломерата частиц, их выносу потоком на поверхность наносимого изделия и также ухудшается качество покрытия, а изменение площади проточного тракта в критическом сечении сопла вызывает нарушение режима горения, вплоть до выхода ее из строя, что уменьшает ресурс и надежность работы устройства.

Целью изобретения является повышение качества напыляемых покрштий за счет повышения стабильности горения и эксплуатационной надежности горелки с расширением технологических возможностей за счет изменения тепловой эффективности.

Это достигается тем, что в газопламенной горелке для сверхзвукового напыления покрытий, состоящий из корпуса со средствами подвода сжатого воздуха в системы охлаждения и образования горючей смеси, топлива и распыливаемого материала с многоступенчатым перемешиванием воздуха с топливом, посредством установленных в корпусе соосных завихрителя с наружными винтовыми каналами и сверхзвукового сопла, имеющих соответствующие фланцы для соединения их с концами корпуса, жаровой и с выходным концом регенеративной трубы посредством торцевых гаек, а также установленного на оси горелки материального трубопровода и камеры сгорания, согласно изобретению входной конец регенеративной трубы соединен с дополнительным фланцем сопла, в соосных отверстиях корпуса и завихрителя установлено дозирующее устройство подвода топлива и образования топливной смеси, материальный трубопровод имеет дополнительный штуцер подвода сжатого воздуха в кольцевой зазор между трубопроводом и распыливаемым материалом на входном конце и насадок с наконечниками в нем на выходном конп;е трубопровода с возможностью регулирования их положения относительно сопла, сверхзвуковое сопло имеет съемный наконечник - диффузор, кроме того материальный трубопровод имеет систему полостей, сообщающихся с кольцевыми каналами, а завихритель и насадок выполнены с диаметрами отверстий обеспечивающими ступенчато уменьшающийся кольцевой зазор между внутренними их поверхностями и внешними поверхностями материального трубопровода и наконечника соответственно, кольцевая полость на конце завихрителя соединена с винтовыми каналами наклонными жиклерными отверстиями, а образованная в насадке и между торцами

/о// f

(

материального трубопровода и наконечника кольцевая полость соединена с кольцевым зазором между наконечником и насадкой продольными пазами резьбового конца наконечника, межтрубное пространство регенеративной и жаровой труб соединено с кольцевым зазором между корпусом и регенеративной трубой каналами, выполненными в дополнительном фланце сопла и завехритель выполнен с многозаходными винтовыми каналами и жиклерами - отверстиями в них.

На фиг.1 представлена горелка в разрезе, на фиг. 2 место А на фиг. 1; на фиг. 3 место В на фиг. 1; на фиг. 4 - разрез В-В на фиг. 1; на фиг. 5 - разрез Г-Г на фиг. 1; на фиг. 6 - разрез Д-Д на фиг. 2; на фиг. 7 - место Е - на фиг. 1.

Горелка содержит корпус 1 со штуцером 2 для подвода воздуха и дозирующего устройства для подвода горючего, выполненного в виде вентиля - дозатора 3. Вентиль - дозатор 3 состоит из корпуса 4 с выходным 5 и выходным сужающимся конусным патрубком 6 {фиг.2}, связанный с приводом 7 запорный шток 8 с профилированной иглой 9 и расположенный соосно с отверстием 10 в завихрителе 11, для тангенциальной подачи воздуха (фиг.2). Отверстие 10 выполнено с плавным сужением проходного сечения по ходу потока и эквидистантно патрубку 6 с образованием между ними регулируемого кольцевого зазора 12, фиксируемого гайкой 13. В корпусе 1 расположена жаровая труба 14 с радиальными отверстиями 15, соединенная одним концом со сверхзвуковым соплом 16, имеющим критическое сечение 17 и съемный наконечник - диффузор 18, а вторым с завихрителем 11, на наружной поверхности которого выполнены винтовые каналы 19, образованные ленточной резьбой с числом заходов больше двух.

Коаксиально:. жаровой трубы 14 на дополнительном фланце 20закреплен входной конец регенеративной трубы 21, . а другой также на завлхрителе 11, при этом равномерно по окружности на фланце 20 выполнены каналы 22 (фиг.5) для прохода воздуха в межтрубное пространство и обеспечения дополнительного охлаждения корпуса 1 и наружной поверхности сопла 16.

Корпус 1 содержит камеру сгорания 23. По центральной оси корпуса 1 расположен материальный трубопровод 24 с кольцевым зазором 25 (фиг.З) соосно относительно внутренней поверхности завихрителя 11, переход5щего в торце завихрителя 11 в кольцевую полость 26, сообщенную наклонными жиклерными отверстиями 27 с винтовыми каналами 19. Материальный трубопровод 24 выполнен составным и посредством резьбы, соединен с насадкой 28, в который ввернут наконечник 29 с образованием кольцевого зазора 30, соединенного осевыми продольными каналами 31, равномерно расположенные по окружности крепежного конца

о

наконечника 29 (фиг.4} с кольцевой камерой 32. Кольцевая рёзонаторная камера 32 образована торцами наконечника 29 и материального трубопровода 24, длина которой регулируется прокладкой 33. Кольцевой зазор 30 выполнен на выходе ступенчато и конусообразно., сужающимся к оси центрального канала.

Внутренняя полость материального трубопровода 24 совместно с наконечником 29 образуют относительно расположенной в ней проволоки или жгута 34 также кольцевой зазор 35, сужающийся в направлении движения проволоки 34 и сообщенный с кольцевой камерой 32 и может быть выполнен с расширяющейся конической частью 36 (фиг. 7) на выходе наконечника 29, причем в . материальном трубопроводе 24 выполнен дополнительный штуцер 31 для подвода охлаждающей инертной среды сжатого воздуха.

Соотношение внутренних диаметров отверстий для распыливаемого материала 34 в материальном трубопроводе 24 и наконечника 29, сечение продольных; каналов31 в крепежной части наконечника обеспечивается подводимым сечением штуцера 37, при этом давление этого потока поддерживают большим чем давление воздуха, подводимого для охлаждения и образования горючей смесЦчерез штуцер 2, что упрощает процесс регулхфования.

Корпус 1 соединен с завихрителем 11 и сверхзвуковым соплом 16 посредством накидных торцевых гаек 38, насадок 28 выполнен с возможностью регулирования по длине для создания оптимальных условий напыления покрытий в зависросости от физических свойств напыляемого материала, при этом торец насадка 28 расположен на расстоянии L 1,5 - 3 D критическогосечения 17 сопла 16. Это обусловлено тем, что при расстоянии меньшим 1,5 Окр возможно прилипание пламени к выходному торцу насадка 28 и его обгорание, а при расстоянии большим 3 D критического сечения 17 сопла 16 возможен рост захолаживающего эффекта газового пламени сжатым воздухом.

Длина насадка 28 выполнена больше максимальной длины наконечника 29 на L1 0,2 -0,3 диаметра критического сечения 17 сопла 16 и благодаря малому углу наклона и уменьшению кольцевой 30 создает дополнительный эжектирующий эффект в области торца соплового наконечника 29, вытягивающий проволоку 34 или напыляемый г териал из канала 35 исключает вероятность проникновения в полость горелки пламени.

Горелка работает следующим образом. Через сопло 16 во внутрь устройства жаровую трубу 14 заливается порция бензина 30 ... 40 г. и воспламеняется с помо1цью жгута После прогрева деталей подается сжатый воздух от пульта управления (на чертеже не показан} через штуцер 2 корпуса 1 и поступает в пространство между корпусом 1 и регенеративной трубой 21, охлаждая корпус

4,

1 и наружную поверхность сопла 16 и далее, часть поступает в камеру сгорания 23 через отверстия 15 в жаровой трубе 14, а основная масса поступает в винтовые каналы 19 завихрителя 11 и кольцевой зазор 12. При движении воздуха по винтовым каналам 19 поток приобретает вращательное движение по направлению спирали, которые затем сливаются, образуя один вихревой поток.

Одновременно открывают вентиль - дозатор 3 с предварительно установленным зазором 12 и подают горючее через штуцер 5 от сифона, где поддерживается избыточное давление от компрессора (на чертеже не показан). В результате дросселирования жидкости происходит поджатие потока, скорость его возрастает, давление падает и за счет подсоса воздуха в зазор 12 отверстия 10 (фиг.2) происходит турбулизация смеси в зоне выступания иглы 9 итока 8 создается область пониженного давления, что вызывает каврггацию и также способствует смешению топлива с газом. Полученная горючая смесь исходной кондиции поступает тангенциально в кольцевую полость 25, образованную наружной стенкой материального трубопровода 24 и внутренней стенкой завихрителя 11 в которой закручивается и поступает в кольцевую полость 26 и через наклонные жиклерные отверстия 27 - в винтовые каналы 19 завикрителя 11 и дополнительно смешивается с вихревым закрученным потоком воздуха, что повышает уровень турбулентности и обеспечивает лучшее смесеобразование за счет наличия центробежных сил в закрученной среде, и попадает во внутренний объем жаровой трубы 14 - камеру сгорания 23. В результате образования однородной смеси повышается стабильность и устойчивость процесса горения в камере сгорания 23, уменьшается токсичность продуктов сгорания за счет полноты сгорания. Образовавшиеся после горения продукты сгорания истекаягт через критическое сечение 17 сверхзвукового сопла 16 в виде сверхзвуковой высокотемпературной струи. После выхода на режим по материальному трубопроводу 24 механизмом подачи материала (на чертеже не показан) подается напыляемый материал проволока или гибкий шнуровой материал 34 и инертный газ - воздух через штуцер 37 в материальный трубопровод 24 и поступает во внутреннюю полость - в зазор между проволокой и внутренний поверхностью материального трубопровода 24 и далее в кольцевую камеру 32, где разделяется, часть воздуха поступает в сужающийся зазор между проволокой 34 и внутренней поверхностью наконечника 29 и в сопло 16, а другая часть, через продольные каналы 31 (фиг.4) равномерно расположенные по окружности крепежного конца наконечника 29 поступает в кольцевой зазор 30 между внутренней поверхностью насадка 28 и наружной

//

о

поверхностью наконечника 29 и также црступает в сопло 16. В результате поток воздуха, движущийся по направлению движенк З проволоки 34 отделяет проволоку 34 от пламени по пути необходимому для смешения воздуха с пламенем, а благодаря введению дополнительного направленной кольцевого потока срыв с торца оплавляемого материала происходит в зоне критического сечения 17 и диффузора 18 сопла 16 и, кроме того, защищает поверхность насадки 28 и наконечника 29 от перегрева т.е. повышается долговечность горелки и надежность ее работы, а наличие сменного диффузора - насадки 18, выполненную из керамического материала также повышает ремонтопригодность горелки.

Добавление воздуха способствует росту критической скорости, так как молекулярная масса понижается быстрее температуры, увеличивается динамический напор струи, в результате скорость полета частиц увеличивается, их кинетическая энергия возрастает и при ударе о поверхность, на которую наносится покрытие, они образуют сплошное и плотное покрытие, прочно сцепляющееся с подложкой.

Пок ялтие имеет высокую дисперсность и более светлый цвет по сравнению с покрытием полученным в потоке воздуха. Повышается коэффициент использования напыляемого материала, благодаря уменьшению потерь при напылении, повышается качество напыляемых покрытий, увеличивается прочность сцепления, уменьшается пористость. Система охлаждения повышает удельную производительность горелки, благодаря повышению плотности горючей смеси, повышению массового расхода горючей смеси.

К другим видам технического результата получение, которого обеспечивает применение изобретения, относится возможность применения различных напыляемых материалов за счет регулирования взаимного положения наконечника 29/У насадк 28, а использование сменных наконечников и насадов и регулирование кольцевого зазора осуществлять трудоемкий процесс очистки от ржавчины, старых лакокрасочных покрытий, обезжиривание и активизации металлической поверхности для обеспечения качественного нанесения защитных покрытий, улучшается стекнометрическое соотношение, поскольку можно увеличивать (изменять) количество вдуваемого воздуха во внутренний слой с большим давлением, чем давление в потоке расплавленного материала в камере сгорания из-за наличия штуцера подвода сжатого воздуха от своего источника питания, а благодаря оттянутому назад наконечнику 29 и наклону насадка 28 изменять направление движения воздуха для срыва капель расплавленного материала в зоне 17 критического сечения сопла 16. Воздушная прослойка между проволокой

а$(/

6.

34 и наконечником 29 обеспечивает проход деформированной проволоки и эксплуатация горелки становится более надежной.

Предлагаемая горелка для сверхзвукового напыления покрытий была использована в АООТ Приволжские магистральные нефтепроводы на НПС Кротовская нефтепровода Самарского РНУ

Для проведения опытов был выбран резервуар РВС5000 (кровля, днище, 1, УШ пояса} термодинамическая металлизация осуществлялась устройством с критическим сечением сопла Дкр 12 мм, угол раскрытия 12, расстояние от конца насадки до начала критического сечения составляет 36 мм, длина насадка выполнена больше длины наконечника на 2,5 мм. Для металлизации кровли резервуара, 3 пояса и днища использовалась цинковая проволока d 2 мм, а для 1 пояса алюминиевая проволока d 2,5 мм. Толщина покрытия составляла 200 мкр. Качество ПОКЕ«ТИЯ соответствует требованиям ГОСТа 9.304-87 (п.1.5.1). Металлографическим исследованием установлено : толоцога пок %1тия цинком - в среднем 203 мкр, алх минием - в среднем 206 мкр.

На образцах - свидетелях со стороны покрытия наблюдается наклепанный слой металла на глубину 14 ...30 мкр с окислами и несплокностями. Между покрытием и стальной подложкой наблюдается четкая поверхность раздела. Цинковое покрытие представляет собой плотный слой с единичными порами. Алюминиевое покрытие образует единый слой с многочисленными участками окислов, в )1Х расположены поры. Непосредственно со стальной подложкой на толщинеЗО мкр в алюминиевом покрытии окислы и поры отсутствуют.

в цинковом покрытии порш единичные, округлые, закрытые, размером от 3 до 8 мкр. Степень пористости 2,4 %.

В алюминиевом покрытии nop«j закрытые, имеют преи2|1ущественно вытянутую параллельно подложке форму. Степень пористости - 12%.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет производить антикоррозионную защиту стальных металлоконструкции, резервуаров и установок в полевых условиях при повышенной влажности и низких температурах, а также в районах Севера, так как покрытия полученные сверхзвуковым термр1ческим напылением отличаются высокой плотностью и прочностью, монолитной структурой и низкой пористостью.

7.

Claims (3)

1. Газопламенная горелка для сверхзвукового напыления покрытий, состоящая из корпуса со средствами подвода сжатого воздуха в системы охлаждения и образования горючей смеси, топлива и распыливаемого материала с многоступенчатым перемешиванием воздуха с топливом посредством установленных в корпусе соосных завихрителя с наружными винтовыми каналами и сверхзвукового сопла, имеющих соответствующие фланцы для соединения их с концами корпуса, жаровой и с выходным концом регенеративной труб посредством торцевых гаек, а также установленного на оси горелки материального трубопровода и камеры сгорания, отличающаяся тем, что входной конец регенеративной трубы соединен с дополнительным фланцем сопла, в соосных отверстиях корпуса и завихрителя установлено дозирующее устройство подвода топлива и образования топливной смеси, материальный трубопровод имеет дополнительный штуцер подвода сжатого воздуха в кольцевой зазор между трубопроводом и распыливаемым материалом на входном конце и насадок с наконечником в нем - на выходном конце трубопровода с возможностью регулирования их положения относительно сопла, сверхзвуковое сопло имеет объемный наконечник-диффузор, кроме того, материальный трубопровод имеет систему полостей, сообщающихся с кольцевыми каналами.

2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что завихритель и насадок выполнены с диаметрами отверстий, обеспечивающими ступенчато уменьшающийся кольцевой зазор между внутренними их поверхностями и внешними поверхностями материального трубопровода и наконечника соответственно, кольцевая полость на конце завихрителя соединена с винтовыми каналами жиклерными отверстиями, а образованная в насадке и между торцами материального трубопровода и наконечника кольцевая полость соединена с кольцевым зазором между наконечником и насадком продольными пазами резьбового конца наконечника, межтрубное пространство регенеративной и жаровой труб соединено с кольцевым зазором между корпусом и регенеративной трубой каналами, выполненными в дополнительном фланце сопла.

3. Горелка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что завихритель ее выполнен с многозаходными винтовыми каналами и жиклерами-отверстиями в них.