WO1999012653A1 - Sistema de inyeccion de gases en una pistola de proyeccion por detonacion - Google Patents

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WO1999012653A1
WO1999012653A1 PCT/ES1997/000223 ES9700223W WO9912653A1 WO 1999012653 A1 WO1999012653 A1 WO 1999012653A1 ES 9700223 W ES9700223 W ES 9700223W WO 9912653 A1 WO9912653 A1 WO 9912653A1
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chamber
detonation
gas
gases
combustion chamber
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PCT/ES1997/000223
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Inventor
Georgy Yur'evich Barykin
Iñaki FAGOAGA ALTUNA
Original Assignee
Aerostar Coatings, S.L.
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/0006—Spraying by means of explosions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C4/00—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge
    • C23C4/12—Coating by spraying the coating material in the molten state, e.g. by flame, plasma or electric discharge characterised by the method of spraying
    • C23C4/126—Detonation spraying

Definitions

  • the present invention is applicable in the area of thermal projection technologies for the production of coatings and, in particular, in detonation projection technologies.
  • the object of the present invention is to provide a gas injection device for a detonation spray gun that provides great safety in its use as well as greater productivity and versatility.
  • detonation projection technology is mainly used for the application of coatings to parts that are exposed to severe conditions of wear, heat or corrosion and is based primarily on the use of kinetic energy produced by the detonation of a mixture of combustible gases to deposit some powder coating material on the piece.
  • the coating materials commonly used in detonation processes include metal, ceramic-ethanol, ceramic powders, etc. and are applicable to improve resistance to wear, erosion, corrosion, as insulators thermal and as insulators or electrical conductors.
  • the detonation projection is carried out by means of projection guns basically composed of a tubular detonation chamber, with a closed and an open end to which a tubular barrel is also attached.
  • the combustion gases are injected inside the detonation chamber and through a spark plug the ignition of the gas mixture that causes a detonation takes place and as a consequence a shock wave or pressure that propagates, at supersonic speeds, by the inside of the chamber and then through the inside of the barrel until it comes out of the open end of it
  • Powders of coating material are generally injected into the barrel just before the propagation front of the pressure wave arrives and consequently they are dragged by this wave to the end of the barrel by depositing on a substrate or piece arranged in front of said barrel. This impact of the coating powders on a substrate produces a high density coating that has very large adhesive characteristics.
  • This process is repeated cyclically until the part is adequately coated.
  • the gases that constitute the mixture to be detonated, oxygen and a fuel such as natural gas, propane, propylene, hydrogen or acetylene are mixed before entering the detonation chamber in a prechamber that guarantees the homogeneity of the mixture in the detonation chamber at the time of the explosion.
  • the chambers or ducts in which the gases are mixed constitute a volume in which it is necessary to ensure the absence of flame returns and the shock wave of the detonation to prevent them from advancing through the oxygen and gas supply lines.
  • valve system in addition to adding complexity to the equipment, being a mechanical system composed of moving parts creates reliability problems and limits the productivity of the same. These equipment are exceeded in productivity by more modern equipment that eliminates moving parts thus reducing maintenance downtime and increasing the deposition rates of coating powders.
  • the mixing chamber is filled with a neutral gas, for example nitrogen or a noble gas, which prevents propagation inside.
  • This device has as its main drawback its low productivity.
  • the tortuous path or labyrinth must have a very special geometry that depends on the composition of the gas mixture, since the dimensions detonation cells depend on the gas mixture and, therefore, the labyrinth must be specially designed to cause the annihilation of the cells that propagate through it.
  • This represents a serious inconvenience since the equipment is designed and valid for the cells corresponding to certain combustible mixtures, requiring a new maze design or, in the best case, a readjustment of its geometry to be able to safely use a different mixture of gases that involves cells of different dimensions.
  • the design of the labyrinth only guarantees the safety of the system in a limited range of composition of the mixture and pressure of the gases in the combustion chamber.
  • the present invention resolves the above-mentioned inconveniences to a complete satisfaction by means of a continuous gas feeding system that directly and separately communicates the sources of oxygen and combustible gas supply with the detonation chamber without there being an intermediate chamber or conduit in which they are mixed the combustible gases with the oxygen before its passage to the detonation chamber.
  • the device that is recommended does not consist of valves or moving parts to close the communication between the detonation chamber and the gas supply ducts and consists only of a series of independent passages for each of the gases whose design and dimensions allow to achieve Cyclical detonations with a continuous feed of gases, also ensuring a fast and good distribution of the gases in the detonation chamber to obtain a fast and efficient homogeneity of the mixture.
  • each of the independent passages that communicate each of the feed lines with the detonation chamber is comprised of an expansion chamber and a plurality of distributor ducts of reduced cross-section and / or elevated length such that each gas accesses the detonation chamber separated from the rest of the gases and through a plurality of small holes, as a shower, which guarantees a correct spatial distribution of the gases inside the detonation chamber and consequently a good homogeneity of the fuel mixture that occurs in the detonation chamber prior to the explosion.
  • the generated pressure wave advances in all directions, preferably through the barrel, and even through the multiple gas distribution conduits that open to the detonation chamber.
  • the advance of the gases through the distribution ducts occurs with difficulty so that the gases lose a lot of heat, by thermal transmission with the external surface of the ducts, cooling to a lower temperature at the ignition temperature of the mixture.
  • This volume or package of cold gases prevents the already detonated gases from being in direct contact with the new volume of gases thus preventing combustion from spreading to the new gases, that is, the detonating gases cooled inside the distribution ducts they act as a barrier that cyclically separates volumes of gases that will cause combustion and consequently cyclically detonations.
  • this injection system based on a series of independent passages consisting of multiple ducts of reduced cross-section and / or high length, it is possible to automatically transform a continuous feed of gases into cyclical detonations inside the detonation chamber .
  • the device also acts as a safety valve preventing the pressure wave from reaching the gas supply lines after each explosion since the special geometry of the distributor ducts causes the gas to progress slowly through its interior so that before the front of the pressure wave reaches the power lines, the entire volume of the explosion has already left the barrel and therefore the pressure of the wave disappears quickly.
  • the system is intrinsically safe as there is no volume of explosive mixture, oxygen and combustible gas, in any chamber or duct of the device except in the detonation chamber. This means that even if the flashback occurred, it would not have serious consequences since both oxygen and fuel (except acetylene) alone are not able to burn and much less explode.
  • the firing frequency is higher than in the current equipment since in addition to not having moving parts, it is not necessary to fill the volume of gas and oxygen of the mixing chamber between two successive shots that in other systems are lost by the combustion of them. This means that we can get a faster filling of the detonation chamber and therefore obtain a higher working frequency.
  • the device of the invention is arranged directly between the gas supply lines and the detonation chamber and can be embodied in the walls of the chamber itself, in a rod or cylinder axially placed in the chamber, or preferably in one or more bushings. internally coupled to the detonation chamber.
  • the expansion chambers are arranged on the periphery of the aforementioned bushings, they can cover an arc of circumference or the total circumference, in which case the feeding lines should be arranged radially in relation to the detonation chamber.
  • Figure 1 Schematically shows a detonation projection equipment according to the object of the invention, in which they have been used for get the explosive mixture a fuel, a nitrogen gas and oxygen.
  • Figure 2. It shows an embodiment in which the gas injection system is constituted by two concentric bushings each equipped with an expansion chamber and a plurality of distributor holes that communicate with the detonation chamber.
  • Figure 3 shows a perspective of the embodiment shown in Figure 2, that is, in which the injection system is formed by a bushing provided with annular expansion chambers and a plurality of distributor holes.
  • Figure 4.- Shows an embodiment in which the gas injection system is constituted by a single cylindrical bushing provided, for each of the gases, with a radial expansion chamber and a plurality of distributor holes communicating with the chamber. detonation
  • Figure 5 shows a perspective of the embodiment shown in Figure 4, that is, in which the injection system is formed by a bushing provided with radial expansion chambers and a plurality of distributor holes.
  • Figure 6. Shows an embodiment of the injection system using a porous material.
  • Figure 7 shows an embodiment of the injection system in which the injection system is constituted by an axial rod or cylinder, provided for each of the gases of an axial expansion chamber and a plurality of distributor holes that open to the detonation chamber.
  • a detonation spray gun is mainly composed of a detonation chamber (1), cylindrical and a cylindrical barrel (2) coupled to the open end of the combustion chamber.
  • a spark plug (3) is provided that allows ignition of the fuel mixture.
  • the combustion gases reach the detonation chamber through feed conduits (4), while the coating powders are fed to the barrel (2) and therefore in an area that is located after the detonation chamber.
  • the gas injection system object of the invention allows the gas feeding directly and independently to the detonation chamber (1) without a prior mixing of the aforementioned gases before reaching the detonation chamber (1).
  • the proposed injection system is constituted by a series of independent passages, each of which is constituted by an expansion chamber (8) and a plurality of distributor ducts (9) that communicate the expansion chamber (8) with the detonation chamber (1) through multiple points that allow a rapid injection thereof as well as a good spatial distribution in the detonation chamber (1) that allows guarantee a good homogeneity of the mixture before combustion.
  • the distribution ducts (9) have a reduced cross-section and / or a high length so that the detonation gases that progress through them lose enough heat so that their temperature drops, inside said ducts (9), up to to reach a value lower than the combustion temperature of the mixture constituting a thermal barrier between the gases already detonated and the next volume of gases that will fill the detonation chamber. In this way and simply by means of the geometric configuration of the gas feeding passages it is possible to obtain cyclical detonations using a continuous gas feeding.
  • the injection system is composed of two annular bushes (6) (6 ') concentric that fit inside the detonation chamber also acting as a closure of it by its rear end.
  • the gas supply passages are constituted by a series of channels (8) (8 '), determining ring sectors that constitute as many radial and independent expansion chambers, one for each feed gas, and a plurality of holes (9) (9 ') that distribute the gas contained in each of the volumes defined by said expansion chambers (8) (8').
  • the ducts distributors (9) of the outer bushing (6) communicate the chambers (8) with the expansion chambers (8 ') of the inner bushing (7), and finally, the distributor ducts (9') of the outer bushing (7) establish the communication with the detonation chamber (1).
  • this embodiment can be realized with a single socket internally coupled to the detonation chamber (1) and which communicates the gas supply lines (4) with the detonation chamber (1), by means of an expansion chamber (8 ) and a plurality of distributor ducts (9).
  • the channels (8) define a series of independent chambers or volumes, as collectors, which each communicate directly with one of the gas supply lines (4) for each of the gases reach the detonation chamber (1), without mixing with the rest of the gases, through multiple conduits (9).
  • FIGs 4 and 5 a variant of the embodiment of Figure 2 is shown in which the channels (8) provided in the bushings (6) and (7) extend along the entire periphery of the bushing, determining channels annular which constitute two expansion chambers, also annular, for each feed gas.
  • a solution with a single cylindrical bushing internally coupled to the detonation chamber has been represented in figures (4) and (5), but obviously it could be constituted from two concentric bushes as shown in figures (2) and (3). ).
  • Figure 6 represents an embodiment in which in the volume defined by the expansion chambers ( ⁇ ) provided in the outer sleeve (6) there is a porous material (12) that hinders the progression of the pressure wave through it.
  • FIG 7 an embodiment is shown in which the injection system is embodied in a rod or central cylinder (13) arranged concentrically and internally to the detonation chamber (1) incorporating a series of longitudinal ducts (14) which determine longitudinal expansion chambers and a multiplicity and radial holes (15) constituting the corresponding distributor ducts that communicate each expansion chamber with the detonation chamber through multiple points distributed on the periphery of said rod (13).
  • One of the main advantages of the invention refers to the fact that the feeding of each of the gases is carried out, either radially, annularly, or axially through an independent passage (5) so that the gases meet separated until reaching the detonation chamber, chamber inside which the fuel mixture is directly made, there being no other volume or conduit in which a combustible mixture is present. In this way, even if there is a certain flashback that reaches any of the gas supply passages, combustion of the same could not occur, much less detonation since each of them alone is not able to burn or much less explode.
  • the gas supply is continuous, that is, there are no valves or mechanical or other elements that open or close the gas supply to the detonation gun.
  • the gas feeding being carried out directly from the feed lines to the detonation chamber (1) producing in it the fuel mixture and ignition thereof, by means of the spark plug, first causing combustion of the mixture and then the detonation, detonation that progresses both through the canyon (2) and through the passages.
  • the actual advance of the shock wave through the passages blocks the supply of gases to the detonation chamber, thus converting, continuously, without the need for valves or other mechanical devices, the continuous feeding of the gases into a cyclic supply to the detonation chamber that allows cyclic detonations to be produced and therefore highly effective. It should not be forgotten that the propagation speed of a combustion process is clearly lower than the speed of a detonation process.

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Abstract

Este sistema de inyección de gases para una pistola de proyección por detonación no incorporan válvulas o sistemas mecánicos de cierre para la alimentación de los gases combustibles u otros compuestos aditivos de naturaleza inerte como Nitrógeno, Argol, Helio o similares sino que la alimentación de los gases o compuestos se produce directa y separadamente a la cámara de detonación (1) a través de una serie de pasajes independientes, uno para el comburente y al menos otro para los combustibles, estando cada pasaje compuesto por una cámara de expansión (8) y una pluralidad de conductos distribuidores (9) de sección transversal reducida y/o longitud elevada. La cámara de expansión (8) de cada pasaje se dispone en comunicación directa con la línea de suministro (4) correspondiente, mientras que los conductos distribuidores (9) se encuentran repartidos convenientemente de forma que en la superficie interior de la cámara de combustión (1) se abren múltiples puntos de inyección de gases, produciéndose una alimentación continua y separada de gases en múltiples puntos que permite asegurar que la mezcla combustible se produce directamente, y de forma homogénea en la cámara de combustión (1) y con un flujo suficiente para llenar la cámara (1) en cada ciclo de detonación.

Description

SISTEMA DE INYECCIÓN DE GASES EN UNA PISTOLA DE PROYECCIÓN POR DETONACIÓN
D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención es de aplicación en el área de las tecnologías de proyección térmica para la producción de recubrimientos y en particular, en tecnologías de proyección por detonación.
El objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de inyección de gases para una pistola de proyección por detonación que aporte una gran seguridad en su utilización así como una mayor productividad y versatilidad .
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la actualidad, la tecnología de proyección por detonación es utilizada principalmente para la aplicación de revestimientos a piezas que están expuestas a severas condiciones de desgaste, calor o corrosión y se basa fundamentalmente en el aprovechamiento de la energía cinética producida por la detonación de una mezcla de gases combustibles para depositar unos polvos de material de revestimiento sobre la pieza.
Los materiales de revestimiento utilizados habitualmente en los procesos de detonación incluyen polvos metálicos, cerámico- etálicos, cerámicos, etc y son de aplicación para mejorar la resistencia al desgaste, a la erosión, a la corrosión, como aislantes térmicos y como aislantes o conductores eléctricos.
La proyección por detonación se realiza mediante pistolas de proyección compuestas básicamente por una cámara de detonación tubular, con un extremo cerrado y otro abierto al cual se acopla un cañón también tubular. Los gases de combustión se inyectan en el interior de la cámara de detonación y a través de una bujía se produce la ignición de la mezcla de gases que provoca una detonación y como consecuencia una onda de choque o presión que se propaga, a velocidades supersónicas, por el interior de la cámara y a continuación por el interior del cañón hasta que sale por el extremo abierto de éste.
Los polvos de material de revestimiento se inyectan generalmente en el cañón justo antes de que llegue el frente de propagación de la onda de presión y consecuentemente son arrastrados por esta onda hasta el extremo del cañón depositándose sobre un substrato o pieza dispuesto frente al citado cañón. Este impacto de los polvos de revestimiento sobre un substrato produce un recubrimiento de alta densidad que tiene unas características adhesivas muy grandes.
Este proceso se repite de forma cíclica hasta que la pieza se encuentra recubierta adecuadamente.
En los equipos conocidos en la actualidad los gases que constituyen la mezcla a detonar, oxígeno y un combustible como por ejemplo gas natural, propano, propileno, hidrógeno o acetileno, se mezclan antes de entrar en la cámara de detonación en una precámara que garantiza la homogeneidad de la mezcla en la cámara de detonación en el momento de la explosión. Las cámaras o conductos en los cuales se mezclan los gases constituyen un volumen en el cual es preciso asegurar la ausencia de retornos de llama y de la onda de choque de la detonación para evitar que éstas avancen a través de las conducciones de alimentación de oxígeno y gases. Este requerimiento básico de seguridad se resuelve en los equipos tradicionales fundamentalmente de tres maneras:
a) Sistemas de detonación en los que la cámara de premezcla, la cámara de detonación y las líneas de alimentación de gases están aisladas mediante un sistema de válvulas sincronizado con el sistema de disparo. Según esta estructuración, las válvulas se abren para permitir el paso de los gases a la cámara de mezcla y de ésta a la cámara de detonación y se cierran durante la explosión para aislar las líneas de alimentación respecto de la cámara de detonación. Dispositivos de este tipo se describen en las Patentes estadounidenses US 4.687.135 y US 4.096.945.
Esta solución, por otro lado la mas extendida en la actualidad, presenta como principal inconveniente el hecho de que el sistema valvular además de añadir complejidad a los equipos, al ser un sistema mecánico compuesto por piezas móviles crea problemas de fiabilidad y limita la productividad de los mismos. Estos equipos se ven superados en productividad por equipos mas modernos que eliminan las piezas móviles reduciendo así los tiempos de parada por mantenimiento y aumentando las velocidades de deposición de polvos de recubrimiento. En estos dispositivos para impedir la propagación de la onda de detonación la cámara de mezcla se llena con un gas neutro, por ejemplo nitrógeno o un gas noble, que impide la propagación en su interior.
b) En la Patente US 4.258.091 se describe un método para aplicación de revestimientos en el cual los gases de la combustión se alimentan de forma continua a una cámara de mezcla y de ésta pasan, a través de una tubería, a la cámara de detonación. Para conseguir que la alimentación de gases mezclados a la cámara de detonación se produzca de manera cíclica y en el volumen adecuado, en una zona intermedia de la tubería de comunicación entre la cámara de mezcla y la cámara de detonación se incorpora una alimentación de gas inerte. La inyección del gas inerte a la tubería está controlada cíclicamente por una válvula de forma que a la cámara de detonación llegan alternadamente un volumen de mezcla de gases y un volumen de gas inerte. El volumen de gas inerte permite controlar el volumen de mezcla adecuado para la detonación pero además evita el retroceso de llama desde la cámara de detonación hasta la cámara de mezcla.
Este dispositivo presenta como mayor inconveniente su baja productividad.
c) Sistemas de detonación en los que la cámara de mezcla se comunica con la cámara de detonación a través de un conducto o camino tortuoso, a modo de laberinto, que dificulta la propagación de la onda de detonación por colisión de las celdas de detonación que componen la onda de choque contra las paredes del laberinto de tal manera que la onda pierde suficiente presión como para que no se propague la detonación a través de los conductos de alimentación de gases. Un dispositivo de este tipo se describe en la Patente PCT US96/20160 del mismo solicitante.
En este caso, el camino tortuoso o laberinto debe contar con una geometría muy especial que depende de la composición de la mezcla de gases, ya que las dimensiones de las celdas de detonación dependen de la mezcla de gases y, por tanto, el laberinto debe estar especialmente diseñado para provocar la aniquilación de las celdas que se propagan a su través. Esto representa un serio inconveniente, ya que los equipos se diseñan y son válidos para las celdas correspondientes a unas determinadas mezclas combustibles siendo necesario un nuevo diseño de laberinto o, en el mejor de los casos, un reajuste de su geometría para poder emplear con seguridad una mezcla distinta de gases que comporta unas celdas de distintas dimensiones.
Incluso para una misma pareja de gases, el diseño del laberinto únicamente garantiza la seguridad del sistema en un intervalo limitado de composición de la mezcla y de presión de los gases en la cámara de combustión.
Otro inconveniente importante que presentan este tipo de sistemas se refiere al hecho de que al existir una libre comunicación entre la cámara de detonación y la cámara de mezcla, no es posible eliminar completamente el retroceso de la llama hasta la cámara de mezcla, por lo que entre dos detonaciones consecutivas se produce la combustión del volumen de gases contenidos en ella. Estos gases al arder en el interior de la cámara de mezcla provocan la formación de cenizas y hollines que se depositan tanto en las paredes de la cámara como en los conductos de alimentación de gas pudiendo incluso llegar a la obstrucción de los mismos por lo que periódicamente es necesario realizar su limpieza y mantenimiento.
Una solución similar a la anterior y por tanto con los mismos inconvenientes mencionados se describe en la
Patente US 5.542.606. En esta Patente, la combustión de la mezcla se produce en la propia cámara de mezcla de gases propagándose la combustión a través de unos canales muy estrechos hasta alcanzar una cámara de mayores dimensiones en la que se produce la detonación.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención resuelve a completa satisfacción los inconvenientes mencionados mediante un sistema de alimentación continua de gases que comunica directa y separadamente las fuentes de suministro de oxígeno y gases combustibles con la cámara de detonación sin que exista una cámara o conducto intermedio en la cual se mezclan los gases combustibles con el oxígeno antes de su paso a la cámara de detonación.
El dispositivo que se preconiza no consta de válvulas o piezas móviles para cerrar la comunicación entre la cámara de detonación y los conductos de alimentación de gases y está constituido únicamente por una serie de pasajes independientes para cada uno de los gases cuyo diseño y dimensiones permiten conseguir detonaciones cíclicas con una alimentación continua de gases, garantizándose además una rápida y buena distribución de los gases en la cámara de detonación para obtener una rápida y eficaz homogeneidad de la mezcla.
Más concretamente, cada uno de los pasajes independientes que comunican cada una de las líneas de alimentación con la cámara de detonación está compuesto por una cámara de expansión y una pluralidad de conductos distribuidores de sección transversal reducida y/o longitud elevada de tal manera que cada gas accede a la cámara de detonación separado del resto de los gases y a través de una pluralidad de orificios pequeños, a modo de ducha, que garantiza una correcta distribución espacial de los gases en el interior de la cámara de detonación y consecuentemente una buena homogeneidad de la mezcla combustible que se produce en la cámara de detonación previamente a la explosión.
Una vez producida la detonación, la onda de presión generada avanza en todas las direcciones, preferentemente a través del cañón, e incluso a través de los múltiples conductos distribuidores de gases que se abren a la cámara de detonación. El avance de los gases a través de los conductos distribuidores, por la especial geometría de estos, se produce con dificultad de forma que los gases pierden gran cantidad de calor, por transmisión térmica con la superficie externa de los conductos, enfriándose hasta una temperatura inferior a la temperatura de ignición de la mezcla.
A continuación, cuando el volumen principal de gases de detonación sale a través del cañón se produce una succión de los gases que progresaban a través de los conductos distribuidores retornándolos, ya fríos, a la cámara de detonación constituyendo un paquete o volumen de gases fríos que queda dispuesto inmediatamente después de los gases calientes de la detonación, actuando así como una barrera térmica entre los gases ya detonados muy calientes y el nuevo volumen de gases que entra en la cámara para una nueva detonación. Este volumen o paquete de gases fríos impide que los gases ya detonados estén en contacto directo con el nuevo volumen de gases evitando así que la combustión se propague a los nuevos gases, es decir, que los gases detonados enfriados en el interior de los conductos distribuidores actúan como una barrera que separa de forma cíclica volúmenes de gases que provocarán combustiones y consecuentemente detonaciones de forma cíclica. Como se ha visto, con este sistema de inyección basado en una serie de pasajes independientes constituidos por múltiples conductos de sección transversal reducida y/o longitud elevada se consigue transformar de forma automática una alimentación continua de gases en detonaciones cíclicas dentro de la cámara de detonación.
Por otro lado, el dispositivo actúa también como válvula de seguridad impidiendo que la onda de presión alcance las líneas de alimentación de gases después de cada explosión ya que la especial geometría de los conductos distribuidores hace que el gas progrese lentamente por su interior de forma que antes de que el frente de la onda de presión alcance las líneas de alimentación, todo el volumen de la explosión ha salido ya por el cañón y por tanto la presión de la onda desaparece rápidamente.
No obstante, el sistema es intrínsecamente seguro al no existir un volumen de mezcla explosiva, oxígeno y gas combustible, en ninguna cámara o conducto del dispositivo salvo en la cámara de detonación. Esto quiere decir que aunque se produjera el retroceso de llama, no tendría serias consecuencias ya que tanto el oxígeno como el combustible (excepto el acetileno) por sí solos no son capaces de arder y mucho menos de explotar.
Con el dispositivo descrito la frecuencia de disparo es mayor que en los equipos actuales ya que además de no contar con piezas móviles, no es preciso rellenar el volumen de gas y oxígeno de la cámara de mezcla entre dos disparos sucesivos que en otros sistemas se pierden por la combustión de los mismos. Esto quiere decir, que podemos conseguir un llenado mas rápido de la cámara de detonación y por tanto, obtener una mayor frecuencia de trabajo.
El dispositivo de la invención va dispuesto directamente entre las líneas de alimentación de gases y la cámara de detonación y puede materializarse en las propias paredes de la cámara, en un vastago o cilindro colocado axialmente as la cámara, o pref rentemente en uno o varios casquillos acoplados internamente a la cámara de detonación. Cuando las cámaras de expansión se disponen en la periferia del los casquillos mencionados pueden abarcar un arco de circunferencia o bien el total de la circunferencia debiendo en el primer caso disponerse las líneas de alimentación en posición radial respecto de la cámara de detonación.
Finalmente, indicar que el sistema descrito presenta una mayor flexibilidad respecto de los sistemas conocidos ya que no existe ninguna limitación en cuanto al tipo de gas a utilizar o lo que es lo mismo, aunque utilicemos gases o mezclas de gases distintos no es necesario adaptar o modificar la pistola de detonación.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.- Muestra de forma esquemática un equipo de proyección por detonación de acuerdo con el objeto de la invención, en el que se han utilizado para obtener la mezcla explosiva un combustible, un gas nitrógeno y oxígeno.
La figura 2.- Muestra una realización en la cual el sistema de inyección de gases está constituido por dos casquillos concéntricos dotados, cada uno de ellos, de una cámara de expansión y una pluralidad de orificios distribuidores que comunican con la cámara de detonación.
La figura 3.- Muestra una perspectiva de la realización mostrada en la figura 2, es decir, en la que el sistema de inyección está formado por un casquillo dotado de cámaras de expansión anulares y una pluralidad de orificios distribuidores.
La figura 4.- Muestra una realización en la cual el sistema de inyección de gases está constituido por un único casquillo cilindrico dotado, para cada uno de los gases, de una cámara de expansión radial y una pluralidad de orificios distribuidores que comunican con la cámara de detonación.
La figura 5.- Muestra una perspectiva de la realización mostrada en la figura 4, es decir, en la que el sistema de inyección está formado por un casquillo dotado de cámaras de expansión radiales y una pluralidad de orificios distribuidores.
La figura 6.- Muestra una realización del sistema de inyección utilizando un material poroso.
La figura 7.- Muestra una realización del sistema de inyección en el cual el sistema de inyección está constituido por un vastago o cilindro axial, dotado para cada uno de los gases de una cámara de expansión axial y una pluralidad de orificios distribuidores que se abren a la cámara de detonación.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Co o se observa en la figura 1, una pistola de proyección por detonación está compuesta principalmente por una cámara de detonación (1) , de forma cilindrica y por un cañón (2) también cilindrico acoplado al extremo abierto de la cámara de combustión. En la cámara de combustión, se dispone una bujía (3) que permite provocar la ignición de la mezcla combustible.
Los gases de combustión llegan a la cámara de detonación a través conductos de alimentación (4) , mientras que los polvos de revestimiento se alimentan al cañón (2) y por tanto en una zona que se encuentra situada después de la cámara de detonación.
El sistema de inyección de gases objeto de la invención, tal y como se observa en la cualquiera de las figuras, permite realizar la alimentación de gases directa e independientemente a la cámara de detonación (1) sin que se produzca una mezcla previa de los citados gases antes de llegar a la cámara de detonación (1) .
Mas concretamente, el sistema de inyección propuesto, está constituido por una serie de pasajes independientes, cada uno de los cuales está constituido por una cámara de expansión (8) y una pluralidad conductos distribuidores (9) que comunican la cámara de expansión (8) con la cámara de detonación (1) a través de múltiples puntos que permiten conseguir una rápida inyección de los mismos así como una buena distribución espacial en la cámara de detonación (1) que permite garantizar una buena homogeneidad de la mezcla antes de su combustión.
Los conductos distribuidores (9) presentan una sección transversal reducida y/o una longitud elevada para que los gases de detonación que progresan a través de ellos pierdan suficiente calor como para que su temperatura descienda, en el interior de dichos conductos (9) , hasta alcanzar un valor inferior al de la temperatura de combustión de la mezcla constituyendo una barrera térmica entre los gases ya detonados y el siguiente volumen de gases que llenará la cámara de detonación. De esta forma y simplemente mediante la configuración geométrica de los pasajes de alimentación de gases es posible obtener detonaciones cíclicas utilizando una alimentación continua de gases.
En las figuras 2, 3, 4, 5, 6 y 7 se observan distintas realizaciones para el sistema de inyección de gases objeto de la invención y así en concreto, en las figuras 2 y 3 el sistema de inyección está compuesto por dos casquillos anulares (6) (6 ') concéntricos que se acoplan en el interior de la cámara de detonación actuando además como cierre de ésta por su extremo trasero. En cada uno de los casquillos, los pasajes de alimentación de gases están constituidos por una serie de canales (8) (8'), determinantes sectores anulares que constituyen otras tantas cámaras de expansión radiales e independientes, una para cada gas de alimentación, y una pluralidad de orificios (9) (9') que distribuyen el gas contenido en cada uno de los volúmenes definidos por las citadas cámaras de expansión (8) (8'). Con esta estructuración las cámaras de expansión (8) del casquillo externo (6) están directamente relacionadas con las líneas de alimentación de gases (4) , los conductos distribuidores (9) del casquillo externo (6) comunican las cámara (8) con las cámaras de expansión (8') del casquillo interno (7) , y finalmente, los conductos distribuidores (9') del casquillo externo (7) establecen la comunicación con la cámara de detonación (1) . Obviamente, esta realización puede materializarse con un único casquillo acoplado internamente a la cámara de detonación (1) y que pone en comunicación las líneas de alimentación de gases (4) con la cámara de detonación (1) , mediante una cámara de expansión(8) y una pluralidad de conductos distribuidores (9).
Así las cosas, los canales (8) definen una serie de cámaras o volúmenes independientes, a modo de colectores, que se comunican cada uno de ellos directamente con una de las líneas de alimentación (4) de gas para que cada uno de los gases llegue a la cámara de detonación (1) , sin mezclarse con el resto de los gases, a través de múltiples conductos (9) .
En las figuras 4 y 5 se representa una variante de la realización de la figura 2 en la cual los canales (8) previstos en los casquillos (6) y (7) se extienden a lo largo de toda la periferia del casquillo, determinando canales anulares que constituyen sendas cámaras de expansión, también anulares, para cada gas de alimentación. En las figuras (4) y (5) se ha representado una solución con un único casquillo cilindrico acoplado interiormente a la cámara de detonación , pero obviamente podría constituirse a partir de dos casquillos concéntricos como los representados en las figuras (2) y (3).
La figura 6 representa una realización en la cual en el volumen definido por las cámaras de expansión (δ)previstas en el casquillo exterior (6) se dispone un material poroso (12) que dificulta la progresión de la onda de presión a su través.
En la figura 7, se ha representado una realización en la cual el sistema de inyección se materializa en un vastago o cilindro central (13) dispuesto concéntrica e internamente a la cámara de detonación (1) que incorpora una serie de conductos longitudinales (14) que determinan sendas cámaras de expansión longitudinales y una multiplicidad e orificios radiales (15) constitutivos de los correspondientes conductos distribuidores que comunican cada cámara de expansión con la cámara de detonación a través de múltiples puntos distribuidos en la periferia del citado vastago (13).
Una de las ventajas principales de la invención se refiere al hecho de que la alimentación de cada uno de los gases se realiza, bien sea radial ente, anularmente, o axialmente a través de un pasaje (5) independiente de forma que los gases se encuentran separados hasta llegar a la cámara de detonación, cámara en cuyo interior se realiza directamente la mezcla combustible, no existiendo ningún otro volumen o conducto en el cual esté presente una mezcla combustible. De esta forma, aunque se produzca un cierto retroceso de llama que alcanzase cualquiera de los pasajes de alimentación de gas, no se podría producir combustión de los mismos ni mucho menos detonación ya que cada uno de ellos por sí solo no es capaz de arder ni mucho menos de explotar.
Con este dispositivo, la alimentación de gases es continua, es decir, no existen válvulas ni elementos mecánicos o de otro tipo que abran o cierren la alimentación de los gases a la pistola de detonación. realizándose la alimentación de gases de forma directa desde las líneas de alimentación a la cámara de detonación (1) produciéndose en ella la mezcla combustible y la ignición de la misma, mediante la bujía, provocándose en primer lugar la combustión de la mezcla y a continuación la detonación, detonación que progresa tanto a través del cañón (2) como a través de los pasajes. El propio avance de la onda de choque a través de los pasajes bloquea la alimentación de gases a la cámara de detonación convirtiendo así directamente, es decir, sin necesidad de válvulas u otros dispositivos mecánicos, la alimentación continua de los gases en una alimentación cíclica a la cámara de detonación que permite producir detonaciones también cíclicas y por tanto de gran efectividad. No hay que olvidar que la velocidad de propagación de un proceso de combustión es netamente inferior a la velocidad de un proceso de detonación.
No se considera necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el alcance de la invención y las ventajas que de la misma se derivan.
Los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos serán susceptibles de variación siempre y cuando ello no suponga una alteración en la esencialidad del invento.
Los términos en que se ha redactado esta memoria deberán ser tomados siempre en sentido amplio y no limitativo.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
la. -Sistema de inyección de gases en una pistola de proyección por detonación del tipo de las que no incorporan válvulas o sistemas mecánicos de cierre para la alimentación de los gases combustibles u otros compuestos aditivos de naturaleza inerte como Nitrógeno, Argol, Helio o similares caracterizado porque la alimentación de los gases o compuestos se produce directa y separadamente a la cámara de detonación (1) a través de una serie de pasajes independientes, uno para el comburente y al menos otro para los combustibles, estando cada pasaje compuesto por una cámara de expansión (8) y una pluralidad de conductos distribuidores (9) de sección transversal reducida y/o longitud elevada, de tal manera que la transmisión térmica entre las paredes de los conductos distribuidores (9) y los gases de la onda de detonación que progresan a través de ellos hacia las líneas de suministro, es suficientemente grande como para que los gases se enfríen hasta alcanzar una temperatura inferior a la temperatura de ignición de la mezcla para que en el siguiente ciclo, cuando en el siguiente ciclo de detonación retornen al interior de la cámara de combustión (1) , actúen de barrera térmica entre los productos de la detonación y el siguiente volumen de mezcla de combustión, disponiéndose la cámara de expansión (8) de cada pasaje en comunicación directa con la línea de suministro (4) correspondiente, mientras que los conductos distribuidores (9) se encuentran repartidos convenientemente de forma que en la superficie interior de la cámara de combustión (1) se abren múltiples puntos de inyección de gases, produciéndose una alimentación continua y separada de gases en múltiples puntos que permite asegurar que la mezcla combustible se produce directamente, y de forma homogénea en la cámara de combustión (1) y con un flujo suficiente para llenar la cámara (1) en cada ciclo de detonación.
2a.- Sistema de inyección de gases en una pistola de proyección por detonación según reivindicación l caracterizado porque se constituye a partir de uno o varios casquillos o piezas tubulares que se acoplan internamente a la cámara de combustión (1) cerrándola por su parte trasera, contando el casquillo mas externo (6) , en su periferia, con una serie de canales (8), determinantes de sectores anulares que constituyen otras tantas cámaras de expansión radiales e independientes, una para cada gas de alimentación, y una pluralidad de orificios también radiales (9) que constituyen los conductos distribuidores que comunican cada una de las cámaras radiales con la cámara de combustión a través de múltiples puntos, estando así cada cámara radial en comunicación libre y directa con la cámara de combustión y con única línea de alimentación de gas de tal manera que cada gas llega al cámara de combustión (1) sin mezclarse con los otros, habiéndose previsto opcionalmente la posibilidad de incorporación de un segundo casquillo (7) concéntrico e interno al primero y dotado asimismo, de una serie de canales radiales (10), tantos como gases de alimentación y una pluralidad de orificios radiales (11) , de tal manera que los orificios radiales (9) del casquillo externo (6) comunican con las cámaras de expansión (10) del casquillo interno (7), mientras que los orificios radiales (11) del casquillo interno (7) establecen la comunicación con la cámara de combustión (1) .
3a.- Sistema de inyección de gases en una pistola de proyección por detonación según reivindicaciones anteriores caracterizado porque los canales (8) previstos en la periferia de los casquillos (6) , (7) se extienden a lo largo de toda la periferia del casquillo, determinando canales anulares que constituyen una cámara de expansión, también anular, para cada gas de alimentación.
4a.- sistema de inyección de gases en una pistola de proyección por detonación según reivindicaciones anteriores caracterizado porque en las cámaras de expansión (8) definidas por el casquillo externo (6) , el casquillo interno (7) o de ambos, se dispone un material poroso (12) que dificulta el paso de la onda de presión generada en la cámara de detonación.
5.- Sistema de inyección de gases en una pistola de proyección por detonación según reivindicación i caracterizado porque incorpora un vastago (13) o cilindro central dispuesto concéntrica e internamente a la cámara de combustión (1) que incorpora una serie de conductos longitudinales (14) , que determinan sendas cámaras de expansión longitudinales, y una multiplicidad de orificios radiales (15) constitutivos de los correspondientes conductos distribuidores que comunican cada cámara de expansión longitudinal (14) con la cámara de combustión (1) de forma separada, a través de múltiples puntos distribuidos radialmente en la periferia del citado vastago.
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