Аппарат сверхзвуковой термоабразивной обработки
Полезная модель относится к оборудованию для термоабразивной обработки, и может быть использована в металлургической, металлообрабатывающей и строительной промышленности. Задачей предлагаемой полезной модели является разработка относительно недорогой, компактной аппаратуры с мощным источником реактивной струи и нагрева, обеспечивающей качественную подготовку любой твердой поверхности для нанесения газотермического покрытия с приданием ей заданной шероховатости. Решается поставленная задача тем, что в аппарате сверхзвуковой термоабразивной обработки, содержащем компрессор, топливную емкость, контейнер с абразивом, блок поджига, запальное устройство, камеру сгорания, топливную форсунку, сопло, инжекционную камеру и выходной патрубок с целью создания реактивной струи используется сопло Лаваля, конфигурация которого рассчитана таким образом, чтобы скорость напыляемого порошка составляла 550-1000 м/с, инжекционная камера расположена за соплом, запальное устройство, заключенное в керамическом корпусе, введено в зону камеры сгорания и питается от высоковольтного генератора дугового разряда, используется щелевая вихревая топливная форсунка. Реактивная газовая струя образована продуктами сгорания дизельного топлива или керосина, сжигаемого в сжатом воздухе камеры сгорания горелки. Таким образом, предлагаемый аппарат высокоскоростной термоабразивной обработки отличается универсальностью, простотой в эксплуатации, мобильностью. Эти преимущества позволяют выполнять работы как в заводских, так и в полевых или малоприспособленных для механизации условиях, вдали от источников энергоснабжения и коммуникаций.
Полезная модель относится к области качественной очистки поверхностей перед нанесением на них различных антикоррозийных и декоративных покрытий, в частности, к оборудованию для термоабразивной обработки, и может быть использована в металлургической, металлообрабатывающей и строительной промышленности.
От операции подготовки поверхности и качества ее очистки зависят степень адгезии наносимого на поверхность покрытия и его долговечность.
Известно, что проблема коррозии и защита от нее приобрела в настоящее время огромное значение. Коррозионное воздействие окружающей среды снижает прочность металлоконструкций, провоцирует их разрушение и аварии, приводит к значительным убыткам. Установлено, что коррозия металлоизделий обходится национальной экономике индустриальных стран примерно в 4% ВВП.
Известны различные устройства для пескоструйной очистки, например по патентам на изобретение РФ 
2360782, 2381889, содержащие корпус, направляющий канал, патрубки для подачи абразива и сжатого воздуха в направляющий канал, выходное сопло (например, в форме сопла Лаваля в патенте 2381889) со средствами осевого перемещения и завихритель, установленный на конце цилиндрического элемента. Принцип, лежащий в основе функционирования инструмента, состоит в создании внешнего контура из распыленной воды, внутри которого обеспечивается рабочая зона абразивно-струйной обработки.
Недостатками таких устройств является:
- затруднительная система подачи напыляемого материала (порошок, расплав проволоки),
- не совершенная система подготовки топлива, воздуха;
- система поджига. В момент искрового разряда выделяется большое количество тепла и происходит отпуск стали, происходит изменение физических свойств обрабатываемой поверхности,
-установки громоздкие, стационарные.
Известны способы термообразивной очистки поверхностей изделий и устройства для их осуществления по патентам РФ на изобретения 2201329, В24С 5/04 и 2167756, В24С 1/00 и др.
Все эти установки стационарные и сложновыполнимые.
Известны термоабразивные установки ТАУ, выпускаемые предприятием ООО «ПромАнтикорЗащита», г.Запорожье, Украина (http://www.corprotection.com.ua/production tau.html) и предназначенные для очистки металлических и неметаллических поверхностей от различных видов загрязнений и коррозии, подготовки поверхностей конструкций под нанесение защитных покрытий, обработки поверхностей старого бетона для соединения с новым. В основу работы установки заложен метод термоабразивной обработки, заключающийся в одновременном термическом и интенсивном ударно-абразивном воздействии на обрабатываемую поверхность двухкомпонентной сверхзвуковой высокотемпературной струей, состоящей из газового потока продуктов сгорания и частиц абразивного материала. Абразивные частицы подаются в поток сверхзвуковой газовой струи, генерируемой аппаратом, ускоряются до сверхзвуковой скорости и вместе с продуктами сгорания бомбардируют обрабатываемую поверхность.
Таким образом, для обеспечения работы установки имеются:
компрессор - источник сжатого воздуха, топливный резервуар (используется керосин или дизельное топливо), горелка газоструйная, устройство для поджига топлива (электрическое), резервуар для абразива (речной песок, дробь, корунд и др.), сопло (Venture), соплодержатель, комплект резинорукавов.
Недостатком таких установок является дороговизна и относительная сложность оборудования. Кроме того, постоянная пыль и шум влияют на здоровье обслуживающего персонала.
Наиболее близкой по технической сущности является мобильная установка сверхзвуковой термоабразивной обработки и нанесения защитных покрытий по патенту на ПМ 83726, В24С 5/00. Установка расположена на кузове автомобильного прицепа, включает в свой состав компрессор, блок электропитания, топливный бак, емкость для абразива, смеситель, плазмоэлектрохимический воспламенитель, газовый реактор, эжектор, газодинамический ускоритель. Выход эжектора соединен через газодинамический ускоритель с выходом установки, выполненным в виде сопла. Формирование термореактивной струи происходит следующим образом.
Продукты сгорания горючей смеси с выхода газового реактора проходят через эжектор и с высокой (сверхзвуковой) скоростью создают разрежение, под воздействием которого абразивный материал или порошки для нанесения покрытий из своих резервуаров через смеситель и всасывающий вход эжектора поступают на вход газодинамического ускорителя. Сформированная на выходе газодинамического ускорителя струя абразивного материала воздействует на обрабатываемую поверхность.
Недостатком описываемого устройства являются сложные системы поджига и подготовки топлива и воздуха.
Задачей предлагаемой полезной модели является разработка относительно недорогой, компактной аппаратуры с мощным источником реактивной струи и нагрева, обеспечивающей качественную подготовку любой твердой поверхности для нанесения газотермического покрытия с приданием ей заданной шероховатости.
Решается поставленная задача тем, что в аппарате сверхзвуковой термоабразивной обработки, содержащем компрессор, топливную емкость, контейнер с абразивом, блок поджига, запальное устройство, камеру сгорания, топливную форсунку, сопло, инжекционную камеру и выходной патрубок с целью создания реактивной струи сопло выполнено в виде сопла Лаваля, конфигурация которого рассчитана таким образом, чтобы скорость газового потока составляла 550-1000 м/с, запальное устройство заключено в керамический корпус, введено в зону камеры сгорания и питается от высоковольтного генератора дугового разряда, топливная форсунка выполнена в виде щелевой вихревой топливной форсунки, а инжекционная камера расположена за пределами сопла. Реактивная газовая струя образована продуктами сгорания дизельного топлива или керосина, сжигаемого в сжатом воздухе камеры сгорания горелки.
Для решения такой задачи требуется повышение концентрации тепловой мощности топливовоздушного пламени. Этого можно достичь модернизацией дозвуковой газоплазменной аппаратуры посредством использования сверхзвуковых сопел (сопел Лаваля).
Сверхзвуковые сопла позволяют формировать сжатый газовый поток с высокой скоростью истечения продуктов, что способствует увеличению концентрации энергии данного источника нагрева, вводимой в нагреваемую поверхность и сокращению размеров участков зоны термического влияния.
Сопло Лаваля представляет собой сначала суживающийся, а затем расширяющийся канал. Только в таком сопле можно разогнать газ до сверхзвуковых скоростей. Причем, достижению конечной практической цели, а именно, формированию высокотемпературного газового потока, способствует правильный расчет конфигурации сверхзвукового сопла Лаваля. В нем тепловая энергия газа переходит в его кинетическую энергию; из сопла газ вытекает наружу с большой скоростью, создавая реактивную тягу.
Таким образом, в предлагаемом устройстве сверхзвуковой термоабразивной обработки принципиально новым является процесс получения реактивной струи.
Компрессор обеспечивает давление сжатого воздуха 4-5 кг/м2 на выходе и расход воздуха 2-5 м3/мин. Достигается снижение давления по сравнению с прототипом путем применения щелевой вихревой топливной форсунки.
Инжекционная камера обеспечивает за счет инжекции струи всасывание абразива и смешивание его с реактивной струей уже за пределами сопла Лаваля, которое работает только в однородном потоке. При этом не нарушается технология производства и обеспечивается износостойкость сопла, что в свою очередь влияет на работоспособность полезной модели.
Система поджига.
В установках ТАУ для поджига применяют свечу накаливания-150 А, температера 700-1000 С. Она дорогая и капризная в эксплуатации. В момент искрового разряда выделяется большое количество тепла, происходит отпуск стали и изменение физических свойств обрабатываемого металла. Если происходит неуправляемое охлаждение, то свеча выходит из строя. Кроме того, свеча не может находиться в потоке.
Блок поджига громоздкий. Требуется мощный трансформатор или аккумулятор, который необходимо часто перезаряжать.
В предлагаемом аппарате сверхзвуковой термоабразивной обработки блок поджига компактный за счет использования высоковольтного генератора дугового разряда; мощность - 0,25 Квт.; работает от сети или аккумуляторной батареи. Оригинальное запальное устройство введено в зону камеры сгорания и воспламеняет топливо в камере сгорания в момент запуска аппарата, затем отключается.
Поясняется полезная модель следующими чертежами:
Фиг.1 - схема устройства аппарата сверхзвуковой термоабразивной обработки;
Фиг.2 - схема электродугового запального устройства;
Фиг.3-схема устройства соплового блока аппарата с инжекционной камерой.
Аппарат сверхзвуковой термоабразивной обработки содержит источник сжатого воздуха - компрессор (1), питающий топливную емкость (2), контейнер с абразивом (3), генератор дугового разряда(4), питающий запальное устройство (10), расположенное внутри камеры сгорания (6),сопло Лаваля (7), инжекционную камеру (8) с выходным патрубком (9), щелевую вихревую топливную форсунку (11).
Работает аппарат сверхзвуковой термоабразивной обработки следующим образом:
в малогабаритный сверхзвуковой аппарат подается сжатый воздух и жидкое углеводородное топливо (как правило, это дизельное топливо или керосин), которое с помощью электродугового разряда воспламеняется в камере сгорания. В реактивной горелке химическая энергия топлива, практически без потерь, трансформируется в кинетическую и тепловую энергию струи продуктов сгорания. При этом скорость реактивной струи на срезе выходного патрубка может достигать 1000 м/с.
В сопловом блоке (Фиг.3) сверхзвукового газодинамического аппарата (5) за счет кинетической энергии струи осуществляется управляемое инжектирование в поток любых абразивных материалов.
Обработанная таким образом поверхность не нуждается в дополнительном обезжиривании, обеспыливании и исключается необходимость каких-либо дополнительных операций перед нанесением покрытия.
Таким образом, предлагаемый аппарат высокоскоростной термоабразивной обработки отличается универсальностью, простотой в эксплуатации, мобильностью. Эти преимущества позволяют выполнять работы как в заводских, так и в полевых или малоприспособленных для механизации условиях, вдали от источников энергоснабжения и коммуникаций.
Аппарат сверхзвуковой термоабразивной обработки, содержащий компрессор, топливную емкость, контейнер с абразивом, блок поджига, запальное устройство, камеру сгорания, топливную форсунку, сопло, инжекционную камеру и выходной патрубок, отличающийся тем, что для создания реактивной струи сопло выполнено в виде сопла Лаваля, запальное устройство заключено в керамический корпус, введено в зону камеру сгорания и питается от высоковольтного генератора дугового разряда, топливная форсунка выполнена в виде щелевой вихревой топливной форсунки, а инжекционная камера расположена за пределами упомянутого сопла.
