Горелка для газопламенного напыления

 

Использование: изобретение относится к аппаратуре для газопламенного напыления покрытий, оно может быть использовано для повышения производительности напыления и улучшения качества напыляемых покрытий за счет повышения стабильности горения пламени. Сущность изобретения: смесительные камеры выполнены в мундштуке изолированными друг от друга и неразъемными с газовыми соплами. При этом каждое газовое сопло имеет индивидуальную смесительную камеру и инжектор, выполнено с ними на единой оси под углом к оси центрального канала 2 - 5°. Причем угол внешнего конуса мундштука составляет 12 - 22°. 2 ил.

Изобретение относится к области газотермических покрытий, в частности, к аппаратуре газопламенного напыления, работающей преимущественно на горючей смеси ацетилена с кислородом, но может быть преимущественно использовано и при работе со смесями кислорода с другими горючими газами (пропаном, метаном, природным газом, водородом и др.).

В настоящее время газопламенное напыление в силу ряда достоинств (мобильность и простота эксплуатация оборудования, эффективность, универсальность и др. ) нашло широкое применение при нанесении износостойких, декоративных, электроизоляционных, антифрикционных и др. типов газотермических покрытий. Дальнейшее распространение этого экономически выгодного метода напыления ограничивается из-за отсутствия высоконадежного оборудования, устойчивого против образования обратных ударов и хлопков.

Известна горелка для напыления, содержащая корпус со смесительными камерами и встроенными инжекторами, с каналами подачи ацетилена и кислорода, мундштук с сообщающимися между собой газовыми соплами, концентрично расположенными вокруг центрального канала для приема порошка, установленный в корпус [1].

Недостаток аналога - возможность появления сильных обратных ударов, обусловленных с одной стороны - значительным объемом горючей смеси, находящейся в газовых соплах, с другой разгеpметизацией тракта движения горючей смеси в зоне крепления мундштука с корпусом горелки.

В качестве прототипа принимается установка для газопламенной металлизации [2], в состав которой входит горелка для газопламенного напыления, содержащая корпус с каналами подачи кислорода, ацетилена и воздуха, мундштук с внешним конусом и с сообщающимися между собой газовыми соплами, концентрично расположенными вокруг центрального канала для подачи напыляемого материала, прикрепленный к цилиндрическому телу с инжекторами и смесительными камерами, установленному в корпусе.

Недостаток прототипа - появление в процессе напыления сильных обратных ударов и хлопков, вынуждающих оператора прерывать процесс нанесения покрытий, осуществлять прочистку сопел, переналадку и т.д. В результате производительность нанесения покрытий в целом существенно снижается. При этом ухудшается и качество получаемых покрытий из-за нарушения непрерывности процесса напыления.

Причина в появлении обратных ударов и хлопков заключается в отсутствии герметичности тракта движения горючей смеси. Существенный объем горючей с меси обусловливает заметную силу обратного удара.

Целью изобретения является повышение производительности напыления и улучшение качества напыляемых покрытий за счет повышения стабильности горения пламени.

Поставленная цель достигается тем, что в горелке для газопламенного напыления, содержащей корпус с каналами подачи горючего газа, кислорода и воздуха, мундштук с внешним конусом и с газовыми соплами, концентрично расположенными вокруг центрального канала подачи напыляемого материала, инжекторы и смесительные камеры, согласно изобретению, смесительные камеры выполнены в мундштуке изолированными друг от друга и неразъемными с газовыми соплами, при этом каждое газовое сопло имеет индивидуальную смесительную камеру и инжектор, выполнено с ними на одной оси под углом к оси центрального канала 2-5^о, причем угол внешнего конуса мундштука составляет 12-22^о.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид горелки в разрезе; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.

Горелка для газопламенного напыления включает корпус 1 с каналами подачи воздуха 2, кислорода 3, горючего газа 4, мундштук 5 с газовыми соплами 6, смесительными камерами 7 и центральным каналом подачи напыляемого материала 8, тело 9 с соплами инжекторов 10. Мундштук 5 имеет уплотнительное кольцо 11. Тело 9 снабжено уплотнительным кольцом 12. В горелку входит сопло 13, фиксируемое на корпусе 1 накидной гайкой 14. Воздушное сопло 13 имеет отверстия 15 для подачи воздуха. В корпусе 1 имеется особая вставка 16 с уплотнительным кольцом 17 и отверстиями для подачи кислорода 18, которая образует с корпусом 1 полость 19. Особая вставка 16 имеет промежуточную втулку 20, фиксируемую фигурной гайкой 21. Вставка 16 установлена в корпусе 1 с образованием кольцевого зазора 22.

Горелка снабжена устройством 23. При напылении покрытий из порошковых материалов это устройство представляет собой порошковый питатель, при напылении покрытий из проволоки, стержней, гибких шнуров - привод с воздушным или электрическим двигателем, снабженный понижающим редуктором. Каналы 24 служат для подачи горючего газа в смесительные камеры 7.

Горелка работает следующим образом.

В каналы 2, 3, 4 подается соответственно воздух, кислород и горючий газ. Кислород по каналу 3 поступает в полость 19, откуда через сопла инжекторов 10 с большой скоростью подается в смесительные камеры 7. В камеры 7 по каналам 24 подсасывается за счет эффекта инжекции струей кислорода горючий газ из кольцевого зазора 22, куда он поступает из канала 4. Таким образом образуется в смесительных камерах 7 горючая смесь, которая далее попадает в газовое сопло 6. На выходе из сопла 6 смесь поджигается и образуется газовое пламя. Из канала 2 воздух поступает в полость накидной гайки 14, а отсюда через отверстия 15 - в полость воздушного сопла 13. В сопле 13 воздух обжимает газовое пламя, что приводит к повышению давления горючей смеси, а, следовательно, и к повышению температуры пламени, что способствует улучшению качества напыляемых покрытий.

При применении в качестве напыляемого материала порошка происходит следующее. При прохождении частиц порошка через пламя они прогреваются до твердо-пластичного состояния и под воздействием динамического напора газового пламени и воздушной струи ускоряются, их кинетическая энергия возрастает и при ударе о поверхность они образуют сплошное и плотное покрытие, прочно сцепленное с подложкой.

При получении покрытий из проволочных материалов частицы образуются за счет срыва с торца оплавляемого материала.

Качество напыляемых покрытий в существенной мере зависит от угла наклона газовых сопел к оси центрального канала и от угла внешнего конуса газового мундштука. От последнего зависит степень обжима газопорошковой струи сжатым воздухом внутри воздушного сопла.

При угле наклона газовых сопел к оси центрального канала менее 2^онаблюдается недостаточная концентрированность газового пламени, что не позволяет получать качественные покрытия и коэффициент использования напыляемого порошка, например, марки ПГ-10Н-01 составляет около 50% при напылении на "вал" 30 мм, а покрытие становится рыхлым и непрочным.

При угле наклона газовых сопел к оси центрального канала более 5^опри оптимальных соотношениях расходов горючего газа и кислорода начинается процесс горения внутри воздушного сопла. В результате последнее сильно греется, происходит нагрев и самого газового мундштука и в итоге газовое пламя гаснет, и процесс напыления останавливается. Поэтому приходится применять более мягкие режимы горения, которые не обеспечивают достаточного теплосодержания частиц и потому качество покрытия заметно ухудшается, а коэффициент использования напыляемого материала снижается.

Наилучший эффект достигается при углах наклона газовых сопел в пределах от 2 до 5^о. Процесс напыления протекает очень устойчиво, без заметного нагрева воздушного сопла. Пламя горит снаружи и хорошо концентрировано, коэффициент использования достигает 75%.

При общем угле внешнего конуса газового мундштука менее 12^о не удается получить достаточно концентрированного пламени, и потому коэффициент использования напыляемого материала не превышает 60%, а покрытие имеет неплотную структуру. Причем не помогает в этом случае ни увеличение расхода воздуха, ни повышение углов наклона газовых сопел к оси центрального канала мундштука.

При угле внешнего конуса газового сопла более 22^о имеет место слишком сильный обжим газового пламени, что обусловливает недопустимый уход пламени внутрь воздушного сопла. Это приводит к сильному нагреву мундштука вплоть до его оплавления. Чтобы избежать этого, приходится резко снижать расход сжатого воздуха. А это снижает динамический напор воздушной струи и в результате скорость полета частиц снижается, что ухудшает качество покрытия и снижает коэффициент использования напыляемого материала.

Отсутствие горения внутри воздушного сопла и достаточный объем газопорошковой струи обеспечивается при углах внешнего конуса в пределах 12-22^о. При оптимальном угле 18^о коэффициент использования приближается к 90%. Полученное покрытие отличается высокой плотностью, хорошими когезионными и адгезионными свойствами.

Благодаря абсолютной герметичности тракта прохождения горючей смеси, разделению общего рабочего объема каналов горючей смеси на ряд изолированных подобъемов и выполнению сопел и инжекторов под единым углом 2-5^о к оси центрального канала при общем угле внешнего конуса мундштука 12-22^о, горелка обладает рядом ценных преимуществ по сравнению с прототипом: повышается безопасность эксплуатации оборудования вследствие резкого уменьшения вероятности появления обратных ударов и снижения их силы, повышается производительность напыления в целом благодаря резкому снижению числа вынужденных перерывов и остановок процесса, вызванных отказом работы аппаратуры, расширяются оперативные возможности горелки за счет возможности регулирования расходов и давлений применяемых газов в более широких пределах, повышается качество напыляемых покрытий благодаря обретенной возможности применять более "жесткие" режимы горения газового пламени, повышается экономическая эффективность процесса напыления вследствие снижения потерь напыляемого материала, особенно при напылении на малогабаритные детали.

Формула изобретения

ГОРЕЛКА ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ, содержащая корпус с каналами подачи горючего газа, кислорода и воздуха, мундштук с внешним конусом и газовыми соплами, концентрично расположенными вокруг центрального канала подачи напыляемого материала, инжекторы и смесительные камеры, отличающаяся тем, что смесительные камеры выполнены в мундштуке изолированными одна от другой и неразъемными с газовыми соплами, при этом каждое газовое сопло имеет индивидуальную смесительную камеру и инжектор, выполнено с ними на одной оси под углом к оси центрального канала 2 - 5 ^o, причем угол внешнего конуса мундштука составляет 12 - 22^o.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2