Детонаційно-газова установка

Детонационно-газовая установка относится к устройствам для нанесения покрытий из порошковых материалов на поверхности деталей с использованием направленного взрыва газовых смесей. Известна установка для детонационного напыления порошковых материалов, содержащая ствол с детонационной камерой, регулятор частоты срабатывания, магистраль подачи рабочей смеси, магистраль подачи порошкового материала и устройство изменения сочетания детонационной камеры в месте его сужения [1]. Недостатком указанной установки является неустойчивость работы установки в заданном технологическом режиме, т.е. возможны обратные удары, т.к. в ствол по магистрали подается готовая смесь (взрывной газ плюс окислитель), кроме указанного недостатка ствол установки имеет сужающее устройство, которое в процессе длительной работы установки разогревается до величины достаточной для самоподжига смеси, что приводит к нарушению технологического режима работы. В качестве прототипа служит установка для детонационного нанесения покрытий, содержащая ствол, дозатор порошка с патрубком подачи порошка, систему охлаждения ствола, запальное устройство, систему ввода газов в ствол, включающую камеру смешения с отверстиями для ввода компонентов газовой смеси [2]. Недостатком прототипа является наличие сложной системы газоснабжения, управляемой электромагнитными клапанами. Известно, что электромагнитные клапаны имеют определенное число наработки циклов открыто-закрыто (по паспортным данным до одного миллиона циклов), кроме того по мере износа якоря электромагнита время на открытие и закрытие изменяется в сторону увеличения, что ведет к изменению величины подаваемой взрывчатой смеси в ствол, следовательно, и нарушению технологического процесса нанесения покрытий. Необходимо отметить, что известные смесительные устройства, огнепреградителъные элементы, работающие без интенсивного отбора тепла, а это имеет место в прототипе, склонны иметь обратные удары, к интенсивному перегреву конструктивных элементов газового тракта и наконец к образованию высокотемпературного факела в системе, разрушая ее элементы. Задачей изобретения является усовершенствование детонационно-газовой установки путем обеспечения возможности исключения обратного удара с одновременным созданием буферной пробки для автоматического поддержания рабочего режима, чем достигается повышение устойчивости работы установки в заданном технологическом режиме, ее безопасности и увеличение ее ресурса. Поставленная задача решается тем, что в детонационно-газовой установке, содержащей ствол со взрывной камерой, дозатор с патрубком ввода порошка, свечу зажигания, систему ввода газов в ствол, включающую камеру приготовления взрывной смеси с каналами для ввода компонентов взрывной смеси, согласно изобретения система ввода газов в ствол выполнена двухканальной, каждый канал ее снабжен блоком пламягашения и охлаждения, каждый блок пламягашения и охлаждения имеет спирально-ленточный переходящий в ступенчато-щелевой каналы и состоит из кожуха, двух стаканов, внутреннего и внешнего, донышки которых выполнены ступенчатыми, цилиндрическая часть внутреннего стакана имеет спиральноленточную нарезку, а донышко и фланец внешнего стакана снабжены входным и выходным газовыми штуцерами, выходным штуцером блок пламягашения и охлаждения закреплен к корпусу камеры приготовления взрывной смеси, а камера приготовления взрывной смеси размещена в начальной части ствола и выполнена в виде цилиндрической полости, расположенной соосно оси ствола и снабжена одним отверстием для установки свечи зажигания, причем каналы для ввода компонентов газовой смеси расположены тангенциально по отношению к камере приготовления взрывной смеси, при этом каналы для ввода компонентов газовой смеси и отверстие для установки свечи зажигания расположены в различных плоскостях относительно оси камеры приготовления взрывной смеси, а блоки пламягашения и охлаждения, а так же камера приготовления взрывной смеси снабжены последовательно соединенной системой отбора тепла. Двухканальная система, т.е. по одному каналу вводится в ствол взрывной газ (например пропан-бутан), по другому - окислитель (например кислород или воздух), позволяет избежать преждевременного перемешивания компонентов газов и образования взрывной смеси в системе т.е. до смесителя. Блоки пламягашения и охлаждения, имеющие спирально-ленточный и ступенчато-щелевой каналы, обеспечивают надежную защиту пламягашения в ступенчато-щелевом канале и охлаждение продуктов сгорания в спирально-ленточном канале при обратном токе продуктов сгорания из ствола, т.е. в сторону газоподводящих трубопроводов. Обратный ток газов возникает кратковременно, т.е. в период сгорания смеси в стволе, где давление выше, нежели давление в системе газоподводящих каналов. Для нормальной работы системы, обратный ток продуктов сгорания необходим, т.к. при нем в каналах систем образуются буферные пробки из охлажденных продуктов сгорания, разделяющие передний фронт компонентов взрывной смеси, находящихся в трубопроводах газоснабжения и задний фронт горячих продуктов сгорания находящихся в камере приготовления взрывной смеси и в стволе. Величина (объем) буферной пробки и ее качество охлажденности определяет степень надежности устойчивой работы установки. Блоки пламягашения и охлаждения снабжены системой интенсивного отбора тепла. Камера приготовления взрывной смеси, размещенная в начальной части ствола выполнена в виде цилиндрической полости расположенной соосно оси ствола, создает условия прямолинейного движения газового потока взрывной смеси при его заполнении и распространяющегося пламени после поджига, что позволило избежать местных чрезмерных перегревов участков конструкций, в т.ч. и распылителя порошка, как это имело место в прототипе. Каналы ввода газов в камеру приготовления взрывной смеси, выполненные тангенциально и расположенные в различных плоскостях, позволили получить спиральное движение газосмесительного потока (жгутовое смешение) вдоль цилиндрической полости камеры приготовления взрывной смеси, с постепенным улучшением качества перемешивания компонентов газовой смеси. Место установки свечи зажигания выбрано экспериментально с учетом готовности взрывной смеси, т.е. на некотором расстоянии от последнего канала ввода компонента газовой смеси. Данное расположение каналов и место установки свечи зажигания позволили получить следующие условия горения смеси, т.е. в сторону открытого конца ствола горение идет с нарастающей скоростью с переходом в детонацию, т.к. здесь смесь взрывного газа способна продетонировать, а в сторону закрытого конца ствола идет в режиме затухающего дифлограционного горения по причине постепенного ухудшения качества переменных компонентов газа. Применение предложенной системы ввода газов в ствол с конструктивными элементами: камеры приготовления взрывной смеси, расположенной соосно оси ствола и блоками пламягашения и охлаждения продуктов сгорания, в детонационно-газовых установках с беспрерывной подачей компонентов газов в ствол (без отсечки и продувки ствола) позволили избежать местных перегревов конструктивных элементов газового тракта. На чертеже представлена система ввода газов в ствол де тонационно-газовой установки. Система ввода газов в ствол включает в себя: камеру приготовления взрывной смеси 1 и два блока пламягашения и охлаждения 2. Камера приготовления взрывной смеси 1 содержит: корпус головки ствола 3 с присоединительным фланцем 4, в нем выполнена, в виде цилиндрической полости, камера приготовления взрывной смеси 5 и снабжена двумя тангенциально расположенными каналами: канал для ввода взрывного газа 6, канал для ввода окислителя 7 одним отверстием для установки свечи зажигания 8, свечей зажигания 9. Корпус головки ствола 3 своим фланцем 4 закреплен к стволу 10, Блок пламягашения и охлаждения 2 содержит: кожух 11 с фланцем, во вн утреннюю полость его установлены стакан внешний 12 и стакан внутренний 13, донышки стаканов выполнены ступенчатыми, цилиндрическая часть внутреннего стакана 13 имеет спирально-ленточную нарезку, стаканы 12 и 13 в сборе образовали каналы: спирально-ленточный 14 и ступенчато-щелевой 15. Стакан внешний 12 в донной части имеет присоединительный штуцер 16, а во фланцевой части имеет штуцер 17 для подсоединения газового трубопровода. Блок в сборе, закрыт герметической крышкой 18. Кожух 11 и крышка 18 снабжены штуцерами для подсоединения трубопроводов водоохлаждения. Система работает следующим образом. Взрывной газ (например пропан-бутан) с определенным расходом, подается в штуцер 17 блока пламягашения и охлаждения проходя через каналы: спирально-ленточный 14, ступенчато-щелевой 15, штуцер 16 поступает в начальную часть полости камеры приготовления взрывной смеси 5. Окислитель (кислород) со своим расходом, подается в противоположно расположенный блок пламягашения и охлаждения, т.е. в штуцер 19, пройдя через идентичные каналы его, поступает в полость камеры приготовления взрывной смеси 5. Газы (пропан-бутан и кислород), в полости 5 камеры приготовления взрывной смеси, двигаясь по спирали вдоль камеры смешиваются и поступают, через сообщающий кольцевой канал в ствол. Строго по программе на свечу зажигания 9 подается электрический импульс для поджога смеси, искра на свече 9 инициирует взрывную смесь в полости 5. В начальный момент взрывная смесь горит с дозвуковой скоростью (медленно т.е. идет дифлограционное горение), пламя распространяется как в сторону ствола 10, так и в сторону ступенчато-щелевого канала 15. Пламя распространяется в сторону ствола 10, быстро перерождается в волну сжатия, затем в ударную волну, в зону быстрой реакции и наконец, в детонационную волну. В стволе резко произойдет повышение температуры и давления. Продетонировавшая взрывная смесь в стволе с высокой скоростью, увлекая порошковую взвесь движется к открытому концу ствола (на рисунке не показано). Вылетая из ствола частицы порошка при соударении с поверхностью напыляемой детали (на рисунке не показано) образуют плотный слой покрытия. Пламя от свечи зажигания 9, распространяющееся в сторону ступенчато-щелевого канала 15, перерождений в волну сжатия, в ударную волну, в зону быстрой реакции, в детонационную волну осуществить не может в виду снижения качества перемешанности смеси. На указанном участке горение идет в затухающем режиме, окончательное гашение пламени осуществляется в ступенчато-щелевы х каналах 15 блоков пламягашения и охлаждения. Отбор тепла от полости 5 производится водой (система каналов охлаждения на рисунке не показано). Одновременно, в момент повышения давления в стволе и в камере приготовления смеси 5 продукты сгорания с давлением превышающим давление газов, находящихся в каналах 15 и 14 и подводящих газопроводах, будут осуществлять обратный ток, т.е. заполнять каналы 15 и 14 блоков пламягашения и охлаждения, вытесняя при этом компоненты (взрывной газ и окислитель) в направлении газопроводов. По мере прохождения через каналы: ступенчато-щелевой 15 и спирально-ленточный 14 продукты сгорания охлаждаются и образуют буферную пробку, в системах ввода газов. После истечения продуктов детонации из ствола и падения давления в камере приготовления взрывной смеси 5 очередная порция компонентов газов, находящихся в газопроводах, придет в движение в сторону камеры приготовления взрывной смеси 5 и ствола, при этом вытесняя из них горячие продукты сгорания. Охлажденные продукты сгорания (буферная пробка) находящиеся в каналах ступенчато-ленчатых 14 выполняет роль инертного газа между передним фронтом поступающего (взрывного газа и окислителя) в ствол заднего фронта вытесняемых продуктов сгорания из ствола. Заполнив полость ствола взрывной смесью цикл повторится.