Детонаційно-газова установка для нанесення покриттів

Винахід відноситься до обладнання газодинамічного нанесення покриттів, а саме до апаратури напилювання, яка використовується для нанесення покриттів з порошкових матеріалів на поверхню деталей за допомогою енергії вибуху суміші газів. Спосіб детонаційно-газового напилювання добре відомий. (Бартенев С.С, Федько Ю.П., Григоров А.И., Детонационные покрытия в машиностроении, Ленинград, «Машиностроение», 1982.) Він використовується за звичаєм для нанесення покриттів на деталі машин та механізмів. Крім цього, його можна використати для очистки поверхонь порошковими матеріалами, для одержання порошків, які мають нові фізичні властивості та для внесення змін у поверхневих шарах матеріалу. Таке обладнання складається із ствола з камерою вибуху, електричного та газового пультів управління, та пристрою постачання порошку. Вибухова суміш газів надходить до камери вибуху, а порошок подається до стволу, і коли гази детонують у камері вибуху, то продукти детонації підхоплюють порошок, нагрівають його, і з великою швидкістю спрямовують по стволу в напрямку об'єкта напилювання. Процес повторюється із заданим часовим інтервалом, який необхідний для виробництва. Недоліком цієї конструкції є недостатня надійність та громіздкість, тому що для неї необхідний спеціальний привід для забезпечення циклічного включення та виключення клапанів подачі газів, а також те, що вибухова суміш готується попередньо до попадання її у камеру вибуху, що потребує захисту газорозподільного механізму створенням проміжного буферу з продуванням його інертним газом, це призводить до розбавлення вибухової суміші і зменшення її енергетичної характеристики. Найбільш близьким до заявляемого винаходу є установка, яка наведена у патенті США N5542606 від 6.06 1996р., в якій використано явище детонації в газах для нанесення покриттів і включає в собі головний калібрований стовбур, який має камеру з свічкою запалювання, газовий розподільник, стикований із камерою вибуху, пристрій для подачі порошку, системи газового живлення та електричного пульта управління. Подано два варіанта конструкції газового розподільника. В обох цих варіантах розміри кільцевих проходів та розміри прохідних отворів для палива та окислювача обмежені і визначаються критерієм Peclet: d=PcCpRT/VYP, де: Рс - постійна Peclet для даного газу; Ср - теплоємність суміші газів; R - універсальна газова стала, Т температура газу; V - швидкість детонаційної хвилі; Y - коефіцієнт тертя детонаційної хвилі об стінки прохідного каналу; Р - початковий тиск газу. Перше виконання газового розподільника містить у собі два вузьких кільцевих прохідних канали, які стикуються один з одним аксіально вхідними та вихідними отворами. Паливо проходить по одному з кільцевих проходів, а кисень - по другому, і вони змішуються на вході у камеру вибуху. Розміри кільцевих проходів оптимізовані таким чином, що детонаційна хвиля затухає в них, запобігаючи дії зворотного удару. У др угому виконанні - розподільник газів являє собою шестигранник, який має різьбу для укручування його в камеру вибуху і прохідні канали для пропускання палива та кисню. Діаметри цих каналів для проходження кисню та палива розраховані згідно з газово-динамічним критерієм Peclet таким чином, що детонаційна хвиля затухає у цих каналах. Створена по цих розрахунках детонаційно-газова установка для нанесення покриттів є проста у виготовленні та обслуговуванні, здатна працювати надійно з безперервним газовим потоком, але лише тільки на низько-енергетичних газах, таких як пропан, бутан та їх сумішах. При роботі з ацетиленом надійність використання такої установки не забезпечується через низьку концентрацію його спалахування та дуже малу величину безпечного експериментального максимального зазору (ГОСТ 12.1.011-78), що у ряді випадків неможливо одержати надійного затухання горіння вибухової суміші газів у проміжках між пострілами. В той час як для окремих видів покриттів - необхідно більш високі температура та швидкість газового потоку, що може забезпечити тільки киснево-ацетиленова суміш, використання якої стає можливим при реалізації запропонованого винаходу. Задачею винаходу є створення детонаційно-газової установки для нанесення покриттів, яка здатна працювати як на суміші горючих газів пропан-бутан-кисень, так і на суміші ацетилен-кисень, що значно розширює діапазон її застосування. Задача вирішується шляхом використання детонаційно-газовой установки для нанесення покриттів, у якій відсутні рухомі механічні частини, яка складається із стовбура з камерою вибуху, пристрою подачі порошку, свічки запалювання та газових розподільників палива, кисню і повітря, пульта управління подачі газів, який складається із ресивера повітря, електромагнітних клапанів, індикаторів та регуляторів витрати газів, а також електричного пульта управління, де газові розподільники мають прохідні канали для подачі палива та кисню діаметрами розрахованими по критерію Peclet: d = PcCpRT/VYP, та довжиною не менше 25мм, що забезпечує гасіння детонаційної хвилі зворотного удару, але на відміну від ви ще згаданого патенту газовий розподільник має третій канал для проходження інертного газу в канали горючого газу та кисню, а також камеру вибуху. Додатково ще є магістраль інертного газу, яка приєднана до цього каналу. Ця магістраль складається із трубопроводу, джерела газу, а також електромагнітного клапана, відкривання та закривання якого відбувається по спеціальній програмі по сигналах із електричного пульта управління. На Фіг.1 зображена пневмо-гідравлічна схема детонаційно- газової установки для нанесення покриттів. На Фіг.2 зображено стовбур детонаційно- газової установки для нанесення покриттів. На Фіг.3 зображено розріз по А-А камери вибуху детонаційно- газової установки для нанесення покриттів. На Фіг.4 зображено газовий розподільник детонаційно- газової установки для нанесення покриттів. Детонаційно-газова установка для нанесення покриттів (фіг.1) згідно з винаходом складається з водоохолоджуємого стовбура 1, камери вибуху 2 зі свічкою запалювання 3, одного або декількох газових розподільників 4, стикованих з камерою вибуху через вузли уводу робочих газів 5 і 6 (фіг.3), пристрою подачі порошку 7 з розпилювачем порошку 8, пульта управління подачі газів, що складається з ресивера 9, електромагнітних клапанів 10, 11, 12, 13, 14, пристрою для вимірювання витрат газів 15, 16, 17, 18 з регуляторами їх витрат 19, 20, 21, 22, електричного пульта управління 23, а також газових магістралей: палива 24, кисню 25, повітря 26 азоту або іншого інертного газу 27 з балонами та редукторами 28, 29, 30. Стовбур 1 з камерою вибуху 2, о холоджується проточною водою, яка подається по трубопроводу через клапан 30. Кожен з вище перерахованих електромагнітних клапанів електрично зв'язаний з пультом управління 23, який також електрично зв'язаний зі свічкою запалювання 3. Компресор (на рисунку не показано) через електромагнітний клапан 13 наповнює ресивер повітрям. Стиснуте повітря з ресивера через електромагнітний клапан 14 та пристрій для вимірювання витрат повітря 15 поступає по трубопроводу в пристрій для подачі порошку 7. Стовбур установки 1 являє собою відрізок труби з нержавіючої сталі 32 (фіг.2), кінець якої зварений з камерою вибуху 2, що являє собою також відрізок труби з нержавіючої сталі 33 більшого діаметра ніж ствол, з яким вона з'єднується з допомогою конічного перевідника. Інший кінець камери вибуху 2 зварений з торцевою частиною 34, що має два або декілька вузлів вводу робочих газів 5 та 6 і вузлом 35 (фіг.3) для розміщення свічки запалювання 3 та осьовим отвором, в який вставляється розпилювач порошку 8, який прикріплений гайкою 36. Торцева частина камери вибуху 2 має 4 отвори 37 (фіг.3) для проходження охолоджуючої води. Стовбур камера вибуху розміщені у кожусі 38 (фіг.2) із нержавіючої сталі. Між стовбуром з камерою вибуху та кожухом протікає охолоджуюча вода. На кінці стовбура є торцеве ущільнення 39, яке одночасно є і тепловим компенсатором. Один або більше газових розподільників можуть бути укручені до камери вибуху, через вузли вводу робочих газів 5 і 6 (фіг.3). Якщо використовується лише один газовий розподільник, то решта вузлів вводу робочих газів закриті пробками. Конструкції газових розподільників можуть бути різними, але всі вони повинні мати два або більше прохідних каналів для палива і кисню із діаметрами, меншими або рівними критичним діаметрам d, розрахованим згідно з газодинамічним критерієм Peclet, але не більше величини безпечного експериментального максимального зазору (ГОСТ12.1.011-78). Крім цих двох каналів, згідно із винаходом, газовий розподільник повинен мати третій канал для проходження інертного газу у камеру вибуху. Інертний газ може також подаватись і у прохідні канали палива та кисню, але на віддалі не менше 25мм від їх вводу у камеру вибуху. На фіг.4 показано приклад одного газового розподільника, виконаного згідно із винаходом. Конструктивно це шестигранник який має різьбу 40 для укручування його у камеру вибуху, прохідні канали для пропуску газів: кисню 41 із d1 та ацетилену 42 із d2 (або ж іншого газоподібного палива, можна той же пропан-бутан), із вхідними отворами 43 та 44. Додатково ще є третій канал 45 із d3 та вхідним отвором із різьбою 49 для проходження інертного газу, наприклад азоту. Перед початком роботи вмикаються клапан 31 (фіг.1), через який вода поступає у порожнину стовбура та розпилювач порошку 8. Після подачі води вмикається клапан 13 і повітря подається до ресивера 9. Далі установка може працювати у дво х режимах: 1. Режим роботи із пропан-бутан-кисневою вибуховою сумішшю: 2. Режим роботи із ацетилен-кисневою сумішшю. Перший режим характерний тим, що електромагнітні клапани 10 та 11 відкриті, і таким чином відбувається безперервна подача палива та кисню до газового розподільника 4, а потім і до камери вибуху, де гази змішуються. При подачі електричної напруги на свічку запалювання 3 утворена у камері вибуху іскра підпалює цю газову суміш, горіння переходить у вибух, а потім і у детонацію. Розповсюджуючись у напрямку відкритого кінця камери вибуху детонаційна хвиля та продукти горіння підхвачують порошок, який у цей час подається до стовбура 1 установки, нагрівають його, і з великою швидкістю рухається у напрямку об'єкту напилювання. У зворотному напрямку детонаційна хвиля доходить до газових розподільників 4, проникаючи у прохідні канали 41, 42, де відбувається її затухання та припинення горіння, так як в каналі подачі пропан-бутану 41 буде недостаток кисню для його горіння, а у каналі подачі кисню 42 буде відсутнє паливо. Далі процес напилювання повторюється періодично із заданою частотою. В режимі роботи із ацетилен-кисневою сумішшю (режим 2) відкриваються клапани 10 та 11, через які гази ацетилен та кисень подаються до газових розподільників 4 і далі до камери вибуху, де вони змішуються. Через певний проміжок часу, необхідний для проходження необхідної кількості газів ацетилену та кисню, відкривається клапан 12, який пропускає дозу інертного газу (азоту) до газового розподільника 4 та камери вибуху, тим самим утворює пробку із інертного газу на межі їх розподілу та у прохідних каналах 41, 42. Із деяким запізненням подається електрична напруга на свічку запалювання. Утворена іскра викликає горіння та детонацію суміші у камері вибуху. Детонаційна хвиля вільно розповсюджується у газовій суміші у напрямку відкритого кінця камери вибуху 2, а у зворотному напрямку затухає у прохідних каналах 41, 42 газового розподільника 4. Горіння ацетилену гаситься пробкою інертного газу. Через короткий проміжок часу від подачі напруги на свічку запалювання електромагнітний клапан 12 закривається, при цьому припиняється подача інертного газу, а ацетилен та кисень продовжують надходити до камери горіння, і весь цикл повторюється. При обох режимах робіт електромагнітний клапан 14 відкривається після початку стійкої роботи установки, і порошок подається безперервно до стовбура на протязі всього часу її дії. Заявляема детонаційно-газова установка для нанесення покриттів здатна працювати в широких областях значень газового потоку, співвідношення компонентів газової суміші та видів газів, як пропан-бутан-кисень, метан-кисень, так і ацетилен-кисень та водень - кисень. Детонаційно-газова установка для нанесення покриттів може бути використана для продовження терміну експлуатації деталей машин, механізмів та вузлів при виробництві, відновлювальному ремонті, у моторобудуванні, енергетичному та хімічному машинобудуванні, металообробці та металургії.