Пристрій для обробки поверхонь газотермічною струминою з наповнювачем

Пристрій для обробки поверхонь газотермічною струминою з наповнювачем, який вміщує камерний живильник, змішувач, запірний елемент, з'єднання змішувача крізь запірний елемент з внутрішньою порожниною камерного живильника знизу, паливний бак, реактивний пальник з соплом з одного боку, яке має ділянки звуження і розширення та критичний переріз поміж ними, камерою згоряння позаду сопла та СПІВВІСНИМ з соплом патрубком для подачі наповнювача з другого боку реактивного пальника, з'єднаним трубопроводом зі змішувачем, трубопровід подачі стисненого повітря, підведений до реактивного пальника, змішувача, камерного живильника та паливного бака, зв'язаного трубопроводом з реактивним пальником, який відрізняється тим, що обладнаний дросельною шайбою, що встановлена у згаданому з'єднанні з одного з боків відносно запірного елементу, при цьому площа прохідного перерізу отвору дросельної шайби, площа прохідного перерізу патрубка для подачі наповнювача і площа критичного перерізу сопла знаходяться у співвідношенні Корисна модель відноситься до галузів техніки, що займаються механічною обробкою поверхонь струминою та металізацією поверхонь Пристрій може використовуватись для термоабразивної обробки поверхонь у вигляді очищення поверхонь від забруднень, корозії, для придания поверхням деталей та виробів з технічною метою заданої шершавості Також при використанні наповнювача в вигляді абразиву пристрій може бути використаний для буріння отворів, наприклад - шпарин у гірській справі, і для різки чи руйнування з технологічними елементами різки та буріння - об'єктів, наприклад - бетонних при ремонтно-будівельних та інших роботах При використуванні наповнювачем крихти якого-небудь металу, наприклад - алюмінію, цинку, - пристрій має бути використаний для нанесення покриттів металом наповнювача на металеві чи неметалеві поверхні 37/16 від 30 06 95 р, опублікований Промислова власність Офіційний бюлетень №2, 1995 р, с 3 1 67) Цей пристрій має камеру згоряння, по осі симетрії якої з одного боку вмонтоване сопло для виходу газів із камери згоряння, а з другого - вузол подачі абразивного матеріалу, а також трубопроводи для подачі окислювача та пального до камери згоряння У цьому пристрої камера згоряння утворена двома конусними оболонками, що з'єднані основами, осі яких розташовані по осі вищеназваного сопла, причому максимальний діаметр камери згоряння в 1 , 5 - 2 рази більший за довжину, а по поверхні конусних оболонок розташовані ряди радіальних отворів, при цьому пристрій має циліндричний кожух з обох торців якого розташовані зовні оболонки, які виконані співосно з конусними оболонками камери згоряння і утворюють кожна з ВІДПОВІДНОЮ конусною оболонкою камери згоряння камери підготовки паливної суміші, до яких з допомогою патрубків та колекторів під'єнанні трубопроводи подачі окислювача та пального, а вузол подачі абразивного матеріалу виконаний у вигляді трубчастого елементу, який В існуючому в теперешній час рівні техніки є відомим аналог - пристрій для термоабразивного очищення металевих та бетонних конструкцій (див патент України №7194А, Е21В 7/14, Е21С s. 2 = 0,75-1,7 ^3 де Si - площа прохідного перерізу отвору дросельної шайби, мм2, 52 - площа прохідного перерізу патрубка для подачі наповнювача мм2, 53 - площа критичного перерізу сопла мм2 00 1128 розташовано по осі сопла, причому його кінець зафіксований за критичним перерізом сопла на віддалі 0,5 діаметра від останнього 3 суттєвими ознаками корисної моделі у аналога збігаються камера згоряння, по осі симетрії якої з одного боку вмонтоване сопло для виходу газів із камери згоряння, а з другого - вузол подачі наповнювача (абразивного матеріалу) у вигляді патрубка, який розташований по осі сопла, трубопроводи для подачі стисненого повітря (окислювачу) до камери згоряння По суті пристрій-аналог уявляє собою реактивний пальник, тобто інструмент для термоабразивної обробки поверхонь Але для надійної експлуатації цього пристрою є потрібним додатковий комплекс обладнання, що забезпечує дозовану подачу пального, окислювачу і абразиву у заданих співвідношеннях як при запуску, так і при основному режимі Тим самим пристрій-аналог сам по собі не забезпечує експлуатаційної надійності робочих режимів спільного комплексу устаткування Прототипом пристрою, що пропонується, виявляється пристрій для напилювання порошкового матеріалу на поверхню виробу (див а с СРСР №1408604, В05В 7/20 від 28 03 86 р ) При використовуванні в такому пристрою замість порошку абразиву, він має можливість використовуватися і для термоабразивної обробки поверхонь, тобто у рамках задачі, що вирішується, його можливо розглядати як пристрій для обробки поверхонь газотермічною струминою з наповнювачем Спільними суттєвими признаками пропонуємого пристрою та прототипу виявляються камерний живильник, змішувач, запірний елемент, з'єднання змішувача крізь запірний елемент з внутрішньою порожниною камерного живильника знизу, паливний бак, реактивний пальник з соплом з одного боку, маючим ділянки звуження і розширення і критичний переріз поміж ними, камерою згоряння позаду сопла та співосним з соплом патрубком для подачі наповнювачу з другого боку реактивного пальника, з'єднаним матеріальним трубопроводом зі змішувачем, трубопровід подачі стисненого повітря підведений до реактивного пальника, змішувача, камерного живильника та паливного бака, зв'язаного трубопроводом з реактивним пальником Прототип також має несуттєві признаки відносно суттєвих признаків пропонуємого пристрою Змішувач виконано у вигляді приймальної камери зі зверхзвуковим соплом з боку розподілювача і конфузором з боку матеріального патрубка і співосно з ним, у верхній та нижній частиках змішувача виконані канали, верхній з яких спілкується з приймальною камерою та вихідним отвором конфузора, а нижній - з основою приймальної камери та розподілювачем, при цьому трубопровід подачі стисненого повітря розташований у нижній частині камерного живильника під вуглом 20 - 40° до його основи, а приймальна камера змішувача розташована співосно з ним, причому площа прохідного перерізу горловини зверхзвукового сопла становить 0,3 - 0,4 площі перерізу горловини сопла реактивного пальника, площа перерізу вихідного отвору конфузора становить 0,5 - 0,7 площі перерізу горловини сопла реактивного пальника, площі прохідних перерізів трубопроводів подачі стисненого повітря, вихідного отвору камерного живильника та приймальної камери змішувача становлять ВІДПОВІДНО 0,1 - 0,2 площі перерізу горловини сопла реактивного пальника, площі прохідних перерізів верхнього і нижнього каналів змішувача становлять ВІДПОВІДНО 0,1 - 0,2 та 0,05 - 0,07 площі перерізу горловини сопла реактивного пальника Недоліком пристрою, що є прототипом, з'являється те, що запірний елемент між змішувачем та камерним живильником не дозволяє оператору однозначно встановлювати оптимальну подачу наповнювача крізь змішувач у камеру згоряння реактивного пальника При цьому при малій подачі наповнювача - знижується продуктивність обробки поверхонь, а при великій подачі пульсація струмини на виході з сопла реактивного пальника з-за неповноти згоряння палива у камері згоряння Останнє веде до забруднення остатками палива обробляємої поверхні, знижуючи якість обробки поверхні Також при цьому знижується продуктивність обробки із-за зниження середньої швидкості стікання струмини з сопла при пульсації Тобто все це знижує експлуатаційну надійність цього пристрою В основу корисної моделі покладено задачу, удосконалити конструкцію пристрою для обробки поверхонь газотермічною струминою з наповнювачем шляхом обладнування пристрою дросельною шайбою, встановленою в з'єднанні змішувача крізь запірний елемент з внутрішньою порожниною камерного живильника, при цьому площа Si прохідного перерізу отвору дросельної шайби, площа S2 прохідного перерізу патрубка для подачі наповнювачу і площа S3 критичного січення сопла знаходяться у співвідношенні — = 0,75-1,7 — що дозволяє збільшити експлуатаційну надійність при використанні корисної модель Додатковим позитивним результатом виявляється спрощення конструкм пристрою у порівнянні з прототипом Поставлена задача вирішується тим, що пристрій для обробки поверхонь газотермічною струминою з наповнювачем, який вміщує камерний живильник, змішувач, запірний елемент, з'єднання змішувача крізь запірний елемент з внутрішньою порожниною камерного живильника знизу, паливний бак, реактивний пальник з соплом з одного боку, що має ділянки звуження і розширення та критичний переріз поміж ними, камерою згоряння позаду сопла та співосним з соплом патрубком для подачі наповнювача з другого боку реактивного пальника, з'єднаним трубопроводом зі змішувачем, трубопровід подачі стисненого повітря, підведений до реактивного пальника, змішувача, камерного живильника та паливного бака, зв'язаного трубопроводом з реактивним пальником, який відрізняється тим, що постачений дросельною шайбою, встановленою у згаданому з'єднанні з одного з боків відносно запірного елементу, при цьому площа прохідного перерізу отвору дросельної шайби, площа прохідного перерізу патрубка для подачі наповнювача і площа критичного пере 1128 різу сопла знаходяться у співвідношенні ^1 = 0,75-1,7^ S2 S3 де Si - площа прохідного перерізу отвору дросельної шайби, мм2, 52 - площа прохідного перерізу патрубка для подачі наповнювачу, мм2, 53 - площа критичного перерізу сопла, мм2 Це дозволяє за рахунок наявності спеціальної дросельної шайби у згаданому з'єднанні задавати оптимальну подачу наповнювачу до реактивного пальника з оптимізацією процесів в камері згоряння, чим забезпечується робота пристрою зі стабільною продуктивністю обробки ' поверхонь з різними наповнювачами в газотермічній струмині і високій якості обробки При цьому оператору не потрібно підбирати КІЛЬКІСТЬ подачі наповнювача запірним елементом, а достатньо повністю відкрити запірний елемент у згаданому з'єднанні Все це підвищує експлуатаційну надійність пристрою Пропонуємий пристрій для обробки поверхонь газотермічною струминою з наповнювачем зображено на кресленні у вигляді загальної схеми з присутністю додаткових конструктивних елементів у необхідних для опису місцях На кресленні показана схема пристрою при використанні рідкого палива, наприклад - гасу Пристрій вміщує герметичний камерний живильник 1, змішувач 2, який може бути виконаний у вигляді трійника трубопровідної арматури, запірний елемент 3, який може бути виконаний у вигляді затичкового крана, шиберної закривки, керуючого клапана різних конструкцій Запірний елемент З входить до складу з'єднання 4 змішувача з внутрішньою порожниною камерного живильника З'єднання 4 змонтовано знизу камерного живильника Конструкція вміщує також герметичний паливний бак 5 та реактивний пальник 6 Останнє має сопло 7 з одного боку з ділянкою звуження 8 і ділянкою розширення 9, критичним перерізом 10 проміж ними, камерою згоряння 11 позаду сопла та співосним з соплом патрубком 12 для подачі наповнювача з другого боку реактивного пальника, який матеріальним трубопроводом 13 з'єднаний зі змішувачем Також є розплкований трубопровід 14 подачі стисненого повітря, підведений до реактивного пальника, змішувача, камерного живильника та паливного бака Останній трубопроводом 15 з'єднаний з реактивним пальником Пристрій постачений дросельною шайбою 16, встановленою в згаданому з'єднанні з одного з боків відносно запірного елементу цього з'єднання Так на прикладеному кресленні показано коли дросельна шайба встановлена проміж камерним живильником і запірним елементом, але можливо встановлення дросельної шайби проміж запірним елементом і змішувачем Площа Si прохідного перерізу отвору 17 дросельної шайби, площа S2 прохідного перерізу 18 патрубка для подачі наповнювачу та площа S3 критичного перерізу сопла знаходяться у співвідношенні 0,75-1,7 S2 Для керування режимами запуску пристрою на ділянках трубопроводу подачі стисненого повітря могуть бути встановленні додаткові запірні елементи 19,20,21 Вони могуть бути виконані у вигляді кранів чи керованих клапанів 3 цією ж метою на ділянках трубопроводу, який з'єднує паливний бак з реактивним пальником могуть бути встановлені додаткові запірні елементи 22,23, які можуть бути виконані у вигляді гольчатих кранів чи керованих клапанів Трубопроводи 13, 14, 15 на ділянках біля реактивного пальника 6 доцільно мати гнучкими При виході за межі вищезгаданного співвідношення,- коли використовувати коефіцієнт менше 0,75 - суттєво зменшується продуктивність обробки Коли використовувати коефіцієнт більше 1,7 можливий режим пульсації газотермічної струмини на виході з сопла з неповним згорянням палива в камері згоряння із-за перевищення в неї наповнювачу, який порушує оптимальне змішування стисненого повітря з паливом, необхідне для повного згоряння Це веде до забруднення обробленої поверхні залишками палива та до зниження продуктивності обробки з-за зменшення середньої швидкості стікання струмини в режимі пульсування Тобто вихід за межі вищезгаданого співвідношення не забезпечує експлуатаційну надійність пристрою Оптимальні межі співвідношень визначені експериментально Робота пристрою міститься у наступному Перед запуском пристрою запірні елементи 3,19,20,21,22,23 знаходяться у стані "закрито" Камерний живильник 1 заповнюють необхідним наповнювачем Коли пристрій використовують для термоабразивної обробки, - камерний живильник 1 заповнюють абразивом, а коли пристрій використовують для нанесення металевого покриття, то завантажують крихту металу, який повинен бути нанесений на поверхню, наприклад крихту алюмінію В паливний бак 5 заливають відповідне паливо, наприклад - гас Трубопровід 14 на ДІЛЯНЦІ перед запірним елементом 19 підключають до джерела стисненого повітря - до мережі стисненого повітря чи до компресора В процесі запуску відкривають запірний елемент 19 При цьому стиснене повітря поступає у внутрішню порожнину паливного бака 5 Далі привідкривають запірні елементи 21,22 і 23 до тих пір поки з сопла 7 почне стікати струмина повітря з включеннями палива, що визначається зором Після ЦЬОГО запірні елементи 23 і 21 - перекривають У випадку запуску пристрою з важким паливом, наприклад - гасом у паливному баці 5, крізь сопло 7 в камеру згоряння 11 реактивного пальника 6 заливають порцію пального більш легкого запалювання, наприклад - бензину Бензин, що залитий, запалюють факелом Після цього поступово відкриють запірні елементи 21 та 23 вводять реактивний пальник 6 у режим оптимального горіння важкого палива в камері згоряння 11, яке у перший час запалюється від горіння тут більш легкого палива При цьому стиснене повітря, що виконує функцію окислювачу, поступає у реактивний пальник крізь трубопровід 14, змішувач 2 та матеріальний трубопровід 13, а паливо з паливного бака 5 поступає до реактивного пальника крізь трубопровід 15 Відкривають запірний елемент 20 та чекають поки внутрішня порожнина камерного живильника 1 заповниться стисненим повітрям 1128 Далі плавно відкривають запірний елемент 3 до його повного відкриття Наповнювач крізь отвір 17 дросельної шайби 16 і з'єднання 4 з запірним елементом 3 поступає у змішувач 2, де він захоплюється потоком стисненого повітря, який поступає у змішувач 2 від трубопроводу 14 У змішувачі 2 створюється двокомпонентна суміш "стиснене повітря - наповнювач", яка крізь трубопровід 13 подається у середину патрубка 12 Крізь патрубок 12 з прохідним перерізом 18 наповнювач поступає у камеру згоряння 11 реактивного пальника 6 При використанні наповнювача в вигляді абразиву, в камері згоряння 11 він розігрівається та стікає з сопла 7 у суміші газотермічної струмини до місця необхідної обробки поверхні Коли наповнювач використовують у вигляді крихти металу для покриття цім металом поверхні, - в камері згоряння 11 ця крихта розплавляється і крізь сопло 7 до поверхні, що покривають, поступає газотермічна струмина, яка несе частки розплавленого металу, який покриває необхідну поверхню При проходженні суміші наповнювача крізь сопло 7 - на ДІЛЯНЦІ звуження 8 досягається звукова швидкість переміщення суміші біля критичного перерізу 10 Після проходження суміші крізь критичний переріз 10 на ДІЛЯНЦІ розширення 9 досягається надзвукова швидкість стікання суміші, що сприяє високій якості обробки поверхонь та високій продуктивності обробки Крім того при використанні наповнювачем крихти металу, завдяки надзвуковій швидкості стікання суміші з сопла забезпечується металізація неметалевих поверхонь, наприклад граніту, бетону 8 використання комбінації згаданих режимів термоабразивної обробки в залежності від особистостей руйнуємого об'єкту В режимі нанесення металевого покриття обробляння (металізацію) поверхонь виконують аналогічно термоабразивніи чистці з тією лиш різницею, що використовують наповнювач у вигляді крихти металу, який наноситься на поверхню Перед нанесенням на поверхню металевого покриття доцільна термоабразивна чистка цієї поверхні, що можливо виконати ти самим пристроєм, змінюючи наповнювач Внаслідок того, що у згаданому з'єднанні встановлена дросельна шайба з обумовленим співвідношенням площі прохідного перерізу її отвору з площами прохідних перерізів інших елементів пристрою, - при різних видах обробляння забезпечується висока продуктивність і якість обробки, СТІЙКІСТЬ режиму роботи Забезпечено це тим, що в камеру згоряння подається оптимальна КІЛЬКІСТЬ наповнювача, яка забезпечує стабільне горіння і одночасно високу продуктивність та якість обробки Тим самим забезпечується висока експлуатаційна надійність пристрою В режимі термоабразивної обробки поверхонь при використанні наповнювача в вигляді абразиву можливі режими обробки чищення поверхонь, буріння отворів, різання твердого матеріалу та руйнування якого-небудь об'єкту Для чистки поверхонь реактивний пальник 6 зі стікаючою з сопла 7 газотермічною струминою з абразивом переміщують відносно обробляємої поверхні доти, коли поверхня буде оброблена до потрібного ступеня чистоти чи шершавость Коли обробляють поверхню виробу невеликих габаритів, то при обробці можливо переміщення виробу відносно струмини нерухомого реактивного пальника 6 Коли треба здійснити буріння отвору, - струмину, що стікає, утримують у напрямі буріння отвору в необхідному МІСЦІ Коли необхідно здійснити різання якогонебудь матеріалу, - струмину, що стікає, переміщують по лінії різання У випадку потреби здійснити руйнування якого-небудь об'єкту, - можливо ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90