Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 7025
(13) U
(46) 2011.02.28
(51) МПК (2009)
B 05B 7/00
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОПЛАМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ
ПРОВОЛОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
(21) Номер заявки: u 20100575
(22) 2010.06.23
(71) Заявитель: Государственное науч-
ное учреждение "Объединенный
институт машиностроения Нацио-
нальной академии наук Беларуси"
(BY)
(72) Авторы: Белоцерковский Марат Арте-
мович; Чекулаев Андрей Васильевич
(BY)
(73) Патентообладатель: Государственное
научное учреждение "Объединенный
институт машиностроения Нацио-
нальной академии наук Беларуси"
(BY)
(57)
Устройство для газопламенного напыления проволочных материалов, содержащее
корпус с камерой сгорания и установленный в ней огнеупорный перфорированный эле-
мент и мундштук с центральным каналом для подачи напыляемого материала, устройство
поджига горючей смеси, выходное сопло, цилиндрический патрубок, соединенный с ним,
отличающееся тем, что на патрубке с зазором установлен кожух, в стенке которого име-
ется отверстие.
(56)
1. Патент на изобретение РБ 4365, 2002.
2. Патент на полезную модель РБ 2996, 2006.
BY7025U2011.02.28

2. BY 7025 U 2011.02.28
2
Полезная модель относится к технологии машиностроения, в частности к устройствам
для нанесения покрытий газопламенным распылением проволок, изготовленных преиму-
щественно из термопластичных полимеров и других легкоплавких материалов. Может
быть использовано для нанесения коррозионно-стойких защитных покрытий на детали
машин и элементы конструкций, а также для формирования антифрикционных покрытий
на элементах трибосопряжений.
Известно устройство для высокоскоростного напыления покрытий [1], содержащее
механизм подачи напыляемого материала, систему поджига горючей смеси, выходное
сопло и камеру сгорания, в которой перпендикулярно ее оси установлен огнеупорный
перфорированный элемент. Недостатком известной конструкции является низкая произ-
водительность распыления при использовании напыляемых материалов с низкой тепло-
проводностью. Максимальная скорость подачи распыляемого материала при этом не
превышает 0,5 м/мин.
В качестве ближайшего аналога служит устройство для газопламенного напыления
проволочных материалов [2]. Данное устройство включает корпус, механизм подачи на-
пыляемого материала, систему поджига горючей смеси, камеру сгорания и выходное со-
пло, к которому со стороны наружного торца соосно установлен цилиндрический
патрубок.
Недостатками данного устройства являются низкий коэффициент использования ма-
териала при распылении полимерных проволок (не более 0,5) и невозможность непрерыв-
но осуществлять процесс распыления. Установлено, что в процессе работы происходит
нагрев цилиндрического патрубка и по истечении 30…40 секунд он расплавляется и теря-
ет свою работоспособность.
Низкий коэффициент использования материала обусловлен тем, что распыляющая га-
зопламенная струя на выходе из цилиндрического патрубка обладает большим избыточ-
ным давлением (до 0,4 MПa), что, в свою очередь, приводит к большому углу распыления
и завихрению (обратному течению) образующихся в результате диспергирования прово-
локи полимерных частиц.
Задачей полезной модели является увеличение коэффициента использования материа-
ла и повышение работоспособности устройства.
Поставленная задача решена в устройстве для газопламенного напыления проволоч-
ных материалов, содержащем корпус с камерой сгорания, установленный в ней огнеупор-
ный перфорированный элемент и мундштук с центральным каналом для подачи
напыляемого материала, устройство поджига горючей смеси, выходное сопло, цилиндри-
ческий патрубок, соединенный с ним, на котором, согласно техническому решению, с за-
зором установлен кожух, в стенке которого имеется отверстие.
Расположение на цилиндрическом патрубке с зазором кожуха и подача в полость ме-
жду патрубком и кожухом газа, например сжатого воздуха, позволяют обжимать газопла-
менную струю, транспортирующую полимерные частицы. Обжим газопламенной струи
позволяет уменьшить угол распыления, исключить завихрения и сконцентрировать рас-
пыляемые частицы вдоль газопламенной струи. Кроме того, подаваемый в зазор между
кожухом и патрубком газ, двигаясь вдоль патрубка, охлаждая его, позволяет осуществлять
процесс распыления непрерывно, что повышает работоспособность устройства.
Независимо от физических свойств подаваемого газа в зазор между патрубком и ко-
жухом решение поставленной задачи будет, прежде всего, определяться расходом этого
газа. Расход газа зависит от проходного сечения на его входе и выходе, а также давления
газа на входе и плотности самого газа. Таким образом, с конструктивной точки зрения в
данном устройстве расход газа будет определяться радиусом отверстия в кожухе (входное
сечение) и величиной зазора (выходное сечение) между кожухом и патрубком.
Для оценки влияния радиуса отверстия в кожухе и величины зазора были проведены
экспериментальные исследования с использованием проволочного термораспылителя. В

3. BY 7025 U 2011.02.28
3
эксперименте использовались патрубки и кожухи одинаковой длины, равной 0,05 м. На-
чальное давление газа в отверстии кожуха устанавливалось соответственно давлению в
камере сгорания и составляло 0,35…0,40 MПa.
В таблице приведены результаты экспериментальных исследований процесса распы-
ления с использованием кожухов различного конструктивного исполнения.
Результаты экспериментальных исследований показали, что коэффициент использо-
вания материала существенно увеличивается лишь при определенных соотношениях ра-
диуса отверстия R в кожухе и зазора δ между патрубком и кожухом. Отношение радиуса
R к зазору δ было условно принято как безразмерный коэффициент K )
R
K(
δ
= . С увели-
чением зазора δ коэффициент К уменьшается. Таким образом, из таблицы видно, что зна-
чение коэффициента К должно быть не более 4. При больших значениях коэффициента К
экономически нецелесообразно повышается расход обжимающего газа.
Зазор δ,
мм
Радиус отверстия R,
мм
Коэффициент использования мате-
риала, %
Соотношение К,
(R/δ)
1 0,48 1
2 0,50 2
3 0,68 3
4 0,72 4
1
5 0,72 5
1 0,46 0,5
2 0,46 1,0
3 0,52 1,5
4 0,58 2,0
2
5 0,86 2,5
1 0,44 0,3
2 0,46 0,6
3 0,48 1,0
4 0,52 1,3
3
5 0,58 1,6
На фигуре представлена принципиальная схема предложенного устройства для газо-
пламенного напыления.
Устройство состоит из корпуса 1, выходного сопла 2, цилиндрического патрубка 3,
огнеупорного перфорированного элемента 4, установленного в камере сгорания перпен-
дикулярно ее оси и разделяющего объем камеры на полость 5 смешения и полость 6 сжи-
гания рабочей смеси, механизма подачи напыляемого материала (не показано) с
мундштуком 7, центральный канал которого служит для подачи напыляемого материала,
помещенным в отверстие перфорированного элемента 4, выполненного по его оси, уст-
ройства 8 поджига рабочей смеси, электроды (не показано) которого установлены в
полости 6 сжигания в непосредственной близости к огневой поверхности 9 перфориро-
ванного элемента 4, топливного 10 и воздушного 11 жиклеров, открывающихся непосред-
ственно в полость 5 смешения рабочей смеси, кожуха 12 с отверстием в стенке радиусом
5 мм, установленного с образованием зазора 2 мм относительно внешней поверхности
патрубка 3.
Устройство работает следующим образом.
Окислитель и топливо поступают через воздушный и топливный жиклеры 10 и 11 со-
ответственно в полость 5 смешения, где образуется горючая смесь. Из полости 5 смеше-
ния через каналы, выполненные в огнеупорном перфорированном элементе 4, горючая

4. BY 7025 U 2011.02.28
4
смесь, продолжая интенсивно перемешиваться, поступает в полость 6 сжигания рабочей
смеси и воспламеняется посредством устройства 8 поджига рабочей смеси, электроды ко-
торого установлены в непосредственной близости к огневой поверхности 9 перфориро-
ванного элемента 4. Одновременно по центральному каналу мундштука 7 в камеру
сгорания подается проволока. В процессе работы, по мере того как нагреваются детали и
элементы устройства газопламенного напыления проволочных материалов, скорость го-
рения рабочей смеси увеличивается и в зоне цилиндрического патрубка 3 формируется
динамический напор высокотемпературных продуктов сгорания. Продукты сгорания, воз-
действуя на проволоку, образуют на ее поверхности слой расплава, который под действи-
ем касательных напряжений со стороны продуктов сгорания течет по направлению
действия динамического напора. Симметричное воздействие касательных напряжений и
значительное превышение внутримолекулярных над межмолекулярными связями молекул
расплава вызывают его вытягивание в нить. При достижении нитью предельного значения
вытягивания, она механически разрывается и уносится газопламенной струей на покры-
ваемую поверхность. Одновременно подаваемый газ через отверстие в кожухе 12, охлаж-
дая цилиндрический патрубок 3, выходит из зазора между патрубком и кожухом, создавая
обжимающую газовую струю, которая исключает обратные течения (завихрения) летящих
расплавленных нитей, концентрируя их вдоль газопламенной струи.
Предложенная конструкция имеет увеличенный ресурс непрерывной работы и обес-
печивает качественное напыление полимерной проволоки с коэффициентом использова-
ния материала 70…90 %.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.