CN113909016A - 一种多燃烧室大功率高效率超音速火焰热喷涂喷枪及其热喷涂装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多燃烧室大功率高效率超音速火焰热喷涂喷枪及其热喷涂装置，喷枪包括喷枪壳体，在喷枪壳体内设置有包括拉瓦尔喷嘴、若干独立燃烧室、枪管的核心单元，在喷枪壳体外设置有水冷套；拉瓦尔喷嘴的扩张段末端与枪管紧固连接，拉瓦尔喷嘴的中段周向均匀安装独立燃烧室，高压空气及喷涂粉末由拉瓦尔喷嘴尾部进入拉瓦尔喷嘴腔内，独立燃烧室用于向拉瓦尔喷嘴腔内喷入油气混合气并点火，水冷套、喷枪壳体、核心单元之间形成多路双层水冷通道。本发明可解决传统方案中为了提高热喷涂效率，单一增大喷枪尺寸所带来的燃烧不充分、温度分布不均匀以及枪体温度和压力过高等问题，具有大焰流尺寸，大功率，高粉末沉积效率，高水冷效率的优势。
Description
技术领域
本发明涉及表面工程与再制造涂层领域，尤其涉及一种多燃烧室大功率高效率超音速火焰热喷涂喷枪及其热喷涂装置
背景技术
超音速火焰热喷涂技术因为具有超高的焰流速度和相对较低的温度的特性，以及适合喷涂材料广、涂层结合强度高、涂层致密性高等特点，在表面处理领域应用非常广泛。但是在喷涂超大面积零件时，效率较低，施工时间长。因为目前世界上主流的先进的超音速火焰热喷涂喷枪的焰流尺寸不大，一般直径都在20毫米以下。超高速焰流速度需要喷枪燃烧系统具有很高的温度和压力，所以强行提高超音速火焰焰流尺寸，会对喷枪燃料和氧气的供给以及燃烧状况提出非常高的要求，同时喷枪冷却系统的负担也会极大增加。因此如果只是把枪体的尺寸简单的增大，会造成燃烧室燃烧不充分，温度分布均匀，水冷系统负担重，枪体温度高，粉末受热不均匀等很多问题，想要达到超音速火焰热喷涂的工艺要求，具有很大的技术难度和安全隐患。如果将多把超音速火焰喷枪同时工作进行喷涂，多喷枪火焰之间又会产生相互干扰，相互污染等影响，从而影响涂层性能。
发明内容
本发明是为了突破现有技术瓶颈，解决超音速热喷涂超大零件时，效率不够的问题。提供了一种多燃烧室，大焰流尺寸，大功率，高粉末沉积效率，高水冷效率的超音速火焰热喷涂喷枪、装置和制备涂层工艺。
本发明解决问题所采用的技术方案是：
一种多燃烧室大功率高效率超音速火焰热喷涂喷枪，包括喷枪壳体，在喷枪壳体内设置有包括拉瓦尔喷嘴、若干独立燃烧室、枪管的核心单元，在喷枪壳体外设置有水冷套；拉瓦尔喷嘴的扩张段末端口径与枪管口径匹配，二者紧固连接，拉瓦尔喷嘴的中段周向均匀开有若干通孔，每个通孔处安装一个独立燃烧室，高压空气及喷涂粉末由拉瓦尔喷嘴尾部进入拉瓦尔喷嘴腔内，独立燃烧室用于向拉瓦尔喷嘴腔内喷入油气混合气并点火，水冷套、喷枪壳体、核心单元之间形成多路双层水冷通道。
所述的枪管，其口径比传统的热喷涂喷枪枪管更大，与多功能拉瓦尔喷嘴扩张段末端口径匹配，底部与拉法尔喷嘴口紧密配合，通过紧固螺丝进行紧固，耐高温密封圈密封。所述枪管的口径尺寸范围为19mm-33mm，且口径越大，枪管越长，长度宜在170mm～450mm；枪管一方面可提升焰流速度，另一方面使粉末有合适的时间受热，达到最佳的熔融状态。
枪管壳、枪体壳、枪体后盖构成喷枪壳体；所述的枪管壳与枪体壳螺纹密封连接，并且接触口使用橡胶密封圈密封，保证冷却水不泄露。枪管壳口与枪管口带有稳定支撑圈，提高枪管的稳定性和同轴度，避免枪管变形，提升枪管的寿命，同时用耐高温密封圈密封。
所述的水冷套通过螺纹连接在枪体壳上，并通过密封圈密封，保证出水回流的顺畅和密封。
所述的枪体壳是一个中空异形结构，确保喷枪的主体框架，与枪管壳和水冷套螺纹连接，密封圈密封，枪体壳尾部留有进水口的螺纹开孔。
所述的多功能拉瓦尔喷嘴外周留有多个轴对称的通孔，均匀分布，可与多个独立燃烧室紧密密封连接，构成连通空间。进一步地，多功能拉瓦尔喷嘴的侧面均匀分布很多小凸台，凸台表面与枪体壳内壁间隙配合，起到一定支撑的作用，同时小凸台与小凸台之间有沟槽，使冷却水能顺利流畅的通过，同时小凸台增加了多功能拉瓦尔喷嘴和独立燃烧室的冷却面积，使冷却效率大大提高。进一步地，多功能拉瓦尔喷嘴尾部内壁有一圈限位凸起，与耐高温陶瓷片接触，起到限定耐高温陶瓷片位置和移动的作用。
所述的多个独立燃烧室一面与多功能拉瓦尔喷嘴侧面通孔密封连接，一面与油气同轴喷射器密封连接；独立燃烧室数量优选控制在3～9个之间，主要作用就是将喷枪工作时所需的能量，通过大量的燃料多点分散燃烧，充分燃烧，从而获得更高的热效率。
所述的耐高温多孔陶瓷片开有两种多个通孔，一种通孔是让送粉针通过的，通孔有多个，并轴对称均匀分布在陶瓷片上，一种通孔是通高压空气的，通孔更多，更密，更小，并且轴对称均匀分布在陶瓷片上。
进一步地，多个送粉针和送粉针通孔作用是在很大送粉量情况下，使得送粉更有效率，更均匀，从而使得粉末受热更均衡。
进一步地，高压空气通孔作用一是给粉末加速，二是使粉末在焰流中分布的更加均匀。
进一步地，陶瓷片一面与拉瓦尔喷嘴内壁一圈限位凸起接触，一面与空气分离器接触，并通过空气分离器的密封圈密封。
进一步地，喷枪工作时，耐高温陶瓷片被加热到燃料燃点以上，具有连续点火功能，可极大的改善多功能拉瓦尔喷嘴内部的燃烧状态。
所述的空气分离器内部有很多通孔，使高压空气均匀地传输到多功能多孔陶瓷片，两端面边缘均设有凸起，一端凸起与陶瓷片密封接触，另一端凸起与枪体后盖密封接触，并且还开有多个螺纹孔，该螺纹孔与送粉针上的外螺纹配合，用于固定送粉针。
所述的送粉针依次穿过枪体后盖，空气分离器，耐高温陶瓷片的送粉针孔，与空气分离器中的螺纹孔配合紧固，在枪体后盖，空气分离器段可采用橡胶密封圈密封。送粉针数量根据独立燃烧室的数量和送粉量来确定，一般与独立燃烧室数量相等即可，送粉针口径通过喷涂粉末的种类和粒径来确定，送粉针位置根据焰流尺寸来布置。
所述的枪体后盖与枪体壳螺纹连接，开有多个进气孔，进水孔和送粉针孔。
所述的油气混合雾化器与油气同轴喷射器螺纹连接，密封圈密封；油气混合雾化器为密封的中空结构，内部带有多细孔的分离器，外部有进油口、进氧气口和点火针口，主要作用是将煤油和氧气充分的均匀的混合通过分离器雾化，并将油氧混合气送入油气同轴喷射器，喷射而出进入各个独立燃烧室中，
所述的油气同轴喷射器与独立燃烧室密封接触，与枪体壳螺纹连接，密封圈密封，内部开有同轴油气出口和点火针孔。
喷枪中还可设置有压力传感器等传感检测元件，此外该喷枪还可具有配套设备包括：中央控制柜、带多个循环水泵的水冷机、带多个油泵的煤油控制箱、多个送粉器、能提供干净干燥高压空气的空压机和冷干机、高压氧气供给系统、点火装置，从而构成成套的热喷涂装置。
所述的带多个循环水泵水冷机，每个循环水泵带动的水冷回路都配套每个进水口和出水口，循环水泵和水冷回路的性能参数和数量以整个系统的产生热量为准，要求能保持喷枪连续工作时的温度在合理温度范围。
所述的带多个油泵的煤油控制箱，每个油泵对应每个独立燃烧室，构成一个喷枪燃烧系统，煤油供给可外接煤油管路或者外接煤油储存箱。
所述的多个送粉器具有多个送粉罐和送粉管路，但是微机控制系统集成到中央控制箱上，送粉罐和送粉管路的数量与送粉针数量相同，能充分承担和分解大送粉量的任务，并且送粉状态在多功能拉瓦尔喷嘴里会更加的均匀。
所述的空压机和冷干机提供干净干燥空气的压力和流量需满足喷枪对于压缩空气的要求。
所述的高压氧气供给是靠多个带高压的液氧罐，液氧经过气化塔气化后，多管路把氧气连接到每个独立燃烧室上的油气混合雾化器的氧气进入口，每个分管路会有减压阀来调控每个分管路的氧气供给。
所述的点火装置采用多线路高压火花塞来进行独立燃烧室的点火功能，每条线路匹配一个火花塞和独立燃烧室，构成多个独立点火系统。
所述的中央控制柜集成控制多个水冷系统、高压空气系统、送粉系统、供油系统、供氧系统和点火系统的开关和调节，并监控各个系统的状态，如出现问题，能及时反馈报警。
本发明装置具体的工作过程是：
(1)检查供电系统、供气系统、供油系统、送粉系统、点火系统是否处于正常状态，有无问题；
(2)打开水冷机，使喷枪处于水冷状态，多路冷却水从喷枪尾端进水口进入，首先流经独立燃烧室，再流经多功能拉瓦尔喷嘴的汇聚段、喉部和扩张段，再流经枪管，从枪管壳前部的开孔流出，进入水冷套和枪管壳之间的空间，再进入水冷套与枪体壳之间的空间，最终从水冷套的出水口排出，返回水冷机；多路双层水冷通道喷枪结构使得水冷面积极大提高，水冷效率明显提升。
(3)打开高压空气和送粉载气，送粉载气可以是氩气、氮气或者其他惰性气体，使喷枪内部独立燃烧室、多功能拉瓦尔喷嘴和枪管处于一定的压力和流速状态下；
(4)同步打开煤油泵和供氧气开关，并调节到合理点火需要流量范围，煤油和氧气通过油气雾化器充分混合，形成油气雾流从出口排到每个独立燃烧室内，汇聚到多功能拉瓦尔喷嘴内，从枪管排出；
(5)同步打开点火系统开关，将多个独立燃烧室同时点火，此时喷枪内部空间急剧升压，火焰经过拉瓦尔喷嘴汇聚段，速度提升，火焰经过多功能拉瓦尔喷嘴喉部，再经过扩张段，形成超音速火焰，再经过枪管段的进一步提速；
(6)点火程序完毕，自动将空气、煤油和氧气流量调节到喷枪喷涂所需的设定参数，火焰速度进一步提升，同时耐高温陶瓷片温度升到燃料熔点以上，具有持续点火和加热的作用，进一步增强多功能拉瓦尔喷嘴内部的燃烧状态，最终形成5-9马赫的超音速火焰；
(7)同步打开送粉器开关，进行多个送粉针同时送粉，粉末在火焰的中心位置，得到充分的加热和提速，状态变为超音速熔融状态的均匀稳定的焰流，经由枪管喷出；
(8)粉末在焰流的中心位置喷射到工件表面，大大减少了粉末外逸，沉积率大大提高，同时多道中心对称分布的粉末流混合解决了单一轴心送粉中光斑粉末分布不均匀和轴心粉末过多聚集的问题。
利用本发明装置制备涂层时，优选的工艺参数如下：
单个独立燃烧室煤油流量在10～30L/h，煤油压力为1.5～1.8MPa；氧气流量在700～1000L/min，压力在1.8-3MPa；高压空气流量在10-90m3/min，压力在0.8-1MPa；单需提供3000-5000L/h冷却水流量的要求；单个送粉针对应的送粉氮气流量为5～15L/min,氮气压力为0.8～1.2MPa。如独立燃烧室量为n(推荐数值为3-9)，那总的煤油流量为n(10～30L/h)、氧气流量为n(700～1000L/min)和冷却水流量为n(3000-5000L/h)。如送粉针数量为m(推荐数值为3-9)，那总的送粉氮气流量为m(5～30L/min)。另外焰流直径范围推荐为34.5mm～60mm，制备涂层性能不低于目前主流水准，生产效率大幅提高。
本发明采用独有的多个独立燃烧室与多功能拉瓦尔喷嘴，以及超大口径枪管(19～33mm)集成形成一种超级超音速火焰喷枪结构。解决了传统方案中为了提高热喷涂效率，单一增大喷枪尺寸所带来的燃烧不充分、温度分布不均匀以及枪体温度和压力过高有较大安全隐患的问题。本发明采用创新的多路对称均匀分布方式的送粉流合成一束大直径，大送粉量、粉末均匀分布的粉末流，并且设置多个独立燃烧室多点分散充分燃烧从而获得更高的热效率，使得大直径的粉末流处于火焰的中心位置，极大的提升了粉末在零件表面的沉积率和上粉均匀性，并且大直径的粉末流成倍的减少了喷涂时间；且本发明方案中采用创新的多路双层水冷系统结构，极大提升了喷枪的水冷效率；是一种具有大焰流尺寸，大功率，高粉末沉积效率，高水冷效率的新型超音速火焰热喷涂喷枪，可以有效的应用于超大零件的涂层喷涂。
附图说明
图1一种多燃烧室大功率高效率超音速火焰热喷涂喷枪结构示意图；
图2一种多燃烧室大功率高效率超音速火焰热喷涂装置示意图；
图3一种多功能拉瓦尔喷嘴结构示意图；
图4一种耐高温陶瓷片结构示意图。
图中：1-水冷套，2-第一冷却水通道，3-枪管壳，4-第二冷却水通道，5-枪管，6-稳定支撑圈，7-枪体壳，8-多功能拉瓦尔喷嘴，9-出水口，10-独立燃烧室，11-油气同轴喷射器，12-油气混合雾化器，13-氧气进口，14-煤油进口，15-分离器，16-进水口，17-进高压空气口，18-送粉针，19-空气分配器，20-耐高温陶瓷片，21-枪体后盖，22-点火针口。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施案例作进一步地阐述
参照图1展示了一种4燃烧室大功率高效率超音速火焰热喷涂喷枪结构示意图，其中枪管5，其口径比传统的热喷涂喷枪枪管更大，底部与拉法尔喷嘴口紧密配合，通过紧固螺丝进行紧固，耐高温密封圈密封。枪管5一可提升焰流速度，二使粉末有合适的时间受热，达到最佳的熔融状态。枪管壳3与枪体壳7螺纹密封连接，并且接触口使用橡胶密封圈密封，保证冷却水不泄露。枪管壳口与枪管口带有稳定支撑圈6，提高枪管的稳定性和同轴度，避免枪管变形，提升枪管的寿命，同时用耐高温密封圈密封。水冷套1通过螺纹连接在枪体壳3上，并通过密封圈密封，保证冷却水在第一冷却水通道2中回流的顺畅。枪体壳3是一个中空异形结构，确保喷枪的主体框架，与枪管壳3和水冷套1螺纹连接，密封圈密封，枪体壳3尾部留有进水口的螺纹开孔。多功能拉瓦尔喷嘴8侧面留有4个轴对称的通孔，均匀分布，可与多个独立燃烧室10紧密密封连接，构成连通空间。为了使得焰流顺畅通过，独立燃烧室的轴线与拉瓦尔喷嘴的轴线间的夹角不宜过大或过小，二者呈30°～45°夹角为最佳。
参考图2展示了一种多功能拉瓦尔喷嘴结构细节示意图，多功能拉瓦尔喷嘴8侧面均匀分布很多小凸台，凸台表面与枪体壳3内壁间隙配合，起到一定支撑的作用，同时小凸台与小凸台之间有一定的距离，使冷却水在第二冷却水通道4中顺利流畅的通过，同时小凸台增加了多功能拉瓦尔喷嘴8与冷却水的接触面积，使冷却效率大大提高。进一步地，多功能拉瓦尔喷嘴8尾部内壁有一圈凸起，与耐高温陶瓷片20接触，起到限定耐高温陶瓷片20位置和移动的作用。
参考图3展示了一种适用4送粉针的耐高温陶瓷片结构示意图，耐高温陶瓷片20开有两种通孔，一种通孔是让送粉针通过的，通孔有4个，并轴对称均匀分布在陶瓷片上，通孔之间合理的距离使粉末流截面粉末量相等；另一种通孔是通高压空气的，通孔更多，更密，更小，并且轴对称均匀分布在耐高温陶瓷片20上，作用一是给粉末加速，二是使粉末在焰流中分布的更加均匀。4个送粉针确保喷涂所需的大送粉量，使得送粉更有效率，更均匀，从而使得粉末受热更均衡。
耐高温陶瓷片20一面与多功能拉瓦尔喷嘴8内壁一圈限位凸起接触，一面与空气分离器19接触，并通过空气分离器19的密封圈密封。喷枪工作时，耐高温陶瓷片20被加热到燃料熔点以上，具有连续点火功能，可极大的改善多功能拉瓦尔喷嘴8内部的燃烧状态。空气分离器19内部有很多通孔，使高压空气均匀地传输到多功能多孔陶瓷片20，其两端面边缘均具有一圈凸起，一端凸起与陶瓷片20密封接触，另一端凸起与枪体后盖21密封接触，并且还开有4个螺纹孔，该螺纹孔与送粉针18上的外螺纹配合，用于固定送粉针。枪体后盖21与枪体壳3螺纹连接，开有4个进气孔，进水孔和送粉针孔。油气混合雾化器12采用中空结构，内部带有多细孔的分离器15，外部有进油口14、进氧气口13和点火针口22，主要作用是将煤油和氧气充分的均匀的混合雾化，并将油氧混合气送入油气同轴喷射器11，喷射而出进入各个独立燃烧室10中，与油气同轴喷射器11螺纹连接，密封圈密封。油气同轴喷射器11与独立燃烧室8高温密封圈密封接触，与枪体壳7螺纹连接，密封圈密封，内部开有同轴油气出口和点火针孔。
参考图4展示了一种4燃烧室大功率高效率超音速火焰热喷涂装置原理示意图。带4个循环水泵水冷机，每个循环水泵带动的水冷回路都配套每个进水口和出水口，要求能保持喷枪连续工作时的温度在合理温度范围。带4个油泵的煤油控制箱，每个油泵对应每个独立燃烧室，构成一个喷枪燃烧系统，煤油供给可外接煤油管路或者煤油储存箱。送粉器具有4个送粉罐和送粉管路，充分分担大送粉量的任务，并且送粉状态在多功能拉瓦尔喷嘴里会更加的均匀。空压机和冷干机提供干净干燥空气的压力和流量需满足喷枪对于压缩空气的要求，压力要求0.8-1MP，流量10-90m3/min。高压氧气供给可采用8个高压液氧罐，液氧经过气化塔气化后，4管路把氧气连接到每个独立燃烧室10上的油气混合雾化器的氧气进入口，每个分管路用氧气减压阀来调控每个分管路的氧气供给。点火装置采用4线路高压火花塞来进行独立燃烧室10的点火功能，构成4个独立点火系统。中央控制柜集成控制水冷系统、高压空气系统、送粉系统、供油系统、供氧系统和点火系统的开关和调节，并监控各个系统的状态，如出现问题，能及时反馈报警。
本发明装置和方法具体的工作过程是：
(1)检查供电系统、供气系统、供油系统、送粉系统、点火系统是否处于正常状态，有无问题；
(2)打开水冷机，使喷枪处于水冷状态，4路冷却水从喷枪尾端进水口16进入，先后流经第二冷却水通道4，第一冷却水通道2后回流至水冷机，多路双层水冷通道喷枪结构使得水冷面积极大提高，水冷效率明显提升。
(3)打开高压空气和送粉载气，送粉载气可以是氩气、氮气或者其他惰性气体，使喷枪独立燃烧室10、多功能拉瓦尔喷嘴8和枪管5的空间处于一定的压力和流速状态下；
(4)同步打开4个煤油泵和供氧气开关，并调节到合理点火需要流量范围，煤油和氧气通过油气雾化器12充分混合，形成油气雾流从同轴出口喷射到每个独立燃烧室10内，然后汇聚到多功能拉瓦尔喷嘴8内，从枪管5出口喷射；
(5)同步打开点火系统开关，将4个独立燃烧室同时点火，此时喷枪内部空间急剧升压，火焰经过拉瓦尔喷嘴8汇聚段，速度提升，火焰经过多功能拉瓦尔喷嘴8喉部，再经过扩张段，形成超音速火焰，再经过枪管5段的进一步提速；
(6)点火程序完毕，自动将空气、煤油和氧气流量调节到喷枪喷涂所需的设定参数，火焰速度进一步提升，同时耐高温陶瓷片20温度升到燃料熔点以上，具有持续点火和加热的作用，进一步增强多功能拉瓦尔喷嘴8内部的燃烧状态，最终形成5-9马赫的超音速火焰；
(7)同步打开4个送粉器开关，进行4路送粉针同时送粉，粉末在火焰的中心位置，得到充分的加热和提速，状态变为超音速熔融状态的均匀稳定的焰流，经由枪管喷射而出；
(8)粉末在焰流的中心位置喷射到工件表面，大大减少了粉末外逸，沉积率大大提高，同时多道中心对称分布的粉末流混合解决了单一轴心送粉中光斑粉末分布不均匀和轴心粉末过多聚集的问题。
制备涂层工艺参数具体实施案例1
四燃烧室型大功率高效率超音速火焰热喷涂WC-10Co-4Cr粉末制备涂层工艺参数如下：单个独立燃烧室煤油流量在24L/h，煤油压力为1.7MPa；氧气流量在850L/min，压力在2.0MPa；单个送粉针送粉的氮气流量10L/min，压力在1MPa；高压空气流量在20m3/min，压力在1.0MPa；单个水泵需提供4000L/h冷却水流量的要求。总的煤油流量为96L/h、氧气流量为3400L/min和冷却水流量为16000L/h)。总的送粉氮气流量为40L/min。喷枪距工件距离690mm，4燃烧室超音速火焰热喷涂喷枪和4路对称均匀分布送粉流方式共同作用下，极大地增加了火焰中有效粉末流的面积，使沉积率提升至67％左右，比目前先进的氧煤油超音速火焰热喷涂枪约42％的沉积率提升约23％，同时焰流直径约40mm，使同样厚度、面积涂层喷涂时间减少约84％，显著提高了涂层生产效率。而且制备的涂层性能指标：涂层与基体结合强度≥82MPa，涂层孔隙率≤0.6％，平均显微硬度1270HV0.2，抗磨蚀性能约是0Cr13Ni5Mo不锈钢11.5倍。
制备涂层工艺参数具体实施案例2
四燃烧室型大功率高效率超音速火焰热喷涂Co-Cr-Ni-Al-Y粉末制备涂层工艺参数如下：单个独立燃烧室煤油流量在22L/h，煤油压力为1.7MPa；氧气流量在830L/min，压力在1.9MPa；单个送粉针送粉的氮气流量10L/min，压力在1MPa；高压空气流量在16m3/min，压力在1MPa；单个水泵需提供4000L/h冷却水流量的要求。总的煤油流量为88L/h、氧气流量为3320L/min和冷却水流量为16000L/h。总的送粉氮气流量为40L/min。喷枪距工件距离600mm。沉积率提升至约69.5％，比目前先进的氧煤油超音速火焰热喷涂枪约45％的沉积率提升约24.5％。同时焰流直径约40mm，使同样厚度、面积涂层喷涂时间减少约84％，显著提高了涂层生产效率。同时制备的Co-Cr-Ni-Al-Y合金涂层性能参数为：平均孔隙率≤0.5％，涂层结合强度≥67MPa，700℃时抗热震次数≥40次，表面粗糙度Ra约6.1um，有利于工作层与过渡层的结合。
制备涂层工艺参数具体实施案例3
四燃烧室型大功率高效率超音速火焰热喷涂WC-12Co粉末制备涂层工艺参数如下：单个独立燃烧室煤油流量在23L/h，煤油压力为1.7MPa；氧气流量在840L/min，压力在1.9MPa；单个送粉针送粉的氮气流量10L/min，压力在1MPa；高压空气流量在18m3/min，压力在1.0MPa；单个水泵需提供4000L/h冷却水流量的要求。总的煤油流量为92L/h、氧气流量为3360L/min和冷却水流量为16000L/h)。总的输出粉末氮气流量为40L/min。喷枪距工件距离650mm，4燃烧室超音速火焰热喷涂喷枪和4路对称均匀分布送粉流方式共同作用下，极大地增加了火焰中有效粉末流的面积，使沉积率提升至66％左右，比目前先进的氧煤油超音速火焰热喷涂枪约40％的沉积率提升约26％，同时焰流直径约40mm，使同样厚度、面积涂层喷涂时间减少约85％，显著提高了涂层生产效率。而且制备的涂层性能指标：涂层与基体结合强度≥76MPa，涂层孔隙率≤0.9％，平均显微硬度1150HV0.2。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，在不脱离本发明技术实质的前提下，做出若干改变应视为本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种多燃烧室大功率高效率超音速火焰热喷涂喷枪，其特征在于，包括喷枪壳体，在喷枪壳体内设置有包括拉瓦尔喷嘴、若干独立燃烧室、枪管的核心单元，在喷枪壳体外设置有水冷套；拉瓦尔喷嘴的扩张段末端口径与枪管口径匹配，二者紧固连接，拉瓦尔喷嘴的中段周向均匀开有若干通孔，每个通孔处安装一个独立燃烧室，高压空气及喷涂粉末由拉瓦尔喷嘴尾部进入拉瓦尔喷嘴腔内，独立燃烧室用于向拉瓦尔喷嘴腔内喷入油气混合气并点火，水冷套、喷枪壳体、核心单元之间形成多路双层水冷通道。
2.根据权利要求1所述的多燃烧室大功率高效率超音速火焰热喷涂喷枪，其特征在于，所述的枪管口径为19mm～33mm。
3.根据权利要求1所述的多燃烧室大功率高效率超音速火焰热喷涂喷枪，其特征在于，所述的独立燃烧室为筒状结构，一端与拉瓦尔喷嘴上的通孔密封连接，另一端依次安装有油气同轴喷射器和油气混合雾化器，油气混合雾化器用于将燃料和氧气混合均匀并雾化后送入油气同轴喷射器，从而喷射入独立燃烧室中，油气混合雾化器及油气同轴喷射器上对应的开设有贯穿的点火针孔用于将点火针伸入至独立燃烧室中。
4.根据权利要求1所述的多燃烧室大功率高效率超音速火焰热喷涂喷枪，其特征在于，所述的独立燃烧室共3～9个均布于拉瓦尔喷嘴周向。
5.根据权利要求1所述的多燃烧室大功率高效率超音速火焰热喷涂喷枪，其特征在于，所述的拉瓦尔喷嘴尾部依次设置有耐高温多孔陶瓷片和空气分离器，空气分离器与耐高温陶瓷片上对应的开设有若干轴对称均匀分布的送粉针孔用于将送粉针伸入至拉瓦尔喷嘴腔内，空气分离器上均布有通孔用于将高压空气均匀的传输至耐高温多孔陶瓷片，耐高温多孔陶瓷片上均布有细孔用于将高压空气均匀传输至拉瓦尔喷嘴腔内。
6.根据权利要求5所述的多燃烧室大功率高效率超音速火焰热喷涂喷枪，其特征在于，拉瓦尔喷嘴内壁设有一圈限位凸起，空气分离器两端边缘均具有一圈凸起，耐高温多孔陶瓷片一面与所述限位凸起紧靠，另一面与空气分离器的一端凸起密封接触，空气分离器的另一端凸起与喷枪壳体密封接触；空气分离器上的送粉针孔具有螺纹以与送粉针螺纹配合。
7.根据权利要求1所述的多燃烧室大功率高效率超音速火焰热喷涂喷枪，其特征在于，所述喷枪壳体与核心单元间形成第一密封空间，水冷套与喷枪壳体间形成第二密封空间，在喷枪壳体末端开有若干进水口，喷枪壳体前端开设有若干开孔，开孔将所述第一密封空间和第二密封空间连通，水冷套末端开设有与进水口等数量的出水口，从而形成多路双层水冷通道。
8.根据权利要求1所述的多燃烧室大功率高效率超音速火焰热喷涂喷枪，其特征在于，所述的拉瓦尔喷嘴外侧壁上均匀设置有若干彼此独立的凸台，凸台表面与喷枪壳体间隙配合，凸台间供冷却水通过。
9.根据权利要求1所述的多燃烧室大功率高效率超音速火焰热喷涂喷枪，其特征在于，所述的喷枪壳体包括设于拉瓦尔喷嘴及独立燃烧室外部的枪体壳、设于枪管外部的枪管壳以及设于拉瓦尔喷嘴尾部外侧的枪体后盖，枪管壳头端与枪管之间设有稳定支撑圈并密封，枪管壳末端与枪体壳密封连接，枪体后盖与枪体壳、拉瓦尔喷嘴末端均密封连接。
10.根据权利要求1所述的多燃烧室大功率高效率超音速火焰热喷涂喷枪，其特征在于，所述喷枪在喷涂时应满足：对于每个独立燃烧室，燃料流量在10～30L/h，煤油压力为1.5～1.8MPa；氧气流量在700～1000L/min，压力在1.8-3MPa；需相应提供3000-5000L/h冷却水流量；高压空气流量在10-90m3/min，压力在0.8-1MPa；单个送粉针对应的送粉氮气流量为5～15L/min,氮气压力为0.8～1.2MPa。
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2021
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