改善轴向喷射在热喷枪中的混合的设备和方法技术

本发明专利技术涉及改善轴向喷射在热喷枪中的混合的设备和方法。一种改进的热喷涂设备和方法，促进在轴向上送入的载体流中的粒子与加热的排放气流混合，同时不把相当大的波动引到排放气流或载体流中。轴向喷射口包括多个在口的远端处的V形。V形在径向上围绕轴向喷射口的远端的圆周设置，以便增加在喷射口的出口处两种流体流之间的共用面积。

Apparatus and method for improving axial injection mixing in a thermal spray gun

The present invention relates to an apparatus and method for improving axial injection of a mixture in a thermal spray gun. An improved thermal spraying apparatus and method to facilitate the mixing of particles in an axial feed stream with a heated discharge stream without causing considerable fluctuations to the discharge stream or carrier stream. The axial jet orifice includes a plurality of V shapes at the distal end of the mouth. The V shape is radially disposed around the circumference of the distal end of the axial jet opening so as to increase the common area between the two fluid streams at the exit of the jet opening.

【技术实现步骤摘要】
改善轴向喷射在热喷枪中的混合的设备和方法本申请是2008年10月23日提交的、申请号为200810171400.3、专利技术名称为《改善轴向喷射在热喷枪中的混合的设备和方法》的申请的分案申请。
本专利技术一般涉及改进的热喷涂涂布装置，尤其是涉及用于将原材料在轴向上喷射到下游热气流中的原料喷射器。
技术介绍
热喷涂工艺一般可以说成是涂装方法，其中将粉体或其它原材料送到经加热、加速、或兼具二者的增能气流中。原材料被增能气流捕集，从中接收热能和/或动能。然后将增能原料冲击到表面上，在表面上增能原料粘附并固化，同时通过重复包覆连续的薄层形成较厚的热喷涂涂层。从上面所述可以意识到，在某些热喷涂应用的情况下，将原料在轴向上喷射到增能气流中有某些优于其它原料喷射方法的优点。通常，原料是朝一般说成径向喷射的方向，换句话说朝或多或少垂直于气流行进方向的方向送到气流中。径向喷射通常用作它提供将粒子混合到排放流中并因此以短跨距将能量传递到粒子上的有效手段。在用等离子体的情况下正是这样，此处短喷涂距离和高热载荷要求用于合适涂布涂层的方法快速的混合和能量传递。轴向喷射可以提供优于径向喷射的优点，因为当轴向喷射时可以更好地控制原料粒子轨迹的线性和方向。另一些优点包括在排放流的中心区域中具有颗粒物，此处能量密度可能最高，并因此为能量加到颗粒物中提供最大可能。最后，轴向喷射往往会比目前实用的径向喷射技术较少中断排放流。因此，在许多热喷涂工艺喷枪中，原料粒子的轴向喷射优选的是利用载气将粒子喷射到经过加热和/或加速的气体中，所述经过加热和/或加速的气体在本公开中简称之为排放气体。排放气体可以是等离子体、电加热气体、燃烧加热气体、冷喷涂气体、或它们的组合。能量从排放气体传递到载气流中的粒子。由于排放气流流动和两相流动的性质，所以这种混合和随后的能量传递限于轴向流中，并要求规定两种流即排放气流和含颗粒物载体流足够的时间和行进距离，以便能使两种流动之的边界层能中断并因此产生混合。在这个行进距离期间，能量通过热传递和摩擦作用耗散到周围，同时造成损失效率。利用轴向喷射的许多热喷涂工艺喷枪因而设计得比通常要求的更长，以便可供这种混合和随后的能量传递发生。当含颗粒物的载体流是液体时，这些对混合含颗粒物载体流和排放气流的限制甚至变得更显著，且在许多情况下，它们防止使用液体送到轴向喷射热喷涂工艺喷枪中。对液体喷射技术来说，采用气体雾化作用产生细液滴流帮助液体变得更容易与排放气流混合，以便使液体喷射能几乎不工作，但这种方法仍要求某种相当大的距离，以便使气体和细液滴流及排放流混合并传递能量。在混合流动时，这种方法还产生一定量的湍动。在促进混合如引入流动的不连续和碰撞时的试验也产生湍动。通常与热喷涂工艺如等离子体一起使用的以保证在短距离内混合的径向喷射也产生湍动，如成直角相交的两个流。实际上，促进快速混合的最容易达到的喷射方法目前使用下述方法，即有意引入湍动作为促进混合的手段。湍动用来破坏各流动之间边界层，且一旦完成这点就可能发生混合。随着流场一直变化，外加的湍动经常造成排放气流和含颗粒的载体流之间不可预知的能量传递，同时在影响能量传递的流场内产生变化。湍动代表不规则的过程，并引起形成不同长度量的涡流。湍动运动的大部分动能都包含在大规模结构中。能量通过惯性和基本上无粘性的机构从大规模结构“级联”到较小规模结构。这个过程持续形成产生涡流层次的越来越小的结构。最后这个过程形成下述结构，所述结构足够小，以致分子扩散变得重要和最后发生能量的粘性消散。发生这种情况的规模是Kolmogorov长度量。因此湍动导致一部分动能转变成热能。结果是下述过程，即产生更多的热能而不是动能来传递到粒子，同时限制了这些装置的性能。由于由一个以上湍流而使过程复杂化，且结果如上所述不可预期。湍动还增加能量耗散到周围，因为湍动造成排放流场中至少一部分边界层损失，并因此促进能量传递到周围及当流体是包含在壁内时流体内的摩擦作用。对于在管子内流动来说，层流的压降与流动速度成正比，而湍流压降与速度的平方成正比。这提供能量耗散到周围的规模和内部摩擦的良好指示。因此，在该技术中仍然需要改进的方法和设备，以便促进将轴向喷射物快速混合到热喷涂工艺喷枪中，并且作为结果还限制产生湍动。
技术实现思路
如上所述，本专利技术提供一种改进的设备和方法，用于促进载体流中轴向进给的粒子与经过加热和/或加速的排放流的混合，同时不把有效的湍动引入到排放流或载体流二者中。本专利技术的实施例利用一种热喷涂设备，所述热喷涂设备具有一带V形喷嘴的轴向喷射口。对本申请来说，术语“V形喷嘴”可以包括任何在圆周上非均匀类型的喷嘴。本专利技术的一个实施例提供一种用于实施热喷涂工艺（这里，对本专利技术来说，术语“热喷涂工艺”也可以包括冷喷涂工艺）的方法。方法包括以下步骤：加热和/或加速排放气体以便形成高速排放气流；经由轴向喷射口将含颗粒物流送入上述排放气流中以便形成混合流，其中上述轴向喷射口具有多个V形，所述V形位于上述轴向喷射口的远端处；和将混合流冲击在基材上以便形成涂层。在另一实施例中，本专利技术提供一种热喷涂设备，所述热喷涂设备包括：用于加热和/或加速排放气体的装置；喷射口，所述喷射口成形为在轴向上将含颗粒物流送到上述排放气流中，上述轴向喷射口具有多个V形，所述V形口位于轴向喷射口的远端处；和喷嘴，所述喷嘴与上述加速装置和喷射口成流体连接。在本专利技术的还有另一实施例中，提供一种热喷涂设备。设备包括：排放气体加速部件，所述加速部件成形为产生排放气流；轴向喷射口，所述轴向喷射口具有多个V形，上述轴向喷射口成形为在轴向上将液流送到上述排放气流中。和喷嘴，所述喷嘴与上述排放气体加速部件和喷射口成流体连接。在还有另一个实施例中，提供一种用于热喷涂枪的轴向喷射口。喷射口包括圆筒形管子，所述圆筒形管子具有入口和出口，上述入口成形为经由上述圆筒形管子接收流体流，而上述出口包括多个在径向上围绕上述出口圆周的V形口。本专利技术的另一些优点将在下面说明中陈述，且部分优点从说明中显而易见，或者可以通过实践本专利技术知道。本专利技术的优点可以通过后面特别指出的器材及组合实现和得到。附图说明附图包括提供进一步理解本专利技术并包括在本说明中和构成该说明的一部分，所述附图示出本专利技术的一些实施例，并与说明一起用来阐明本专利技术的原理。其中：图1提供适合于在本专利技术的实施例中使用的热喷枪的示意图；图2提供按照本专利技术的实施例所述的热喷枪的燃烧室和出口喷嘴区的示意剖面图；图3提供常规轴向喷出口的远端的示意图；图4提供其包括按照本专利技术的实施例所述的V形的轴向喷出口的远端的示意详图；图5提供其包括按照本专利技术的另一个实施例所述的V形的轴向喷出口的远端的示意详图；图6提供从按照本专利技术的实施例所述的喷嘴排放的两种流体之间在行进距离上的边界区变化；图7提供在不用V形的情况下轴向喷射速度粒子流的示意图；图8提供在使用按照本专利技术的实施例所述的非倾斜式V形的情况下轴向喷射速度粒子流的示意图；和图9提供在使用按照本专利技术的实施例所述的向外倾斜20°的V形的情况下轴向喷射速度粒子流的示意图。具体实施方式现在详细涉及本专利技术的一些优选实施例，其中一些例子在附图中示出。图1提供一种可以按照本专利技术使用的典型热喷枪100的示意图。喷枪包括外壳102，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，用于实施热喷涂工艺，包括：加热和/或加速气体以便形成排放的气流；经由轴向喷射口将含颗粒物的载体流送到上述排放的气流中，以便形成混合流，其中所述轴向喷射口包括多个V形，所述V形位于上述轴向排出口的远端处；和将混合流冲击底材以便形成涂层。

【技术特征摘要】
2007.10.24 US 11/9232981.一种方法，用于实施热喷涂工艺，包括：加热和/或加速气体以便形成排放的气流；经由轴向喷射口将含颗粒物的载体流送到上述排放的气流中，以便形成混合流，其中所述轴向喷射口包括多个V形，所述V形位于上述轴向排出口的远端处；和将混合流冲击底材以便形成涂层。2.如权利要求1所述的方法，其中上述多个V形促进上述排放的气流与上述含颗粒物流的混合。3.如权利要求1所述的方法，其中上述方法在真空中进行。4.如权利要求1所述的方法，其中上述方法在环境条件下进行。5.按照权利要求1所述的方法，其中上述方法在受控大气条件下进行。6.如权利要求1所述的方法，其中上述含颗粒物的载体流是气体。7.如权利要求1所述的方法，其中上述含颗粒物载体流是液体。8.如权利要求1所述的方法，其中上述含颗粒物载体流是气体雾化的液体。9.如权利要求1所述的方法，其中上述多个V形向外倾斜到比上述喷射口的远端更大的直径。10.如权利要求9所述的方法，其中上述多个V形向外倾斜0和约20°之间。11.如权利要求1所述的方法，其中上述多个V形向内倾斜到比上述喷射口的远端更小的直径。12.如权利要求11所述的方法，其中上述多个V形向内倾斜0和...

【专利技术属性】
技术研发人员：F穆格利，M赫格曼，RJ莫尔茨，
申请(专利权)人：欧瑞康美科美国公司，
类型：发明
国别省市：美国,US