一种蜗壳引水室内壁超音速火焰热喷涂装置及喷涂方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种蜗壳引水室内壁超音速火焰热喷涂装置及喷涂方法，所述装置包括可连续旋转超音速火焰喷枪、伺服电机、工业机械手、移动座台；移动座台包括可移动的座台主体及支撑部件，工业机械手安装于座台主体上，座台主体与支撑部件配合使得移动座台在喷涂过程中能够绕蜗壳引水室内壁稳定移动，可连续旋转超音速火焰喷枪连接于工业机械手端部，可连续旋转超音速火焰喷枪能够不受喷枪管路限制朝同一方向连续旋转。本发明专利技术能够取代实际工程应用中人工喷涂大型蜗壳引水室表面的超音速火焰喷涂工作，解决了因为超音速火焰喷枪管路限制，连续转动喷涂时，管路缠绕扭曲的问题；且大大提高了工程实施效率，提升了涂层的均匀性。提升了涂层的均匀性。提升了涂层的均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种蜗壳引水室内壁超音速火焰热喷涂装置及喷涂方法


[0001]本专利技术属于水利装备防护领域，尤其涉及一种蜗壳引水室内壁超音速火焰热喷涂装置及喷涂方法。

技术介绍

[0002]目前，中高水头的大型水利发电装备(如大型水轮机)的蜗壳大都采用金属蜗壳，蜗壳的截面为圆形，可有效降低水头动能损失。蜗壳大都预埋在钢筋混凝土里固定，所以蜗壳在服役年限中是不会移动的。因此在服役过程中，蜗壳内壁涂层制备都是在蜗壳里面进行施工。目前，主要的工程方案是人进入蜗壳内，进行人工手持喷枪喷涂，这种方案制备的涂层均匀性较差，会导致有些区域涂层厚度超过标准要求，有些区域涂层厚度达不到要求，造成材料的浪费和涂层质量问题，并且人工喷涂很难精确控制喷枪到工件的距离，从而涂层质量也很难控制。另外这种施工方案工作效率不高，施工人员需要休息，并且长时间在蜗壳内部喷涂，对人体健康造成危害。因此，实际工程应用中迫切需要一种效率高，涂层均匀性好的，自动化程度高的热喷涂装置及方法。

技术实现思路

[0003]针对上述问题，本专利技术提供一种大型水轮机等设备的蜗壳引水室内壁超音速火焰热喷涂方法及其装置。
[0004]本专利技术为解决上述问题的提供技术方案是：
[0005]一种蜗壳引水室内壁超音速火焰热喷涂装置，包括可连续旋转超音速火焰喷枪、伺服电机、工业机械手、移动座台；移动座台包括可移动的座台主体及支撑部件，工业机械手安装于座台主体上，座台主体与支撑部件配合使得移动座台在喷涂过程中能够绕蜗壳引水室内壁稳定移动，可连续旋转超音速火焰喷枪连接于工业机械手端部，可连续旋转超音速火焰喷枪能够不受喷枪管路限制朝同一方向连续旋转。
[0006]上述技术方案中，进一步地，所述的可连续旋转超音速火焰喷枪包括枪体外壳、固定设于枪体外壳内的枪管和燃烧室以及换向分配器；燃烧室前端是拉瓦尔喷嘴结构，后端是空腔结构，枪管后端面与燃烧室的前端面密封紧固，枪管前端与枪体外壳前端通过一个紧固密封盖压紧固定，换向分配器设于枪体外壳尾部，包括同轴设置的固定部及可转动的旋转部，固定部相对于工业机械手固定，喷枪的各类管路经由固定部进入换向分配器再经旋转部进入燃烧室内，旋转部与枪体外壳固定由伺服电机驱动，从而带动喷枪不受管路限制进行旋转。
[0007]进一步地，所述换向分配器中固定部与旋转部同轴设置，固定部端面上设有N个轴向孔，靠近旋转部的周向表面上开设N个径向孔，N个轴向孔的深度不同，并与N个径向孔一一对应连通，形成N个通道，在所述周向表面上分布N个绕圆周的槽，绕圆周的槽与径向孔的位置一一对应，固定部与旋转部配合后，在槽与槽之间设置有滚珠及密封圈使固定部与旋转部之间形成动密封，旋转部的周向表面上开有N个出口，与N个槽一一对应连通，喷枪管路
与固定部连接，经由轴向孔、径向孔、槽、出口进入喷枪内部。
[0008]进一步地，所述燃烧室内设有圆盘形状的耐高温多孔稳流器，其端面开有很多贯穿孔，轴心开有通孔，送粉针与燃烧室后盖间密封连接，且一端穿过燃烧室后盖伸入耐高温多孔稳流器通孔内，另一端在燃烧室后盖外侧通过弯形连接器与送粉柱一端连接，送粉柱为轴心有贯穿孔的圆柱体，另一端固定在枪体后盖上，并连接到外部送粉管，送粉柱与弯形连接器采用轴动密封结构，送粉针与弯形连接器采用固定密封结构。
[0009]进一步地，在枪管和燃烧室形成的一体结构与枪体外壳之间设有彼此隔绝的空气通道、燃料通道、氧气通道、氮气通道及水冷通道，在燃烧室的空腔结构外侧壁开有至少3个绕圆周的槽，分别对应连接空气通道、燃料通道、氧气通道，槽与槽之间采用密封圈密封，各槽内开有很多小孔连通燃烧室。
[0010]进一步地，所述移动座台的座台主体底部有轮子，内部设置蓄电池动力系统驱动轮子运动，支撑部件采用液压支撑柱，在座台主体的台面上固定有至少一个液压支撑柱，另外在座台主体的侧面也可固定安装有液压支撑柱，所有液压支撑柱末端都安装小轮，且均抵在蜗壳的表面；液压支撑柱给移动座台施加力限制移动座台在蜗壳中的自由度，保证移动座台的稳定性并同时保证移动座台能移动。
[0011]进一步地，该装置还包括视频监控系统及集成控制柜，均安装于移动座台的座台主体上，视频监控系统用于实时监控喷涂过程，集成控制柜用于控制喷枪参数、工业机械手运动轨迹、视频监控系统、座台主体的移动、支撑部件的支撑力度。
[0012]一种大型水轮机的蜗壳引水室内壁超音速火焰热喷涂方法是：
[0013]一、喷涂方向是从里往外进行喷涂，即从蜗壳离出口最远处开始进行喷涂，移动座台的移动轨迹是沿着蜗壳往出口方向的移动轨迹。
[0014]二、可连续旋转的超音速火焰喷枪转动的角速度与机械手控制喷枪沿着蜗壳内表面做圆周移动的角速度相等，并且移动轨迹与蜗壳内表面的距离，即火焰喷涂距离保持一致，喷涂距离需在工艺合理范围内。
[0015]三、喷枪沿着蜗壳轴心方向移动一个火焰宽度的时间等于喷枪转动一周的时间。即假设一个火焰宽度是d，移动座台或者工业机械手带动喷枪往蜗壳轴心方向移动的速度v，所需时间是t1，喷枪转动的角速度为ω，转动一周的时间为t2，那么保证
[0016]四、因为一个蜗壳引水室通常喷涂面积非常大，考虑到喷枪零配件寿命，氮气、燃气和氧气的更换，喷涂材料的添加等等，喷涂方案宜采用分段喷涂。即可选择喷涂完一段蜗壳内壁区域后，喷枪和工业机械手停止工作，检查设备有无问题，检查喷涂材料是否要添加，检查燃气和氧气是否需要补充，移动座台沿着蜗壳轴心方向往出口方向移动一段距离停止，一切准备妥当后，继续开启工业机器人和喷枪，进行蜗壳下一段区域的喷涂。也可在喷枪喷涂过程中，同时使移动座台沿着蜗壳轴心方向移动来控制喷枪沿着蜗壳轴心方向的移动，此时工业机器人只控制喷枪整体做圆周移动，喷枪转动只通过伺服电机转动实现。这样喷涂面积可不受机械手运动范围限制，可以连续喷涂更大的面积。
[0017]需要强调的是喷枪的转动与机械手和移动平台没有关系，喷枪整体的移动轨迹动作中，画圆周的轨迹是由工业机械手控制。喷枪整体轴向的移动有两种工作模式，一种是移
动平台移动到一个喷涂位置之后，液压支撑柱升起，撑到蜗壳上，之后移动平台保持不动，喷枪延蜗壳轴向的运动靠机械手控制，此时因为移动平台固定不动，喷枪的移动轨迹全靠机械手控制，精度较高，适合精度要求高的喷涂场景，但是因为机械手的运动范围有限，只能一小段一小段的喷涂，一片区域喷涂完毕后，需停止喷涂，然后移动平台移动到下一个喷涂点进行下一段区域喷涂，此种方法喷涂效率稍低。第二种方案是喷枪整体延蜗壳轴向的移动靠移动平台来控制，即移动平台控制喷枪延蜗壳轴向的移动，喷枪画圆周的移动靠机械手来控制，喷枪的转动靠伺服电机控制。这样整体设备可以边移动边喷涂，效率较高，但因为移动平台移动的精度没有机械手高，所以此种方法适合喷涂精度要求不高，喷枪束流较大的场合。
[0018]喷涂运动轨迹是螺旋状运动轨迹，这样喷涂轨迹连贯，轨迹接头少，涂层厚度均匀，如果喷涂轨迹是喷涂蜗壳一圈(宽度是束流的宽度)，再喷涂下一圈，以此类推，这样一圈与一圈本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蜗壳引水室内壁超音速火焰热喷涂装置，其特征在于，包括可连续旋转超音速火焰喷枪、伺服电机、工业机械手、移动座台；移动座台包括可移动的座台主体及支撑部件，工业机械手安装于座台主体上，座台主体与支撑部件配合使得移动座台在喷涂过程中能够绕蜗壳引水室内壁稳定移动，可连续旋转超音速火焰喷枪连接于工业机械手端部，可连续旋转超音速火焰喷枪能够不受喷枪管路限制朝同一方向连续旋转。2.根据权利要求1所述的蜗壳引水室内壁超音速火焰热喷涂装置，其特征在于，所述的可连续旋转超音速火焰喷枪包括枪体外壳、固定设于枪体外壳内的枪管和燃烧室以及换向分配器；燃烧室前端是拉瓦尔喷嘴结构，后端是空腔结构，枪管后端面与燃烧室的前端面密封紧固，枪管前端与枪体外壳前端通过一个紧固密封盖压紧固定，换向分配器设于枪体外壳尾部，包括同轴设置的固定部及可转动的旋转部，固定部相对于工业机械手固定，喷枪的各类管路经由固定部进入换向分配器再经旋转部进入燃烧室内，旋转部与枪体外壳固定由伺服电机驱动，从而带动喷枪不受管路限制进行旋转。3.根据权利要求2所述的蜗壳引水室内壁超音速火焰热喷涂装置，其特征在于，所述换向分配器中固定部与旋转部同轴设置，固定部端面上设有N个轴向孔，靠近旋转部的周向表面上开设N个径向孔，N个轴向孔的深度不同，并与N个径向孔一一对应连通，形成N个通道，在所述周向表面上分布N个绕圆周的槽，绕圆周的槽与径向孔的位置一一对应，固定部与旋转部配合后，在槽与槽之间设置有滚珠及密封圈使固定部与旋转部之间形成动密封，旋转部的周向表面上开有N个出口，与N个槽一一对应连通，喷枪管路与固定部连接，经由轴向孔、径向孔、槽、出口进入喷枪内部。4.根据权利要求2所述的蜗壳引水室内壁超音速火焰热喷涂装置，其特征在于，所述燃烧室内设有圆盘形状的耐高温多孔稳流器，其端面开有很多贯穿孔，轴心开有通孔，送粉针与燃烧室后盖间密封连接，且一端穿过燃烧室后盖伸入耐高温多孔稳流器通孔内，另一端在燃烧室后盖外侧通过弯形连接器与送粉柱一端连接，送粉柱为轴心有贯穿孔的圆柱体，另一端固定在枪体后盖上，并连接到外部送粉管，送粉柱与弯形连接器采用轴动密封结构，送粉针与弯形连接器采用固定密封结构。5.根据权利要求2所述的蜗壳引水室内壁超音速火焰热喷涂装置，其特征在于，在枪管和燃烧室形成的一体结构与枪体外壳之间设有彼此隔绝的空气通道、燃料通道、氧气通道及水冷通道，在燃烧室的空腔结构外侧壁开有至少3个绕圆周的槽，分别对应连接空气通道、燃料通道、氧气通道，槽与槽之间采用密封圈密封，各槽内开有很多小孔连通燃烧室。6.根据权利要求1所述的蜗壳引水室内壁超音速火焰热喷涂装置，其特征在于，所述移动座台的座台主体底部有轮子，内部设置蓄电池动力系统驱动轮子运动，支撑部件采用液压支撑柱，在座台主体的台面上固定有至少一个液压支撑柱，另外在座台主体的侧面也可固定安装有液压支撑柱，所有液压支撑柱末端都安装小轮，且均抵在蜗壳的表面；液压支撑柱给移动座台施加力限制移动座台在蜗壳中的自由度，保证移动座台的稳定性并同时保证移动座台能移动。7.根据权利要求1所述的蜗壳引水室内壁超音速火焰热喷涂装置，其特征在于，该装置还包括视频...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈小明，惠希东，张凯，毛鹏展，方勇，刘伟，伏利，霍嘉翔，
申请(专利权)人：水利部杭州机械设计研究所，
类型：发明
国别省市：