表面热磨料加工法及其设备制造技术

表面热磨料加工方法中，气体磨料混合物流和燃烧产物流在燃烧产物流的临界截面处实现相互作用以形成具有约２５０到４５０米／秒流速的高温双组分射流，射向待加工表面。在表面热磨料加工设备中，管道的出口截面位于燃烧室的喷嘴的临界截面即燃烧产物的出口处。在燃烧室的侧壁有位于涡流器上面并与输送液体燃料的管接头同轴的径向孔。孔的截面积与管接头的出口截面积有关，比例为２．５～Ｏ＆３∶１，而与涡流器的通道的流通总截面积之比为１∶１．３～１．５。（*该技术在2007年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于表面磨料喷射加工的领域，即属于表面热磨料加工方法和表面热磨料加工设备。本专利技术在建筑、机械制造、造船和修船方面防止金属结构腐蚀时，可能得到最成功的利用，即为了清除大型金属和混凝土结构表面的锈蚀物、污垢物和已磨损的涂层以涂上新的保护的防腐蚀涂层;在制造新的金属结构时，为了在涂上保护涂层之前消除氧化物;为了清除船舶底部的海洋附生物、旧的油漆以及锈蚀物。本专利技术在生产建筑材料和改造混凝土与钢筋混凝土建筑物时能得到成功应用，即为了在生产不同制品和获得带有切开面的表面或装饰花纹时加工天然石块;为了当清洗由天然石块和混凝土构成的建筑物和结构时整修它们的表面;为了在修复由混凝土和钢筋混凝土制成的结构消除水泥薄层和混凝土的破坏层。现在加工金属表面和坚硬的矿物材料的发展方向是在增加其生产率的同时提高待加工表面的质量。采用的加工形式有机械的、小颗粒喷击的、磨料喷射的、热处理的和热磨料的。用机械方法加工表面，例如刷子、铣刀和刮刀，都是生产率低而贵的操作，因为它本身的实现，要求大量的手工劳动，而不能够获得高质量的洁净的表面。此外，机械的加工形式，为了实现它，要求应用笨重的并带有复杂机械传动装置的设备，照例，它们具有生产率低而加工表面质量差以及利用领域有限的缺点。采用磨料粒子，例如钢砂，靠机械喷射设备来加速的小颗粒喷击方法，允许达到较高的生产率并有较高的表面质量，但是应用这种方法要求复杂的、在运行中不可靠的和耗能高的机械装置。这种装置只能用于固定的工厂生产的条件，而不能用于在建造和修建建筑物以及在加工大型产品时的施工场地。当采用磨料喷射加工方法时，磨料粒子用压缩空气流加速，并通过喷嘴喷向待加工的表面。这种方法能够得到与前述方法相类似的生产率和工作质量，并有更广的应用领域，因为设备有高度的机动性。所有上述的表面加工方法都具有一个本质的缺点，即它们不允许从被加工的表面上清除某些种类的(例如油脂类的、氧化的、碱性的)污垢物，这使涂上的保护涂层恶化。表面热处理法能够克服这个缺点，这种方法，例如靠氧-乙炔喷灯，快速而强烈地加热待清洁的表面，然后冷却该表面。但是这种方法有本质的缺点-在被加工表面上不可能得到给定的粗糙度以保证高质量的保护涂层。材料表面的热磨料加工法，规定应用两股相互作用形成的高速高温流，其中的一股流含有磨料粒子和输送气体的气体磨料混合物，而另一股流-液体燃料的燃烧产物。具有高动能的磨料粒子和高温射流的共同作用能够在加工金属和坚硬的矿物材料时清除锈蚀物、铁磷旧漆、各种污垢物(包括油脂类的、碱性的、氧化的);允许对天然石块进行切割和表面加工;允许在金属表面得到任何给定的粗糙度以涂上保护涂层，包括镀金属层。应用热磨料法允许得到高的经济效益，这是因为提高了加工的生产率、提高了被加工表面的质量，免除了使加工表面脱脂的工序，这导致提高保护涂层的质量和产品的寿命。表面热磨料加工方法及其实施的设备是已知的(见苏联专利№.4384434，1983)。已知的方法是在于输送由磨料粒子与气态载体(例如，氧气)所组成的气体磨料混合物流和由气态氧化剂与液体燃料所组成的燃料混合物流，当后者燃烧时形成高温的气态燃烧产物流。随后，气体磨料混合物流与燃烧产物流在形成燃烧产物的区域相互作用，在该区域内按混合物燃烧的稳定性条件，其速度是不很高的。两股流相互作用的结果形成由磨料粒子和气态燃烧产物所组成的高温射流，该流在流出时被加速。当实现这种方法时，进入到形成燃烧产物的区域，即液体燃料燃烧区的气体磨料混合物流被急剧地阻滞;并使燃烧过程失稳。此外，气体磨料混合物输送到燃烧区引起急剧降低气流的温度，而因此引起在被加工表面上降低热磨料作用的效果，由于磨料粒子动能的损失使磨料粒子运动速度降低，这引起降低加工生产率。上述方法是在下述设备中实现的，该设备的外壳是燃烧室，它附有为了流出高温流的喷嘴。燃烧室用盖封闭，在燃烧室上装有通道以输送燃料和氧化剂，还装有管道以输送气体磨料混合物，该管道在燃烧室的进口截面处与燃烧室相通。管道布置得与燃烧室同轴。为了燃烧稳定，在外壳内同心地装有常有径向通孔的衬套，它的空腔与燃烧室相通。衬套的外壁和外壳的内壁形成环形通道，与输送氧化剂的通道相通，衬套的空腔与输送燃料的通道相通。在上述设备中，不保证在燃烧前优质制备燃料混合物，因为燃料混合物的形成是发生在燃烧室的衬套内，在那里液体燃料和气体氧化剂是分开进入的，这使设备起动和燃料混合物稳定燃烧都困难。因为燃料混合物没有足够的涡流，燃烧稳定是不可靠的。此外，在该设备中，受热部件，如燃烧室和喷嘴，难以冷却，这缩短了寿命并要求应用专门的昂贵的耐热材料。还知道，为了在燃烧室内燃烧稳定必需使燃料混合物旋转起来，而在该设备中的燃料混合物的旋转只是靠氧化剂流和燃料流的相互作用来实现的。通过创造条件使对燃料混合物优质制备和使其在燃烧室内稳定燃烧，试图提高表面热磨料加工的生产率，导致出现表面热磨料加工方法及其实施的设备(见作者证明，苏联№。1101538，分类号E21B7/14，E21B7/18，公布于专利技术通报1984年第25期)。已知的方法包括输送由磨料粒与气态载体(例如压缩空气)所组成的气体磨料混合物流，和输送由气态氧化剂(例如压缩空气)与液体燃料(例如柴油或煤油)所组成的燃料混合物流。氧化剂流与燃料流在进入燃烧区之前预先混合形成燃料混合物，当燃料混合物燃烧时形成高温的气态燃烧产物流。随后，该股流与气体磨料混合物流在燃烧区相互作用。进入燃烧区的气体磨料混合物失去大部分自身的动能，这是由于它在高温的燃烧产物流的介质内受到急剧的阻滞，燃烧产物具有很大的密度和在与气体磨料混合物流运动方向相符合的方向具有极小的前进运动速度。结果，在燃烧区内燃烧产物流的速度被提高，这使燃料混合物的燃烧过程失去稳定。已知的方法是在下面的设备中实现的，即在该设备的外壳内，沿轴安装带有径向通孔和喷嘴的燃烧室，它还附有涡流器，装在与喷嘴对面的壁上。在涡流器外表面，与燃烧室空腔相通的通道做成螺旋线形。在外壳上装有输送气态氧化剂的管接头，其纵轴对外壳的纵轴倾斜角为30°。输送氧化剂的管接头置于燃烧室的喷嘴区。外壳内壁和燃烧室外壁之间形成环形通道，与输送燃料和氧化剂的管接头及涡流器通道相通。为了输送空气磨料混合物，管道装在涡流器的同心孔内，管道的出口截面位于燃烧室的燃烧区内。在设备的工作过程中，空气磨料混合物流通过管道输入燃烧室的燃烧区，那里还通过径向通孔输入氧化剂，而通过涡流器的螺旋形通道输入在环形通道内形成的燃料混合物。燃料和氧化剂在环形通道内的预混合以及靠涡流器增强混合都改善了稳定燃烧的状况。在已知的设备中，改善了燃烧室和喷嘴的工作条件，因为它们被氧化剂冷却，这增加了整个设备的寿命。但是因为气体磨料混合物的动能损失，减小了磨料粒子在由燃烧室喷嘴流出的高温介质中的速度，致使该设备没有高的生产率。此外，该设备由于氧化剂沿燃烧室的分布不可调节而使得在运行中不可靠，因为氧化剂的大部分是通过径向孔输入燃烧室，而小部分-通过涡流器。这对燃烧过程的影响是不良的，因为形成富燃料的混合物和燃烧面向喷嘴壁方向移动，这导致火焰破坏。采用这种结构的涡流器不能保证使燃料混合物流足够旋转，因为其主要的质量是沿燃烧室周围分布的。把下述任务作为专利技术的基础，即本文档来自技高网...

【技术保护点】
表面热磨料加工法是，输送由磨料粒子与气态载体所组成的流（２）和由气态氧化剂与液体燃料所组成的燃料混合物流（３），当燃料燃烧时形成高温气态燃烧产物流（４），然后气体磨料混合物流（２）和燃烧产物流（４）相互作用，特点是在于这两股流（２和４）在燃烧产物流（４）的临界截面实现相互作用以形成具有约２５０到４５０米／秒流速的高温双组分射流（５），射向待加工表面（１）。

【技术特征摘要】
1.表面热磨料加工法是，输送由磨料粒子与气态载体所组成的流(2)和由气态氧化剂与液体燃料所组成的燃料混合物流(3)，当燃料燃烧时形成高温气态燃烧产物流(4)，然后气体磨料混合物流(2)和燃烧产物流(4)相互作用，特点是在于这两股流(2和4)在燃烧产物流(4)的临界截面实现相互作用以形成具有约250到450米/秒流速的高温双组分射流(5)，射向待加工表面(1)。2.按照权利要求1所要求的表面热磨料加工法，其特征是，当射流(5)沿待加工表面(1)移动时，其轴与待加工表面(1)形成约60°到约80°的攻角(α);而当射流(5)沿待加工表面(1)移动方向改变90°±30°角时，射流(5)的攻角(α)在约80°到约60°的范围内变化。3.表面热磨料加工设备包括带有输送液体燃料和气态氧化剂的管接头(7、8)的外壳(6)，沿着外壳的纵轴安装带有径向通孔(13)的燃烧室(11)，它附有涡流器(19)，涡流器布置在气体磨料混合物流(2)的进口边并有通道(20或25)，该通道为了使燃料混合物流(3)旋转安排成螺旋线形并与燃室(11)的空腔(11a)及为了流出高温射流(5)的喷嘴(12)相通，输送气体磨料混合物的管道(10)与燃烧室(11)相通并装在涡流器(19)的中心孔内，特点是，管道(10)的出口截面(23)位于燃烧室(11)的喷嘴(12)的临界截面(24)...

【专利技术属性】
技术研发人员：瑟吉米克哈洛维奇阿斯门斯基，莱奥尼德尼科拉维奇科沃尼彻恩科，鲁多尔夫瓦希利维奇波波夫，埃杜亚德米哈洛维奇泽兰斯基，格里格里亚科夫利维奇弗里凯尔，维克托尔阿莱克希维奇德米尔，尼科拉夫阿纳托利维奇波达伦科，
申请(专利权)人：克里沃罗格矿业学院，
类型：发明
国别省市：SU[苏联]