專利名稱：激波管-拉伐爾噴嘴加速固體顆粒群裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及固體粉末顆粒的加速輸運裝置，尤其是涉及一種激波管-拉伐爾 噴嘴固體顆粒群加速裝置。
技術背景激波管是運動激波和超聲速氣流的發(fā)生裝置之一，拉伐爾噴嘴也能產(chǎn)生超 聲速的氣相流動，利用它們所產(chǎn)生的高速氣流夾帶加速固體顆粒無疑是相當有 效的手段，也能實現(xiàn)在很多領域的實際應用。將激波管和拉伐爾噴嘴串接，同 時發(fā)揮兩者加速輸運固體顆粒群功能的方法，在中國專利庫中仍未見報道。如中國專利200710016058.5提出的"激波砂石滅火炮"和中國專利200710016442.5提出的"一種冷噴涂用的拉閥爾噴嘴"分別只是利用了激波管和拉伐爾噴嘴產(chǎn)生超 音速氣流加速顆粒的功能。作為滅火器，擁有相對遠的射程和較大的噴射覆蓋 面，以及作為材料表面處理的噴涂裝置，使鈦、鋁等固體粉末顆粒獲得的速度 高于導致顆粒高粘附力的臨界速度，這些都是人們所希望的。現(xiàn)有的技術中采 用單一的激波管或拉伐爾噴嘴加速固體顆粒群的能力相對有限，難以使固體顆 粒群達到所需要相當高的噴射速度。 發(fā)明內(nèi)容為了克服單一采用激波管或拉伐爾噴嘴加速固體顆粒群的能力的限制，本 發(fā)明的目的在于提供一種激波管-拉伐爾噴嘴固體顆粒群加速裝置，可用于遠距 離滅火或超聲速冷噴涂。本發(fā)明解決其技術問題采用的技術方案是包括高壓氣源，壓縮氣體截止閥，由高壓氣室、低壓氣室由瞬態(tài)開關閥隔 開組成的激波管，粉路開關閥，供粉源，儲粉室、兩片活動隔板和拉伐爾噴嘴;壓縮氣源經(jīng)壓縮氣體截止闊與激波管高壓氣室相連，儲粉室由兩端的活動隔板 與管壁圍成，其中一片將低壓氣室與儲粉室隔開，另一片將儲粉室與拉伐爾噴嘴隔開；在儲粉室的側壁開設顆粒注入孔與供粉源連接，在顆粒注入孔中設置 粉路開關闊，將供粉源與儲粉室的粉末顆粒隔開，控制電路板分別與瞬態(tài)開關 閥、粉路開關闊和兩片活動隔板連接。所述的高壓氣室和拉伐爾噴嘴的截面形狀為圓形。所述的低壓氣室和儲粉室的截面形狀為圓形或矩形。所述的拉伐爾噴嘴是一支喉部的收縮擴張噴嘴，收縮段為錐形管，擴張段 是具有擴張角的錐形長管，收縮段長度小于擴張段長度。所述的高壓氣源是提供高壓氣室具有0，2 5Mpa的工作壓力的高壓儲氣罐或 者是由空氣壓縮機與儲氣罐組成的整體。 本發(fā)明具有的有益效果是本發(fā)明如果作為粉末滅火器，由于激波管和拉伐爾噴嘴同時對固體顆粒群 的加速作用使得滅火器射程足夠遠，加上適當增大拉伐爾噴嘴漸闊段擴張角可 以增大噴射覆蓋面積，相比現(xiàn)有技術具有滅火效率高、效果好、射程遠和節(jié)約 能源等突出優(yōu)點；本發(fā)明如果作為超聲速冷噴涂裝置，也具有顆粒粘附力大、 涂層強度高等顯著優(yōu)點。
附圖是激波管-拉伐爾噴嘴固體顆粒群加速裝置示意圖。圖中1、高壓氣源，2、壓縮氣體截止閥，3、高壓氣室，4、瞬態(tài)開關閥，5、低壓氣室，6、粉路開關閥，7、供粉源，8、儲粉室，9、活動隔板，10、拉伐爾噴嘴，11、控制電路板。
具體實施方式
如附圖所示，本發(fā)明包括高壓氣源l，壓縮氣體截止閥2，由高壓氣室3、低 壓氣室5由瞬態(tài)開關閥4隔開組成的激波管，粉路開關閥6，供粉源7，儲粉室8、 兩片活動隔板9和拉伐爾噴嘴10;壓縮氣源1經(jīng)壓縮氣體截止閥2與激波管高壓氣 室3相連，儲粉室8由兩端的活動隔板9與管壁圍成，其中一片將低壓氣室5與儲 粉室8隔開，另一片將儲粉室8與拉伐爾噴嘴10隔開；在儲粉室8的側壁開設顆粒 注入孔與供粉源7連接，在顆粒注入孔中設置粉路開關閥6，將供粉源7與儲粉室 8的粉末顆粒隔開，控制電路板11分別與瞬態(tài)開關閥4、粉路開關閥6和兩片活動 隔板9連接。所述的高壓氣室3和拉伐爾噴嘴10的截面形狀為圓形。所述的低壓氣室5和儲粉室9的截面形狀為圓形或矩形。為了活動隔板和粉 路快速開關的加工方便，截面和軸向尺寸根據(jù)實際應用規(guī)模和固體顆粒輸運量 等因素確定。所述的拉伐爾噴嘴10是一支喉部的收縮擴張噴嘴，收縮段為錐形管，擴張 段是具有擴張角的錐形長管，收縮段長度小于擴張段長度。所述的高壓氣源l是提供高壓氣室3具有0.2 5Mpa的工作壓力的高壓儲氣罐 或者是由空氣壓縮機與儲氣罐組成的整體。本發(fā)明的工作原理為在高壓氣源中儲存有壓縮氣體，當壓縮氣體截止閥 被打開時，高壓氣體沖入激波管的高壓氣室，同時在激波管的低壓氣室中充滿 常壓空氣。激波管的高壓氣室與低壓氣室之間由瞬態(tài)開關閥分隔。當瞬態(tài)開關 閥打開時，激波管中建立起向拉伐爾噴嘴出口方向以超聲速運動的激波，激波 后的氣流也作高速運動。當激波到達儲粉室之前的很短時間(IO毫秒左右)活動隔 板打開，同時，粉路開關閥閉合，激波進入儲粉室，儲粉室內(nèi)的粉末顆粒群從 激波獲得初動量，又在波后髙速氣流夾帶下加速運動。當氣流到達拉伐爾噴嘴 后在噴嘴通道內(nèi)不斷加速，直到噴嘴出口處可以達到高超聲速，在此過程中被 氣流夾帶的固體顆粒群也得到不斷地加速，以至于在噴嘴出口處也獲得相當高 的速度。本發(fā)明中由截面積較大的高壓氣室3變截面過渡到一個截面積較小的低壓 氣室4，高壓氣室與低壓氣室之間由一瞬態(tài)開關閥隔開，組成了提供加速輸運固 體顆粒群動力的激波管。其中，低壓氣室4的界面形狀可以是正方形的，高壓 氣室3采用截面積較大的圓形截面，兼有穩(wěn)定壓力和儲存氣體的作用，通過截 面形狀由圓變方的銜接段與低壓氣室連接。在低壓氣室中填充常壓氣體介質， 而在高壓氣室內(nèi)沖入高壓氣體，根據(jù)具體應用需要采用不同氣體介質，用于滅 火時采用二氧化碳、氮氣等抑制燃燒氣體，用于噴涂時采用氦氣等惰性氣體等。 激波管的原理是利用管內(nèi)氣體壓力的強間斷(某一界面兩側的較大壓差)誘發(fā)介 質中的激波，激波以超聲速向低壓力側運動，原來處于低壓區(qū)的氣體在激波的 強擾動下壓力、溫度都升突然高，并跟隨激波向仍處于低壓力的區(qū)域高速運動。 在激波管的高壓氣室3內(nèi)充滿壓力為0.2 5Mpa的壓縮氣體，低壓氣室中充滿常 壓空氣，在高壓氣室和氣壓氣室之間由瞬態(tài)開關閥分隔，瞬態(tài)開關閥可以實現(xiàn) 瞬態(tài)的開閉控制。當瞬態(tài)開關閥開啟時，高壓氣室中的高壓氣體和低壓氣室中 的氣壓氣體接觸，形成了接觸面上的壓力強間斷，從而誘發(fā)了激波，并以一定 的超聲速向低壓氣室的末端傳遞，低壓氣室中的氣體在激波經(jīng)過后由于受到激 波的強擾動，壓力、溫度突然升高，并且跟隨激波向低壓氣室右端(末端)高速運 動。激波管低壓氣室末端與儲粉室由一個活動隔板分隔，在激波和波后高速氣 流到達儲粉室前，活動隔板瞬間打開，激波進入儲粉室后，儲粉室左側的氣體 在激波擾動下己成為高壓氣體，儲粉室右側氣體仍處于低壓狀態(tài)，兩側的壓差 就為固體顆粒群提供了初動量，隨后運動到儲粉室的高速氣流又會夾帶固體顆 粒群使其得到不斷加速，并一起向拉伐爾噴嘴10運動。相對于后邊將要在拉伐 爾噴嘴10內(nèi)的加速過程，這里稱之為固體顆粒群的一級加速。本發(fā)明的拉伐爾噴嘴10是一支擁有喉部的收縮擴張噴嘴，收縮段為較短的錐形管，擴張段是具有一定擴張角的錐形長管，噴嘴具體的尺寸和擴張角由固體顆粒輸運量、射程和噴射面積等因素確定。當激波運動到拉伐爾噴嘴10收縮段時，由于激波的強擾動，收縮段內(nèi)的氣體壓力值在一段時間內(nèi)維持在相當高 的水平，而激波以后的區(qū)域仍處于常壓狀態(tài)，在這么大的壓比下氣流在整個拉伐爾噴嘴10內(nèi)不斷加速，并在噴嘴出口處達到一定的超聲速，在氣流的夾帶下，固體顆粒群也不斷被氣流加速，直到噴嘴出口處達到相當高的速度，這個過程 也稱為固體顆粒群的二級加速。隨后，固體顆粒群同氣流一起向噴嘴外目標高 速噴射，從而實現(xiàn)滅火或者材料表面冷噴涂處理的目的。考慮到氣流超聲速流動伴隨的高噪聲，拉伐爾噴嘴10的外表面需要包裹消聲材料極大地降低噪聲。本發(fā)明的高壓氣源1是單獨的高壓儲氣罐或者是由空氣壓縮機與儲氣罐組成的整體，提供高壓氣室3具有0.2 5Mpa的工作壓力，前者用于便攜式小規(guī)模 作業(yè)場合，后者用于車載、飛機載等大規(guī)模作業(yè)場合，根據(jù)應用場合需要和裝 置形體尺寸確定。高壓氣源1和激波管的高壓氣室3通過管道連接，二者由壓 縮氣體截止閥2分隔，開啟壓縮氣體截止閥2，壓縮氣體經(jīng)由管道進入激波管的 高壓氣室，完成激波形成的高壓準備。在儲粉室8內(nèi)的固體顆粒群己從拉伐爾 噴嘴10出口完全噴射、瞬態(tài)開關閥4已關閉、儲粉室8兩側的快速動作開關9 未關閉、粉路快速開關未開啟時，激波管的低壓氣室5與拉伐爾噴嘴10外的大 氣連通，低壓氣室內(nèi)自動充入常壓狀態(tài)的空氣，完成激波形成的低壓準備。本發(fā)明實施時儲粉室8兩側的活動隔板9分別將儲粉室8與左側的激波管 低壓氣室5和右側的拉伐爾噴嘴10分隔，活動隔板9具有瞬態(tài)開閉的功能，工 作原理與瞬態(tài)開關閥4一樣，起到封閉儲粉室8和上述的分隔作用?；顒痈舭? 的開閉由低壓氣室5上的壓力信號進行控制，當激波壓力前鋒傳至接近儲粉室 前端時，粉路快速開關6關閉，活動隔板9開啟，激波進入儲粉室8，當?shù)蛪菏?5上的壓力恢復常壓時，活動隔板9關閉。本發(fā)明實施時供粉源7與儲粉室8通過管道相連，二者由粉路快速開關6分隔。 在活動隔板9關閉時，開啟粉路快速開關6，開始往儲粉室8內(nèi)填充固體粉末顆 粒，填充完成后關閉粉路快速開關6。粉路快速開關6具有瞬態(tài)啟閉功能，其開 閉由低壓氣室5上的壓力信號進行控制，當激波壓力前鋒傳至接近儲粉室前端 時，粉路快速開關6關閉，當?shù)蛪菏?上的壓力恢復常壓時，粉路快速開關6 開啟。本發(fā)明實施時為了使激波管的激波管高壓氣室進行重復地沖氣與放氣過 程，從而使得氣流和顆粒群加速動作實現(xiàn)周期性循環(huán)，以滿足粉末滅火器或超 聲速冷噴涂裝置自動連續(xù)作業(yè)的需要，只需制作一個控制電路板ll，使各動作 開關按照一定時間間隔和下列順序循環(huán)動作(l)壓縮氣體截止閥開啟，(2)壓縮氣體截止閥關閉，(3)瞬態(tài)開關閥開啟，(4)粉路快速開關關閉，(5)活動隔板開啟， (6)瞬態(tài)開關閥關閉，(7)活動隔板關閉，(8)粉路快速開關開啟，重復動作(1)~(8)。
權利要求
1.一種激波管-拉伐爾噴嘴固體顆粒群加速裝置，其特征在于包括高壓氣源(1)，壓縮氣體截止閥(2)，由高壓氣室(3)、低壓氣室(5)由瞬態(tài)開關閥(4)隔開組成的激波管，粉路開關閥(6)，供粉源(7)，儲粉室(8)、兩片活動隔板(9)和拉伐爾噴嘴(10)；壓縮氣源(1)經(jīng)壓縮氣體截止閥(2)與激波管高壓氣室(3)相連，儲粉室(8)由兩端的活動隔板(9)與管壁圍成，其中一片將低壓氣室(5)與儲粉室(8)隔開，另一片將儲粉室(8)與拉伐爾噴嘴(10)隔開；在儲粉室(8)的側壁開設顆粒注入孔與供粉源(7)連接，在顆粒注入孔中設置粉路開關閥(6)，將供粉源(7)與儲粉室(8)的粉末顆粒隔開，控制電路板(11)分別與瞬態(tài)開關閥(4)、粉路開關閥(6)和兩片活動隔板(9)連接。
2. 根據(jù)權利要求l所述的一種激波管-拉伐爾噴嘴固體顆粒群加速裝置，其特 征在于所述的高壓氣室(3)和拉伐爾噴嘴(10)的截面形狀為圓形。
3. 根據(jù)權利要求l所述的一種激波管-拉伐爾噴嘴固體顆粒群加速裝置，其特 征在于所述的低壓氣室(5)和儲粉室(9)的截面形狀為圓形或矩形。
4. 根據(jù)權利要求l所述的一種激波管-拉伐爾噴嘴固體顆粒群加速裝置，其特 征在于所述的拉伐爾噴嘴(10)是一支喉部的收縮擴張噴嘴，收縮段為錐形管， 擴張段是具有擴張角的錐形長管，收縮段長度小于擴張段長度。
5. 根據(jù)權利要求l所述的一種激波管-拉伐爾噴嘴固體顆粒群加速裝置，其特 征在于所述的高壓氣源(l)是提供高壓氣室(3)具有0.2 5Mpa的工作壓力的高壓 儲氣罐或者是由空氣壓縮機與儲氣罐組成的整體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種激波管-拉伐爾噴嘴固體顆粒群加速裝置。壓縮氣源經(jīng)壓縮氣體截止閥與激波管高壓氣室相連，儲粉室由兩端的活動隔板與管壁圍成，一片將低壓氣室與儲粉室隔開，另一片將儲粉室與拉伐爾噴嘴隔開；在儲粉室的側壁開設顆粒注入孔與供粉源連接，在顆粒注入孔中設置粉路開關閥，將供粉源與儲粉室的粉末顆粒隔開，控制電路板分別與瞬態(tài)開關閥、粉路開關閥和兩片活動隔板連接。作為粉末滅火器，由于激波管和拉伐爾噴嘴同時對固體顆粒群的加速作用使得滅火器射程足夠遠，加上適當增大拉伐爾噴嘴漸闊段擴張角可以增大噴射覆蓋面積，具有滅火效率高、效果好、射程遠和節(jié)約能源；作為超聲速冷噴涂裝置，也具有顆粒粘附力大、涂層強度高。
文檔編號A62C3/02GK101274710SQ20081006144
公開日2008年10月1日 申請日期2008年4月30日 優(yōu)先權日2008年4月30日
發(fā)明者岳樹元, 施紅輝, 章利特 申請人:浙江理工大學