專(zhuān)利名稱(chēng)：一種冷噴涂用空氣加熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于表面工程熱噴涂技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種冷噴涂用空氣加熱器，用于冷噴涂設(shè)備加熱器部件結(jié)構(gòu)形狀和熱利用效率的優(yōu)化和改進(jìn)。
背景技術(shù)：
目前，空氣加熱器是冷噴涂設(shè)備的一個(gè)重要部件，決定著設(shè)備的性能和加工能力。 通常對(duì)于加熱器能達(dá)到300攝氏度的冷噴涂設(shè)備，能加工的材料主要限于鋁和鉛等；達(dá)到 500攝氏度時(shí)，可加工銅、鈦、不銹鋼等材料；達(dá)到800攝氏度時(shí)則能加工MCrAls、Co-WC等高硬度材料。然而高溫意味著對(duì)設(shè)備的使用壽命和防護(hù)措施有更高的要求，從而導(dǎo)致加熱器體積龐大或者安裝操作不便。已知的俄羅斯專(zhuān)利1674585，美國(guó)專(zhuān)利6502767 ((advanced cold spray system》，6759085 《methods and apparatus for low pressure cold spraying》，中國(guó)專(zhuān)利200410034941. 3《具有粉末預(yù)熱裝置的冷噴涂設(shè)備》和ZL00253384. 7 《超音速冷噴涂裝置》等技術(shù)文獻(xiàn)，都分別記載了關(guān)于空氣加熱器部件的參數(shù)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，但這些加熱器的方式均為短路電阻加熱，其中根據(jù)加熱器元件的材料特性又分為管式加熱和絲式加熱兩種，絲式加熱是在金屬管內(nèi)置放陶瓷管，陶瓷挖孔內(nèi)置電阻絲，利用電焊機(jī)電源或者其他電源進(jìn)行加熱，陶瓷起絕緣和固定電阻絲作用，絲式加熱方式主要用于便攜式設(shè)備，因?yàn)榧訜峥臻g受手持操作的限制；管式加熱則是在金屬管內(nèi)走氣體，利用電焊機(jī)電源的電能直接加熱管道生熱，與氣體交換加熱氣體，主要用于大型的冷噴涂設(shè)備和對(duì)最高溫度和溫升有較高要求的設(shè)備。目前的這些加熱器存在的最大問(wèn)題是體積龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)隔熱耐溫材料的要求高，需在加熱器表面額外添加防護(hù)措施等。如CGT公司生產(chǎn)的電加熱器，不論是將氣體溫度加熱到500攝氏度或800攝氏度以上，其加熱器體積都很龐大 (約ImX ImX Im)。便攜式的加熱器，其噴槍重量也在20kg以上，無(wú)法手持，且噴槍的外表面溫度至少在100攝氏度以上，對(duì)防護(hù)要求較高，同時(shí)由于保溫部分的體積較大，熱量的損失比較嚴(yán)重，因此對(duì)熱量的利用效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的缺點(diǎn)，通過(guò)改進(jìn)現(xiàn)有噴涂用加熱器的結(jié)構(gòu)，使加熱器具有快速加熱特點(diǎn)的同時(shí)，力求縮小加熱器體積，使氣體通過(guò)加熱器外部的容器對(duì)加熱器進(jìn)行冷卻，冷卻氣體最大限度的使用電轉(zhuǎn)換而來(lái)的熱能，同時(shí)由于氣體的快速通過(guò)，使得噴槍的外表面溫度低于50攝氏度，手工操作時(shí)無(wú)須進(jìn)行特別的防護(hù)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的主體結(jié)構(gòu)包括保溫磚、金屬殼筒、陶瓷纖維保溫層、 加熱元件、冷氣體進(jìn)口、加熱氣體連接管、加熱電源接線和熱氣體出口，圓筒式內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的金屬殼筒頂端一角處制有斜式冷氣體進(jìn)口，金屬殼筒底端一角處制有伸出式或采用金屬軟管結(jié)構(gòu)的加熱氣體連接管；金屬殼筒內(nèi)壁內(nèi)側(cè)等厚平行結(jié)構(gòu)置有排列式分布的保溫磚，保溫磚內(nèi)側(cè)壁內(nèi)形成的空腔中豎向制有內(nèi)空管道式螺旋加熱元件，加熱元件兩端外側(cè)分別與加熱電源接線相連，內(nèi)空管道式加熱元件外型結(jié)構(gòu)為螺旋狀內(nèi)空式結(jié)構(gòu)，被加熱后的氣體經(jīng)金屬軟管式的加熱氣體連接管對(duì)接加熱元件的內(nèi)空并被二次加熱后從頂端電源連接線處的熱氣體出口對(duì)接進(jìn)入噴槍的前氣室；加熱元件周?chē)目障吨刑畛涫浇Y(jié)構(gòu)置有陶瓷纖維保溫層；在金屬殼筒的內(nèi)外壁之間的空腔中充有通過(guò)冷氣體進(jìn)口進(jìn)入的被加熱氣體，熱氣體出口設(shè)置在加熱器元件的內(nèi)空管道的頂端出口處。本發(fā)明采用電加熱器金屬管式螺旋結(jié)構(gòu)，氣體通過(guò)和金屬管發(fā)生強(qiáng)烈湍流換熱被加熱；金屬殼筒由耐壓金屬板焊接組成，金屬殼筒內(nèi)腔空間的寬度小于1cm，載氣經(jīng)冷氣體進(jìn)口進(jìn)入金屬殼筒并匯集后再經(jīng)由一段金屬軟管的加熱氣體連接管接出，再?gòu)牡撞窟M(jìn)入螺旋式管道狀加熱元件，最后從熱氣體出口進(jìn)入噴槍的前氣室，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使氣流通過(guò)外部可以部分的重新利用加熱器元件散發(fā)出來(lái)的熱量，使熱量利用率最大，同時(shí)外部的高速氣流又能保證其溫度不至于升高過(guò)多，無(wú)需特殊的外部高溫防護(hù)措施；加熱元件的螺旋式管道和金屬殼筒之間通過(guò)保溫磚和陶瓷纖維保溫層絕緣和隔熱；金屬殼筒內(nèi)襯保溫磚采用板式結(jié)構(gòu)排列貼成，加熱元件置于內(nèi)腔中，其余空間用陶瓷纖維保溫層填充，螺旋管道式加熱元件上相隔均勻距離的位置上可以焊接多對(duì)熱電偶，用于監(jiān)控管壁的溫度，防止金屬殼筒過(guò)熱發(fā)生裂管事故。本發(fā)明螺旋管道式加熱元件為不銹鋼金屬管結(jié)構(gòu)，選用蒙奈爾合金、康銅或錳銅； 金屬的電阻率要求在0. 7 Ω . m以上，加熱溫度600攝氏度以上采用蒙奈爾合金，加熱元件的金屬管應(yīng)一次成型并無(wú)焊接，長(zhǎng)度為6 10米；管壁厚度均勻在1. 2 2. Omm之間；將加熱元件的金屬管彎成螺旋狀，螺旋管的直徑小于15cm，角度不限，管子間的距離控制在1 3cm之間，彎曲施工時(shí)管壁不能有機(jī)械損傷；在加熱元件周邊放置的保溫材料包括保溫磚或陶瓷纖維保溫層，保溫磚用于隔絕加熱元件和保溫元件，使之不相互接觸，襯于內(nèi)壁，或采用石棉或鋯棉保溫陶瓷纖維作為填充材料并用于穩(wěn)固加熱元件，保溫材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)越低越好；加熱電源連接線為普通不銹鋼或者同加熱器元件材料，焊接在加熱管兩頭外側(cè)， 用于固定電源的銅鼻子；加熱器電源采用逆變電源，最大調(diào)節(jié)功率要求不小于50kW，為了達(dá)到最大的換熱效率且保證設(shè)備安全，加熱元件設(shè)計(jì)在管壁內(nèi)氣流必須產(chǎn)生湍流，規(guī)定雷諾數(shù)大于10000 ；金屬材料在高溫下應(yīng)具有耐壓性能，通常為不銹鋼；要求在加熱元件部分的壓力損失小于0. IMPa，而且加熱元件的最小總面積不應(yīng)小于噴嘴喉部面積的兩倍。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其結(jié)構(gòu)新穎，原理可靠，使用操作安全，節(jié)省電學(xué)能源，施工環(huán)境好，加熱效率高。


圖1為本發(fā)明的剖面結(jié)構(gòu)原理示意圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例并結(jié)合附圖作進(jìn)一步說(shuō)明。實(shí)施例本實(shí)施例的主體結(jié)構(gòu)包括保溫磚1、金屬殼筒2、陶瓷纖維保溫層3、加熱元件4、冷氣體進(jìn)口 5、加熱氣體連接管6、加熱電源接線7和熱氣體出口 8，圓筒式金屬殼筒2頂端一角處制有斜式冷氣體進(jìn)口 5，金屬殼筒2底端一角處制有伸出式或采用金屬軟管結(jié)構(gòu)的加熱氣體連接管6 ；金屬殼筒2內(nèi)壁內(nèi)側(cè)等厚平行結(jié)構(gòu)置有排列式分布的保溫磚1，保溫磚1內(nèi)側(cè)壁內(nèi)形成的空腔中豎向制有內(nèi)空管道式螺旋加熱元件4，加熱元件4兩端外側(cè)分別與電源接線7相連，內(nèi)空管道式加熱元件4外型結(jié)構(gòu)為螺旋狀內(nèi)空式結(jié)構(gòu)，被加熱后的氣體經(jīng)金屬軟管式的加熱氣體連接管6進(jìn)入加熱元件4的內(nèi)空中被螺旋管壁二次加熱后從頂端的電源連接線7處的熱氣體出口 8對(duì)接進(jìn)入噴槍的前氣室；管道式加熱元件4周?chē)目障吨刑畛涫浇Y(jié)構(gòu)置有陶瓷纖維保溫層3 ；金屬殼筒2為內(nèi)腔式結(jié)構(gòu)，在金屬殼筒2的內(nèi)外壁之間的空腔中充有通過(guò)冷氣體進(jìn)口 5進(jìn)入的被加熱氣體，熱氣體出口 8為加熱器元件4的內(nèi)空管道的出口。 本實(shí)施例的加熱元件曲線長(zhǎng)度為7m，管道內(nèi)徑8mm，外徑15mm，外加電壓25伏特， 加熱器外圍尺寸直徑25cm，長(zhǎng)度60cm ；對(duì)于空氣來(lái)說(shuō)定壓熱比容約1050 ；升溫300攝氏度， 操作壓力1. 6MPa,空氣所消耗的能量為5kW，考慮15%的熱量損失，電源須提供7kW的功率； 如升溫600攝氏度，操作壓力1.6MPa，空氣所消耗的能量為12kW，考慮熱損失，電源須提供 15kff的功率。
權(quán)利要求
1. 一種冷噴涂用空氣加熱器，主體結(jié)構(gòu)包括保溫磚、金屬殼筒、陶瓷纖維保溫層、加熱元件、冷氣體進(jìn)口、加熱氣體連接管、加熱電源接線和熱氣體出口，其特征在于圓筒式金屬殼筒頂端一角處制有斜式冷氣體進(jìn)口，金屬殼筒底端一角處制有伸出式或采用金屬軟管結(jié)構(gòu)的加熱氣體連接管；金屬殼筒內(nèi)壁內(nèi)側(cè)等厚平行結(jié)構(gòu)置有排列式分布的保溫磚，保溫磚內(nèi)側(cè)壁內(nèi)形成的空腔中豎向制有內(nèi)空管道式螺旋加熱元件，加熱元件兩端外側(cè)分別與加熱電源接線相連，內(nèi)空管道式加熱元件外型為螺旋狀內(nèi)空式結(jié)構(gòu)，被加熱后的氣體經(jīng)金屬軟管式加熱氣體連接管對(duì)接加熱元件的內(nèi)空并被二次加熱后從頂端的電源連接線處的熱氣體出口對(duì)接進(jìn)入噴槍的前氣室；加熱元件周?chē)障吨刑畛涫浇Y(jié)構(gòu)置有陶瓷纖維保溫層；在金屬殼筒的內(nèi)外壁之間的空腔中充有通過(guò)冷氣體進(jìn)口進(jìn)入的被加熱氣體，熱氣體出口設(shè)置在加熱器元件的內(nèi)空管道的頂端出口處。
全文摘要
本發(fā)明屬于表面工程熱噴涂技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種冷噴涂用空氣加熱器，圓筒式金屬殼筒頂端一角處制有斜式冷氣體進(jìn)口，金屬殼筒底端一角處制有伸出式或采用金屬軟管結(jié)構(gòu)的加熱氣體連接管；金屬殼筒內(nèi)側(cè)排列式分布置有保溫磚，保溫磚內(nèi)側(cè)壁內(nèi)形成的空腔中豎向制有加熱元件，加熱元件兩端外側(cè)分別與電源接線相連，加熱元件外型為螺旋狀內(nèi)空式結(jié)構(gòu)；加熱元件周?chē)目障吨刑畛涫浇Y(jié)構(gòu)置有陶瓷纖維保溫層；在金屬殼筒的內(nèi)外壁之間的空腔中充有通過(guò)冷氣體進(jìn)口進(jìn)入的被加熱氣體，熱氣體出口設(shè)置在加熱器元件的內(nèi)空管道的頂端出口處；其結(jié)構(gòu)新穎，原理可靠，使用操作安全，節(jié)省電學(xué)能源，施工環(huán)境好，加熱效率高。
文檔編號(hào)C23C24/04GK102206820SQ201110092660
公開(kāi)日2011年10月5日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者李相波, 邢路闊, 黃國(guó)勝 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二五研究所