專利名稱:表面熱磨料加工法及其設(shè)備的制作方法
本發(fā)明屬于表面磨料噴射加工的領(lǐng)域，即屬于表面熱磨料加工方法和表面熱磨料加工設(shè)備。
本發(fā)明在建筑、機(jī)械制造、造船和修船方面防止金屬結(jié)構(gòu)腐蝕時(shí)，可能得到最成功的利用，即為了清除大型金屬和混凝土結(jié)構(gòu)表面的銹蝕物、污垢物和已磨損的涂層以涂上新的保護(hù)的防腐蝕涂層;
在制造新的金屬結(jié)構(gòu)時(shí)，為了在涂上保護(hù)涂層之前消除氧化物;
為了清除船舶底部的海洋附生物、舊的油漆以及銹蝕物。
本發(fā)明在生產(chǎn)建筑材料和改造混凝土與鋼筋混凝土建筑物時(shí)能得到成功應(yīng)用，即為了在生產(chǎn)不同制品和獲得帶有切開面的表面或裝飾花紋時(shí)加工天然石塊;為了當(dāng)清洗由天然石塊和混凝土構(gòu)成的建筑物和結(jié)構(gòu)時(shí)整修它們的表面;為了在修復(fù)由混凝土和鋼筋混凝土制成的結(jié)構(gòu)消除水泥薄層和混凝土的破壞層。
現(xiàn)在加工金屬表面和堅(jiān)硬的礦物材料的發(fā)展方向是在增加其生產(chǎn)率的同時(shí)提高待加工表面的質(zhì)量。采用的加工形式有機(jī)械的、小顆粒噴擊的、磨料噴射的、熱處理的和熱磨料的。
用機(jī)械方法加工表面，例如刷子、銑刀和刮刀，都是生產(chǎn)率低而貴的操作，因?yàn)樗旧淼膶?shí)現(xiàn)，要求大量的手工勞動(dòng)，而不能夠獲得高質(zhì)量的潔凈的表面。此外，機(jī)械的加工形式，為了實(shí)現(xiàn)它，要求應(yīng)用笨重的并帶有復(fù)雜機(jī)械傳動(dòng)裝置的設(shè)備，照例，它們具有生產(chǎn)率低而加工表面質(zhì)量差以及利用領(lǐng)域有限的缺點(diǎn)。
采用磨料粒子，例如鋼砂，靠機(jī)械噴射設(shè)備來加速的小顆粒噴擊方法，允許達(dá)到較高的生產(chǎn)率并有較高的表面質(zhì)量，但是應(yīng)用這種方法要求復(fù)雜的、在運(yùn)行中不可靠的和耗能高的機(jī)械裝置。這種裝置只能用于固定的工廠生產(chǎn)的條件，而不能用于在建造和修建建筑物以及在加工大型產(chǎn)品時(shí)的施工場地。
當(dāng)采用磨料噴射加工方法時(shí)，磨料粒子用壓縮空氣流加速，并通過噴嘴噴向待加工的表面。這種方法能夠得到與前述方法相類似的生產(chǎn)率和工作質(zhì)量，并有更廣的應(yīng)用領(lǐng)域，因?yàn)樵O(shè)備有高度的機(jī)動(dòng)性。
所有上述的表面加工方法都具有一個(gè)本質(zhì)的缺點(diǎn)，即它們不允許從被加工的表面上清除某些種類的(例如油脂類的、氧化的、堿性的)污垢物，這使涂上的保護(hù)涂層惡化。
表面熱處理法能夠克服這個(gè)缺點(diǎn)，這種方法，例如靠氧-乙炔噴燈，快速而強(qiáng)烈地加熱待清潔的表面，然后冷卻該表面。但是這種方法有本質(zhì)的缺點(diǎn)-在被加工表面上不可能得到給定的粗糙度以保證高質(zhì)量的保護(hù)涂層。
材料表面的熱磨料加工法，規(guī)定應(yīng)用兩股相互作用形成的高速高溫流，其中的一股流含有磨料粒子和輸送氣體的氣體磨料混合物，而另一股流-液體燃料的燃燒產(chǎn)物。具有高動(dòng)能的磨料粒子和高溫射流的共同作用能夠在加工金屬和堅(jiān)硬的礦物材料時(shí)清除銹蝕物、鐵磷舊漆、各種污垢物(包括油脂類的、堿性的、氧化的);允許對天然石塊進(jìn)行切割和表面加工;允許在金屬表面得到任何給定的粗糙度以涂上保護(hù)涂層，包括鍍金屬層。
應(yīng)用熱磨料法允許得到高的經(jīng)濟(jì)效益，這是因?yàn)樘岣吡思庸さ纳a(chǎn)率、提高了被加工表面的質(zhì)量，免除了使加工表面脫脂的工序，這導(dǎo)致提高保護(hù)涂層的質(zhì)量和產(chǎn)品的壽命。
表面熱磨料加工方法及其實(shí)施的設(shè)備是已知的(見蘇聯(lián)專利№.4384434，1983)。已知的方法是在于輸送由磨料粒子與氣態(tài)載體(例如，氧氣)所組成的氣體磨料混合物流和由氣態(tài)氧化劑與液體燃料所組成的燃料混合物流，當(dāng)后者燃燒時(shí)形成高溫的氣態(tài)燃燒產(chǎn)物流。隨后，氣體磨料混合物流與燃燒產(chǎn)物流在形成燃燒產(chǎn)物的區(qū)域相互作用，在該區(qū)域內(nèi)按混合物燃燒的穩(wěn)定性條件，其速度是不很高的。兩股流相互作用的結(jié)果形成由磨料粒子和氣態(tài)燃燒產(chǎn)物所組成的高溫射流，該流在流出時(shí)被加速。
當(dāng)實(shí)現(xiàn)這種方法時(shí)，進(jìn)入到形成燃燒產(chǎn)物的區(qū)域，即液體燃料燃燒區(qū)的氣體磨料混合物流被急劇地阻滯;并使燃燒過程失穩(wěn)。此外，氣體磨料混合物輸送到燃燒區(qū)引起急劇降低氣流的溫度，而因此引起在被加工表面上降低熱磨料作用的效果，由于磨料粒子動(dòng)能的損失使磨料粒子運(yùn)動(dòng)速度降低，這引起降低加工生產(chǎn)率。
上述方法是在下述設(shè)備中實(shí)現(xiàn)的，該設(shè)備的外殼是燃燒室，它附有為了流出高溫流的噴嘴。燃燒室用蓋封閉，在燃燒室上裝有通道以輸送燃料和氧化劑，還裝有管道以輸送氣體磨料混合物，該管道在燃燒室的進(jìn)口截面處與燃燒室相通。管道布置得與燃燒室同軸。為了燃燒穩(wěn)定，在外殼內(nèi)同心地裝有常有徑向通孔的襯套，它的空腔與燃燒室相通。襯套的外壁和外殼的內(nèi)壁形成環(huán)形通道，與輸送氧化劑的通道相通，襯套的空腔與輸送燃料的通道相通。
在上述設(shè)備中，不保證在燃燒前優(yōu)質(zhì)制備燃料混合物，因?yàn)槿剂匣旌衔锏男纬墒前l(fā)生在燃燒室的襯套內(nèi)，在那里液體燃料和氣體氧化劑是分開進(jìn)入的，這使設(shè)備起動(dòng)和燃料混合物穩(wěn)定燃燒都困難。因?yàn)槿剂匣旌衔餂]有足夠的渦流，燃燒穩(wěn)定是不可靠的。此外，在該設(shè)備中，受熱部件，如燃燒室和噴嘴，難以冷卻，這縮短了壽命并要求應(yīng)用專門的昂貴的耐熱材料。
還知道，為了在燃燒室內(nèi)燃燒穩(wěn)定必需使燃料混合物旋轉(zhuǎn)起來，而在該設(shè)備中的燃料混合物的旋轉(zhuǎn)只是靠氧化劑流和燃料流的相互作用來實(shí)現(xiàn)的。
通過創(chuàng)造條件使對燃料混合物優(yōu)質(zhì)制備和使其在燃燒室內(nèi)穩(wěn)定燃燒，試圖提高表面熱磨料加工的生產(chǎn)率，導(dǎo)致出現(xiàn)表面熱磨料加工方法及其實(shí)施的設(shè)備(見作者證明，蘇聯(lián)№。1101538，分類號(hào)E21B7/14，E21B7/18，公布于發(fā)明通報(bào)1984年第25期)。
已知的方法包括輸送由磨料粒與氣態(tài)載體(例如壓縮空氣)所組成的氣體磨料混合物流，和輸送由氣態(tài)氧化劑(例如壓縮空氣)與液體燃料(例如柴油或煤油)所組成的燃料混合物流。氧化劑流與燃料流在進(jìn)入燃燒區(qū)之前預(yù)先混合形成燃料混合物，當(dāng)燃料混合物燃燒時(shí)形成高溫的氣態(tài)燃燒產(chǎn)物流。隨后，該股流與氣體磨料混合物流在燃燒區(qū)相互作用。進(jìn)入燃燒區(qū)的氣體磨料混合物失去大部分自身的動(dòng)能，這是由于它在高溫的燃燒產(chǎn)物流的介質(zhì)內(nèi)受到急劇的阻滯，燃燒產(chǎn)物具有很大的密度和在與氣體磨料混合物流運(yùn)動(dòng)方向相符合的方向具有極小的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)速度。結(jié)果，在燃燒區(qū)內(nèi)燃燒產(chǎn)物流的速度被提高，這使燃料混合物的燃燒過程失去穩(wěn)定。
已知的方法是在下面的設(shè)備中實(shí)現(xiàn)的，即在該設(shè)備的外殼內(nèi)，沿軸安裝帶有徑向通孔和噴嘴的燃燒室，它還附有渦流器，裝在與噴嘴對面的壁上。在渦流器外表面，與燃燒室空腔相通的通道做成螺旋線形。在外殼上裝有輸送氣態(tài)氧化劑的管接頭，其縱軸對外殼的縱軸傾斜角為30°。輸送氧化劑的管接頭置于燃燒室的噴嘴區(qū)。外殼內(nèi)壁和燃燒室外壁之間形成環(huán)形通道，與輸送燃料和氧化劑的管接頭及渦流器通道相通。為了輸送空氣磨料混合物，管道裝在渦流器的同心孔內(nèi)，管道的出口截面位于燃燒室的燃燒區(qū)內(nèi)。
在設(shè)備的工作過程中，空氣磨料混合物流通過管道輸入燃燒室的燃燒區(qū)，那里還通過徑向通孔輸入氧化劑，而通過渦流器的螺旋形通道輸入在環(huán)形通道內(nèi)形成的燃料混合物。燃料和氧化劑在環(huán)形通道內(nèi)的預(yù)混合以及靠渦流器增強(qiáng)混合都改善了穩(wěn)定燃燒的狀況。在已知的設(shè)備中，改善了燃燒室和噴嘴的工作條件，因?yàn)樗鼈儽谎趸瘎├鋮s，這增加了整個(gè)設(shè)備的壽命。
但是因?yàn)闅怏w磨料混合物的動(dòng)能損失，減小了磨料粒子在由燃燒室噴嘴流出的高溫介質(zhì)中的速度，致使該設(shè)備沒有高的生產(chǎn)率。此外，該設(shè)備由于氧化劑沿燃燒室的分布不可調(diào)節(jié)而使得在運(yùn)行中不可靠，因?yàn)檠趸瘎┑拇蟛糠质峭ㄟ^徑向孔輸入燃燒室，而小部分-通過渦流器。這對燃燒過程的影響是不良的，因?yàn)樾纬筛蝗剂系幕旌衔锖腿紵嫦驀娮毂诜较蛞苿?dòng)，這導(dǎo)致火焰破壞。采用這種結(jié)構(gòu)的渦流器不能保證使燃料混合物流足夠旋轉(zhuǎn)，因?yàn)槠渲饕馁|(zhì)量是沿燃燒室周圍分布的。
把下述任務(wù)作為發(fā)明的基礎(chǔ)，即建立這樣一種表面熱磨料加工方法，其中氣體磨料混合物流與燃燒產(chǎn)物流的相互作用的條件是要使磨料粒子在流出的高溫射流中獲得接近和超過聲速，這保證在表面高質(zhì)量的加工時(shí)大大增加加工的生產(chǎn)率;以及建立表面熱磨料加工設(shè)備，其中輸送氣體磨料混合物的管道布置，燃燒室的結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)和液體燃料流、氣態(tài)氧化劑流及其燃料混合物流的流通截面面積比的選擇這三者要保證在設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單的情況下增加磨料粒子的速度。
提出的任務(wù)是這樣解決的，即在表面熱磨料加工方法中，輸送由磨料粒子與氣態(tài)載體所組成的氣體磨料混合物流和由氣態(tài)氧化劑與液體燃料所組成的燃料混合物流，當(dāng)燃料燃燒時(shí)形成的高溫氣態(tài)燃燒產(chǎn)物流，然后實(shí)現(xiàn)氣體磨料混合物流與燃燒產(chǎn)物流的相互作用，結(jié)果形成由磨料粒子和氣態(tài)燃燒產(chǎn)物所組成的高溫射流，按本發(fā)明，氣體磨料混合物與燃燒產(chǎn)物流相互作用形成流動(dòng)速度從約250到450米/秒的、射向加工表面的高溫射流。
氣體磨料混合物流與燃燒產(chǎn)物流在最后的臨界截面的相互作用，允許最大地利用它們的功能以獲得磨料粒子的運(yùn)動(dòng)速度接近或超過聲速的高速射流。在這種情況下，磨料粒子不發(fā)生阻滯現(xiàn)象，磨料粒子以高速進(jìn)入燃燒產(chǎn)物流的臨界截面，在那里靠動(dòng)能獲得補(bǔ)充加速。藉磨料粒子達(dá)到約250到450米/秒的速度量，保證了金屬和堅(jiān)硬的礦物材料的表面加工在高質(zhì)量下有高的生產(chǎn)率，以及擴(kuò)大了熱磨料方法的應(yīng)用領(lǐng)域，例如當(dāng)加工堅(jiān)硬的合金和不適合熱處理加工的像輝綠巖、石英巖、碧石等巖石的情況。
當(dāng)實(shí)現(xiàn)該方法時(shí)，射流沿待加工表面移動(dòng)是合理的，為此射流的軸與待加工表面形成從約60°到約80°的攻角，而當(dāng)射流移動(dòng)改變方向90±30°時(shí)，射流的攻角在約80°到約60°的范圍內(nèi)變化。
因?yàn)楫?dāng)攻角小于60°時(shí)，射流動(dòng)能的很大部分將沿著待加工表面的方向并將不參與破壞待加工材料的表面層;而當(dāng)攻角大于80°時(shí)，射流動(dòng)能的大部分將射向待加工表面的內(nèi)部，磨料粒子在表面層形成深的對稱的凹谷，妨礙清除鐵鱗或在表面加工部位外的破壞產(chǎn)物，而在這兩種情況下加工或清除的生產(chǎn)率將降低。
隨后，當(dāng)在90°±30°的角度內(nèi)改變加工方向時(shí)，射流攻角的改變范圍從約80°到約60°。例如如果在一個(gè)加工方向，射流攻角為60°，則當(dāng)改變加工方向(如90°)時(shí)，射流攻角應(yīng)為80°;相反，如果在第一加工方向的射流攻角為80°時(shí)，則當(dāng)在另一方向加工時(shí)它應(yīng)為60°。當(dāng)清理金屬結(jié)構(gòu)和另件以對其涂上保護(hù)涂層，包括金屬化鍍層時(shí)，射流的這種相對于待加工表面的移動(dòng)是特別有效的，因?yàn)橛锌赡茉诖庸け砻嫔汐@得帶有一定高度和斜度的凹谷的微粗糙度，也就是得到具有各向同性的凹凸形，這在很大程度上改善了表面的附著性質(zhì)和提高了涂漆或金屬化鍍層的質(zhì)量與壽命。
提出的任務(wù)還是這樣解決的，即在表面熱磨料加工設(shè)備中，包括帶有輸送液體燃燒和氣態(tài)氧化劑的管接頭的外殼，沿著外殼的縱軸安裝帶有徑向通孔的燃燒室，燃燒室附有渦流器，渦流器位于氣體磨料混合物流的進(jìn)口邊并有通道，該通道為了使燃料混合物流旋轉(zhuǎn)安排成螺線形并與燃燒室空腔及流出高溫射流的噴嘴相通，輸送氣體磨料混合物的管道與燃燒室相通并在渦流器的中心孔內(nèi)，按照本發(fā)明，管道的出口截面位于燃燒室噴嘴的臨界截面即燃燒產(chǎn)物流的出口處，在燃燒室側(cè)壁上有位于渦流器上面并與輸送液體燃料的管接頭同軸的徑向孔，孔的截面積與輸送液體燃料的管接頭的出口截面積有關(guān)，比例為2.5～3∶1，而與渦流器通道的流通總截面積之比為1∶1.3～1.5。
管道出口截面布置在燃燒室噴嘴的臨界截面，保證最大地利用在管道內(nèi)形成的氣體磨料混合物流的動(dòng)能和在燃燒內(nèi)形成的燃燒產(chǎn)物的動(dòng)能。在這種情況下，在管道內(nèi)獲得很大速度的磨料粒子可以無損失地進(jìn)入噴嘴的臨界截面，在那里藉燃燒產(chǎn)物流的動(dòng)能獲得補(bǔ)充的加速。結(jié)果，兩種流的相互作用得到高速高溫的、由磨料粒子和液體燃料的燃燒產(chǎn)物所組成的射流。
在燃燒室側(cè)壁上有位于渦流器上面并與輸送液體燃料的管接頭同軸的徑向孔，孔的截面積與輸送液體燃料的管接頭的出口截面積有關(guān)，比例為2.5～3∶1，而與渦流器通道的流通總截面積之比為1∶1.3～1.5。這保證優(yōu)質(zhì)地制備燃料混合物，它流進(jìn)位于渦流器上面的燃燒室空間內(nèi);保證氧化劑沿燃燒室分布可調(diào)節(jié);以及由于燃料混合物燃燒穩(wěn)定性將保持設(shè)備工作的高可靠性，這些總合起來建立了為在最佳消耗液體燃料和氣態(tài)氧化劑時(shí)形成燃燒產(chǎn)物流的條件。
按螺旋線安排的渦流器通道可以在其中心孔實(shí)現(xiàn)。
這保證燃料混合物流的旋轉(zhuǎn)及其沿渦流器下面的整個(gè)燃燒室空間在燃料混合物的點(diǎn)燃和燃燒區(qū)內(nèi)保證附加的混合。必需指出，當(dāng)采用閃點(diǎn)溫度較高的液體燃料時(shí)，在渦流器中央孔有通道是最合理的。
在由第一個(gè)殼的內(nèi)壁的燃燒室外壁所構(gòu)成的環(huán)形通道內(nèi)布置第二個(gè)殼是合理的，該殼有徑向通孔和窗口，孔布置得與輸送液體燃料的管接頭沿著同一軸線，管接頭的出口截面積與徑向孔的面積之比為1∶1.5～2.0，窗口布置在噴嘴的出口截面的區(qū)域內(nèi)。
熱磨料加工設(shè)備的這種結(jié)構(gòu)處理保證氧化劑在可靠冷卻噴嘴的情況下沿燃燒室分布最佳，還保證優(yōu)質(zhì)制備燃料混合物。噴嘴的冷卻是靠氧化劑，后者從由第一外殼的內(nèi)壁與第二個(gè)殼的外壁構(gòu)成的環(huán)形通道通過窗口進(jìn)入，該窗口布置在第二個(gè)殼的壁上并位于噴嘴的出口截面積的區(qū)域。輸送液體燃料的管接頭的出口截面積與安排在第二個(gè)殼壁上的徑向孔的面積之比，實(shí)驗(yàn)確定為1∶1.5～2.0，以保證在燃料混合物中液體燃料量與氣態(tài)氧化劑量的最佳比值。
徑向窗口的總面積應(yīng)與由第一外殼內(nèi)壁和第二個(gè)殼外壁所構(gòu)成的環(huán)形通道的橫截面積有關(guān)，比值為1∶1.0～1.2。
該比值保證為形成燃料混合物而進(jìn)入的氧化劑量與為冷卻噴嘴及燃燒室所必須的氧化劑量兩者之間的最佳比。
燃燒室上的、位置相對于氣體磨料混合物流動(dòng)方向低于渦流器的徑向通孔的總面積與燃燒室的截面積有關(guān)，取比值1∶1～0.75是合理的。
在這種情況下，保證改善燃料混合物的制備條件、氧化劑沿燃燒室的分配以及設(shè)備啟動(dòng)和工作的高可靠性。
本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)，通過下面的具體的實(shí)施例和附圖將變得更為清楚，這些附圖是圖1示意表示按本發(fā)明的表面熱磨料加工法;
圖2是按本發(fā)明的表面熱磨料加工設(shè)備的縱剖面圖;
圖3是圖2的Ⅲ-Ⅲ剖面圖;
圖4是圖2的Ⅳ-Ⅳ剖面圖;
圖5是按本發(fā)明的表面熱磨料加工設(shè)備的實(shí)施方案的縱剖面圖;
圖6是圖5的Ⅵ-Ⅵ剖面圖;
圖7是圖5的Ⅶ-Ⅶ剖面圖。
表面熱磨料加工法，例如加工金屬表面1(圖1)以在其上鍍金屬化防腐蝕鍍層，按本發(fā)明，包括輸送由磨料粒子與氣體載體所組成的氣體磨料混合物流2，及輸送由氣態(tài)氧化劑與液體燃料所組成的燃料混合物流3，當(dāng)燃料混合物燃燒時(shí)形成高溫氣態(tài)燃燒產(chǎn)物流4。然后，氣體磨料混合物流2與燃燒產(chǎn)物流4實(shí)現(xiàn)相互作用以形成流速均350-400米/秒的高溫射流5，它射向待加工表面1。
如果待加工表面1蒙上疏松的氧化物和油脂性污垢物，則射流5的流速靠通過減少燃燒混合物的耗量降低到約250-300米/秒。在加工帶有大于1毫米深陷的、嚴(yán)重腐蝕的或帶有堅(jiān)固的鐵鱗的金屬表面1的情況下，射流5的流速增加到約400-450米/秒的最大值。
在兩個(gè)用箭頭A和B表示的方向?qū)Ρ砻?進(jìn)行加工，兩加工方向之間的角度在90°±30°內(nèi)變化。
當(dāng)在箭頭A方向加工表面1時(shí)，射流5的軸線與上述表面形成攻角α，從約60°到約80°，同時(shí)對射流賦于用箭頭a和a1表示的往復(fù)直線移動(dòng)。
當(dāng)改變用箭頭B表示的加工方向時(shí)，例如90°角，射流5的軸與加工表面形成攻角從約80°到約60°，同時(shí)對射流賦于用箭頭b和b1表示的往復(fù)直線移動(dòng)。
熱磨料加工法的上述方式的結(jié)果，得到帶有復(fù)雜的微凹凸形的表面1′，保證表面有高附著性，有助于提高金屬化鍍層粘著可靠度。當(dāng)在箭頭A方向加工表面時(shí)，在射流5中擁有的磨料粒子，如金屬砂、鋼或鑄鐵砂、河沙等，在例如80°的角下打到表面。結(jié)果，在表面1上形成凹谷，其深度與表面材料的硬度、磨料粒子的強(qiáng)度及其速度有關(guān)，當(dāng)用磨料粒子形成凹谷時(shí)，打下來的材料形成具有斜度的凸峰，斜度接近于磨料粒子與表面1撞擊時(shí)磨料粒子的反射角。表面加工后得到的凹凸形是大量凹谷和凸峰的交替。當(dāng)表面在箭頭β方向加工時(shí)，表面的凹凸形也是新形成的凹谷和凸峰的交替。每個(gè)凸峰的斜度接近于磨料粒子與表面撞擊時(shí)磨料粒子的反射角，約為60°。同時(shí)，隨著形成新的凹谷和凸峰，先前形成的凹谷和凸峰發(fā)生變形。總之，在加工好的表面1′上形成復(fù)雜的微凹凸形，這保證金屬化的鍍層與金屬表面有高的粘結(jié)強(qiáng)度。
按照本發(fā)明，受到熱磨料加工的金屬表面的粘結(jié)性能的改善，使保護(hù)涂層的壽命和在侵蝕性介質(zhì)條件下工作的結(jié)構(gòu)的腐蝕耐久性提高2-3倍。
按照本發(fā)明，表面(如金屬表面)熱磨料加工設(shè)備有外殼6(圖2)，其上有輸送液體燃料(如汽油)的管接頭7和輸送氣態(tài)氧化劑(如壓縮空氣)的管接頭8。外殼6的一端用蓋9封住，該蓋有中央孔，輸送氣體磨料混合物的管道10通過該孔。沿外殼6的縱軸線，裝有燃燒室11，它有噴嘴12和徑向通孔13(圖3)，這樣在燃燒室11的外壁和外殼6的內(nèi)壁之間形成環(huán)形通道14。噴嘴12有收縮段15、園柱段16和擴(kuò)散段17。燃燒室11用蓋9對外殼6和管道10定中心，并用擴(kuò)散段17和固定環(huán)18緊固在外殼6上。燃燒室11附有緊固在管道10上的渦流器19，它放置在氣體磨料混合物流進(jìn)口邊并有通道20(圖4)，該通道是在渦流器的外表面并布置成螺旋形以使燃料混合物流旋轉(zhuǎn)。通道20與燃燒室11(圖2)的空腔11a相通。
渦流器19裝在燃燒室11內(nèi)，這樣在渦流器端面與蓋的端面之間形成受燃燒室11限制的空腔21。上述空腔21與環(huán)形通道14靠徑向孔22相通，該徑向孔22是鉆在燃燒室11的壁上并與輸送液體燃料的管接頭7同軸?？?2的面積與管接頭7的出口截面積的比值為2.5-3.1，而與渦流器19的通道20的流通總面積之比為1∶1.3～1.5。輸送氣態(tài)氧化劑的管接頭8緊固在外殼6上，位于噴嘴12的區(qū)域。管道10的出口截面23位于噴嘴12的從燃燒產(chǎn)物流4(圖1)進(jìn)口方向的臨界截面24處。
熱磨料加工金屬表面的設(shè)備按如下方式工作。
汽油經(jīng)過管接頭7(圖2)和孔22進(jìn)入空腔21。壓縮空氣通過管接頭8、環(huán)形通道14和孔22也進(jìn)入那里。汽油和壓縮空氣在空腔21內(nèi)發(fā)生混合，形成燃料混合物，它通過通道20(圖4)被旋轉(zhuǎn)并進(jìn)入燃燒室11的空腔11a內(nèi)。
同時(shí)，壓縮空氣從環(huán)形空腔14通過徑向孔13進(jìn)入燃燒室空腔11a，壓縮空氣與旋轉(zhuǎn)的燃料混合物流相互作用，然后靠火花塞(圖中未示出)點(diǎn)火，形成燃燒產(chǎn)物流4(圖1)，朝向噴嘴12的臨界截面24(圖2)運(yùn)動(dòng)。氣體磨料混合物流2(圖1)通過管道10(圖2)進(jìn)入噴嘴12的臨界截面24。流2(圖1)和流4在上述噴嘴截面發(fā)生相互作用，形成高溫雙組分射流5，它在噴嘴的園柱段16(圖2)內(nèi)和擴(kuò)散段17內(nèi)被增速并以近350-400米/秒的速度從噴嘴流向金屬表面1(圖1)。
為形成高速高溫雙組分射流5(圖1)，當(dāng)利用較便宜的液體燃料時(shí)，例如柴油機(jī)燃料、重油等，可以利用類似上述的設(shè)備。但是為了提高設(shè)備起動(dòng)和運(yùn)動(dòng)的可靠性，必須在渦流器19(圖5)內(nèi)的中心?？讓?shí)現(xiàn)螺旋形通道25(圖6)。渦流器19這樣實(shí)現(xiàn)，改善了進(jìn)入燃燒室11的空腔11a(圖5)內(nèi)的燃料混合物的制備，這使其燃燒穩(wěn)定，接著，在設(shè)備中預(yù)定第二個(gè)殼26，它布置在由第一個(gè)殼6的內(nèi)壁和燃燒室11的外壁的構(gòu)成的環(huán)形通道內(nèi)。該殼有徑向通孔27(圖5)和徑向窗口28(圖7)，孔布置得與輸送液體燃料的管接頭7同軸，而窗口布置在噴嘴12(圖5)的出口截面的區(qū)域內(nèi)。管接頭7的出口截面積與徑向孔27的面積之比為1∶1.5～2.0。徑向窗口28(圖7)的總面積應(yīng)與由第一個(gè)殼6的內(nèi)壁和第二個(gè)殼26的外壁所構(gòu)成的環(huán)形通道29的橫截面積有關(guān)，比值為1∶1.0～1.2。燃燒室11的徑向通孔13的總面積與燃燒室的截面積有關(guān)，比值為1∶1～0.75。
第2個(gè)殼26靠蓋30對外殼6和燃燒室11定中心，并用噴嘴12的擴(kuò)散段17的法蘭引來支撐和靠固定環(huán)32與噴嘴12一起緊固在外殼6上。
表面(例如金屬表面)熱磨料加工設(shè)備按如下方式工作。
柴油機(jī)燃料經(jīng)過管接頭7(圖5)、孔27和孔22進(jìn)入空腔21。由環(huán)形通道29來的壓縮空氣以雙路的方式也進(jìn)入那里，壓縮空氣是從管接頭8進(jìn)入環(huán)形通道29的。從環(huán)形通道29來的部分壓縮空氣通過徑向孔27和22運(yùn)動(dòng)，而從環(huán)形通道29來的另一部分壓縮空氣-通過徑向窗口28、燃燒室11的外壁與第二個(gè)殼26的內(nèi)壁之間形成的環(huán)形通道33以及徑向孔22。柴油燃料和壓縮空氣在空腔21內(nèi)發(fā)生混合，形成燃料混合物，它通過渦流器19的通道25被旋轉(zhuǎn)并進(jìn)入燃燒室11的空腔11a內(nèi)。壓縮空氣從環(huán)形通道33通過徑向孔13也進(jìn)入那里。然后，設(shè)備發(fā)生類似于前述設(shè)備的工作情況。
按本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的表面熱磨料加工方法及其實(shí)施設(shè)備保證-消除大型金屬和混凝土結(jié)構(gòu)表面的銹蝕物、污垢物和已損壞的涂層以涂上新的保護(hù)的防腐蝕涂層;
-在制造新的金屬結(jié)構(gòu)時(shí)為了在涂上保護(hù)涂層之前消除氧化物;
-消除船舶底部的海洋附生物、舊的油漆以及銹蝕物;
-加工天然石塊，為了生產(chǎn)不同的制品和獲得帶有切面的表面或裝飾花紋;
-清洗由天然石塊和混凝土構(gòu)成的建筑物和結(jié)構(gòu)以整修它們的表面;
-在修復(fù)由混凝土和鋼筋混凝土制成的結(jié)構(gòu)時(shí)去除水泥薄層和混凝土的破壞層。
當(dāng)利用熱磨料加工金屬表面的方法和設(shè)備時(shí)，在很大程度上改善加工質(zhì)量，同時(shí)其生產(chǎn)率比傳統(tǒng)小顆粒射流或/和砂粒射流的清洗提高8～10倍。同時(shí)，每單位清潔表面積的磨料耗量低2～3倍，而壓縮空氣耗量低8～9倍。
上述方法當(dāng)制備鍍金屬化保護(hù)鍍層的表面時(shí)是非常需要的，因?yàn)樗试S在鍍金屬鍍層之前獲得任何給定的宏觀粗糙度和微形粗糙度的表面并避免任何其它工序(例如脫脂、磷化、吹洗和干燥)。
按本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的方法和設(shè)備，允許用于天然石塊在生產(chǎn)不同制品時(shí)的有效的切割和加工，包括裝飾加工，例如按漏花模板描圖。
權(quán)利要求
1.表面熱磨料加工法是，輸送由磨料粒子與氣態(tài)載體所組成的流(2)和由氣態(tài)氧化劑與液體燃料所組成的燃料混合物流(3)，當(dāng)燃料燃燒時(shí)形成高溫氣態(tài)燃燒產(chǎn)物流(4)，然后氣體磨料混合物流(2)和燃燒產(chǎn)物流(4)相互作用，特點(diǎn)是在于這兩股流(2和4)在燃燒產(chǎn)物流(4)的臨界截面實(shí)現(xiàn)相互作用以形成具有約250到450米/秒流速的高溫雙組分射流(5)，射向待加工表面(1)。
2.按照權(quán)利要求
1所要求的表面熱磨料加工法，其特征是，當(dāng)射流(5)沿待加工表面(1)移動(dòng)時(shí)，其軸與待加工表面(1)形成約60°到約80°的攻角(α);而當(dāng)射流(5)沿待加工表面(1)移動(dòng)方向改變90°±30°角時(shí)，射流(5)的攻角(α)在約80°到約60°的范圍內(nèi)變化。
3.表面熱磨料加工設(shè)備包括帶有輸送液體燃料和氣態(tài)氧化劑的管接頭(7、8)的外殼(6)，沿著外殼的縱軸安裝帶有徑向通孔(13)的燃燒室(11)，它附有渦流器(19)，渦流器布置在氣體磨料混合物流(2)的進(jìn)口邊并有通道(20或25)，該通道為了使燃料混合物流(3)旋轉(zhuǎn)安排成螺旋線形并與燃室(11)的空腔(11a)及為了流出高溫射流(5)的噴嘴(12)相通，輸送氣體磨料混合物的管道(10)與燃燒室(11)相通并裝在渦流器(19)的中心孔內(nèi)，特點(diǎn)是，管道(10)的出口截面(23)位于燃燒室(11)的噴嘴(12)的臨界截面(24)處，在燃燒室側(cè)壁有位于渦流器(19)上面并與輸送液體燃料的管接頭(7)同軸線的徑向孔(22)，孔的截面積與輸送液體燃料的管接頭(7)的出口截面積有關(guān)，比例為2.5-3∶1，而與渦流器(19)的通道(20或25)的流通總截面積之比為1∶1.3～1.5。
4.按照權(quán)利要求
3所要求的表面熱磨料加工設(shè)備，其特征是，按螺旋線安排的渦流器(19)的通道(25)在其中心孔實(shí)現(xiàn)。
5.按照權(quán)利要求
3和4所要求的表面熱磨料加工設(shè)備，其特征是，在設(shè)備中預(yù)定第二個(gè)殼(26)，它布置在由第一個(gè)殼(6)的內(nèi)壁和燃燒室(11)的外壁所構(gòu)成的環(huán)形通道內(nèi)，該殼有徑向窗口(28)和徑向通孔(27)，窗口(28)布置在噴嘴(12)的出口截面區(qū)內(nèi)，而通孔(27)布置得與輸送液體燃料的管接頭(7)同軸，管接頭(7)的出口截面積與徑向孔(27)的面積有關(guān)，比值為1∶1.5-2.0。
6.按照權(quán)利要求
5所要求的表面熱磨料加工設(shè)備，其特征是，徑向窗口(28)的總面積與由第一外殼(6)的內(nèi)壁和第二個(gè)殼(26)的外壁所構(gòu)成的環(huán)形通道(29)的橫截面積有關(guān)，比值為1∶1.0～1.2。
7.按照權(quán)利要求
3、5和6的表面熱磨料加工設(shè)備，其特征是，相對于氣體磨料混合物流(2)的運(yùn)動(dòng)方向位于渦流器(19)下方的燃燒器(11)壁上的徑向通孔(13)的總面積與燃燒室(11)的截面積有關(guān)，比值為1∶1～0.75。
專利摘要
表面熱磨料加工方法中，氣體磨料混合物流和燃燒產(chǎn)物流在燃燒產(chǎn)物流的臨界截面處實(shí)現(xiàn)相互作用以形成具有約250到450米/秒流速的高溫雙組分射流，射向待加工表面。在表面熱磨料加工設(shè)備中，管道的出口截面位于燃燒室的噴嘴的臨界截面即燃燒產(chǎn)物的出口處。在燃燒室的側(cè)壁有位于渦流器上面并與輸送液體燃料的管接頭同軸的徑向孔?？椎慕孛娣e與管接頭的出口截面積有關(guān)，比例為2.5～3∶1，而與渦流器的通道的流通總截面積之比為1∶1.3～1.5。
文檔編號(hào)B24C3/00GK87101696SQ87101696
公開日1988年9月14日 申請日期1987年3月5日
發(fā)明者瑟吉·米克哈洛維奇·阿斯門斯基, 萊奧尼德·尼科拉維奇·科沃尼徹恩科, 魯多爾夫·瓦希利維奇·波波夫, 埃杜亞德·米哈洛維奇·澤蘭斯基, 格里格里·亞科夫利維奇·弗里凱爾維, 克托爾·阿萊克希維奇·德米爾, 尼科拉夫·阿納托利維奇·波達(dá)倫科 申請人:克里沃羅格礦業(yè)學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan