專(zhuān)利名稱(chēng)：一種激波管-拉伐爾噴嘴加速固體顆粒群裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及固體粉末顆粒的加速輸運(yùn)裝置，尤其是涉及一種激波管-拉 伐爾噴嘴加速固體顆粒群裝置。
背景技術(shù)：
激波管是運(yùn)動(dòng)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(dòng)，利用它們所產(chǎn)生的高速氣流夾帶加速固體顆粒無(wú)疑是相當(dāng)有 效的手段，也能實(shí)現(xiàn)在很多領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。將激波管和拉伐爾噴嘴串接，同 時(shí)發(fā)揮兩者加速輸運(yùn)固體顆粒群功能的方法，在中國(guó)專(zhuān)利庫(kù)中仍未見(jiàn)報(bào)道。如
中國(guó)專(zhuān)利200710016058.5提出的"激波砂石滅火炮"和中國(guó)專(zhuān)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^[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(duì)遠(yuǎn)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(dǎo)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(shù)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(duì)有限，難以使固體顆 粒群達(dá)到所需要相當(dāng)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 實(shí)用新型的目的在于提供一種激波管-拉伐爾噴嘴加速固體顆粒群裝置，可用于 遠(yuǎn)距離滅火或超聲速冷噴涂。
本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)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(kāi)關(guān)閥隔 開(kāi)組成的激波管，粉路開(kāi)關(guān)閥，供粉源，儲(chǔ)粉室、兩片活動(dòng)隔板和拉伐爾噴嘴; 壓縮氣源經(jīng)壓縮氣體截止閥與激波管高壓氣室相連，儲(chǔ)粉室由兩端的活動(dòng)隔板 與管壁圍成，其中一片將低壓氣室與儲(chǔ)粉室隔開(kāi)，另一片將儲(chǔ)粉室與拉伐爾噴 嘴隔開(kāi)；在儲(chǔ)粉室的側(cè)壁開(kāi)設(shè)顆粒注入孔與供粉源連接，在顆粒注入孔中設(shè)置 粉路開(kāi)關(guān)閥，將供粉源與儲(chǔ)粉室的粉末顆粒隔開(kāi)，控制電路板分別與瞬態(tài)開(kāi)關(guān) 閥、粉路開(kāi)關(guān)閥和兩片活動(dòng)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(chǔ)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(kuò)張噴嘴，收縮段為錐形管，擴(kuò)張段 是具有擴(kuò)張角的錐形長(zhǎng)管，收縮段長(zhǎng)度小于擴(kuò)張段長(zhǎng)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(chǔ)氣罐或 者是由空氣壓縮機(jī)與儲(chǔ)氣罐組成的整體。 本實(shí)用新型具有的有益效果是
本實(shí)用新型如果作為粉末滅火器，由于激波管和拉伐爾噴嘴同時(shí)對(duì)固體顆 粒群的加速作用使得滅火器射程足夠遠(yuǎn)，加上適當(dāng)增大拉伐爾噴嘴漸闊段擴(kuò)張 角可以增大噴射覆蓋面積，相比現(xiàn)有技術(shù)具有滅火效率高、效果好、射程遠(yuǎn)和 節(jié)約能源等突出優(yōu)點(diǎn)；本實(shí)用新型如果作為超聲速冷噴涂裝置，也具有顆粒粘 附力大、涂層強(qiáng)度高等顯著優(yōu)點(diǎn)。

附圖是激波管-拉伐爾噴嘴加速固體顆粒群裝置示意圖。
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(kāi)關(guān)閥，
5、低壓氣室，6、粉路開(kāi)關(guān)閥，7、供粉源，8、儲(chǔ)粉室，9、活動(dòng)隔板，10、拉
伐爾噴嘴，11、控制電路板。
具體實(shí)施方式
如附圖所示，本實(shí)用新型包括高壓氣源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(kāi)關(guān)閥4隔開(kāi)組成的激波管，粉路開(kāi)關(guān)閥6，供粉源7，儲(chǔ)粉室8、 兩片活動(dòng)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(chǔ)粉室8由兩端的活動(dòng)隔板9與管壁圍成，其中一片將低壓氣室5與儲(chǔ) 粉室8隔開(kāi)，另一片將儲(chǔ)粉室8與拉伐爾噴嘴10隔開(kāi)；在儲(chǔ)粉室8的側(cè)壁開(kāi)設(shè)顆粒 注入孔與供粉源7連接，在顆粒注入孔中設(shè)置粉路開(kāi)關(guān)閥6，將供粉源7與儲(chǔ)粉室 8的粉末顆粒隔開(kāi)，控制電路板11分別與瞬態(tài)開(kāi)關(guān)閥4、粉路開(kāi)關(guān)閥6和兩片活動(dòng) 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(chǔ)粉室9的截面形狀為圓形或矩形。為了活動(dòng)隔板和粉 路開(kāi)關(guān)閥的加工方便，截面和軸向尺寸根據(jù)實(shí)際應(yīng)用規(guī)模和固體顆粒輸運(yùn)量等 因素確定。
所述的拉伐爾噴嘴10是一支喉部的收縮擴(kuò)張噴嘴，收縮段為錐形管，擴(kuò)張 段是具有擴(kuò)張角的錐形長(zhǎng)管，收縮段長(zhǎng)度小于擴(kuò)張段長(zhǎng)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(chǔ)氣罐 或者是由空氣壓縮機(jī)與儲(chǔ)氣罐組成的整體。
本實(shí)用新型的工作原理為在高壓氣源中儲(chǔ)存有壓縮氣體，當(dāng)壓縮氣體截 止閥被打開(kāi)時(shí)，高壓氣體沖入激波管的高壓氣室，同時(shí)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(kāi)關(guān)閥分隔。當(dāng)瞬態(tài) 開(kāi)關(guān)閥打開(kāi)時(shí)，激波管中建立起向拉伐爾噴嘴出口方向以超聲速運(yùn)動(dòng)的激波， 激波后的氣流也作高速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)激波到達(dá)儲(chǔ)粉室之前的很短時(shí)間(IO毫秒左右) 活動(dòng)隔板打開(kāi)，同時(shí)，粉路開(kāi)關(guān)閥閉合，激波進(jìn)入儲(chǔ)粉室，儲(chǔ)粉室內(nèi)的粉末顆 粒群從激波獲得初動(dòng)量，又在波后高速氣流夾帶下加速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)氣流到達(dá)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(dá)到高超聲速，在此過(guò) 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(dāng)高的速度。
本實(shí)用新型中由截面積較大的高壓氣室3變截面過(guò)渡到一個(gè)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(kāi)關(guān)闊隔開(kāi)，組成了提供加速輸 運(yùn)固體顆粒群動(dòng)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(chǔ)存氣體的作用，通 過(guò)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(zhì)，而在高壓氣室內(nèi)沖入高壓氣體，根據(jù)具體應(yīng)用需要采用不同氣體介質(zhì)，用 于滅火時(shí)采用二氧化碳、氮?dú)獾纫种迫紵龤怏w，用于噴涂時(shí)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(qiáng)間斷(某一界面兩側(cè)的較大壓差) 誘發(fā)介質(zhì)中的激波，激波以超聲速向低壓力側(cè)運(yùn)動(dòng)，原來(lái)處于低壓區(qū)的氣體在 激波的強(qiáng)擾動(dòng)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(yùn)動(dòng)。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(kāi)關(guān)閥分隔，瞬態(tài)開(kāi)關(guān)閥 可以實(shí)現(xiàn)瞬態(tài)的開(kāi)閉控制。當(dāng)瞬態(tài)開(kāi)關(guān)閥開(kāi)啟時(shí)，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(qiáng)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(guò)后由 于受到激波的強(qiáng)擾動(dòng)，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(yùn)動(dòng)。激波管低壓氣室末端與儲(chǔ)粉室由一個(gè)活動(dòng)隔板分隔，在激波和波 后高速氣流到達(dá)儲(chǔ)粉室前，活動(dòng)隔板瞬間打開(kāi)，激波進(jìn)入儲(chǔ)粉室后，儲(chǔ)粉室左 側(cè)的氣體在激波擾動(dòng)下已成為高壓氣體，儲(chǔ)粉室右側(cè)氣體仍處于低壓狀態(tài)，兩 側(cè)的壓差就為固體顆粒群提供了初動(dòng)量，隨后運(yùn)動(dòng)到儲(chǔ)粉室的高速氣流又會(huì)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(yùn)動(dòng)。相對(duì)于后邊將 要在拉伐爾噴嘴10內(nèi)的加速過(guò)程，這里稱(chēng)之為固體顆粒群的一級(jí)加速。
本實(shí)用新型的拉伐爾噴嘴io是一支擁有喉部的收縮擴(kuò)張噴嘴，收縮段為較
短的錐形管，擴(kuò)張段是具有一定擴(kuò)張角的錐形長(zhǎng)管，噴嘴具體的尺寸和擴(kuò)張角
由固體顆粒輸運(yùn)量、射程和噴射面積等因素確定。當(dāng)激波運(yùn)動(dòng)到拉伐爾噴嘴10
收縮段時(shí)，由于激波的強(qiáng)擾動(dòng)，收縮段內(nèi)的氣體壓力值在一段時(shí)間內(nèi)維持在相 當(dāng)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(gè)拉伐爾噴嘴10內(nèi)不斷加速，并在噴嘴出口處達(dá)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(dá)到相當(dāng)高的速度，這 個(gè)過(guò)程也稱(chēng)為固體顆粒群的二級(jí)加速。隨后，固體顆粒群同氣流一起向噴嘴外 目標(biāo)高速?lài)娚?，從而?shí)現(xiàn)滅火或者材料表面冷噴涂處理的目的?？紤]到氣流超
聲速流動(dòng)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。
本實(shí)用新型的高壓氣源1是單獨(dú)的高壓儲(chǔ)氣罐或者是由空氣壓縮機(jī)與儲(chǔ)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(chǎng)合，后者用于車(chē)載、飛機(jī)載等大規(guī)模作業(yè)場(chǎng)合，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)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(guò)管道連接，二者 由壓縮氣體截止閥2分隔，開(kāi)啟壓縮氣體截止閥2，壓縮氣體經(jīng)由管道進(jìn)入激波 管的高壓氣室，完成激波形成的高壓準(zhǔn)備。在儲(chǔ)粉室8內(nèi)的固體顆粒群已從拉 伐爾噴嘴10出口完全噴射、瞬態(tài)開(kāi)關(guān)閥4已關(guān)閉、儲(chǔ)粉室8兩側(cè)的活動(dòng)隔板9 未關(guān)閉、粉路開(kāi)關(guān)閥未開(kāi)啟時(shí)，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(dòng)充入常壓狀態(tài)的空氣，完成激波形成的低壓準(zhǔn)備。
本實(shí)用新型實(shí)施時(shí)儲(chǔ)粉室8兩側(cè)的活動(dòng)隔板9分別將儲(chǔ)粉室8與左側(cè)的激 波管低壓氣室5和右側(cè)的拉伐爾噴嘴10分隔，活動(dòng)隔板9具有瞬態(tài)開(kāi)閉的功能， 工作原理與瞬態(tài)開(kāi)關(guān)閥4 一樣，起到封閉儲(chǔ)粉室8和上述的分隔作用。活動(dòng)隔 板9的開(kāi)閉由低壓氣室5上的壓力信號(hào)進(jìn)行控制，當(dāng)激波壓力前鋒傳至接近儲(chǔ) 粉室前端時(shí)，粉路開(kāi)關(guān)閥6關(guān)閉，活動(dòng)隔板9開(kāi)啟，激波進(jìn)入儲(chǔ)粉室8，當(dāng)?shù)蛪?室5上的壓力恢復(fù)常壓時(shí)，活動(dòng)隔板9關(guān)閉。
本實(shí)用新型實(shí)施時(shí)供粉源7與儲(chǔ)粉室8通過(guò)管道相連，二者由粉路開(kāi)關(guān)閥6 分隔。在活動(dòng)隔板9關(guān)閉時(shí)，開(kāi)啟粉路開(kāi)關(guān)閥6，開(kāi)始往儲(chǔ)粉室8內(nèi)填充固體粉 末顆粒，填充完成后關(guān)閉粉路開(kāi)關(guān)閥6。粉路開(kāi)關(guān)閥6具有瞬態(tài)啟閉功能，其開(kāi) 閉由低壓氣室5上的壓力信號(hào)進(jìn)行控制，當(dāng)激波壓力前鋒傳至接近儲(chǔ)粉室前端 時(shí)，粉路開(kāi)關(guān)閥6關(guān)閉，當(dāng)?shù)蛪菏?上的壓力恢復(fù)常壓時(shí)，粉路開(kāi)關(guān)閥6開(kāi)啟。
本實(shí)用新型實(shí)施時(shí)為了使激波管的激波管高壓氣室進(jìn)行重復(fù)地沖氣與放氣 過(guò)程，從而使得氣流和顆粒群加速動(dòng)作實(shí)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(dòng)連續(xù)作業(yè)的需要，只需制作一個(gè)控制電路板ll，使各動(dòng) 作開(kāi)關(guān)按照一定時(shí)間間隔和下列順序循環(huán)動(dòng)作(l)壓縮氣體截止闊開(kāi)啟，(2)壓 縮氣體截止閥關(guān)閉，(3)瞬態(tài)開(kāi)關(guān)閥開(kāi)啟，(4)粉路開(kāi)關(guān)閥關(guān)閉，(5)活動(dòng)隔板開(kāi)啟， (6)瞬態(tài)開(kāi)關(guān)閥關(guān)閉，(7)活動(dòng)隔板關(guān)閉，(8)粉路開(kāi)關(guān)閥開(kāi)啟，重復(fù)動(dòng)作(1) (8)。
權(quán)利要求1. 一種激波管-拉伐爾噴嘴加速固體顆粒群裝置，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(kāi)關(guān)閥(4)隔開(kāi)組成的激波管，粉路開(kāi)關(guān)閥(6)，供粉源(7)，儲(chǔ)粉室(8)、兩片活動(dòng)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(chǔ)粉室(8)由兩端的活動(dòng)隔板(9)與管壁圍成，其中一片將低壓氣室(5)與儲(chǔ)粉室(8)隔開(kāi)，另一片將儲(chǔ)粉室(8)與拉伐爾噴嘴(10)隔開(kāi)；在儲(chǔ)粉室(8)的側(cè)壁開(kāi)設(shè)顆粒注入孔與供粉源(7)連接，在顆粒注入孔中設(shè)置粉路開(kāi)關(guān)閥(6)，將供粉源(7)與儲(chǔ)粉室(8)的粉末顆粒隔開(kāi)，控制電路板(11)分別與瞬態(tài)開(kāi)關(guān)閥(4)、粉路開(kāi)關(guān)閥(6)和兩片活動(dòng)隔板(9)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種激波管-拉伐爾噴嘴加速固體顆粒群裝置，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(quán)利要求l所述的一種激波管-拉伐爾噴嘴加速固體顆粒群裝置，其特 征在于所述的低壓氣室(5)和儲(chǔ)粉室(9)的截面形狀為圓形或矩形。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種激波管-拉伐爾噴嘴加速固體顆粒群裝置，其特 征在于所述的拉伐爾噴嘴(10)是一支喉部的收縮擴(kuò)張噴嘴，收縮段為錐形管， 擴(kuò)張段是具有擴(kuò)張角的錐形長(zhǎng)管，收縮段長(zhǎng)度小于擴(kuò)張段長(zhǎng)度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種激波管-拉伐爾噴嘴加速固體顆粒群裝置，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(chǔ)氣罐或者是由空氣壓縮機(jī)與儲(chǔ)氣罐組成的整體。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種激波管-拉伐爾噴嘴加速固體顆粒群裝置。壓縮氣源經(jīng)壓縮氣體截止閥與激波管高壓氣室相連，儲(chǔ)粉室由兩端的活動(dòng)隔板與管壁圍成，一片將低壓氣室與儲(chǔ)粉室隔開(kāi)，另一片將儲(chǔ)粉室與拉伐爾噴嘴隔開(kāi)；在儲(chǔ)粉室的側(cè)壁開(kāi)設(shè)顆粒注入孔與供粉源連接，在顆粒注入孔中設(shè)置粉路開(kāi)關(guān)閥，將供粉源與儲(chǔ)粉室的粉末顆粒隔開(kāi)，控制電路板分別與瞬態(tài)開(kāi)關(guān)閥、粉路開(kāi)關(guān)閥和兩片活動(dòng)隔板連接。作為粉末滅火器，由于激波管和拉伐爾噴嘴同時(shí)對(duì)固體顆粒群的加速作用使得滅火器射程足夠遠(yuǎn)，加上適當(dāng)增大拉伐爾噴嘴漸闊段擴(kuò)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(yuǎn)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(qiáng)度高。
文檔編號(hào)B05B1/34GK201201808SQ200820086839
公開(kāi)日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2008年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月20日
發(fā)明者岳樹(shù)元, 施紅輝, 章利特 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)