установка для газодинамического нанесения покрытия из порошковых материалов

Формула изобретения

1. Установка для газодинамического нанесения покрытий из порошковых материалов, включающая систему подачи сжатого газа и электрической энергии, нагреватель газа, питатель-дозатор порошкового материала покрытия и распыляющий узел, выполненный в виде камеры выравнивания потока газа-носителя и сообщающегося с ней разгонного сверхзвукового сопла, систему управления процессом и запорно-регулирующую аппаратуру, отличающаяся тем, что она снабжена средством мобильного перемещения, выполненным в виде основной платформы на подвижном шасси и установленной на ней дополнительной съемной платформы, дополнительным питателем-дозатором абразивного материала, телескопической штангой и крепежными средствами, дополнительный питатель-дозатор, нагреватель газа и телескопическая штанга смонтированы на дополнительной съемной платформе, а питатель-дозатор порошкового материала покрытия и распыляющий узел смонтированы на телескопической штанге.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что распыляющий узел установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси телескопической штанги.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что распыляющий узел установлен с возможностью вращения относительно оси телескопической штанги.

4. Установка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что крепежные средства выполнены в виде крепежного элемента для установки на телескопической штанге и съема с нее распыляющего узла, крепежного элемента для установки и съема соплового блока и крепежного элемента для установки, съема и замены разгонного сверхзвукового сопла.

5. Установка по п.4, отличающаяся тем, что крепежный элемент для установки, съема и замены разгонного сверхзвукового сопла выполнен в виде накидной гайки с внутренней резьбой и наружной резьбой на выходной части камеры выравнивания потока газа-носителя.

6. Установка по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что распыляющий узел снабжен концевыми выключателями для управления питателями-дозаторами.

7. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительная платформа снабжена средствами съема ее с основной платформы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области нанесения и получения покрытий из порошковых материалов и может быть использовано в металлургической, машиностроительной, нефтегазовой, судоремонтной, авторемонтной, строительной и других областях промышленности для формирования покрытий с повышенными физико-химическими и специальными свойствами для защиты конструкций от воздействия окружающей агрессивной среды в полевых или стационарных условиях по месту проведения работ.

Известно устройство для плазменного нанесения покрытия из порошковых материалов, включающее питатель-дозатор, в корпусе которого расположены сообщающиеся между собою бункер для порошка, средство для дозирования порошка, выполненное в виде барабана с углублениями на его цилиндрической поверхности, смесительную камеру, сопло для разгона частиц порошка, сообщающееся со смесительной камерой, источник сжатого газа и соединенное с ним средство для подвода сжатого газа в смесительную камеру (1).

В известном устройстве плазменный распылитель имеет цилиндрическое (дозвуковое) сопло с каналами подвода плазмообразующего газа и воды для охлаждения теплонапряженных узлов.

Недостатками известного устройства являются: сложность конструкции и эксплуатации установки, высокая энергоемкость и недостаточная производительность, малый ресурс работы, связанный с эрозией электродов, использование дорогостоящих материалов, низкое качество получаемых покрытий.

Известно устройство для газодинамического нанесения покрытий из порошковых материалов, содержащее источник сжатого газа, соединенный газопроводом с узлом подогрева, питатель-дозатор и сверхзвуковое сопло, выход узла подогрева соединен в этом устройстве непосредственно со входом сверхзвукового сопла, которое в закритической части соединено через трубопровод со входом питателя-дозатора (2).

Недостатками устройства являются: ограничения по расходу, давлению и степени подогрева газа-носителя, связанные с изменением габаритов и веса напыляющего устройства, необходимостью теплоизоляции всего корпуса, неудобствами и трудностями при использовании в ручном варианте, ограниченными возможностями управления скоростью газа-носителя и частицами порошкового материала покрытия, недостаточной скоростью соударения частиц с материалом изделия вследствие введения порошка в закритическую область сверхзвукового сопла, и как результат низкое качество получаемых покрытий и ограничения в использовании широкой гаммы порошковых материалов.

Известно устройство для нанесения покрытий из порошковых материалов, представляющее собой установку, работающую в стационарных условиях, с энергосиловыми агрегатами, включающую систему подачи сжатого газа и электрической энергии, нагреватель газа, систему подачи порошкового материала, содержащую питатель-дозатор и распыляющий узел, выполненный в виде камеры выравнивания потока газа-носителя и сообщающегося с ней разгонного сверхзвукового сопла, систему управления процессом и запорно-регулирующую аппаратуру (3).

Установка позволяет эффективно и экономично производить процесс нанесения покрытия из порошковых материалов и обеспечивает их высокое качество.

Недостатками этой установки являются ее ограниченные технологические возможности, связанные с тем, что конструкция установки не позволяет проводить дополнительные виды обработки поверхности перед нанесением покрытия, а также нанесение покрытия в мобильном автономном режиме при сохранении высокой эффективности, экономичности и качества покрытий.

Для достижения технического результата, заключающегося в расширении технологических возможностей процесса газодинамического нанесения покрытий из порошковых материалов за счет обеспечения работы в мобильном автономном режиме, позволяющем проводить процесс подготовительных и отделочных операций и собственно процесс нанесения покрытия при сохранении высокой эффективности, экономичности и качества покрытия, предложена установка, сущность изобретения которой заключается в следующем.

Установка для газодинамического нанесения покрытия из порошковых материалов, включающая систему подачи сжатого газа и электрической энергии, нагреватель газа, систему подачи порошкового материала, содержащую питатель-дозатор порошка материала покрытия и распыляющий узел, выполненный в виде камеры выравнивания потока газа-носителя и сообщающегося с ней разгонного сверхзвукового сопла, систему управления процессом и запорно-регулирующую аппаратуру, снабжена средством мобильного перемещения, выполненным в виде основной платформы на подвижном шасси и установленной на ней дополнительной съемной платформы, дополнительным питателем-дозатором абразивного материала, телескопической штангой и крепежными элементами, питатель-дозатор абразивного материала и штанга смонтированы на дополнительной платформе, а питатель-дозатор порошкового материала покрытия и распыляющий узел смонтированы на штанге. Крепежные средства выполнены в виде крепежного элемента для установки на штанге и съема с нее распыляющего узла, крепежного элемента для установки и съема соплового блока и крепежного элемента для установки, съема и замены разгонного сопла. Распыляющий узел установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения вдоль оси штанги и может вращаться относительно оси последней. Элемент крепления для установки, съема и замены разгонного сопла выполнен в виде накидной гайки с внутренней резьбой, а камера выравнивания потока газа-носителя выполнена с наружной резьбой на выходной своей части. Распыляющий узел снабжен концевыми выключателями управления питателями-дозаторами. Дополнительная платформа снабжена средствами съема ее с основной платформы.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, 2, где на фиг.1 представлена блок-схема основных узлов установки, расположенных на основной платформе подвижного шасси, а на фиг.2 - общий вид узлов установки на отдельной съемной платформе.

Описываемая установка содержит систему подачи электрической энергии и сжатого газа, в которую входят энергосиловые агрегаты: двигатель внутреннего сгорания 1 с расположенным на его валу редуктором 2, к которому присоединен генератор 3 электрической энергии и повышающий компрессор 4 с ресивером 5, блоком фильтров 6 очистки сжатого воздуха, соединенных трубопроводом с пультом 7 управления пневматическими параметрами сжатого воздуха, запорными электроклапанами 8, 9, 10. Имеющаяся в установке система подачи порошкового материала и формирования потока газопорошковой взвеси включает питатель-дозатор 11 порошкового материала покрытия, дополнительный питатель-дозатор 12 абразивного материала, распыляющий узел 13 с установленным на его выходной торцевой части с возможностью съема и замены разгонным соплом 14. Генератор 3 электрической энергии соединен с распределительным щитом 15, регулируемым трансформатором 16, нагревателем газа 17 и пультом 18 управления электрическими параметрами. Пульт 7 управления пневматическими параметрами и пульт 18 управления электрическими параметрами образуют систему управления процессом нанесения покрытия и абразивной обработки поверхности изделия. Установка также снабжена мобильным средством перемещения, выполненным в виде основной платформы на подвижном шасси и дополнительной съемной платформы 19, на которой расположены элемент крепления 20 питателя-дозатора 12 абразивного материала с присоединенными к нему электроклапаном 9 и выходным штуцером 21. На дополнительной съемной платформе 19 также смонтирована телескопическая штанга 22, на которой посредством крепежного элемента 23 закреплен питатель-дозатор 11 порошковых материалов покрытия с присоединенными к нему электроклаланом 8 и выходным штуцером 24. На телескопической штанге 22 посредством крепежного элемента 25 закреплен распыляющий узел 13, имеющий также крепежный элемент 26, через который присоединен образованный элементами распыляющего узла сопловой блок 27, имеющий магистраль 28 подачи газопорошковой взвеси, концевые выключатели 29, магистраль 30 подачи нагретого газа-носителя, камеру 31 выравнивания газового потока, крепежный элемент 32 разгонного сверхзвукового сопла 14. Нагреватель газа 17, имеющий электроклапан 10, токоизолирующие фланцы 33, тепловыделяющий элемент 34, смонтирован на дополнительной съемной платформе 19 посредством узла крепления 35.

Установка работает следующим образом.

Мобильную установку с расположенными на ее платформах энергосиловыми агрегатами, узлами для нанесения покрытия и абразивной обработки поверхности изделий (фиг. 1, 2) перемещают к месту проведения работ и располагают в непосредственной близости от объекта. Съемную платформу 19 перемещают с помощью средств съема и устанавливают рядом с обрабатываемым изделием таким образом, чтобы разгонное сверхзвуковое сопло 14 было направлено в зону обрабатываемого участка поверхности изделия на расстоянии не более 150 мм. Затем запускают двигатель 1, к которому после выхода его на рабочий режим подключают посредством редуктора 2 генератор 3 электрической энергии и повышающий компрессор 4, из которого сжатый воздух поступает в ресивер 5, служащий для сглаживания пульсаций давления газа и являющийся также аккумулятором давления. Из ресивера 5 сжатый газ (воздух) поступает под давлением по трубопроводу в блок фильтров 6 очистки сжатого воздуха, где производится его очистка и осушка. Очищенный и осушенный воздух поступает в пульт 7 управления пневматическими параметрами, где производят регулирование его параметров до значений, соответствующих реализации заданного процесса нанесения покрытия. Из пульта 7 после срабатывания на открытие электроклапана 10 сжатый воздух поступает в нагреватель газа 17, из которого по гибкому трубопроводу в распыляющий узел 13 и через разгонное сверхзвуковое сопло 14 натекает на обрабатываемую поверхность. При достижении заданных параметров истечения газового потока посредством пульта 18 управления электрическими параметрами и распределительного щита 15 электрической энергии производят подачу последней на регулируемый трансформатор 16, соединенный с тепловыделяющим элементом 34. Электрическая энергия, поступающая в тепловыделяющий элемент 34, производит нагрев воздуха, протекающего через нагреватель газа 17. Нагретый до заданной температуры воздух по гибкому трубопроводу, присоединенному к токоизолирующему фланцу 33, поступает в магистраль 30, заполняет камеру 31 выравнивания газового потока и истекает через разгонное сверхзвуковое сопло 14. При включении одного из концевых выключателей 29 открывается электроклапан 8 и сжатый воздух из пульта 7 управления пневматическими параметрами поступает в питатель-дозатор 11 порошкового материала покрытия, где происходит захват частиц порошка воздушным потоком и его транспортирование по гибкому трубопроводу, присоединенному к выходному штуцеру 24 в магистраль 28 подачи газопорошковой смеси.

Заданное количество порошкового материала и транспортирующего его газа подается в разгонное сверхзвуковое сопло 14, смешивается в нем с нагретым воздухом, поступающим из камеры 31 выравнивания газового потока, и ускоряется им до необходимой для формирования покрытия скорости. Ускоренные таким образом частицы материала покрытия достигают поверхности обрабатываемого участка изделия, соударяются с ним, формируя покрытие, толщина которого зависит от времени воздействия газопорошковой струи на обрабатываемый участок поверхности. После окончания формирования необходимого покрытия концевым выключателем 29 производят закрытие электроклапана 8 и прекращают подачу порошкового материала из питателя-дозатора 11. Одновременно производят отключение подачи электрической энергии и сжатого воздуха в нагреватель газа 17.

При необходимости возможно производить нанесение покрытия со снятием распыляющего узла съемной платформы 19, т.е. можно использовать распыляющий узел 13 в ручном варианте. Для этого производят отсоединение распыляющего узла 13 или образованного его элементами соплового блока 27 посредством крепежных элементов 25 или 26 от телескопической штанги 22, подносят и направляют распыляющий узел 13 или сопловой блок 27 непосредственно на обрабатываемый участок поверхности изделия и проводят нанесение покрытия.

Для проведения абразивной обработки поверхности изделия производят замену разгонного сопла 14 посредством крепежного элемента 32, выполненного, например, в виде накидной гайки, подключают к выходному штуцеру 21 через гибкий трубопровод питатель-дозатор 12 абразивного материала и проводят все те действия, что и при нанесении покрытия. При этом подачу электрической энергии на нагреватель газа 17 не производят.

Описываемая установка является мобильной, при этом обеспечивается ее автономная работа. Это позволяет расширить технологические возможности установки по нанесению и получению различного рода покрытий из порошковых материалов при сохранении высокой эффективности и экономичности процесса.

Размещение узлов установки на средстве мобильного перемещения позволяет производить работы по нанесению покрытий и сопутствующей ему абразивной обработке поверхности вне зависимости от месторасположения объекта. Размещение распыляющего узла и его агрегатов на съемной платформе с возможностью его транспортирования к месту проведения работ позволяет приблизить распыляющий узел непосредственно к участку обрабатываемой поверхности изделия, существенно уменьшить потери тепла и давления текущего по трубопроводам сжатого воздуха, упростить обслуживание и эксплуатацию установки. Возможность работы в ручном варианте при отсоединении распыляющего узла от телескопической штанги позволяет производить работы в сложных условиях, связанных с геометрическими размерами и расположением объекта обработки в пространстве.

Таким образом, описываемая установка для нанесения покрытия из порошковых материалов, позволяет осуществлять работу в мобильном автономном режиме. Она может быть использована при работе как в производственном помещении, так и на открытой местности в полевых условиях при строительстве и ремонте трубопроводов (газовых, нефтяных, водоснабжения и др.), ремонте и строительстве судов, платформ подвижного состава, металлоконструкций в градостроительстве. Она не требует больших капитальных затрат на изготовление, эффективна и экономична в работе, обеспечивает высокую производительность и качество покрытий, расширяет область применения процесса газодинамического нанесения покрытия и абразивной обработки поверхности.

Источники информации

1. Кудинов В.В., Иванова В.Н. "Нанесение плазмой тугоплавких покрытий".- М.: Машиностроение, 1981, стр. 20-26.

2. PU патент 2100474, кл. C 23 C 4/00, 1997.

3. RU патент 2145644, кл. C 23 C 4/00, 2000.