本實用新型涉及一種超高音速火焰噴槍，尤其涉及一種具有高射流速度及粒子速度的新型超高音速火焰噴槍。

背景技術(shù)：

超高音速火焰熱噴涂技術(shù)被廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)的各個領域，已逐漸成為眾多機械產(chǎn)品制造過程中一道必不可少的工藝，如水輪機葉片、閥門，閘門、活塞桿、鋼結(jié)構(gòu)橋梁等，能有效提高設備表面耐磨、耐腐蝕、耐疲勞等性能，起到提高使用性能、延長使用壽命等作用。隨著近年來的發(fā)展，目前國內(nèi)國際上應用于實際工程中的超高音速火焰熱噴涂技術(shù)主要分為三大類：第一類是采用氣體燃料(如丙烷等)與氧氣燃燒的超高音速熱噴涂技術(shù)，如美國METCO公司研制的DJ-2700等，該技術(shù)可以實現(xiàn)粒子速度為500-600m/s。由于粒子速度較低，所獲得的涂層孔隙率較高，且結(jié)合力不足，易導致涂層局部剝落并且較低的粒子速度會增加涂層的氧化而影響涂層質(zhì)量；第二類是氣體燃料(如丙烷等)與大氣燃燒并且通過高壓空氣提高射流速度的超高音速熱噴涂技術(shù)，這種技術(shù)的優(yōu)勢是適用于低熔點的材料噴涂，若材料熔點提高，則會產(chǎn)生“生粉”，雖然很微量，但是在很大程度上影響了涂層材料的抗磨性能，尤其是抗磨蝕性能；第三類是液體燃燒(如航空煤油等)與氧氣燃燒的超高音速熱噴涂技術(shù)，由于航空煤油等液體燃料的燃燒熱噴涂遠高于丙烷等氣體燃料，因此這種技術(shù)可以實現(xiàn)更高的射流速度，其粒子速度達到1100m/s。但是由于液體燃料與氧氣的混合及燃燒不夠充分，容易產(chǎn)生積碳，積碳被噴射到涂層表面，影響涂層質(zhì)量，并且在該射流速度下，粉末粒子仍會受到氧化，特別是如WC類的金屬陶瓷涂層，氧化脫碳會對涂層造成負面影響。

以上超高音速火焰熱噴涂技術(shù)的分類主要取決于噴槍的設計與結(jié)構(gòu)，由此可見噴槍是超高音速火焰熱噴涂系統(tǒng)中最關(guān)鍵的部分，噴槍的設計水平及結(jié)構(gòu)形式等決定了整個系統(tǒng)的性能，進而決定了涂層的性能。目前檢索到的國內(nèi)外的超高音速火焰噴槍(如CN200920265424.5、CN01246986.6、CN03211072.3等介紹的超高音速火焰噴槍)都未能在粒子速度、液體燃料與氧氣的燃燒充分性、結(jié)構(gòu)合理性、安裝使用便捷性等方面切實取得突破。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種射流速度及粒子速度均大幅提高的新型超高音速火焰噴槍。

本實用新型的新型超高音速火焰噴槍，包括燃燒室殼體及分別同軸固定于燃燒室殼體前、后兩端的槍管殼體和同軸尾座，燃燒室殼體內(nèi)設有同軸的燃燒室，二者之間形成密閉的第一水冷腔體，槍管殼體內(nèi)設有同軸的槍管，二者之間形成密閉的第二水冷腔體，槍管殼體外固定有同軸的水冷套，二者之間形成密閉的第一回水腔體，第二水冷腔體與第一回水腔體連通，第一、二水冷腔體間連通形成水冷通路，燃燒室殼體上還開有第二回水腔體，第一、二回水腔體連通形成回水通路；

燃燒室內(nèi)空腔呈拉瓦爾結(jié)構(gòu)，同軸尾座前端插入燃燒室內(nèi)并與燃燒室內(nèi)壁保持密封，同軸尾座前端面開有環(huán)形凹槽，凹槽內(nèi)設有催化陶瓷片及套于催化陶瓷片上的金屬套，催化陶瓷片內(nèi)圓面及金屬套的外圓面均與同軸尾座保持密封，催化陶瓷片與同軸尾座的環(huán)形凹槽面形成空隙，同軸尾座上安裝有通向該空隙的兩路高壓氧氣輸入管及與兩路高壓氧氣輸入管分別連通的兩路高壓液體燃料輸入管，點火針從軸心穿過同軸尾座插入燃燒室空腔內(nèi)，所述的催化陶瓷片上圍繞軸心環(huán)形分布有若干通孔，送粉針穿過燃燒室殼體插入到燃燒室前端空腔，送粉針外殼與燃燒室殼體形成密閉空間，該空間與回水通路連通；

燃燒室殼體上設有冷卻進水口及冷卻出水口，冷卻進水口與第一水冷腔體底端連通，冷卻出水口與第二回水腔體底端連通。

上述技術(shù)方案中，所述的催化陶瓷片上的通孔均為朝向燃燒室軸心的斜通孔。

所述的水冷通路上設有多處孔篩，所述孔篩設置于燃燒室殼體及槍管殼體上，由繞燃燒室軸心呈環(huán)形分布的若干小孔構(gòu)成。

所述的水冷套與槍管殼體間、同軸尾座與燃燒室殼體間、槍管殼體與燃燒室殼體間均采用金屬螺套鎖緊。

所述的冷卻進水口及冷卻出水口均設置于燃燒室殼體的后端。

一種新型超高音速火焰噴涂裝置，包括上述的新型超高音速火焰噴槍。

本實用新型的有益效果在于：

(1)與傳統(tǒng)超高音速火焰噴槍相比，本實用新型的新型超高音速火焰噴槍獨特的結(jié)構(gòu)設計實現(xiàn)了射流速度、粒子速度的大幅提高，可實現(xiàn)11個馬赫錐的射流，射流速度達到3500m/s，粒子速度達到1500m/s。

(2)本實用新型取消了傳統(tǒng)超高音速火焰噴槍中燃燒室與槍管之間的連接體，采用帶拉瓦爾管的燃燒室直接與槍管相連，使得噴槍的結(jié)構(gòu)更加簡單，穩(wěn)定性更好，并且能夠獲得更高的槍膛壓力，可以促進射流速度的提高。

(3)采用雙路氧氣和液體燃料輸入，液體燃料以一定壓力進入氧氣管路中，并且高壓的氧氣對液體燃料還具有一定的虹吸作用，使得液體燃料順利進入氧氣管路中，防止倒流。

(4)在氧氣管路中液體燃料與氧氣可以進行較好的混合，并且通過催化陶瓷片與同軸尾座的環(huán)形凹槽面形成的空隙后可進一步獲得充分混合，充分混合的氧氣-燃料再通過催化陶瓷片上環(huán)形分布的小孔(尤其是斜通孔)進入燃燒室中，進行充分穩(wěn)定的燃燒，可以獲得更高、更穩(wěn)定、更充分的燃燒能量，并且避免產(chǎn)生積碳，獲得更加潔凈的涂層，提高涂層質(zhì)量。

(5)目前的超高音速火焰噴槍的回水主要采用兩種形式：設置回水槍套，回水槍套一端安裝在槍管前端，通過一根水管金屬管插到燃燒室殼體中，安裝時需要將槍管、回水槍套以及燃燒室殼體上安裝孔這三者的相對位置調(diào)整到完全匹配，才能完成安裝，這給安裝帶來了諸多不便；取消回水槍套上的這根金屬管，將回水口直接設置在槍管殼體前端，并將冷卻水管接在回水口上，此回水管路在噴涂的過程中容易與工件及工裝等發(fā)生干涉、碰撞；

而本實用新型采用冷水套的形式作為冷卻水的回水，并采用螺套固定，具有穩(wěn)定、安裝便捷等特點，避免了傳統(tǒng)噴槍采用的回水槍套存在安裝困難等問題，并且也解決了一些噴槍由于采用槍管前端回水在噴涂過程中回水管路容易與工件及工裝發(fā)生干涉等問題。

(6)在水冷通路上設置多處孔篩，可使冷水流速更加均勻，與燃燒室及槍管外表面的接觸更加均勻，從而能夠?qū)崿F(xiàn)更好的冷卻效果，此外，冷卻水的回水通路還可以對送粉針進行冷卻，防止送粉針由于高溫引起損壞。

附圖說明

圖1為超高音速火焰噴槍結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為同軸尾座和催化陶瓷片結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為A-A剖面圖；

圖4為B放大圖；

圖5為F-F剖面圖；

圖6為C放大圖；

圖7為D放大圖；

圖8為E放大圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施例作進一步說明。

圖1所示為本實用新型新型超高音速火焰噴槍的一種較佳實施案例，但不僅限于此。如圖1所示，包括兩路高壓氧氣輸入管1，兩路高壓液體燃料輸入管2，同軸尾座3，催化陶瓷片4，點火針5，燃燒室6，槍管7，送粉針8，燃燒室殼體9，槍管殼體10，水冷套11，冷卻進水口12，冷卻出水口13，水冷通路14，回水通路15，鎖緊螺套16、17、18。

同軸尾座3安裝在噴槍的最尾端，前端部分插進燃燒室6，并與燃燒室內(nèi)壁保持密封。同軸尾座3與燃燒室殼體9之間通過鎖緊螺套18鎖緊。

如圖2所示為同軸尾座3與催化陶瓷片4的結(jié)構(gòu)示意圖，兩路高壓氧氣輸入管1、兩路高壓液體燃料輸入管2及催化陶瓷片4均安裝在同軸尾座上。

高壓氧氣管從同軸尾座后部插入，高壓氧氣管路上設置有一個小孔，與高壓液體燃料管路連通，高壓液體燃料進入氧氣管路中與氧氣進行混合，一起進入環(huán)形催化陶瓷片4的一個端面與同軸尾座前端面的凹槽形成的環(huán)形的空間中獲得進一步混合，并通過安裝在同軸尾座3前端的環(huán)形凹槽中的催化陶瓷片4上環(huán)形分布的若干斜通孔(如圖3)進入燃燒室中，液體燃燒和氧氣的混合物在通過催化陶瓷片時獲得了充分的混合，并且由催化陶瓷片上的斜通孔均勻的進入燃燒室中，并且保持軸心的方向。

在催化陶瓷片外圓面套有金屬套，催化陶瓷片4內(nèi)圓面與同軸尾座保持密封，金屬套外圓面也與同軸尾座3保持密封，確保不會引起回火。

經(jīng)過充分混合的燃料及氧氣的混合物進入燃燒室6的中心位置后，由從同軸尾座后端軸心插入燃燒室的點火針5點燃，液體燃料與氧氣充分燃燒產(chǎn)生高速的燃氣射流，燃氣射流經(jīng)過燃燒室中的拉瓦爾結(jié)構(gòu)以及槍管7的進一步加速后從槍管出口噴出，射流速度可達到3500m/s。

送粉針8穿過燃燒室殼體9進入燃燒室前端喇叭口區(qū)域，將粉末均勻送到焰流的中心，如圖6所示，經(jīng)過高溫、高速射流的熔融及加速后，粉末粒子可以1500m/s的速度噴射到工件表面，形成涂層。

采用循環(huán)水冷的方式對噴槍進行冷卻，包含由進水口到噴槍前端的水冷部分以及由噴槍前端到出水口的回水部分。

燃燒室殼體9與燃燒室6之間形成密閉空間即第一水冷腔體，冷卻水進水口12設置在燃燒室殼體9上與這個腔體連通，這個腔體中的冷卻水對燃燒室6以及送粉針8前端進行冷卻后繼續(xù)往前進入槍管7與槍管殼體10之間的腔體(第二水冷腔體)中，對槍管進行冷卻，然后通過槍管殼體10前端的環(huán)形孔進入槍管殼體10與水冷套11之間的腔體(第一回水腔體)中，往燃燒室殼體9的方向回流至燃燒室殼體上的第二回水腔體，送粉針8外殼與燃燒室殼體間形成密閉空間，與回水通路連通，回流的冷卻水同時對送粉針8的后半部分進行冷卻，最后從出水口13流出。

在水冷通路上設置有多處孔篩，如圖4、5、7、8所示，即在燃燒室殼體9、槍管殼體10上均設置有環(huán)形分布的若干小孔，這些小孔處于水冷通路中，冷卻水通過這些環(huán)形分布的小孔，流速能保持更加均勻，與燃燒室6及槍管7外表面表面的接觸更加均勻，能夠?qū)崿F(xiàn)更好的冷卻效果。

進水口12及出水口13均設置在燃燒室殼體9上，均處于噴槍的后部，避免水冷的管路在噴涂的過程中造成干涉。

水冷套11通過金屬螺套16可以便捷的安裝在槍管殼體10上，避免了常規(guī)噴槍中回水槍套與燃燒室殼體之間安裝困難的情況。

同軸尾座3與燃燒室殼9的接觸部位、槍管殼體10與燃燒室殼體9的接觸部位、水冷套11與槍管殼體10的接觸部位分別采用金屬螺套15、16、17進行鎖緊。