用於測量等離子體射流對空氣引射量的引射保護罩的製作方法

2023-09-14 07:45:00 1

專利名稱：用於測量等離子體射流對空氣引射量的引射保護罩的製作方法
技術領域：
本發明屬於測量技術領域，具體涉及一種用於測量等離子體射流對空氣引射量的引射保 護罩。
背景技術：
在熱等離子體材料加工的各種實際應用中，熱等離子體通常以射流形式出現，並且等離 子體射流對環境氣體的引射在其中有重要影響。以等離子體噴塗為例，其過程是將金屬或非 金屬原料顆粒噴射入由等離子體發生器產生的高溫部分電離氣體射流中，原料顆粒在高溫高 速射流中加速、加熱、熔化、撞擊工件並變形鋪展， 一片接一片、 一層覆蓋一層地形成塗層。 與低氣壓等離子體噴塗相比，在大氣壓空氣環境中進行的等離子體噴塗具有一個明顯的優點， 即不需要複雜的真空系統，從而可大大降低生產成本。但是這一技術應用也遇到一個難題， 就是等離子體射流會引射入大量冷環境空氣，這往往對塗層質量有不利的影響。 一方面引射 進等離子體射流的大量冷環境空氣，導致等離子體溫度與速度在射流軸線方向上迅速降低， 從而不利於原料顆粒在射流中的加速與加熱，不利於顆粒在撞擊基板前獲得較高的速度和合
適的加熱狀態，影響塗層的質量；另一方面，引射進等離子體射流的環境空氣使射流中的氧 含量在射流軸向方向上迅速增加，在湍流等離子體射流的下遊氣體成分已絕大部分由空氣組 成，這會引起原料顆粒和基板材料氧化，成為塗層質量惡化乃至塗層斷裂與剝落失效的重要 原因。為了解決在大氣壓空氣環境中進行等離子體噴塗的上述難題，常採用如下兩種方法來
減少等離子體射流對環境空氣的引射 一是增添與射流同軸噴射的惰性屏蔽氣體(氬)來減
輕射流對環境空氣的引射，研究表明採用這種方案有一定效果，能使塗層質量有所改善；伹 根據數值模擬結果，若要使距離等離子體發生器出口 lOcm界面出湍流射流軸線上的空氣含 量控制在10。/。以內則增添的屏蔽氬氣流量需高達發生器自身工作氣體力量的3.75倍以上， 而在距離發生器出口 10.5cm處，要是氬等離子體湍流射流中的空氣含量從82%降低到 46%，屏蔽氣體的速度必須高達100m/s;可見惰性屏蔽氣保護只能用於對材料氧化要求不 高的材料加工場合，而且需付出的代價相當大；另一種方法就是在射流外側添加與射流同軸 的固體保護罩，阻擋環境空氣向射流的流動。

發明內容
本發明的目的在於設計一種可以精確測量等離子體射流對標準大氣壓下環境空氣引射量 的保護罩，從而幫助進行對等離子體射流的特性研究及應用。釆用射流引射保護罩的方法測量等離子射流對環境空氣的引射量的原理是用引射保護罩將等離子體射流與外界環境空氣 隔離，然後人工引入被引射氣到引射保護罩內，通過多層金屬絲網將被引射氣速度降低至接 近零，以模擬真實大氣中靜止的環境空氣，當金屬絲網內被弓謝氣的靜壓等於夕卜界環境大氣 的靜壓時，即表示輸入的被引射氣流量正好等於等離子體射流引射走的氣體流量，這樣就可 以通過測量被引射氣體的流量得到等離子體射流引射的氣體流量。
本發明提供一種用於測量等離子體射流對空氣引射量的弓l射保護罩，所述的引射保護罩 為圓柱形引射保護罩，包括前端外擋板、內擋板、後擋板、密封罩、絲網支撐柱、絲網壓緊 環、金屬絲網和引射氣入口導管，前端外擋板通過外螺紋與內擋板內螺紋孔連接在一起，並 且在前端外擋板和內擋板射流入口中心通孔與等離子發生器出口配合端面之間有絕緣塑料環
作電氣隔離；引射氣入口導管用螺紋連接在前端外擋板上，引射氣由此進入後被內擋板阻擋 轉為徑向流動；絲網支撐柱穿過絲網壓緊環和金屬絲網邊緣與壓緊螺母一起緊緊地固定在內 擋板外緣上，絲網壓緊環將金屬絲網邊緣壓緊，金屬絲網巻三至四層呈圓筒狀，由絲網支撐 柱提供軸向和徑向的支撐，在另一端絲網支撐柱與壓緊螺釘通過螺紋連接在一起，壓緊螺釘 穿過絲網壓緊環和金屬絲網邊緣旋入絲網支撐柱一端的內螺紋孔中。外部圓柱型密封罩與前 端外擋板和後擋板通過各自法蘭邊上的緊固螺栓、緊固螺母連接，法蘭之間加以橡膠墊圈以 保證氣密性。在引射罩內部採用多層金屬絲網作為多孔壁以降低人工引入的氣體對等離子體 射流流場的影響，模擬真實環境下大氣中靜止的空氣，這樣當多孔壁外引入的氣體與外界大 氣的壓力相等時，就可以測量出等離子體射流對周圍環境氣體的引射量。
所述的前端外擋板和內擋板的射流入口開孔即中心通孔大小由所採用等離子體發生器的 出口配合端面的直徑決定，所述的引射氣入口導管外徑為6mm，內徑為4mm，所述的前端 外擋板和內擋板內表面平行距離為'7mm,所述的金屬絲網最外層與引射罩內表面距離為 5mm，所述的弓l射罩和金屬絲網圍成的圓筒在軸向上可採用不同的長度，所述的後擋板射流 開口直徑為70mm,所述的絲網支撐柱採用標準件螺柱。
本發明的優點在於
1) 本發明的引射罩可使用不同長度的金屬圓筒，同時與相應軸向長度的金屬絲網圓筒搭 配使用，可用來測量距離等離子體發生器出口不同長度上等離子體射流對環境空氣的弓l射量； 後擋板射流出口直徑的確定是通過若千引射實驗後確定的對射流射出影響最小的最終尺寸。
2) 本發明採用內擋板對人工引入的引射氣體構成阻擋使氣流轉向從而將其速度急劇降 低，並進一步採用多層金屬絲網圍成圓筒構成多孔壁結構將引射氣流速度降低至接近於零， 以模擬真實引射環境下靜止的空氣。為保持金屬絲網圓筒在軸向和徑向上的形狀規則，採用 螺柱作為撐杆以及壓緊環的配合，使金屬絲網做到規則的張緊；另夕卜，這樣的結構設計也保 證了金屬絲網邊緣不會有較大的縫隙，保證了引射氣都通過多層絲網減速後被射流引射走，而不是走縫隙捷徑未被減速就進入射流區。


圖l等離子體射流引射保護罩的組裝結構圖;
圖2是前端外擋板結構剖面示意圖3是內擋板結構剖面示意圖4是引射氣入口導管剖面示意圖4a是引射氣入口導管俯視圖。
圖中
1、前端外擋板2、內擋板3、後擋板 4、密封罩 5、絲網支撐柱
6、絲網壓緊環7、金屬絲網8、引射氣入口導管9、絕緣塑料環
10、壓緊螺母11、緊固螺母12、壓緊螺釘 13、橡膠墊圈
14、緊固螺栓
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明的等離子體射流引射保護罩進行詳細說明。 如圖1所示為測量等離子體射流引射氣體流量參數用的射流引射保護罩，所述的射流引 射保護罩主要包括前端外擋板1、內擋板2、後擋板3、密封罩4、絲網支撐柱5、絲網壓緊 環6、金屬絲網7和引射氣入口導管8，所述的密封罩4為圓柱形帶有法蘭盤結構，所述絲 網壓緊環6將金屬絲網7兩邊緣緊貼密封罩4內壁壓緊，所述的前端外擋板1固定在密封罩 4上的法蘭盤上，同時前端外擋板1通過外螺紋與內擋板2內螺紋孔203連接在一起，所述 的引射氣入口導管8螺紋連接在前端內擋板1上並與密封罩4內腔相通。所述的絲網支撐柱 5前端穿過絲網壓緊環6和金屬絲網7邊緣，與壓緊螺母10 —起緊緊地固定在內擋板2外 緣上；絲網支撐柱5後端穿過絲網壓緊環6和金屬絲網7邊緣，與壓緊螺母10—起固定在 後擋板3外緣。
所述的前端外擋板1為圓盤形結構，如圖2所示，圓盤中間位置的兩側設有圓柱形凸臺 102，凸臺102具有中心通孔101,所述凸臺102—側為外螺紋，另一側為光滑圃柱，前 端外擋板1圓盤邊緣周向均布有8個6mm直徑通孔103,邊緣與中心通孔101之間周向 均布著四個內螺紋進氣孔104，用於與引射氣入口導管8連接。
所述的內擋板2也是圓盤形結構，圓盤中心為中心通孔202,圓盤上均布有8個3mm 直徑的通孔204，如圖3，內擋板2 —惻有凸臺201，凸臺201中心為內螺紋孔203,內 螺紋孔203與前端外擋板1上凸臺102外螺紋相配合實現連接。所述的內螺紋孔203與內 擋板2圓盤形結構的中心通孔202相通，當前端外擋板1與內擋板2通過凸臺102的外螺 紋與凸臺201內螺紋孔203緊密連接在一起後，兩者中心通孔101與中心通孔202成為一個整體等直徑通孔,此通孔與等離子體發生器出口配合端面之間有絕緣塑料環9作電氣隔離。 如圖4，引射氣入口導管8—端801為外螺紋，軸肩803處切削出兩個平行平面805 以便於使用扳手夾持，如圖4a所示。引射氣入口導管8另一端802車削出三圈楔形槽804 使得套上氣管時起到密封防脫落的作用，引射氣入口導管4用螺紋連接在前端外擋板1的四 個內螺紋進氣孔104上，引射氣由此進入後被內擋板2阻擋轉為徑向流動。
所述的後擋板3為圓盤形結構，如圖1，後擋板3中心開有中心通孔301作為射流出口 ， 中心通孔301與圓盤邊緣之間周向均布有8個3mm直徑的通孔302，與內擋板2上的八 個通孔201相對應；八個周向均布的絲網支撐柱5兩端穿過這些通孔201和通孔301以及 絲網壓緊環6和金屬絲網7的邊緣與壓緊螺母10 —起緊緊地固定在內擋板2和後擋板3外 邊緣上，金屬絲網7巻三至四層呈圓筒狀，由絲網支撐柱5提供軸向和徑向的支撐；圓柱型 密封罩4為圓筒形帶法蘭結構，法蘭邊上開有8個6mm直徑通孔，緊固螺栓14穿過圓柱 型密封罩4法蘭邊上的通孔、橡膠墊圈13和前端外擋板1邊緣通孔103與緊固螺母11 一 起將三者緊密連接在一起，緊固螺栓14穿過圓柱型密封罩4法蘭邊上的通孔、橡膠墊圈13 和後擋板3邊緣上通孔302與緊固螺母11 一起將三者緊密連接在一起。
前端外擋板l、內擋板2、密封罩4、引射氣入口導管8、絲網壓緊環6、後擋板3均採 用低碳鋼經過機械加工製成。絲網支撐柱5採用標準件M3螺柱，金屬絲網7採用網眼為 lmm的不鏽鋼絲網，壓緊螺母IO、壓緊螺釘12、緊固螺栓14、緊固螺母ll均採用標準 件。
權利要求
1、用於測量等離子體射流對空氣引射量的引射保護罩，其特徵在於主要包括前端外擋板、內擋板、後擋板、密封罩、絲網支撐柱、絲網壓緊環、金屬絲網和引射氣入口導管，所述的密封罩為圓柱形帶有法蘭盤結構，所述絲網壓緊環將金屬絲網兩邊緣緊貼密封罩內壁壓緊，所述的前端外擋板固定在密封罩上的法蘭盤上，同時前端外擋板通過外螺紋與內擋板內螺紋孔連接在一起，所述的引射氣入口導管螺紋連接在前端內擋板上並與密封罩內腔相通；所述的絲網支撐柱前端穿過絲網壓緊環和金屬絲網邊緣，與壓緊螺母一起緊緊地固定在內擋板外緣上；絲網支撐柱後端穿過絲網壓緊環和金屬絲網邊緣，與壓緊螺母一起固定在後擋板外緣。
2、 根據權利要求1所述的用於測量等離子體射流對空氣引射量的弓l射保護罩，其特徵在於:所述的所述的前端外擋板為圓盤形結構，圓盤中間位置的兩側設有圓柱形凸臺，凸臺具有 中心通孔，所述凸臺一側為外螺紋，另一側為光滑圓柱，前端外擋板圓盤邊緣周向均布有 通孔，邊緣與中心通孔之間周向均布內螺紋進氣孔，用於與弓謝氣入口導管連接。
3、 根據權利要求1所述的用於測量等離子體射流對空氣引射量的弓l射保護罩，其特徵在於所述的內擋板是圓盤形結構，圓盤中心為中心通孔，圓盤上均布有通孔，內擋板一側有凸 臺，凸臺中心為內螺紋孔，所述的內螺紋孔與內擋板圓盤形結構的中心通孔相通，當前端 外擋板與內擋板通過凸臺的外螺紋與凸臺內螺紋孔緊密連接在一起後，兩者中心通孔成為 一個整體等直徑通孔，此通孔與等離子體發生器出口配合端面之間有絕緣塑料環作電氣隔 離。
4、 根據權利要求l所述的用於測量等離子體射流對空氣引射量的引射保護罩，其特徵在於 引射氣入口導管一端為外螺紋，軸肩處切削出兩個平行平面以便於使用扳手夾持，引射氣 入口導管另一端車削出楔形槽使得套上氣管時起到密封防脫落的作用，引射氣入口導管用 螺紋連接在前端外擋板的四個內螺紋進氣孔上，引射氣由此進入後被內擋板阻擋轉為徑向 流動。
全文摘要
本發明公開了一種用於測量等離子體射流對空氣引射量的引射保護罩，包括前端外擋板、內擋板、後擋板、密封罩、絲網支撐柱、絲網壓緊環、金屬絲網和引射氣入口導管，所述的前端外擋板固定在密封罩上的法蘭盤上，同時前端外擋板通過外螺紋與內擋板內螺紋孔連接在一起，所述的引射氣入口導管螺紋連接在前端內擋板上並與密封罩內腔相通；所述的絲網支撐柱前端穿過絲網壓緊環和金屬絲網邊緣，與壓緊螺母一起緊緊地固定在內擋板外緣上；絲網支撐柱後端穿過絲網壓緊環和金屬絲網邊緣，與壓緊螺母一起固定在後擋板外緣。該引射保護罩模擬真實引射環境下靜止的空氣，保證了引射氣都通過多層絲網減速後被射流引射走，而不是走縫隙捷徑未被減速就進入射流區。
文檔編號G01F15/00GK101539448SQ200910082580
公開日2009年9月23日 申請日期2009年4月27日 優先權日2009年4月27日
發明者張亞民, 湯海濱, 王海興, 賈少霞, 魏福智 申請人:北京航空航天大學