DE19732815A1 - Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner zum Verspritzen von draht-, stab- und/oder pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Bekannt sind Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner zum Verspritzen von draht-, stab- und/oder pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen aus der DE 44 43 811.7. Diese Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner können wahlweise mit gasförmigen und flüssigen Brennstoffen betrieben werden, die in einer Brennkammer mit einer nachgeschalteten Expansionsdüse einen Hypersonicflammstrahl erzeugen. Über Düsen werden Spritzzusatzwerkstoffe in diesen Hypersonicflammstrahl eingebracht. Diese Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner arbeiten ausgezeichnet, sofern nur gasförmige Brennstoffe eingesetzt werden. Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist es aber, daß es beim Betrieb des Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner mit Sauerstoff und flüssigen Brennstoffen zu unvollständigen Verbrennungen des flüssigen Brennstoffs kommt und dieses wiederum zu Ölkohleablagerungen in der Brennkammer und teilweise an der Brennkammerwandung führt. Diese Ölkohleablagerungen lösen sich während des Betriebs des Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenners von Zeit zu Zeit und werden mit dem schmelzplastischen Spritzzusatzwerkstoff im Hypersonicflammstrahl durch die Expansionsdüse auf die zu beschichtende Oberfläche geschleudert und dort eingelagert.

Aufgabe der Erfindung ist es, Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner zu schaffen, mit denen auch flüssiger Brennstoff vollständig verbrannt wird, so daß es zu keinen Ölkohleablagerungen in der Brennkammer und teilweise an der Brennkammerwandung kommt, die während des Betriebs des Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenners mit dem schmelzplastischen Spritzzusatzwerkstoff im Hypersonicflammstrahl durch die Expansionsdüse auf die zu beschichtende Oberfläche geschleudert und dort eingelagert werden.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einem Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner mit den Merkinalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Gemäß der Erfindung ist ein Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner zum Verspritzen von draht-, stab- und/oder pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen mit einem Geräteanschlußflansch zum Einleiten von Betriebsmedien aus gasförmigen und flüssigen Brennstoffen, einem Mischblockträger, einem Injektormischblock, einer Brennkammer mit anschließender Expansionsdüse, einem Kühlkreislaufsystem, und einer Vorrichtung zur Zufuhr der Spritzzusatzwerkstoffe ausgestattet. Die gasförmigen Betriebsmedien sind Sauerstoff in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung. Erfindungsgemäß ist mindestens eine Mischkammer zwischen dem Injektormischblock und der Brennkammer und mindestens eine Nachmischbohrung zwischen Misch- und Brennkammer vorgesehen. Beiin o.g. Stand der Technik hat sich gezeigt, daß auf Grund der extrem hohen Strömungsgeschwindigkeiten einzelner Sauerstoffströme beim Durchströmen der mit flüssigen Betriebsmedien, wie z. B. Kerosin, gefüllten Injektorspalten und beim Einmünden in nachgeordnete Nachmischbohrungen oder in die Brennkammer es zu einer unzureichenden Vermischung und Feinzerstäubung des flüssigen Brennstoffs mit dein Sauerstoff kommt. Folglich durchströmen die hochbeschleunigten Sauerstoffströme die Brennkammer strahlartig und treten als nahezu reine Sauerstoffströme aus der der Brennkammer nachgeschalteten Expansionsdüse aus, so daß das Mischungsverhältnis in der Brennkammer durch Sauerstoffmangel geprägt ist, wodurch unvollständige Verbrennung und Ölkohleablagerungen entstehen, obwohl die Zufuhr der flüssigen und der gasförmigen Betriebsmedien so ausgelegt ist, daß es eigentlich zu einer stöchiometrischen und damit vollständigen Verbrennung in der Brennkammer kommen müßte. Dieses Phänomen läßt sich dadurch erklären, daß die einzelnen Sauerstoffströme beim Durchströmen der bei dem genannten Stand der Technik sich in axialer Richtung ca. 0.5 mm erstreckenden Injektorspalte, der nachgeordneten Mischdüsenbohrungen und der Brennkammer auf Grund ihrer extrem hohen Strömungsgeschwindigkeit sich wie Festkörper verhalten und sich nur ungenügend mit Kerosin mischen und somit für die Verbrennung teilweise ungenutzt durch die Expansionsdüse abströmen. Im Gegensatz zu diesem Stand der Technik und dessen nachteiligen Wirkungen schlägt die Erfindung anstelle der Injektorspalte mindestens eine Mischkammer vor, mit der für herkömmliche Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner eine optimale Mischung und Zerstäubung flüssiger und gasförmiger Betriebsmedien erfolgt, so daß sauber, vollständig und rückstandsfrei in der Brennkammer des Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner verbrannt wird. Durch die vollständige, rückstandsfreie Verbrennung in der Brennkammer gemäß der Erfindung entstehen keine Ölkohleablagerungen, die mit dem schmelzplastischen Spritzzusatzwerkstoff im Hypersonicflammstrahl durch die Expansionsdüse auf die zu beschichtende Oberfläche geschleudert und dort eingelagert werden könnten, so daß eine beschichtete Oberfläche hervorragender Qualität entsteht.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner mit einer rotationssymmetrischen Mischkammer ausgebildet, die koaxial zur Brennkammer angeordnet ist.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung unterteilt ein Einsatz die Mischkammer des Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenners in eine stromaufwärts und in eine stromabwärts gelegene Kammer und mehrere axial-radial gerichtete Mischdüsen verbinden die Kammern.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind radial verteilte Mischkammern über jeweils mindestens zwei Nachmischbohrungen mit der Brennkammer des Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenners verbunden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind radial verteilte Mischkammern als Sacklochbohrungen, bzw. Ringnuten ausgebildet und über jeweils eine Nachmischbohrung mit der Brennkammer des Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenners verbunden.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Brennkammer mit anschließender Expansionsdüse, das Kühlkreislaufsystem, und die Vorrichtung zur Zufuhr der Spritzzusatzwerkstoffe mit Steck- und Schraubverbindungen leicht montierbar.

Die Offenbarung der DE 44 43 811 wird vollinhaltlich in die vorliegende Beschreibung übernommen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner gemäß der Erfindung, und

Fig. 2 einen Längsschnitt durch Mischblockträger und Mischkammer des Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenners gemäß der Erfindung.

Fig. 1 ein Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner 50 weist eine Außenschraubhülse 1, eine Steckhülse 6 und ein Gerätegehäuse 16 auf. Im Gerätegehäuse 16 sind ein Zündgasanschlußstutzen 28, ein Oxidationsgasanschlußstutzen 26 ein Brennstoffanschlußstutzen 27 und Kühlwasseranschlüsse 33, 34 an einem Geräteanschlußflansch 25 vorgesehen. Geräteanschlußflansch 25 ist mit Gerätegehäuse 16 verschraubt.

Im Gerätegehäuse 16 ist ein Mischblock 17 für die Mischung der Betriebsmedien, nämlich von flüssigen Brennstoffen mit mindestens einem Oxidationsgas, vorzugsweise Sauerstoff, enthalten. Eine Überwurfmutter 18 liegt axial an einem radial außen gelegenen Anschlag des Mischblocks 17 an und hält den Mischblock 17 gegen einen Mischblockträger 20, der koaxial im Geräteanschlußflansch 25 und im Gerätegehäuse 16 angeordnet ist. Zwischen Geräteanschlußflansch 25 und Gerätegehäuse 16 ist eine Verteilerplatte 22 für die Betriebskomponenten vorgesehen.

Von Zündgasanschlußstutzen 28 führt koaxial durch den Mischblockträger 20 ein Verschleißschutzinsert 35 mit einer Zentralbohrung für das Zündgas. In einem Injektorinischblock 62 ist eine Verlängerung 51 des Verschleißschutzinserts 35 enthalten. Auf Verlängerung 51 ist ein Einsatz 52 aufgesteckt, der stromabwärts des Mischblocks 17 koaxial zu Mischblock 17 angeordnet ist und eine Mischkammer 53 in eine stromaufwärts und eine stromabwärts gelegene Kammer 56, 57 unterteilt. Mit Sauerstoffkanälen 58, 59 fluchtende achsial­ radial gerichtete Mischdüsen 54, 55 verbinden die Kammern 56, 57. Einsatz 52 kann mittels einem Zylinderstift 67 relativ zu Injektormischblock 62 justiert werden.

Zwischen Mischblock 17 und Injektorinischblock 62 ist ein Ringkanal 60 für flüssige Brennstoffe, insbesondere Kerosin, angeordnet, der in die Kammer 56 mündet. Einsatz 52 ist so ausgebildet, daß die sich im wesentlichen in radialer Richtung zwischen Injektormischblock 62 und entlang Einsatz 52 erstreckende Kammer 56 in axialer Richtung eine Erstreckung von 2 mm bis 7 mm aufweist. Einsatz 52 und Verlängerung 51 des Verschleißschutzinserts 35 bilden eine ebene Fläche 61, die sich in radialer Richtung nach außen bis zum Mischblock 17 erstreckt. Kammer 57 ist rotationssymmetrisch, schließt schalenförmig an die Fläche 61 an und weist stromabwärts eine zum Mischblock 17 koaxiale Nachmischbohrung 64 auf. Das Volumen der Kammer 57 ist um ein vielfaches größer als das Volumen der Kammer 56.

Austrittsbohrung 64 mündet koaxial in eine Brennkammer 36, an die wiederum koaxial ein Expansionsdüsenrohr 5 anschließt. Koaxial zu Expansionsdüsenrohr 5 ummantelt in der Außenschraubhülse 1 eine Zwischensteckhülse 3 als Abgrenzung zwischen Kühlwasservor- und -rücklauf das Expansionsdüsenrohr 5. Außenschraubhülse 1 ist mit einer Außenschraubsteckhülse 6 verschraubt.

Eine Preßmutter 11 ist auf ein Gewinde in dem Gerätegehäuse 16 geschraubt und hält die Außenschraubsteckhülse 6 im Gerätegehäuse 16. Außenschraubsteckhülse 6 liegt an einer Flanschmutter 13 für die Befestigung der Brennkammer 36 an. Flanschmutter 13 ist in Gerätegehäuse 16 verschraubt.

In die Außenschraubsteckhülse 6 sind Düsen 65, 66 eingeschraubt, die mit ihren Düsenköpfen in das Innere des Expansionsdüsenrohrs 5 münden. Durch die Düsen 65, 66 werden die Spritzzusatzwerkstoffe in den Hypersonicflammstrahl in der Expansionsdüse eingedüst. Die zur Montage der Düsen 65, 66 erforderliche Justierung zwischen Außenschraubsteckhülse 6 und Expansionsdüsenrohr 5 erfolgt mittels Zylinderstiften 38.

Fig. 2 entsprechende Merkmale sind mit den Bezugszeichen aus Fig. 1 versehen.

Im Injektormischblock 62 ist die Verlängerung 51 des Verschleißschutzinserts 35 enthalten. Auf Verlängerung 51 ist der Einsatz 52 aufgesteckt, der stromabwärts des Mischblocks 17 koaxial zu Mischblock 17 angeordnet ist und eine Mischkammer 53 in eine stromaufwärts und eine stromabwärts gelegene Kammer 56, 57 unterteilt. Einsatz 52 umgreift mit einem hohlzylindrischen Vorsatz 90 die Verlängerung 51 und ist mit diesem hohlzylindrischen Vorsatz 90 im Injektormischblock 62 gelagert. Zwischen hohlzylindrischen Vorsatz 90 und Verlängerung 51 ist ein Dichtring 91 angeordnet. Mit den Sauerstoffkanälen 58, 59 fluchtende axial-radial gerichtete Mischdüsen 54, 55 verbinden die Kammern 56, 57.

Zwischen Mischblock 17 und Injektormischblock 62 ist der Ringkanal 60 für flüssige Brennstoffe, insbesondere Kerosin, angeordnet, der in die Kammer 56 mündet. Einsatz 52 ist so ausgebildet, daß die sich im wesentlichen in radialer Richtung zwischen Injektormischblock 62 und dem hohlzylindrischen Vorsatz 90 des Einsatzes 52 erstreckende Kammer 56 in axialer Richtung eine Erstreckung von 2 mm bis 7 mm aufweist. Der Einsatz 52 und eine Stirnfläche der Verlängerung 51 des Verschleißschutzinserts 35 bilden die ebene Fläche 61, die sich in radialer Richtung nach außen bis zum Mischblock 17 erstreckt. Kammer 57 ist rotationssymmetrisch, schließt mit einem Rand 92 schalenförmig an die Fläche 61 an und weist stromabwärts eine zum Mischblock 17 koaxiale, im wesentlichen zylindrische Austrittsbohrung 64 auf. Das Volumen der Kammer 57 ist um ein vielfaches größer als das Volumen der Kammer 56.

Gemäß bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung können an den Einsatz 52 stromabwärts gerichtete, dezentral verteilte Kammern 57 anschließen, die an die mit den Sauerstoffkanälen 58, 59 fluchtenden, axial-radial gerichteten Mischdüsen 54, 55 anschließen. Die Kammern 57 sind wie Sacklochbohrungen und/oder Radialringmischnuten (nicht dargestellt) ausgebildet, an deren bohrungsseitige Enden jeweils eine axial-radial gerichtete Nachmischbohrung 64 anschließt. Verlängerung 51 des Verschleißschutzinserts 35 im Injektormischblock 62 bildet einen Vorsprung 74 gegenüber der stromabwärts gerichteten Stirnseite des Einsatzes 52, wobei die axiale Erstreckung des Vorsprungs 74 ungefähr der Tiefe der Sacklochbohrungen 70, 71 entspricht. Koaxial zur Zentralbohrung für das Zündgas in Verlängerung 51 ist in Mischblock 17 eine separate Austrittsbohrung 64 für Zündgas vorgesehen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungen der Erfindung können an den Einsatz 52 stromabwärts gerichtete, sphärisch ausgebildete Kammern 57 anschließen, die an die mit den Sauerstoffkanälen 58, 59 fluchtenden axial-radial gerichteten Mischdüsen 54, 55 in Einsatz 52 anschließen. An die Enden der Kammern 57 schließen jeweils mindestens zwei Nachmischbohrung 64 an. Verlängerung 51 des Verschleißschutzinserts 35 im Injektormischblock 62 bildet mit der stromabwärts gerichteten Stirnseite des Einsatzes 52 eine ebene Fläche.

Claims (6)

1. Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner (50) zum Verspritzen von draht-, stab- und/oder pulverförmigen Spritzzusatzwerkstoffen mit
einem Geräteanschlußflansch (25) zum Einleiten von Betriebsmedien aus gasförmigen und flüssigen Brennstoffen,
einem Mischblockträger (20),
einem Injektormischblock (62),
einer Brennkammer (36) mit anschließender Expansionsdüse (5),
einem Kühlkreislaufsystem, und
Vorrichtungen (65, 66) zur Zufuhr der Spritzzusatzwerkstoffe, dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens eine Mischkammer (53) zwischen dem Injektormischblock (62) und der Brennkammer (36) und mindestens eine Nachmischbohrung (64) zwischen Misch- und Brennkammer (53, 36) vorgesehen ist.

2. Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner (50) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (53) rotationssymmetrisch ausgebildet und koaxial zur Brennkammer (36) angeordnet ist.

3. Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner (50) gemäß Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mischkammer (53) von einem Einsatz (52) in eine stromaufwärts und eine stromabwärts gelegene Kammer (56, 57) unterteilt ist und mehrere axial-radial gerichtete Mischdüsen (54, 55) die Kammern (56, 57) verbinden.

4. Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner (50) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß radial verteilte Kammern (57) über mindestens zwei Nachmischbohrungen (64) mit der Brennkammer (36) verbunden sind.

5. Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner (50) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß radial verteilte Kammern (57) als Sacklochbohrungen und/oder als Radialringmischnuten ausgebildet und über jeweils eine Nachmischbohrung (64) mit der Brennkammer (36) verbunden sind.

6. Hochgeschwindigkeitsflammspritzbrenner (50) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkammer (36) mit anschließender Expansionsdüse (5), das Kühlkreislaufsystem, und die Vorrichtungen (65, 66) zur Zufuhr der Spritzzusatzwerkstoffe mit Steck- und Schraubverbindungen montiert sind.