EP0402471A1 - Barrel of an installation for gas-detonation application of coatings - Google Patents

Barrel of an installation for gas-detonation application of coatings Download PDF

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EP0402471A1
EP0402471A1 EP89903945A EP89903945A EP0402471A1 EP 0402471 A1 EP0402471 A1 EP 0402471A1 EP 89903945 A EP89903945 A EP 89903945A EP 89903945 A EP89903945 A EP 89903945A EP 0402471 A1 EP0402471 A1 EP 0402471A1
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EP
European Patent Office
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explosion
accelerator
pipe
explosive
tube
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP89903945A
Other languages
German (de)
French (fr)
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EP0402471A4 (en
Inventor
Vladimir Jurievich Ulyanitsky
Anatoly Alexandrovich Vasiliev
Tamara Petrovna Gavrilenko
Adolf Nikitich Krasnov
Jury Arkadievich Nikolaev
Nikolai Ivanovich Podenkov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut Gidrodinamiki Sibirskogo
Original Assignee
Institut Gidrodinamiki Sibirskogo
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Publication date
Application filed by Institut Gidrodinamiki Sibirskogo filed Critical Institut Gidrodinamiki Sibirskogo
Publication of EP0402471A1 publication Critical patent/EP0402471A1/en
Publication of EP0402471A4 publication Critical patent/EP0402471A4/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B7/00—Spraying apparatus for discharge of liquids or other fluent materials from two or more sources, e.g. of liquid and air, of powder and gas
    • B05B7/0006—Spraying by means of explosions

Definitions

  • the invention relates to the equipment for applying protective coatings to workpieces and relates to the pipe of a system for the explosive vapor deposition of coatings.
  • the most effective is the application of the present invention in mechanical engineering, where the application of hard cemented carbide-based coatings based on tungsten, chrome and titanium carbide to workpieces that are subject to intensive abrasion wear, the operating time of the machines and mechanisms around the ... increased many times.
  • Another field of application of the present invention is the corrosion protection of the surface of workpieces and machines which are exposed to aggressive media (acids, alkalis, sea water) or are used when closing high-voltage circuits.
  • Explosive vapor deposition systems are currently used to apply coatings, in which acetylene is used as the combustion component of the explosive mixture because acetylene-oxygen mixtures are extremely explosive, in other words because the transition from burning to explosion of all explosive gas mixtures is shortest.
  • acetylene as a fuel component in explosive gas mixtures is extremely dangerous when carrying out work, since explosions of acetylene-oxygen mixtures propagate through slits of less than 0.1 mm and, moreover, acetylene can explode even if the mixture does not Contains oxygen.
  • An explosive vapor deposition system is known (US, A, 2869924), in which a safety pipe coil is installed between the pipe and the gas feed system in order to eliminate setbacks, which is filled with an inert gas (nitrogen) and an obstacle before the explosive mixture is ignited on the way the explosion spreads.
  • setbacks which is filled with an inert gas (nitrogen) and an obstacle before the explosive mixture is ignited on the way the explosion spreads.
  • inert gas nitrogen
  • Other different types of kickback prevention devices are also used.
  • the invention described here comes closest to the pipe of a system for the explosive vapor deposition of coatings (AI Zverev et al. "Explosive vapor deposition of coatings", 1979, Verlag Sudostrojenie, Leningrad, p. 172), which is a device for igniting of the mixture and contains an explosion chamber, the cross section of which has uniformly distributed, continuous bores on the outer edge.
  • the mixture After filling the tube with an explosive mixture and hermetically sealing the gas lines, the mixture is ignited at the closed end of the tube.
  • the flame travels through the holes into the explosion chamber and then into the tube.
  • Such a device serves to shorten the length of the portion of the transition from burning to explosion by more uniformly igniting the mixture as a result of the reshaping of the original ignition nest into a series of ignition nests formed on the lands between the bores.
  • These ridges like the Scholkin spiral, are obstacles to the flame's propagation and, through additional swirling of the current, shorten the length of the portion of the transition from burning to explosion.
  • the process of creating an explosion with the help of the S.cholkin spiral is similar to the process of spreading a stationary explosion in a gas mixture, the typical feature of which is the presence of individual focal points of the gas in the explosion front. These foci cause local pressure increases - pressure waves that move along the front of the explosion wave across the direction of propagation in the pipe. These cross waves hit each other and on the walls of the tube and cause an additional increase in pressure and temperature in the area of the collision, which ensures the steady propagation of the explosion along the tube.
  • a typical network of traces is found on it, the size of the mesh of this network being determined by the composition of the explosive gas mixture and the size of the initial pressure of the mixture in the pipe.
  • the size of a mesh in the front of a stationary explosion is the most important parameter of the process and is determined experimentally.
  • the present invention has for its object to provide such a pipe of a plant for explosive vaporization, in which the accelerator of the transition from burning to explosion has such a construction that enables the length of the section of the transition from burning to explosion can be shortened without increasing the external dimensions of the pipe while maintaining the system's performance.
  • the object is achieved in that, in the tube of a plant for the explosive vapor deposition of coatings, which comprises a device for inithermically exploding the explosion, an accelerator for the transition from burning to an explosion and an explosion chamber, according to the invention the accelerator for the transition from Burning into an explosion is carried out in the form of a space lattice coaxial to the tube, the size of each of its meshes being substantially equal to the mesh size of the stationary explosion pressure wave in the explosive mixture of a certain composition, the number of meshes in the cross-section of the grille increasing towards the open end of the tube, thereby forming continuous channels for the passage of the gas from the device for initiating the explosion into the explosion chamber, the channels on the outer edge being below run at an acute angle to the axis of the tube.
  • the design of the accelerator according to the invention makes it possible to reduce the length of the transition from burning to an explosion without enlarging the external dimensions of the pipe while maintaining the capacity of the system, thereby eliminating any heavy, explosive gases (methane, butane, propane, etc.) as components of the explosive mixture can be used, which were not previously used for this purpose, because no explosion could be generated on the length of the pipe of the existing system.
  • explosive gases methane, butane, propane, etc.
  • the acute angle of inclination of the through channels of the grid of the accelerator to the axis of the tube is due to the fact that when the angle of inclination approaches a right angle, the cross section of the channel through which the flame spreads increases suddenly, which leads to a strong escape of the combustion products to the side and thus leads to a sharp drop in temperature and pressure in the flame front. Wear these reasons not to accelerate the burning, but they can also lead to the complete extinguishing of the burning process.
  • the space grille of the accelerator is formed by a set of perforated disks which are set up coaxially with the tube in such a way that the holes of each disk are partially covered by the webs of the disk which sends in the direction of the gas flow.
  • Such a design simplifies the manufacturing technology of the accelerator and ensures the transition from burning to explosion for mixtures based on methane, propane, butane and others. on a length that is equal to the caliber of the pipe.
  • the space grille of the accelerator is formed by a tubular element.
  • Such a construction simplifies the cooling of the accelerator by pumping a cooling liquid into the interior of the tubular element.
  • the cooling of the accelerator is an essential requirement for its use in systems for explosion vaporization.
  • the tube of the known system for the explosive vapor deposition of coatings contains a device 1 (FIGS. 1, 2) for initiating an explosion, which is connected to an explosion chamber 2 via an accelerator 3 of the transition from firing to one Explosion is connected.
  • the accelerator 3 is designed in the form of a space lattice, which is set up coaxially to the chamber 2.
  • the size of each mesh 4 of the grid is essentially the same as the mesh size of the stationary explosion pressure wave in the explosive mixture of the composition used.
  • the number of meshes 4 in the cross section of the grid increases in the direction of the open end of the tube, with continuous channels 5 for the passage of the gas from the device 1 for initiating the explosion into the explosion chamber 2.
  • the channels 5 of the grid located on the outer edge run at an acute angle to the axis of the tube (in a preferred embodiment of the invention, this angle is approximately 40 °).
  • the space lattice of the accelerator 3 is formed by a set of perforated disks 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 which are set up coaxially in the chamber 2, in each pair of adjacent disks, e.g. 14, 15, the holes 16 of the preceding disk 14 are partially covered by the webs 17 between the holes of the disk 15 following in the direction of the flow of the explosive gas mixture, whereby the stitches 4 are formed.
  • the distance between the axes of two adjacent holes 16 is not more than 1 to 2 diameters of a hole 16.
  • the number of holes 16 in the Discs 6,7,8,9,10,11,12,13,14,15 increases towards the open end of the tube.
  • the body of the disks 6,7,8,9,10,11,12,13,14,15 is provided with channels (not shown in the figures) for the supply of a refrigerant and for cooling the disks 6,7,8. 9,10, 11,12,13,14,15 provided during the operation of the system.
  • the pipe works as follows.
  • an explosive gas mixture is ignited, which is passed into the pipe from the mixer (not shown in the figures) of the system.
  • the flow of the unburned gases is swirled on the webs 17 in front of the flame front, as a result of which the flame is accelerated and a series of pressure waves arise in front of it.
  • Temperatures are reached at the webs 17 which are sufficient for the self-ignition of the mixture in front of the flame front already in the cross section of the arrangement of the disks 10 and 11, and a large number of additional ignition nests, which in turn generate new pressure waves, are created by the new ignition nests the webs 17 of the disk 12 arise, etc.
  • This intensifies the firing process many times and practically takes place in space, causing strong shock waves in the mesh 4 of the space lattice of the accelerator 3, the mixture already in the accelerator 3 or in the amount of the output from the Accelerator 3 same - can ignite constantly.
  • FIG. 3 an embodiment of the space grid of the accelerator 3 is shown in the form of a tubular element 18, which is laid so that the interior of the element 18 is used to hold a refrigerant and its outer surface creates the mesh 4, which the through channels 5th form for the passage of the gases into the pipe.
  • the described construction of the accelerator 3 of the transition from burning to explosion which is installed in the tube and has a length of less than one caliber, shortens the length of the section of the transition from burning into an explosion (taking into account the length of the accelerator itself) to a value equal to the caliber of the pipe.
  • the invention can be used in engine construction for applying coatings made of cemented carbide based on tungsten, chromium and titanium carbide to parts of machines and mechanisms which are subject to intensive abrasion and friction wear, as a result of which their operating time is ... times as long can be increased.
  • the invention can also be used to apply coatings that protect the surface of workpieces and machines that are exposed to aggressive media (acids, alkalis, sea water) from corrosion, or that are used when closing high-voltage circuits.

Abstract

Das Rohr einer Anlage enthält eine Einrichtung (1) zur Initiierung einer Explosion, die mit einer Explosionskammer (2) verbunden ist, in der ein Beschleuniger (3) des Obergangs vom Brennen in eine Explosion aufgestellt ist, der die Form eines Raumgitters hat, das koaxial in der Kammer (2) installiert ist. Die Größe jeder Masche (4) des Gitters gleicht im wesentlichen der Maschengröße einer stationären Explosionsdruckwelle in einem explosiven Gemisch mit bestimmter Zusammensetzung. Die Anzahl der Maschen (14) des Gitters im Querschnitt der Explosionskammer (2) nimmt in Richtung zum offenen Ende des Rohrs zu, wobei durchgehende Kanäle (5) für den Durchgang des Gases von der Einrichtung (1) zur Initiierung einer Explosion in die Explosionskammer (2) entstehen. Die am Außenrand liegenden Kanäle (5) des Gitters verlaufen unter einem spitzen Winkel (α) zur Achse des Rohrs.

Figure imgaf001
The pipe of a plant contains a device (1) for initiating an explosion, which is connected to an explosion chamber (2) in which an accelerator (3) of the transition from burning to an explosion is set up, which has the shape of a space lattice that installed coaxially in the chamber (2) is. The size of each mesh (4) of the grid is essentially the same as the mesh size of a stationary explosion pressure wave in an explosive mixture with a specific composition. The number of meshes (14) of the grid in the cross section of the explosion chamber (2) increases towards the open end of the tube, with continuous channels (5) for the passage of the gas from the device (1) for initiating an explosion into the explosion chamber (2) arise. The channels (5) of the grille lying on the outer edge run at an acute angle (α) to the axis of the tube.
Figure imgaf001

Description

Gebiet der TechnikTechnical field

Die Erfindung bezieht sich auf die Ausrüstung zum Auftragen von Schutzüberzügen auf Werkstücke und betrifft das Rohr einer Anlage zum Explosivaufdampfen von Überzügen.The invention relates to the equipment for applying protective coatings to workpieces and relates to the pipe of a system for the explosive vapor deposition of coatings.

Am effektivsten ist die Anwendung der vorliegenden Erfindung im Maschinenbau, wo daa Auftragen von Überzügen aus Sinterhartmetallen auf der Grundlage von Wolfram-, Chrom- und Titankarbid auf Werkstücke, die einem intensiven Abriebverschleiβ unterliegen,, die Betriebszeit der Maschinen und Mechanismen um das ...zigfache erhöht.The most effective is the application of the present invention in mechanical engineering, where the application of hard cemented carbide-based coatings based on tungsten, chrome and titanium carbide to workpieces that are subject to intensive abrasion wear, the operating time of the machines and mechanisms around the ... increased many times.

Ein weiteres Anwendungsgebiet der vorliegenden Erfindung ist der Korrosionsschutz der Oberfläche von Werkstücken und Maschinen, die aggressiven Medien ausgesetzt sind (Säuren, Laugen, Meerwasser) oder beim Schließen von Starkstromkreisen verwendet werden.Another field of application of the present invention is the corrosion protection of the surface of workpieces and machines which are exposed to aggressive media (acids, alkalis, sea water) or are used when closing high-voltage circuits.

Zugrundeliegender Stand der TechnikUnderlying state of the art

Zum Auftragen von Überzügen werden gegenwärtig Anlagen zum Explosivaufdampfen verwendet, in denen als Brennkomponente des explosiven Gemisches Azetylen verwendet wird, weil Azetylen-Sauerstoff-Gemische überaus explosiv sind, mit anderen Worten, weil bei ihnen von allen explosiven Gasgemischen der Übergang vom Brennen in eine Explosion am kürzesten ist. Diese Vorzüge der Azetylen-Sauerstoff-Gemische ermöglichen es, in Anlagen zum Explosivaufdampfen von Überzügen kurze Rohre zu verwenden, wodurch der Metallgehalt der Anlagen wesentlich verringert und eine hohe Leistung erzielt wird.Explosive vapor deposition systems are currently used to apply coatings, in which acetylene is used as the combustion component of the explosive mixture because acetylene-oxygen mixtures are extremely explosive, in other words because the transition from burning to explosion of all explosive gas mixtures is shortest. These advantages of the acetylene-oxygen mixtures make it possible to use short tubes in systems for the explosive vapor deposition of coatings, which significantly reduces the metal content of the systems and achieves high performance.

Die Verwendung von Azetylen als Brennkomponente in explosiven Gasgemischen ist jedoch überaus gefährlich bei der Durchführung von Arbeiten, da sich Explosionen von Azetylen-Sauerstoff-Gemischen durch Schlitze von weniger als 0,1 mm fortpflanzen und außerdem Azetylen sogar dann explodieren kann, wenn das Gemisch keinen Sauerstoff enthält.However, the use of acetylene as a fuel component in explosive gas mixtures is extremely dangerous when carrying out work, since explosions of acetylene-oxygen mixtures propagate through slits of less than 0.1 mm and, moreover, acetylene can explode even if the mixture does not Contains oxygen.

Diese Eigenschaften der Azetylen-Sauerstoff-Gemische erfordern zusätzliche Vorrichtungen in den Anlagen zum Explosivaufdampfen von Überzügen, die einen Durchbruch der Explosion aus dem Rohr der Anlage durch die-Gasleitungen in das Einspeisungssystem für Azetylenflaschenbatterien verhindern (Rückschlag).These properties of the acetylene-oxygen mixtures require additional devices in the systems for the explosive vapor deposition of coatings, which lead to a breakthrough Prevent explosion from the pipe of the system through the gas lines into the feed system for acetylene cylinder batteries (kickback).

Es ist eine Anlage zum Explosivaufdampfen bekannt (US, A, 2869924), in der zur Beseitigung von Rückscnlägen zwischen dem Rohr und dem Gaseinspeisungssystem eine Sicherheitsrohrschlange installiert ist, die vor dem Zünden des explosiven Gemisches mit einem Inertgas (Stickstoff) gefüllt wird und ein Hindernis auf dem Weg der Ausbreitung der Explosion darstellt. Es werden auch andere verschiedenartige Vorrichtungen zur Verhinderung von Rückschlägen verwendet.An explosive vapor deposition system is known (US, A, 2869924), in which a safety pipe coil is installed between the pipe and the gas feed system in order to eliminate setbacks, which is filled with an inert gas (nitrogen) and an obstacle before the explosive mixture is ignited on the way the explosion spreads. Other different types of kickback prevention devices are also used.

Diese Vorrichtungen garantieren jedoch keine absolute Betriebssicherheit der Anlagen zum Explosivaufdampfen, in denen Azetylen-Sauerstoff-Gemische verwendet werden. Einen gefahrlosen Betrieb der Anlagen zum Explosivaufdampfen kann man nur bei Verwendung schwerexplosiver Brennstoff-Sauerstoff--Gemische als explosives Gemisch gewährleisten, wenn als Brennstoff Methan, Propan, Butan u.a. verwendet wird. Bei Verwendung schwerexplosiver Gemische müssen die Anlagen zum Explosivaufdampfen mit längeren Rohren ausgarüstet sein im Vergleich zu Anlagen, die mit Azetylen-Sauerstoff-Gemischen betrieben werden, aufgrund der erheblichen Länge des Abschnitts des Übergangs vom Brennen in eine Explosion bei der Ausbildung der Explosionsdruckwelle im Rohr der Anlage, und folglich wird wesentlich mehr Gas verbraucht und eine geringere Leistung der Anlage infolge der geringeren Schußzahl pro Sekunde erzielt.However, these devices do not guarantee absolute operational safety of the plants for explosive vapor deposition, in which acetylene-oxygen mixtures are used. A safe operation of the plants for explosive vapor deposition can only be guaranteed if heavy explosive fuel-oxygen mixtures are used as an explosive mixture if methane, propane, butane etc. are used as fuel. is used. If heavy explosive mixtures are used, the plants for explosive vapor deposition must be equipped with longer pipes compared to plants which are operated with acetylene-oxygen mixtures, due to the considerable length of the section of the transition from burning to an explosion in the formation of the explosion pressure wave in the pipe System, and consequently much more gas is consumed and a lower performance of the system is achieved due to the lower number of shots per second.

Bei schwerexplosiven Gemischen ist der Übergang vom Brennen in eine Explosion um mehr als 100mal länger als bei, Azetylen-Sauerstoff-Gemischen.With heavily explosive mixtures, the transition from burning to an explosion is more than 100 times longer than with, acetylene-oxygen mixtures.

Um in Anlagen zum Explosivaufdampfen schwerexplosive Gemische ohne Vergrößerung ihrer äußeren Abmessungen bei gleicher Leistung und gleichem Verbrauch der Arbeitsgase zu verwenden, müssen im Rohr der Anlage spezielle Vorrichtungen installiert werden, die die Länge des Übergangs vom Brennen in eine Explosion verkürzen.In order to use heavy explosive mixtures in systems for explosive vapor deposition without increasing their external dimensions with the same output and the same consumption of working gases, special devices must be installed in the pipe of the system, which shorten the length of the transition from burning to an explosion.

.Es ist das Rohr einer Anlage zum Explosivaufdampfen bekannt, an dessen Wänden eine Spirale angebracht ist (K.I.Scholkin,Ya.L. Troshin "Gasdynamik des Brennens", 1963, Verlag der Akademie der Wissenschaften der UdSSR, Moskau, S. 206), die die Ausbreitung der Flamme durch deren zusätzliche Verwirbelung beschleunigt, wenn der Gasstrom auf Hindernisse auftrifft, in diesem Fall auf die Wicklungen der Spirale. Die Anwendung der Scholkin-Spirale beim Zünden schwerexplosiver Gemische bewirkt nur eine unerhebliche Verkürzung der Länge des Abschnitts des Übergangs vom Brennen in eine Explosion.It is the pipe of an explosive vapor deposition system known, on the walls of which a spiral is attached (KIScholkin, Ya.L. Troshin "Gasdynamik des Brennens", 1963, publisher of the Academy of Sciences of the USSR, Moscow, p. 206), which accelerates the spread of the flame by its additional swirling when the gas flow hits obstacles, in this case the windings of the spiral. The use of the Scholkin spiral when igniting heavily explosive mixtures causes only an insignificant shortening of the length of the section from the transition from burning to an explosion.

Nach dem technischen Grundgedanken und dem erzielten Ergebnis kommt der hier beschriebenen Erfindung das Rohr einer Anlage zum Explosivaufdampfen von Überzügen am nächsten (A.I. Zverev u.a. "Explosivaufdampfen von Überzügen", 1979, Verlag Sudostrojenie, Leningrad, S. 172), das eine Vorrichtung zum Zünden des Gemisches und eine Explosionskammer enthält, deren Querschnitt am Außenrand gleichmäßig verteilte, durchgehende Bohrungen hat.According to the basic technical idea and the result achieved, the invention described here comes closest to the pipe of a system for the explosive vapor deposition of coatings (AI Zverev et al. "Explosive vapor deposition of coatings", 1979, Verlag Sudostrojenie, Leningrad, p. 172), which is a device for igniting of the mixture and contains an explosion chamber, the cross section of which has uniformly distributed, continuous bores on the outer edge.

Nach dem Füllen des Rohrs mit einem explosiven Gemisch und dem hermetischen Verschließen der Gasleitungen wird das Gemisch am geschlossenen Ende des Rohrs gezündet. In der beschriebenen Vorrichtung geht die Flamme bei der Ausbreitung durch die Bohrungen in die Explosionskammer und dann in das Rohr. Solch eine Vorrichtung dient der Verkürzung der Länge des Abschnitts des Übergangs vom Brennen in eine Explosion durch ein gleichmäßigeres Zünden des Gemisches infolge des Umformens des ursprünglichen Zündnestes in eine Reihe Zündnester, die auf den Stegen zwischen den Bohrungen entstehen. Diese Stege stellen ebenso wie die Scholkin-Spirale Hindernisse auf dem Weg der Ausbreitung der Flamme dar und bewirken durch zusätzliche Verwirbelung des Stroms eine Verkürzung der Länge des Abschnitts des Übergangs vom Brennen in eine Explosion.After filling the tube with an explosive mixture and hermetically sealing the gas lines, the mixture is ignited at the closed end of the tube. In the device described, the flame travels through the holes into the explosion chamber and then into the tube. Such a device serves to shorten the length of the portion of the transition from burning to explosion by more uniformly igniting the mixture as a result of the reshaping of the original ignition nest into a series of ignition nests formed on the lands between the bores. These ridges, like the Scholkin spiral, are obstacles to the flame's propagation and, through additional swirling of the current, shorten the length of the portion of the transition from burning to explosion.

Die Anwendung dieser Konstruktion bei der Erzeugung einer Explosion in Gemischen mit erheblicher Länge des Abschnitts des Übergangs vom Brennen in eine Explosion führt jedoch ebenfalls nur zu einer unerheblichen Verkürzung dieser Länge.However, the use of this design to produce an explosion in mixtures with a considerable length of the section of the transition from the burning to an explosion likewise only leads to an insignificant shortening of this length.

Der Vorgang der Entstehung einer Explosion mit Hilfe der S.cholkin-Spirale hat Ähnlichkeit mit dem Vorgang der Ausbre itung einer stationären Explosion in einem Gasgemisch, dsren typische Besonderheit im Vorhandensein einzelner Brennherde des Gases in der Explosionsfront besteht. Diese Herde verursachen lokale Druckerhöhungen - Druckwellen, die sich entlang der Front der Explosionswelle quer zu deren Ausbreitungsrichtung im Rohr bewegen. Diese Querwellen treffen aufeinander und auf die Wände des Rohrs auf und verursachen eine zusätzliche Erhöhung des Drucks und der Temperatur im Raum des Zusammenstosses, wodurch die stationäre Ausbreitung der Explosion längs des Rohrs gewährleistet wird.The process of creating an explosion with the help of the S.cholkin spiral is similar to the process of spreading a stationary explosion in a gas mixture, the typical feature of which is the presence of individual focal points of the gas in the explosion front. These foci cause local pressure increases - pressure waves that move along the front of the explosion wave across the direction of propagation in the pipe. These cross waves hit each other and on the walls of the tube and cause an additional increase in pressure and temperature in the area of the collision, which ensures the steady propagation of the explosion along the tube.

Bei der Untersuchung einer stationären Explosion im Rohr mit einer Rückwand wird auf ihr ein typisches Netz von Spuren festgestellt, wobei die Größe der Maschen dieses Netzes von der Zusammensetzung des explosiven Gasgemisches und der Größe des Anfangsdrucks des Gemisches im Rohr bestimmt wird. Die Größe einer Masche in der Front einer stationären Explosion ist der wichtigste Kennwert des Vorgangs und wird experimentell bestimmt.When examining a stationary explosion in the pipe with a rear wall, a typical network of traces is found on it, the size of the mesh of this network being determined by the composition of the explosive gas mixture and the size of the initial pressure of the mixture in the pipe. The size of a mesh in the front of a stationary explosion is the most important parameter of the process and is determined experimentally.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, solch ein Rohr einer Anlage zum Explosivauf dampfen zu schaffen, in dem der Beschleuniger des Übergangs vom Brennen in eine Explosion solch eine Konstruktion hat, die es ermöglicht, die Länge des Abschnitts des Übergangs vom Brennen in eine Explosion ohne Vergrößerung der äußeren Abmessungen des Rohrs bei gleichbleibender Leistung der Anlage zu verkürzen.The present invention has for its object to provide such a pipe of a plant for explosive vaporization, in which the accelerator of the transition from burning to explosion has such a construction that enables the length of the section of the transition from burning to explosion can be shortened without increasing the external dimensions of the pipe while maintaining the system's performance.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Rohr einer Anlage zum Explosivaufdampfen von Überzügen, das nacheinander miteinander verbundene eine Einrichtung zur Initherung der Explosion, einen Beschleuniger des Übergangs vom Brennen in eine Explosion und eine Explosionskammer enthält, gemäß der Erfindung der Beschleuniger des Übergangs vom Brennen in eine Explosion in Form eines zum Rohr koaxial liegenden Raumgitters ausgeführt ist, von dem die Größe jeder seiner Maschen im wesentlichen gleich der Maschengröße der stationären Explosionsdruckwelle im explosiven Gemisch einer bestimmten Zusammensetzung ist, wobei die Anzahl der Maschen im Querschnitt des Gitters in Richtung zum offenen Ende des Rohrs zunimmt und dabei durchgehende Kanäle fürden Durchgang des Gases von der Einrichtung zur Initiierung der Explosion in die Explosionskammer gebildet werden, wobei die am Außenrand gelegenen Kanäle unter einem spitzen Winkel zur Achse des Rohrs verlaufen.The object is achieved in that, in the tube of a plant for the explosive vapor deposition of coatings, which comprises a device for inithermically exploding the explosion, an accelerator for the transition from burning to an explosion and an explosion chamber, according to the invention the accelerator for the transition from Burning into an explosion is carried out in the form of a space lattice coaxial to the tube, the size of each of its meshes being substantially equal to the mesh size of the stationary explosion pressure wave in the explosive mixture of a certain composition, the number of meshes in the cross-section of the grille increasing towards the open end of the tube, thereby forming continuous channels for the passage of the gas from the device for initiating the explosion into the explosion chamber, the channels on the outer edge being below run at an acute angle to the axis of the tube.

Die erfindungsgemäße Konstruktion des Beschleunigers ermöglicht es, die Länge des Übergangs vom Brennen in eine Explosion ohne Vergrößerung der äußeren Abmessungen des Rohrs bei gleichbleibender Kapazität der Anlage zu verringern, wodurch beliebige, schwerexplosive Gase (Methan, Butan, Propan u.a.) als Komponenten des explosiven Gemisches verwendet werden können, die vorher nicht zu diesem Zweck herangezogen wurden, weil auf der Länge des Rohrs der existierenden Anlage keine Explosion erzeugt werden konnte.The design of the accelerator according to the invention makes it possible to reduce the length of the transition from burning to an explosion without enlarging the external dimensions of the pipe while maintaining the capacity of the system, thereby eliminating any heavy, explosive gases (methane, butane, propane, etc.) as components of the explosive mixture can be used, which were not previously used for this purpose, because no explosion could be generated on the length of the pipe of the existing system.

Außerdem garantiert die Verwendung dieser Gasgemische einen gefahrlosen Betrieb der Anlagen bei unveränderter Leistung.In addition, the use of these gas mixtures guarantees safe operation of the systems with unchanged performance.

Die Festlegung einer gleichen Größe der Maschen sowohl im Raumgitter des Beschleunigers, als auch in der Front der stationären Explosion ist damit begründet, daß die in der Front der stationären Explosionsdruckwelle ablaufenden Prozesse ähnlich sind wie die Prozesse, die bei der Ausbreitung der Flamme in den Kanälen des Raumgitters des Beschleunigers ablaufen. Experimentell ist festgestellt worden, daß die Annäherung der Maschengröße des Raumgitters des Beschleunigers an die Maschengröße in der Explosionsfront die stärkste Verkürzung der Länge des Übergangs vom Brennen in eine Explosion hervorruft.The establishment of the same size of the meshes in the space grid of the accelerator as well as in the front of the stationary explosion is based on the fact that the processes taking place in the front of the stationary explosion pressure wave are similar to the processes that take place in the channels when the flame spreads of the space grid of the accelerator. It has been found experimentally that the approximation of the mesh size of the space grid of the accelerator to the mesh size in the explosion front causes the greatest reduction in the length of the transition from burning to explosion.

Der spitze Neigungswinkel der durchgehenden Kanäle des Gitters des Beschleunigers zur Achse des Rohrs ist dadurch begründet, daß bei Annäherung des Neigungswinkels an einen rechten Winkel es zu einer sprunghaften Erweiterung des Querschnitts des Kanals kommt, durch den sich die Flamme ausbreitet, was zu einem starken Entweichen der Brennprodukte zur Seite und damit zu einem starken Temperatur- und Druckabfall in der Flammenfront führt. Diese Gründe tragen nicht zur Beschleunigung des Brennens bei, sondern sie können auch zum vollständigen Verlöschen des Brennvorgangs führen.The acute angle of inclination of the through channels of the grid of the accelerator to the axis of the tube is due to the fact that when the angle of inclination approaches a right angle, the cross section of the channel through which the flame spreads increases suddenly, which leads to a strong escape of the combustion products to the side and thus leads to a sharp drop in temperature and pressure in the flame front. Wear these reasons not to accelerate the burning, but they can also lead to the complete extinguishing of the burning process.

In einer zu bevorzugenden Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung wird das Raumgitter des Beschleunigers von einem Satz gelochter Scheiben gebildet, die koaxial zum Rohr derart aufgestellt sind, daß die Löcher jeder Scheibe teilweise von den Stegen der in Richtung des Gasstroms fol - Senden Scheibe überdeckt werden.In a preferred embodiment variant of the present invention, the space grille of the accelerator is formed by a set of perforated disks which are set up coaxially with the tube in such a way that the holes of each disk are partially covered by the webs of the disk which sends in the direction of the gas flow.

Solch eine Ausführung vereinfacht die Herstellungstechnologie des Beschleunigers und gewährleistet den Übergang vom Brennen in eine Explosion für Gemische auf der Grundlage von Methan, Propan, Butan u.a. auf einer Länge , die dem Kaliber des Rohrs gleicht.Such a design simplifies the manufacturing technology of the accelerator and ensures the transition from burning to explosion for mixtures based on methane, propane, butane and others. on a length that is equal to the caliber of the pipe.

Nach einer Ausführungsvariante der vorliegenden Erfindung wird das Raumgitter des Beschleunigers von einem Rohrelement gebildet.According to an embodiment variant of the present invention, the space grille of the accelerator is formed by a tubular element.

Solch eine Konstruktion vereinfacht die Kühlung des Beschleunigers, indem man eine Kühlflüssigkeit in den Innenraum des Rohrelements pumpt. Die Kühlung des Beschleunigers ist eine unumgängliche Voraussetzung seiner Verwendung in Anlagen zum Explosfvaufdampfen.Such a construction simplifies the cooling of the accelerator by pumping a cooling liquid into the interior of the tubular element. The cooling of the accelerator is an essential requirement for its use in systems for explosion vaporization.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Weitere Ziele und Vorzüge der vorliegenden Erfindung werden aus folgender ausführlicher Beschreibung deren Ausführungsbeispiele und den beiliegenden Zeichnungen verständlich, und zwar zeigt

  • Fig. 1 schematisch die Gesamtansicht eines Rohrs gemäß der Erfindung (Längsschnitt);
  • Fig. 2 einen Beschleuniger des Übergangs vom Brennen in eine Explosion (Längsschnitt);
  • Fig. 3 eine Ausführungsvariante des Beschleunigers aus einem Rohrelement (Längsschnitt).
Further objects and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of its exemplary embodiments and the accompanying drawings, which shows
  • Figure 1 shows schematically the overall view of a tube according to the invention (longitudinal section).
  • Figure 2 shows an accelerator of the transition from burning to an explosion (longitudinal section).
  • Fig. 3 shows an embodiment of the accelerator from a tubular element (longitudinal section).

Bevorzugte Ausführungsvariante der ErfindungPreferred embodiment variant of the invention

Das Rohr der bekannten Anlage zum Explosivaufdampfen von Überzügen enthält eine Einrichtung 1 (Fig. 1,2) zum Initiieren einer Explosion, die mit einer Explosionskammer 2 über einen Beschleuniger 3 des Übergangs vom Brennen in eine Explosion verbunden ist. Der Beschleuniger 3 ist in Form eines Raumgitters ausgeführt, das koaxial zur Kammer 2 aufgestellt ist. Die Größe jeder Masche 4 des Gitters gleicht im wesentlichen der Größe einer Masche der stationären Explosionsdruokwelle im explosiven Gemisch der verwendeten Zusammensetzung. Die Anzahl der Maschen 4 im Querschnitt des Gitters erhöht sich in Richtung zum offenen Ende des Rohrs, wobei durchgehende Kanäle 5 zum Durchgang des Gases von der Einrichtung 1 zur Initiierung der Explosion in die Explosionskammer 2 entstehen. Die am Außenrand gelegenen Kanäle 5 des Gitters verlaufen unter einem spitzen Winkel zur Achse des Rohrs (in einer zu bevorzugenden Ausführungsvariante der Erfindung beträgt dieser Winkel etwa 40°).The tube of the known system for the explosive vapor deposition of coatings contains a device 1 (FIGS. 1, 2) for initiating an explosion, which is connected to an explosion chamber 2 via an accelerator 3 of the transition from firing to one Explosion is connected. The accelerator 3 is designed in the form of a space lattice, which is set up coaxially to the chamber 2. The size of each mesh 4 of the grid is essentially the same as the mesh size of the stationary explosion pressure wave in the explosive mixture of the composition used. The number of meshes 4 in the cross section of the grid increases in the direction of the open end of the tube, with continuous channels 5 for the passage of the gas from the device 1 for initiating the explosion into the explosion chamber 2. The channels 5 of the grid located on the outer edge run at an acute angle to the axis of the tube (in a preferred embodiment of the invention, this angle is approximately 40 °).

Das Raumgitter des Beschleunigers 3 wird von einem Satz gelochter Scheiben 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 gebildet, die koaxial in der Kammer 2 aufgestellt sind, wobei in jedem Paar benachbarter Scheiben, z.B. 14, 15, die Löcher 16 der vorangehenden Scheibe 14 teilweise von den Stegen 17 zwischen den Löchern der in Richtung des Stroms des explosiven Gasgemisches folgenden Scheibe 15 überdeckt werden, wodurch die Maschen 4 entstehen. In jeder Scheibe 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 beträgt der Abstand zwischen den Achsen zweier nebeneinanderliegender Löcher 16 nicht mehr als 1 bis 2 Durchmesser eines Loches 16. Die Anzahl der Löcher 16 in den Scheiben 6,7,8,9,10,11,12,13,14,15 nimmt in Richtung zum offenen Ende des Rohrs zu.The space lattice of the accelerator 3 is formed by a set of perforated disks 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15 which are set up coaxially in the chamber 2, in each pair of adjacent disks, e.g. 14, 15, the holes 16 of the preceding disk 14 are partially covered by the webs 17 between the holes of the disk 15 following in the direction of the flow of the explosive gas mixture, whereby the stitches 4 are formed. In each disc 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, the distance between the axes of two adjacent holes 16 is not more than 1 to 2 diameters of a hole 16. The number of holes 16 in the Discs 6,7,8,9,10,11,12,13,14,15 increases towards the open end of the tube.

Der Körper der Scheiben 6,7,8,9,10,11,12,13,14,15 ist mit Kanälen (in den Fig. nicht abgebildet) für die Zuleitung eines Kältemittels und zum Kühlen der Scheiben 6,7,8,9,10, 11,12,13,14,15 während des Betriebs der Anlage versehen.The body of the disks 6,7,8,9,10,11,12,13,14,15 is provided with channels (not shown in the figures) for the supply of a refrigerant and for cooling the disks 6,7,8. 9,10, 11,12,13,14,15 provided during the operation of the system.

Das Rohr funktioniert folgendermaßen.The pipe works as follows.

In dem Loch 16 der in Bewegungsrichtung der Gase ersten Scheibe 6 wird ein explosives Gasgemisch gezündet, das in das Rohr aus dem Mischer (in den Fig. nicht abgebildet) der Anlage geleitet wird. Der Strom der unverbrannten Gase wird vor der Flammenfront auf den Stegen 17 verwirbelt, wodurch die Flamme beschleunigt wird und vor ihr eine Serie von Druckwellen entsteht. Bei der Reflektierung der Druckwellen an den Stegen 17 werden Temperaturen erreicht, die ausreichend sind zur Selbstentzünd ung des Gemisches vor der Flammenfront schon im Querschnitt der Anordnung der Scheiben 10 und 11, und es entsteht eine große Anzahl zusätzlicher Zündnester, die wiederum neue Druckwellen erzeugen, durch die neue Zündnester auf den Stegen 17 der Scheibe 12 entstehen usw. Dadurch wird der Brennprozeß vielfach intensiviert und vollzieht sich praktisch in Raum, wodurch starke Stoßwellen in den Maschen 4 des Raumgitters des Beschleunigers 3 entstehen, die das Gemisch schon im Beschleuniger 3 oder in Höhe des Ausgangs aus dem Beschleuniger 3 selb. - tändig entzünden können.In the hole 16 of the first disk 6 in the direction of movement of the gases, an explosive gas mixture is ignited, which is passed into the pipe from the mixer (not shown in the figures) of the system. The flow of the unburned gases is swirled on the webs 17 in front of the flame front, as a result of which the flame is accelerated and a series of pressure waves arise in front of it. When reflecting the pressure waves Temperatures are reached at the webs 17 which are sufficient for the self-ignition of the mixture in front of the flame front already in the cross section of the arrangement of the disks 10 and 11, and a large number of additional ignition nests, which in turn generate new pressure waves, are created by the new ignition nests the webs 17 of the disk 12 arise, etc. This intensifies the firing process many times and practically takes place in space, causing strong shock waves in the mesh 4 of the space lattice of the accelerator 3, the mixture already in the accelerator 3 or in the amount of the output from the Accelerator 3 same - can ignite constantly.

In Fig. 3 ist eine Ausführungsvariante des Raumgitters des Beschleunigers 3 in Form eines Rohrelements 18 abgebildet, das so verlegt wird, daß der Innenraum des Elements 18 für die Aufnahme eines Kältemittels genutzt wird und seine Außenfläche die Maschen 4 erzeugt, die die durchgehenden Kanäle 5 für den Durchgang der Gase in das Rohr bilden.In Fig. 3 an embodiment of the space grid of the accelerator 3 is shown in the form of a tubular element 18, which is laid so that the interior of the element 18 is used to hold a refrigerant and its outer surface creates the mesh 4, which the through channels 5th form for the passage of the gases into the pipe.

experimentelle Untersuchungen eines stöchiometrischen Gemisches von Methan und Sauerstoff (Maschengröße in der Front einer stationären Explosion - 4 mm) haben gezeigt, daß sich der Explosionsvorgang nach dem Austritt der Welle. aus dem Beschleuniger 3 schon in einer Entfernung von 1,5 bis 2 cm von der letzten Scheibe 15 einsetzt. Solch ein Beschleuniger funktioniert ebenfalls effektiv in einem weiten Bereich der Zusammensetzung von Gemischen auf der Grundlage von Propan und Butan (Maschengröße von 6 bis 1,5 mm). Es sind auch andere Varianten der Größe und Form der Maschen 4 des Raumgitters des Beschleunigers 3 möglich. Die Größe der Maschen 4 des Raumgitters des Beschleunigers 3 darf sich jedoch nicht erheblich von der Größe der Maschen in der Front der stationären Explosion unterscheiden, optimal ist eine Maschengröße des Raumgitters von 0,5 bis 2 Maschengrößen der stationären Explosion.Experimental studies of a stoichiometric mixture of methane and oxygen (mesh size in the front of a stationary explosion - 4 mm) have shown that the explosion process takes place after the exit of the wave. from the accelerator 3 already at a distance of 1.5 to 2 cm from the last disk 15. Such an accelerator also works effectively over a wide range of compositions based on propane and butane (6-1.5 mm mesh). Other variants of the size and shape of the mesh 4 of the space lattice of the accelerator 3 are also possible. However, the size of the mesh 4 of the space grid of the accelerator 3 must not differ significantly from the size of the mesh in the front of the stationary explosion, a mesh size of the space grid of 0.5 to 2 mesh sizes of the stationary explosion is optimal.

Die beschriebene Konstruktion des Beschleunigers 3 des Übergangs vom Brennen in eine Explosion, der im Rohr installiert ist und eine Länge von weniger als ein Kaliber hat, verkürzt die Länge des Abschnitts des Übergangs vom Brennen in eine Explosion (unter Berücksichtigung der Länge des Beschleunigers selbst) bis zu einem Wert, der dem Kaliber des Rohrs gleicht.The described construction of the accelerator 3 of the transition from burning to explosion, which is installed in the tube and has a length of less than one caliber, shortens the length of the section of the transition from burning into an explosion (taking into account the length of the accelerator itself) to a value equal to the caliber of the pipe.

Durch die Installierung eines Beschleunigers 3 in Rohr einer Anlage zum Explosivaufdämpfen können gefahrlose explosive Gemische von Gasen auf der Grundlage von Methan, Propan, Butan u.a. ohne Änderung der Konstruktion der Anlagen, ihrer äußeren Abmessungen und ihrer Leistung verwendet werden. Die verwendung von explosiven Gemischen auf der Grundlage dieser Gase gewährleistet eine hohe Qualität der Überzüge, die höhere Kennwerte haben können als die bei Verwendung von Azetylen-Sauerstoff-Gemischen hergestellten Überzüge.By installing an accelerator 3 in the pipe of an explosive vapor deposition system, safe explosive mixtures of gases based on methane, propane, butane, etc. can be used without changing the design of the systems, their external dimensions and their performance. The use of explosive mixtures based on these gases ensures a high quality of the coatings, which can have higher characteristics than the coatings produced using acetylene-oxygen mixtures.

Gewerbliche AnwendbarkeitIndustrial applicability

Die Erfindung kann im Motorenbau zum Auftragen von Überzügen aus Sinterhartmetallen auf der Grundlage von Wolfram-, Chrom- und Titankarbid auf Teile von Maschinen und Mechanismen, die einem intensiven Abrieb- und Reibungsverschleiß unterliegen, eingesetzt werden, wodurch ihre Betriebszeit um das ...zigfache erhöht werden kann.The invention can be used in engine construction for applying coatings made of cemented carbide based on tungsten, chromium and titanium carbide to parts of machines and mechanisms which are subject to intensive abrasion and friction wear, as a result of which their operating time is ... times as long can be increased.

Außerdem kann die Erf ind ung zum Auftragen von Überzügen verwendet werden, die die Oberfläche von Werkstücken und Maschinen, die aggressiven Medien ausgesetzt sind (Säuren, Laugen, Meerwasser), vor Korrosion schützen oder die beim Schließen von Starkstromkreisen verwendet werden.The invention can also be used to apply coatings that protect the surface of workpieces and machines that are exposed to aggressive media (acids, alkalis, sea water) from corrosion, or that are used when closing high-voltage circuits.

Claims (3)

1. Rohr einer Anlage zum Explosivaufdampfen von Überzügen, das nacheinander miteinander verbundene: eine Einrichtung (1) zur Initiierung einer Explosion, einen Beschleuniger (3) des Übergangs vom Brennen in eine Explosion und eine Explosionskammer (2) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Beschleuniger (3) des Übergangs vom Brennen in eine Explosion in Form eines zur Kammer (2) koaxial liegenden Raumgitters ausgeführt ist, von dem die Größe jeder seiner Maschen (4) im wesentlichen gleich der Maschengröße der stationären Explosionsdruckwelle im explosiven Gemisch einer bestimmten Zusammensetzung ist, wobei die Anzahl der Maschen (4) im Querschnitt des Gitters in Richtung zum offenen Ende des Rohrs zunimmt und dabei durchgehende Kanäle (5) für den Durchgang des Gases von der Einrichtung (1) initiierung der Explosion in die Explosionskammer (2) gebildet werden, wobei die am Außenrand gelegenen Kanäle (5) unter einem spitzen Winkel (α) zur Achse des Rohrs verlaufen.1. Pipe of a plant for the explosive vapor deposition of coatings, which are connected to one another in succession: a device (1) for initiating an explosion, an accelerator (3) for the transition from burning to an explosion and an explosion chamber (2), characterized in that the Accelerator (3) of the transition from firing to an explosion is designed in the form of a space grating coaxial to the chamber (2), the size of each of its meshes (4) being substantially equal to the mesh size of the stationary explosion pressure wave in the explosive mixture of a certain composition The number of meshes (4) in the cross section of the grid increases in the direction of the open end of the tube, thereby forming continuous channels (5) for the passage of the gas from the device (1) initiating the explosion into the explosion chamber (2) , The channels (5) located on the outer edge running at an acute angle (α) to the axis of the tube. 2. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Raumgitter des Beschleunigers (3) von einem Satz gelochter Scheiben (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15) gebildet wird, die koaxial zum Rohr derart aufgestellt sind, daß die Löcher jeder Scheibe (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15) teilweise von den Stegen (17) zwischen den Löchern (16) der in Richtung des Gasstroms folgenden Scheibe (7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15) überdeckt werden und so die Maschen (4) entstehen.2. Pipe according to claim 1, characterized in that the space grating of the accelerator (3) is formed by a set of perforated disks (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15) which are coaxial with Pipe are set up so that the holes of each disc (6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15) partially from the webs (17) between the holes (16) following in the direction of the gas flow Disc (7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15) are covered and so the stitches (4) arise. 3. Rohr nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Raumgitter des Beschleunigers (3) von einem Rohrelement (18) gebildet wird.3. Pipe according to claim 1, characterized in that the space lattice of the accelerator (3) is formed by a tubular element (18).
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