ES2247832T3 - Pistola de proyeccion por detonacion de alta frecuencia de disparo y alta productividad. - Google Patents
Pistola de proyeccion por detonacion de alta frecuencia de disparo y alta productividad.Info
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Abstract
Pistola de proyección por detonación de alta frecuencia de disparo y alta productividad, del tipo de las que incorporan una cámara (1) de explosión y un cañón (2) a la que se aplican directa y separadamente combustible y comburente que, con la colaboración de un sistema de ignición (6), generan gases producidos en un proceso de explosión que arrastran a un material de revestimiento, alimentado en el cañón (2) y que es proyectado hacia la pieza a revestir, caracterizada porque incorpora a) medios de alimentación de combustible y comburente que producen mezclas explosivas de diferentes composiciones según zonas de la cámara de explosión, de tal manera que puede provocarse la generación, dentro del mismo volumen de la cámara (1) y para un mismo ciclo explosivo, de zonas de mayor o menor energía y b) medios de alimentación distribuida de productos al cañón, para conseguir elevados volúmenes de alimentación y mezclas adecuadas con los gases presentes en el cañón, siendo la posición de estos medios, a lo largo del cañón (2), seleccionable y modificable por el usuario, para la inyección de los productos en cualquier punto del cañón, proporcionado así una gran versatilidad del funcionamiento.
Description
Pistola de proyección por detonación de alta
frecuencia de disparo y alta productividad.
La presente invención se refiere a una pistola de
proyección, de las utilizadas en el ámbito industrial de la
proyección térmica para obtención de recubrimientos, y en particular
en tecnologías de proyección por detonación.
El objeto de la invención es conseguir una nueva
pistola de detonación con mayor productividad que las actualmente
existentes, manteniendo de forma estable y continuada unas óptimas
condiciones de proyección en cada ciclo de disparo. En relación con
dispositivos de detonación anteriores, esta pistola permite aumentar
la frecuencia de disparo así como la cantidad de polvo y gases
alimentados y, consecuentemente, la cantidad de polvo de
revestimiento depositado por unidad de tiempo, manteniéndose los
óptimos niveles de calidad característicos de los recubrimientos
producidos por las tecnologías de detona-
ción.
ción.
Para ello, se propone un nuevo sistema de
alimentación de gases, en una nueva cámara de explosión, que permite
aumentar la frecuencia de trabajo de la pistola, haciendo posible el
mantenimiento estable y constante de las características optimizadas
de cada explosión, incluso a elevadas frecuencias y un nuevo sistema
de alimentación de productos en el cañón que permite la inyección
distribuida de productos en cualquier punto del cañón consiguiendo
aumentar la cantidad de polvo inyectado en el cañón pistola y
reducir las limitaciones asociadas a la obstrucción de los conductos
de alimentación, así como una gran versatilidad de funcionamiento al
poder seleccionar el punto de inyección.
El sistema de alimentación en el cañón, además de
polvo de revestimiento también posibilita la introducción de otros
productos que condicionen el proceso de proyección térmica,
permitiendo así una gran flexibilidad a la hora de modificar los
parámetros de trabajo, pudiendo modificar las características de las
explosiones generadas y así mejorar y optimizar los revestimientos
obtenidos.
Es también objeto de la invención conseguir un
mejor rendimiento de la pistola, en base a aislar térmicamente los
gases producidos en el proceso explosivo con respecto a la pared
refrigerada del cañón, para obtener un mejor aprovechamiento de la
energía de que dichos gases son portadores, con el consecuente
incremento en el rendimiento de la pistola y la eficiencia de la
misma.
En la actualidad, las tecnologías de proyección
por detonación son utilizadas principalmente para la aplicación de
revestimientos a piezas que están expuestas a severas condiciones de
desgaste, calor o corrosión y se basan fundamentalmente en el
aprovechamiento de la energía térmica y cinética producida por la
explosión de una mezcla gaseosa para depositar un polvo de material
de revestimiento sobre dichas piezas.
Los materiales de revestimiento utilizados
habitualmente en los procesos de proyección por detonación incluyen
polvos metálicos, cerámico-metálicos, cerámicos,
etc. y son de aplicación para mejorar la resistencia al desgaste, a
la erosión, a la corrosión, como aislantes térmicos y como aislantes
o conductores eléctricos, entre otras aplicaciones recogidas en la
literatura.
La proyección por detonación se realiza mediante
pistolas de proyección compuestas básicamente por una cámara de
explosión tubular con un extremo cerrado y otro abierto al cuál se
acopla un cañón también tubular. Los gases explosivos se inyectan en
el interior de la cámara de explosión y, a través de una bujía, se
produce la ignición de la mezcla de gases que provoca una explosión
y, como consecuencia, una onda de choque o presión que en su
propagación por el interior del cañón alcanza velocidades
supersónicas hasta que sale por el extremo abierto de éste. Una
proyección por detonación como ésta se conoce por el documento
US-A-3004822.
Los polvos del material de revestimiento se
inyectan generalmente dentro del cañón en contacto con la mezcla
explosiva de forma que son arrastrados por la propagación de la onda
explosiva y por el conjunto de productos gaseosos de la explosión,
siendo expulsados por el extremo del cañón, depositándose sobre un
substrato o pieza dispuesto frente al citado cañón. Este impacto de
los polvos de revestimiento sobre un substrato produce un
recubrimiento de alta densidad con elevada cohesión interna y
adherencia al substrato. Este proceso se repite de forma cíclica
hasta que la pieza se encuentra recubierta adecuadamente.
En los equipos de proyección por detonación
tradicionales los gases empleados en la generación del proceso
explosivo son mezclados en una cámara separada y anterior a la
cámara de explosión, de la cual se alimenta ésta con una mezcla
homogénea de gases en cada ciclo explosivo Tradicionalmente, dicha
cámara de premezcla se encuentra aislada de la cámara de explosión
durante la fase explosiva del ciclo por motivos de seguridad,
empleándose para ello dispositivos mecánicos como válvulas, en una o
varias de las líneas de gases, con y sin introducción de un gas
inerte entre dos explosiones consecutivas.
En otro tipo de equipos de detonación más
avanzados, presentados por el propio solicitante en la PCT
US96/20160, este aislamiento entre la cámara de premezcla y la
cámara de explosión se realiza mediante válvulas dinámicas, es decir
dispositivos sin elementos móviles, con lo que se superan las
desventajas inherentes a los sistemas mecánicos anteriormente
citados. Sin embargo, en estos dispositivos sigue utilizándose una
cámara de premezcla para homogeneizar la composición de los gases
con los que se alimenta la cámara de explosión.
Recientemente, el propio solicitante ha
desarrollado un tipo de equipo de proyección por detonación,
descrito en la PCT ES97/00223, con un sistema de inyección de gases
que no incorpora válvulas o sistemas mecánicos de cierre para la
alimentación de los gases y, además, permite que la alimentación de
los gases se produzca directa y separadamente a la cámara de
explosión a través de una serie de pasajes independientes, estando
cada pasaje compuesto por una cámara de expansión y un gran número
de conductos distribuidores de sección transversal reducida y/o
longitud elevada. Esto es, un sistema sin elementos mecánicos
móviles para el control de gases y sin utilización de cámara de
premezcla alguna. En este dispositivo, la cámara de expansión de
cada pasaje se dispone en comunicación directa con la línea de
suministro correspondiente, mientras que los conductos
distribuidores se encuentran repartidos convenientemente de forma
que en la superficie interior de la cámara de explosión se abren
múltiples puntos de inyección de gases, produciéndose una
alimentación continua y separada en múltiples puntos, lo que permite
asegurar que la mezcla combustible se produce directamente, y de
forma homogénea, en toda la cámara de explosión previamente a cada
ignición y con un flujo suficiente para llenar la cámara en cada
ciclo de detonación.
A su vez, en la solicitud PCT ES98/00015, también
del propio solicitante, se describe un sistema de inyección de polvo
para una pistola de proyección por detonación compuesto por una
cámara de dosificación alimentada directamente por un alimentador
continuo de polvo de tipo convencional y comunicado con el cañón de
la pistola a través de un conducto directo. De esta forma, la
presión generada por la explosión y que avanza a través del cañón
entra por el conducto de comunicación y al alcanzar la cámara de
dosificación sufre una expansión brusca que interrumpe la
alimentación de polvo desde el alimentador continuo y produce la
fluidificación completa del polvo contenido en la cámara de
dosificación. El polvo fluidificado es arrastrado por succión hasta
el cañón, donde la onda de presión generada en un nuevo ciclo
explosivo lo arrastra depositándose en la superficie de la pieza a
revestir.
Las pistolas de detonación del tipo descrito
producen recubrimientos de excelente calidad pero presentan una
limitación en cuanto a la cantidad de polvo que pueden depositar por
unidad de tiempo. Esto es debido a que, para una pistola de
detonación con unas dimensiones determinadas, la cantidad óptima de
polvo procesable en cada explosión está limitada por la existencia
de un volumen máximo de mezcla gaseosa optimizada procesable en cada
explosión, y capaz de generar las características adecuadas del
propio proceso explosivo. Un aumento de los volúmenes gaseosos
involucrados en cada explosión sobre dicho volumen máximo de mezcla
optimizada, no se traduce en una mejora del proceso explosivo de
cada ciclo, por lo que un aumento en la cantidad de polvo depositado
en la unidad de tiempo debe producirse no tanto por un aumento del
polvo procesado en cada explosión sino como consecuencia del aumento
de la frecuencia de disparo, asegurando en todo caso las óptimas
características explosivas de cada ciclo.
Por otra parte, la repetición del ciclo explosivo
a frecuencias elevadas y generando explosiones con características
equivalentes a las obtenidas a frecuencias inferiores, requiere
paralelamente de flujos gaseosos superiores a fin de asegurar la
constancia en los volúmenes gaseosos involucrados en cada explosión.
La aplicación de estos incrementos en los flujos de gases y en la
frecuencia de disparo en los equipos anteriormente descritos,
produce un aumento en el régimen de potencia de la pistola y un
aumento de presión en las líneas de gases con una aceleración de los
procesos de inyección y mezcla de gases dentro de la cámara de
explosión lo que provoca una gran dificultad en el mantenimiento del
propio proceso cíclico de detonación, dando lugar a procesos de
combustión continua e imposibilitando el proceso de proyección con
dichos equipos. En particular, un aumento en el régimen de potencia
de la pistola y consecuentemente en la temperatura del sistema de
inyección de gases dificulta el enfriamiento de los gases producidos
en un ciclo explosivo y que, retrocediendo a través de los conductos
del sistema de inyección, permiten la interrupción cíclica del
suministro de comburente y combustible a la cámara.
En el funcionamiento de los equipos de detonación
anteriores descritos en la PCT ES97/00223, los gases en su retorno a
la cámara de explosión actúan como barrera aislante entre los gases
producidos en el ciclo explosivo anterior y la nueva mezcla gaseosa
formada en la cámara de explosión, evitando la autoignición de la
misma. Sin embargo, el funcionamiento de este mecanismo a
frecuencias elevadas se ve dificultado por un aumento en la
temperatura de la cámara de explosión, una disminución en el volumen
de los gases de retomo que actúan de barrera aislante y un rápido
retorno de los mismos la cámara de explosión, resultado de la mayor
presión en las líneas de alimentación. En los dispositivos de
detonación anteriormente descritos, esto da lugar a la autoignición
de la mezcla combustible y a la formación de procesos de combustión
continua.
En las pistolas de detonación actualmente
existentes y descritas en esta sección, también existe una
limitación adicional derivada de los alimentadores de polvo
utilizados, dado que no permiten garantizar la correcta fluidez del
polvo a elevadas velocidades de aportación. En este sentido se
observa que, en los diseños actuales, a partir de una cierta
cantidad de polvo inyectado, éstos presentan graves problemas de
obturación y deposición en las paredes, lo que dificulta la
operación del equipo de forma continuada y estable. Esto se debe
fundamentalmente a aspectos geométricos de los dispositivos de
inyección de polvo y/o a aspectos térmicos relacionados con el
proceso explosivo. En el dispositivo de inyección descrito en la
solicitud PCT ES98/00015 del propio solicitante, el polvo es
introducido en el cañón, a través de un único orificio, arrastrado
por los gases calientes generados en un ciclo explosivo. Pues bien,
los incrementos en la cantidad de polvo, gases y en la frecuencia de
operación requeridos para lograr incrementar la productividad del
proceso de proyección, encuentran pronto un límite en dispositivos
de alimentación como el anteriormente referido ya que, como
consecuencia de la acumulación de material en una zona localizada y
del incremento de temperatura de los gases que interaccionan con el
polvo en el inyector, se experimentan los problemas de obturación y
deposición antes mencionados.
De otro lado, están establecidas en el mercado
las tecnologías de proyección conocidas como HVOF en las cuales no
se producen explosiones cíclicas sino que una combustión continua es
utilizada para la formación de un flujo supersónico de gases
calientes propiamente empleado en el proceso de proyección térmica,
necesitándose en este caso flujos gaseosos muy elevados para el
sostenimiento de dicho flujo supersónico requerido para la obtención
de recubrimientos de buena calidad técnica.
Dada la continuidad de los procesos HVOF, los
diseños más avanzados de pistolas HVOF presentan una capacidad de
procesamiento de polvo por unidad de tiempo superior a la obtenida
con los sistemas de proyección por detonación tradicionales, aunque
con similares problemáticas en la inyección de polvo, obturación y
deposición en el interior de las boquillas de proyección.
Sin embargo, el menor rendimiento termodinámico,
de los procesos de combustión continua frente a los procesos
explosivos (combustión pulsada o cíclica) da lugar a que la cantidad
de gases y potencia involucrada en la deposición de una misma
cantidad de polvo sea superior en los sistemas HVOF, resultando en
un menor rendimiento en la utilización de recursos y en la
introducción de problemas de operación adicionales, como
consecuencia de las elevadas potencias de trabajo empleadas en los
sistemas HVOF de alta capacidad de proceso.
Por tanto, seria deseable contar con una pistola
de proyección que empleando un proceso pulsado de naturaleza
explosiva, con elevada eficiencia termodinámica en la utilización de
gases y materiales precursores, permitiese aumentar la cantidad de
polvo procesado por unidad de tiempo, manteniendo las típicas
características de los recubrimientos producidos por las tecnologías
de detonación.
La pistola objeto de la invención, permite
trabajar a frecuencias superiores a las empleadas en los
dispositivos actualmente existentes y con un gran volumen de
aportación de polvo de revestimiento, consiguiendo una velocidad de
deposición de polvo mayor incluso que las obtenidas con los actuales
equipos de combustión continua HVOF, pero manteniendo la superior
eficiencia termodinámica de los procesos explosivos en la
utilización de gases y precursores, resultando globalmente en una
mayor productividad.
El presente sistema de proyección por detonación
se fundamenta en la formación de mezclas gaseosas explosivas de
distinta composición según zonas de la cámara de explosión, gracias
a un diseño específico de inyectores de gases y cámara de explosión,
empleando por lo demás válvulas dinámicas y una inyección directa y
separada de combustible y comburente, sin premezclado de ambos antes
de la propia cámara de explosión.
En primer lugar, para conseguir que la pistola
trabaje a frecuencias elevadas con elevados volúmenes de gas por
explosión, se ha previsto que la alimentación de los gases en la
cámara de explosión se produzca a través de varios puntos,
espacialmente distribuidos por la cámara de explosión, de forma que
se generen mezclas gaseosas con composiciones localmente diferentes
en zonas diferentes de dicha cámara, permitiendo generar explosiones
de elevada energía a elevada frecuencia y manteniendo el régimen
cíclico de funcionamiento de forma estable.
La cámara de explosión incorpora, justo antes de
los orificios utilizados para la alimentación de comburente, una
protuberancia o resalte perimetral interno que determina un
estrechamiento del diámetro interno de la cámara de explosión,
definiendo un volumen anular en el cual se realiza exclusivamente la
inyección de combustible a través de múltiples conductos
distribuidores dispuestos en la zona más retrasada de la cámara de
explosión. Este volumen constreñido favorece el intercambio térmico
de los gases producidos en la explosión con la pared refrigerada de
la cámara, y permite también un aumento en el volumen gaseoso que
actúa como barrera aislante entre los gases involucrados en dos
ciclos explosivos consecutivos, facilitando de esta forma el
mantenimiento del proceso pulsado bajo las circunstancias impuestas
por los elevados flujos gaseosos y altas frecuencias objeto de esta
patente.
Según este esquema de funcionamiento, tras cada
ignición por parte de la bujía, se produce la propagación de una
onda de presión y temperatura ligada al proceso explosivo que, en su
retroceso hacia dicho volumen anular retrasado, da lugar a la
combustión y descomposición del combustible presente en dicho
volumen, junto a una sobrepresión que produce la interrupción del
flujo de alimentación de combustible e incluso la penetración de
productos de combustión a través de los conductos distribuidores.
Los elevados flujos de gases requeridos para trabajar a elevadas
frecuencias, hacen que este último factor se vea reducido penetrando
rápidamente nuevo combustible a la cámara de explosión a través de
los conductos distribuidores, sin embargo este efecto es compensado
por la presencia de este volumen anular retrasado de la cámara de
explosión, cuyo contenido en productos de combustión permite generar
una cantidad de gas suficiente como barrera aislante entre los gases
calientes originados en la explosión anterior y el nuevo lote de
gases suministrado a la cámara de explosión.
En las zonas próximas al punto de ignición
(bujía) se inicia la alimentación del comburente, de forma que se
genera una mezcla local pobre en oxigeno, con una inyección en esta
zona de un máximo del 25% del volumen total de comburente
suministrado en cada ciclo, junto con la inyección local de la
totalidad del combustible suministrado a la cámara de explosión.
El resto del comburente se introduce en la cámara
de explosión en posiciones más avanzadas y próximas al cañón
tubular, de forma que el frente de combustión producido en cada
ignición por la bujía, a medida que progresa en la cámara de
explosión hacia el cañón encuentra mezclas más ricas en comburente,
incrementando su velocidad y energía, dando lugar a explosiones muy
energéticas adecuadas para la formación de recubrimientos de alta
calidad.
De esta manera es posible generar, dentro del
mismo volumen de la cámara y para un mismo ciclo explosivo, zonas de
mayor o menor energía. En particular, con el nuevo diseño de la
cámara de explosión y el sistema de inyección de gases se favorece
el aporte energético en la zona próxima a la inyección de
comburente, a la vez que se reduce la energía de la explosión en la
zona más retrasada de la cámara de explosión, lo cual aumenta la
eficacia del sistema de inyección para enfriar los gases que
acompañan a la onda de presión que retrocede, favoreciendo la
continuidad del proceso cíclico de detonación a frecuencias
superiores a las alcanzables por los dispositivos anteriores.
Según una realización preferente, el inyector de
comburente está dispuesto concéntrica e internamente a la cámara de
explosión, y cuenta con una prolongación extrema que se extiende
prácticamente hasta el inicio del cañón de la pistola, incorporando
también esta prolongación una serie de orificios dispuestos
oblicuamente respecto al eje del cañón, para la inyección del
comburente en esta localización avanzada de la cámara de
explosión.
Una segunda característica de la pistola objeto
de la invención, se refiere a la incorporación de un sistema de
inyección de productos en cualquier punto del cañón, sistema que
cuando se utiliza para la inyección del polvo de revestimiento
permite aumentar la cantidad de polvo alimentado a la pistola por
unidad de tiempo aumentando así la cantidad de polvo depositado
sobre el substrato por unidad de tiempo y en consecuencia la
productividad de la pistola.
Para ello, se ha previsto que en un punto
intermedio del cañón se establezca una cámara anular, asistida por
una o varias entradas de alimentación de material, de tal manera que
el producto introducido a través de ellas accede al interior del
cañón con una distribución amular consiguiendo una buena mezcla con
los gases presentes en el cañón y evitando la formación de
concentraciones elevadas de material en zonas específicas, tal y
como ocurre con los inyectores tradicionales formados por orificios
radiales.
La utilización de este tipo de conducto de
alimentación para la inyección del polvo de revestimiento, permite
una buena distribución del polvo puesto que en lugar de entrar al
cañón a través de un único punto lo hace a través de la cámara
anular y consecuentemente de forma más homogénea y distribuida
reduciendo la densidad volumétrica de polvo inyectada por unidad de
área, reduciendo los problemas de obturación pero, además,
posibilitando la introducción en la pistola de una cantidad de polvo
mucho mayor, aumentando en consecuencia la alimentación de la
misma.
De acuerdo con otra de las características de la
invención, se ha previsto que la citada cámara anular se materialice
en una brida que divide el cañón en dos segmentos, lo que permite
desmontar fácilmente tanto la propia brida, para realizar el
mantenimiento de los conductos de inyección, como la parte delantera
del cañón, correspondiente a la boca de salida para sustituirla por
otra de diferentes características; de esta manera una misma pistola
puede disponer de varias configuraciones, incluso de distintas
longitudes que permiten realizar revestimientos con distintos
materiales que requieren de mayor o menor aportación de energía
térmica y/o cinética, y por tanto de un cañón de mayor o menor
dimensión.
De forma similar, también es posible conectar
segmentos de cañón de diámetros diferentes según requiera el tipo de
polvo de revestimiento utilizado o las características especiales
del proceso o aplicación en curso.
Se ha previsto también que la brida que incorpora
el inyector anular se acople a la pistola mediante un dispositivo
que permite variar la separación entre la citada brida y el cañón,
de tal manera que entre ambos se pueda establecer una entrada en
contacto con el aire del ambiente exterior, llegando incluso a
independizar ambas partes del cañón lo que, en ciertas ocasiones,
puede mejorar las prestaciones y resultados obtenidos con la
pistola.
De acuerdo con otra de las características de la
invención se ha previsto también la posibilidad de disponer en la
brida una segunda cámara anular, con sus correspondientes entradas
de alimentación de material, y que se abre al interior del cañón,
cámara que permite la inyección de un producto de las mismas o
diferentes características del inyectado a través de la cámara
principal. En concreto, es posible la introducción de polvos de
diferente naturaleza, o bien repartir a lo largo de la longitud del
cañón la alimentación de polvo, lo que permite una mayor
versatilidad en la composición del revestimiento obtenido.
También es posible utilizar el citado sistema de
alimentación anular para la inyección de gases activos, de tal
manera que es posible modificar localmente la naturaleza de la
mezcla condicionando el proceso explosivo, así por ejemplo, estos
gases activos pueden influir en las características energéticas del
propio proceso de proyección, modificando las temperaturas y
velocidades aplicadas a las partículas proyectadas o también pueden
presentar una naturaleza termoquímica que condicione la interacción
reactiva entre dichos gases y las partículas a depositar, o incluso
de lugar a la síntesis de materiales depositados en el proceso de
proyección.
Por supuesto, el inyector anular descrito puede
ser simple, doble o múltiple, es decir, tener una o varias entradas
de alimentación de productos y pueden utilizarse uno o varios
inyectores de este tipo distribuidos a lo largo del cañón.
Así las cosas, mediante el sistema de
alimentación propuesto se pueden modificar las condiciones de
trabajo de la pistola a voluntad ya que es posible inyectar todo
tipo de productos que intervienen, tanto en las condiciones del
proceso de proyección como en la composición del revestimiento y
esta inyección se puede hacer en cualquier punto del cañón pudiendo
además como se ha mencionado cambiar las dimensiones de éste de
forma rápida y sencilla consiguiendo así una enorme flexibilidad en
el funcionamiento de la pistola y consecuentemente su capacidad de
procesar muy diversos materiales.
También es posible utilizar el inyector anular
descrito para la introducción de un gas inerte que reduzca la
transferencia de calor entre los gases producidos en la explosión y
la pared refrigerada del cañón, consiguiendo un mayor
aprovechamiento energético de dichos gases.
De acuerdo con esta estructuración, los gases
producidos en la explosión avanzan por la zona central del cañón, en
el sector de salida del mismo, mientras que a través de la citada
cámara anular se inyectan gases que fluyen en contacto con la pared
del cañón, formando una especie de película móvil, cilíndrica, que
reduce las pérdidas de calor de los gases producidos en la explosión
por contacto con el tubo refrigerado que constituye el cañón lo cual
determina un mayor rendimiento de la pistola.
Además, la película de gas envolvente a los gases
de la detonación configura a la salida del cañón lo que podría
denominarse un cañón "virtual", que alarga axialmente las
dimensiones del cañón propiamente dicho, al reducir y retardar la
mezcla de los productos del proceso explosivo con los gases del
ambiente, lo que trae consigo que, con una menor longitud y peso del
cañón, las partículas de polvo estén más fundidas y se consiga un
revestimiento de mejores propiedades.
Cuando se utilizan polvos sensibles a la
oxidación, es posible realizar la inyección con un gas inerte, de
tal forma que la envolvente de este gas protege al polvo del aire
ambiental y, en consecuencia, se mejora la calidad de la capa o
revestimiento obtenido.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de
realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de
dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter
ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1. - Muestra una representación
esquemática en sección de la pistola objeto de la invención y
también muestra un detalle en sección transversal de uno de los
inyectores anulares de material incorporados en el cañón.
La figura 2. - Muestra un detalle en sección de
la cámara de explosión de la pistola de detonación objeto de la
invención, indicando el nuevo sistema de inyección de gases para
generar mezclas de composición diferente en distintas zonas de la
cámara.
La figura 3. - Muestra un detalle parcial de un
inyector de material incorporado en el cañón, correspondiente a una
variante de realización en la que el inyector anular incorpora
además una entrada auxiliar de producto. Además, se muestra una
variante de realización de la brida que incorpora dicho inyector que
permite la conexión entre dos segmentos del cañón de diámetros
diferentes.
La figura 4. - Muestra una variante de
realización de la representación de la figura 3 en la que una de las
entradas de material presenta una multiplicidad de orificios que se
abren al interior del cañón.
La figura 5. - Muestra una representación de la
brida que aloja la cámara anular dotada de medios distanciadores que
permiten variar la distancia entre la brida y un segmento del cañón,
determinando entre ambos una separación regulable a voluntad para la
entrada del aire del ambiente.
La figura 6. - Muestra una variante de
realización del inyector anular en el que éste presenta una
reducción-expansión diametral. Además se muestra una
variante de realización de dicho inyector con ranuras
longitudinales.
La figura 7. - Muestra una variante de
realización del inyector anular en el que la embocadura de
comunicación con el cañón se configura con una multiplicidad de
orificios radiales y un anillo axial de alimentación.
A la vista de estas figuras, puede observarse
cómo la pistola objeto de la invención comprende una cámara (1) de
explosión y un cañón (2), de longitud apropiada, abierto por uno de
sus extremos (3) y cerrado por el otro, y que puede estar
constituido por uno o más segmentos (2) (2'), unidos por bridas (7),
(7') que pueden incorporar entradas de productos.
La cámara (1) de explosión incorpora los
inyectores de entrada de combustible (5), de comburente (4), y la
bujía (6) para la ignición de la mezcla combustible obtenida en la
cámara de explosión. Además, incorpora los racores correspondientes
a un circuito de refrigeración de la pistola (no representado), como
por ejemplo por agua.
Tal y como se observa en la figura 2, la cámara
(1) de explosión incorpora en la zona más retrasada, justo antes de
los orificios (17) utilizados para la alimentación de comburente,
una protuberancia o resalte perimetral interno (14) que determina un
estrechamiento que define un volumen anular (11), en el que se
introduce exclusivamente el combustible que es alimentado a través
de orificios (16) situados en un casquillo concéntrico a la cámara
de explosión, o en las paredes de la misma (5), y que se abren a
dicha cámara en la posición más retrasada de la misma (11), anterior
al resalte (14).
Una de las principales características de la
pistola de la invención se refiere al hecho de que incorpora un
alimentador (4) de comburente, (p.ej. oxígeno), dispuesto
concéntrica e internamente a la cámara (1) de explosión, y dotado de
una prolongación (15) extrema que se extiende prácticamente hasta la
zona que comunica con el cañón (13) de la pistola, incorporando una
pluralidad de orificios (17, 18) de salida de comburente, p.ej.
oxígeno, que permiten la alimentación de este comburente en
diferentes localizaciones distribuidas a lo largo de la cámara de
explosión.
En concreto, se ha previsto una primera serie de
orificios (17) de alimentación de comburente, (p.ej. oxígeno), en
una primera localización próxima la zona de ignición (12),
habiéndose previsto que la prolongación (15) extrema del alimentador
(4) incorpore a lo largo de su longitud otros conductos (18) de
alimentación de comburente que son utilizados para enriquecer la
mezcla explosiva progresivamente en su avance hacia la zona de
cámara que comunica con el cañón (13).
Otra característica importante de la invención se
refiere al hecho de que el cañón (2) de la pistola incorpora una o
más cámaras (9) de expansión y distribución anulares, con sus
correspondientes entradas (8) de productos, cámaras (9) que se
abren hacia el interior del cañón (2) a través de embocaduras (10)
anulares orientadas hacia la salida (3) del cañón.
Las cámaras (9) anulares se establecen en el seno
de bridas (7), independientes del cañón (2), y fijables a este por
cualquier medio, de manera que dichas bridas (7), conjuntamente con
el segmento o segmentos del cañón (2), (2'), pueden ser sustituidos
o recambiados, pudiendo disponer una misma pistola de varios
cañones, incluso de diferentes longitudes o diámetros, lo que además
de permitir una mayor facilidad en las operaciones de mantenimiento
de los conductos de inyección, permite variar sustancialmente las
prestaciones funcionales de una misma pistola, utilizando en cada
caso la configuración del cañón más idónea. En las figuras 1 y 6, se
ha representado un cañón con un segmento (2') terminal de igual
diámetro al primer tramo (2) mientras que en las figuras 3 a 5 se ha
representado un cañón cuyo segmento terminal (2') es de mayor
diámetro que el primer tramo (2).
Según otra característica de la invención, tal y
como se observa en la figura 5, la brida (7) puede incorporar un
dispositivo distanciador (19) que permite variar la separación entre
la brida (7) y el sector inicial (2) del cañón, de tal manera que
entre ambos pueda establecerse una separación, graduable a voluntad,
para permitir la entrada del aire ambiental.
El conducto de alimentación (8) puede utilizarse
para la inyección del polvo de revestimiento, consiguiendo así una
buena distribución del mismo minimizando la densidad volumétrica de
polvo introducido por unidad de área, puesto que en lugar de entrar
al cañón a través de un único punto lo harían a través de cámaras
(9) y embocaduras (10) anulares y consecuentemente de forma más
homogénea y distribuida.
También puede utilizarse el conducto de
alimentación anular para la inyección de sustancias activas,
reactivas o neutras, como por ej. combustibles, oxígeno, aire,
nitrógeno, etc., modificándose de esta forma las condiciones del
propio proceso de proyección térmica y siendo posible modificar los
parámetros de éste en base a la inyección de distintos productos en
distintos puntos del cañón.
A partir de esta estructuración básica es
factible, de acuerdo con las representaciones de las figuras 3 y 4,
que en una misma brida (7) se incorpore, además de la cámara (9)
anular a que se ha hecho mención con anterioridad, una segunda
cámara (20) anular, con sus correspondientes conducto de entrada
(21) y embocadura (22), prevista para constituir una alimentación
auxiliar de productos que, pueden ser de igual o distinta naturaleza
a los inyectados a través de la cámara (9) de alimentación principal
y así por ejemplo, se pueden inyectar polvos de diferente naturaleza
para constituir revestimientos con dos o más materiales
diferenciados.
Además y como se observa perfectamente en las
citadas figuras 3 y 4, el diámetro del segmento (2') del cañón es
mayor que el del primer segmento (2), y, más concretamente, el
diámetro del segundo segmento (2') del cañón coincide con el
diámetro externo o máximo de la embocadura anular (10) de salida de
la cámara así mismo anular (9), a la vez que es mayor que el
diámetro interno del primer segmento (2) de dicho cañón, con lo que
se consigue, como anteriormente se ha dicho y de acuerdo con el
objetivo de la invención, que al inyectar un gas a través de la
entrada (8), éste emerja de la embocadura (10) anular formando una
especie de película también anular que se establece entre la propia
pared del cañón (2') y los gases producidos en la explosión,
dificultando el contacto de los mismos con dicho cañón refrigerado
y, consecuentemente, permitiendo reducir las pérdidas de
energía.
En la figura 1, la brida (7) permite la conexión
de dos segmentos del cañón (2, 2') de igual diámetro, siendo también
posible realizar esta conexión con la realización representada en la
figura 6, donde dos sectores (2, 2') del cañón con el mismo
diámetro, se conectan mediante una reducción progresiva de diámetro
en la zona terminal del primer tramo (2) del cañón, y de una
posterior expansión progresiva en correspondencia con la embocadura
de salida (10) de la cámara (9) anular.
Según se observa en la figura 4, una de las
embocaduras (22') de acceso al cañón puede materializarse, en lugar
de como una ranura anular continua, a través de una serie de
orificios, dispuestos configurando aproximadamente un anillo.
También se muestra en las figuras 1 y 6, la presencia de ranuras
(23) longitudinales en las embocaduras (10), con el propósito de
aumentar la cantidad de polvo procesable por dichos componentes.
Estas configuraciones pueden materializarse en cualquiera de las
embocaduras de cualquiera de los inyectores de material incorporados
en la pistola.
En la figura 7, la embocadura (10), además de
presentar una comunicación anular axial con el cañón, incluye en su
longitud una pluralidad de orificios (24) que se abren radialmente
al interior del cañón y que permiten que la alimentación de producto
se realice de una manera más distribuida Esta configuración puede
materializarse en cualquiera de las embocaduras de cualquiera de los
inyectores de material incorporados en la pistola.
Las embocaduras (10) que comunican las cámaras
anulares (9) con el interior del cañón (2) se configuran como
conductos formados por la pared interna del cañón y por un resalte
(25) axial en la brida (7) que, por un lado, permiten una correcta
distribución de material en el interior del cañón, y, por otro lado,
regulan la interacción entre los gases producidos por las
explosiones y los materiales de aporte en las cámaras (9) anulares.
Las embocaduras pueden configurarse como conductos anulares de
longitud y sección variables en combinación, o no, con conductos
radiales del tipo de los representados por los orificios (24) y las
ranuras (23). En última instancia, la geometría de la embocadura
(10) viene determinada por las características del producto
inyectado en el cañón y por las propiedades del recubrimiento que se
pretenda. Por ejemplo, si el material alimentado en el cañón es un
gas y se pretende utilizarlo para aislar los gases producidos en la
explosión de las paredes refrigeradas del cañón, la embocadura más
apropiada tendrá una configuración similar a la numerada como (10)
en la figura 6. Por otro lado, para la alimentación de un material
en forma de polvo una configuración de la embocadura como la
representada en la figura 7 es más apropiada.
Claims (17)
1. Pistola de proyección por detonación de alta
frecuencia de disparo y alta productividad, del tipo de las que
incorporan una cámara (1) de explosión y un cañón (2) a la que se
aplican directa y separadamente combustible y comburente que, con la
colaboración de un sistema de ignición (6), generan gases producidos
en un proceso de explosión que arrastran a un material de
revestimiento, alimentado en el cañón (2) y que es proyectado hacia
la pieza a revestir, caracterizada porque incorpora
a) medios de alimentación de combustible y
comburente que producen mezclas explosivas de diferentes
composiciones según zonas de la cámara de explosión, de tal manera
que puede provocarse la generación, dentro del mismo volumen de la
cámara (1) y para un mismo ciclo explosivo, de zonas de mayor o
menor energía y
b) medios de alimentación distribuida de
productos al cañón, para conseguir elevados volúmenes de
alimentación y mezclas adecuadas con los gases presentes en el
cañón, siendo la posición de estos medios, a lo largo del cañón (2),
seleccionable y modificable por el usuario, para la inyección de los
productos en cualquier punto del cañón, proporcionado así una gran
versatilidad del funcionamiento.
2. Pistola de proyección por detonación de alta
frecuencia de disparo y alta productividad, según reivindicación
1.ª, caracterizada porque los medios de alimentación de
comburente (4) presentan múltiples puntos de inyección (17, 18),
espacialmente distribuidos a lo largo de la cámara (1) de explosión,
mientras que los medios de alimentación de combustible (5) presentan
múltiples puntos (16) de inyección, todos ellos situados en la zona
(11) más retrasada de la cámara (1) de explosión, todo ello para
generar una mezcla rica en combustible en zonas próximas a la zona
(12) de ignición, aumentando progresivamente el porcentaje de
comburente en zonas (13) próximas a la conexión con el cañón
(2).
3. Pistola de proyección por detonación de alta
frecuencia de disparo y alta productividad, según reivindicaciones
1.ª y 2.ª, caracterizada porque la mezcla explosiva generada
en la zona de ignición (12) es el resultado de la inyección local en
dicha zona (12) de un máximo del 25% del volumen total de comburente
y de la totalidad del combustible suministrados a la cámara de
explosión en cada ciclo.
4. Pistola de proyección por detonación de alta
frecuencia de disparo y alta productividad, según reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque la cámara (1) de explosión
incorpora, entre los primeros orificios de alimentación de
comburente (17) y los orificios (16) de alimentación de combustible,
una protuberancia interna o resalte (14) perimetral que determina un
estrechamiento de la cámara (1) de explosión, constituyéndose un
volumen (11) constreñido en el que se alimenta exclusivamente el
combustible a través de los orificios (16) del inyector (5).
5. Pistola de proyección por detonación de alta
frecuencia de disparo y alta productividad, según reivindicaciones
anteriores caracterizada porque los medios de alimentación
del comburente están constituidos por un inyector (4) axial,
dispuesto concéntrica e internamente a la cámara (1) de explosión
que presenta una serie de orificios (17) radiales que quedan fuera
del volumen (11) e inmediatamente después del resalte (14)
perimetral, contando el inyector axial (4) con una prolongación (15)
extrema que se extiende prácticamente hasta el inicio del cañón (2),
y que también presenta unos orificios (18) radiales que quedan
distribuidos a lo largo de la cámara (1) de explosión.
6. Pistola de proyección por detonación de alta
frecuencia de disparo y alta productividad, según reivindicaciones
anteriores, caracterizada porque los orificios radiales (17)
y (18) del alimentador de comburente están dispuestos oblicuamente
respecto al eje del cañón.
7. Pistola de proyección por detonación de alta
frecuencia de disparo y alta productividad, según reivindicación
1.ª, caracterizada porque los medios de alimentación
distribuida de productos en el cañón (2) están constituidos por una
o varias cámaras anulares (9) que se establecen en cualquier
posición del cañón, y que están asistidas por una o varias entradas
de alimentación de producto (8), contando la cámara o cámaras
anulares (9) con unas embocaduras (10) o conductos de salida a
través de las cuales los productos acceden al cañón (2) de forma
distribuida, de manera que cuando estos medios de alimentación se
utilizan para la inyección de polvo de revestimiento permiten
aumentar la cantidad de polvo alimentado al cañón y reducir las
posibles obstrucciones del conducto de inyección, mientras que
cuando se utilizan para la inyección de productos activos en la
combustión es posible modificar localmente la naturaleza de la
mezcla y/o condicionar el proceso de proyección a voluntad.
8. Pistola de proyección por detonación de alta
frecuencia de disparo y alta productividad, según reivindicaciones
1.ª y 7.ª, caracterizada porque las embocaduras (10) se
configuran como conductos anulares de longitud, sección y
orientación variable.
9. Pistola de proyección por detonación de alta
frecuencia de disparo y alta productividad, según reivindicaciones
1.ª, 7.ª y 8.ª caracterizada porque la cámara o cámaras
anulares (9) se establecen en una o varias bridas (7) montadas con
carácter movible, en cualquier posición del cañón, determinando
dicha brida o bridas (7) segmentos de cañón físicamente
independientes, tanto para favorecer el acceso a los inyectores en
el mantenimiento de la pistola como para permitir que una pistola
única disponga de diferentes segmentos recambiables, determinantes
de diferentes características funcionales para la pistola.
10. Pistola de proyección por detonación de alta
frecuencia de disparo y alta productividad, según reivindicaciones
1.ª, 7.ª, 8.ª y 9.ª caracterizada porque las embocaduras (10)
se configuran como conductos determinados por la pared interna del
cañón (2) y un resalte axial (25) de la brida (7).
11. Pistola de proyección por detonación de alta
frecuencia de disparo y alta productividad, según reivindicaciones
1.ª, 7.ª, 8.ª, 9.ª y 10.ª, caracterizada porque las
embocaduras de salida (10) de las cámaras anulares (9) presentan
unas acanaladuras (23) longitudinales que permiten aumentar la
cantidad de material inyectado, particularmente en el caso de
tratarse de polvo de revestimiento.
12. Pistola de proyección por detonación de alta
frecuencia de disparo y alta productividad, según reivindicaciones
1.ª, 7.ª, 8.ª, 9.ª, 10.ª y 11.ª, caracterizada porque las
embocaduras (10) de las cámaras anulares (9) presentan, además de
una comunicación anular axial con el cañón, una pluralidad de
orificios (24) que se abren radialmente al cañón, en cuyo caso las
cámaras anulares son especialmente apropiadas para la inyección de
polvo de revestimiento, consiguiendo una gran productividad de la
pistola y reduciendo las obstrucciones del conducto de
inyección.
13. Pistola de proyección por detonación de alta
frecuencia de disparo y alta productividad, según reivindicaciones
1.ª, 7.ª, 8.ª, 9.ª, 10.ª, 11.ª y 12.ª caracterizada porque
las cámaras anulares (9) desembocan en el interior del cañón (2) a
través de ranuras anulares (10) y/o a través de una alineación
circunferencial de orificios (22').
14. Pistola de proyección por detonación de alta
frecuencia de disparo y alta productividad, según reivindicaciones
1.ª, 7.ª, 8.ª, 9.ª, 10.ª, 11.ª, 12.ª y 13.ª, caracterizada
porque el resalte axial (25) presenta una longitud ampliada que se
superpone interiormente al cañón (2), de tal forma que al utilizar
el inyector para la introducción de un gas inerte, los gases de la
explosión avanzan por la zona central del cañón (2) mientras que el
gas inerte fluye en contacto con la pared del cañón (2), formando
una especie de película móvil, cilíndrica, que reduce las pérdidas
de calor a través de las paredes del cañón (2) y configura a la
salida del mismo una película protectora que reduce y retada la
mezcla de los productos del proceso explosivo con los gases del
ambiente.
15. Pistola de proyección por detonación de alta
frecuencia de disparo y alta productividad, según reivindicaciones
1.ª, 7.ª, 8.ª, 9.ª, 10.ª, 11.ª, 12.ª, 13.ª y 14.ª,
caracterizada porque las citadas bridas (7) disponen de una
segunda cámara (20) anular, antepuesta a la cámara (9) anular,
provista de sus propias conducciones (21) de entrada y que desemboca
en el interior del cañón (2), inmediatamente antes de la boca de
salida (10) de la cámara (9) anular, estando destinada a constituir
un segundo punto de aportación de producto al cañón de la pistola,
producto de las mismas o diferentes características que el
introducido a través de la primera entrada.
16. Pistola de proyección por detonación de alta
frecuencia de disparo y alta productividad, según reivindicaciones
1.ª, 7.ª, 8.ª, 9.ª, 10.ª, 11.ª, 12.ª, 13.ª, 14.ª y 15.ª,
caracterizada porque las bridas (7) incorporan un dispositivo
(19) distanciador que permite variar la separación entre cada brida
(7) y el segmento de cañón al que se une, de tal manera que entre
ambos pueda establecerse una separación, graduable a voluntad, para
permitir la entrada de aire ambiental desde el exterior.
17. Pistola de proyección por detonación de alta
frecuencia de disparo y alta productividad, según reivindicaciones
1.ª, 7.ª, 8.ª, 9.ª, 10.ª, 11.ª, 12.ª, 13.ª, 14.ª, 15.ª y 16.ª,
caracterizada porque la brida (7) presenta un primer tramo
convergente seguido de un tramo divergente en correspondencia con la
embocadura de salida (10) para permitir conectar dos sectores de
cañón (2) (2').
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DE69926549D1 (de) | 2005-09-08 |
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