[發明專利]用于測量等離子體射流對空氣引射量的引射保護罩

無效

• 申請號: 200910082580.2
• 申請日: 2009-04-27
• 公開（公告）號: CN101539448A
• 公開（公告）日: 2009-09-23
• 發明（設計）人: 王海興;張亞民;魏福智;湯海濱;賈少霞
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01F15/00
• 分類號: G01F15/00
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所
• 代理人: 周長琪

技術領域

本發明屬于測量技術領域，具體涉及一種用于測量等離子體射流對空氣引射量的引射保護罩。

背景技術

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

發明內容

本發明的目的在于設計一種可以精確測量等離子體射流對標準大氣壓下環境空氣引射量的保護罩，從而幫助進行對等離子體射流的特性研究及應用。采用射流引射保護罩的方法測量等離子射流對環境空氣的引射量的原理是：用引射保護罩將等離子體射流與外界環境空氣隔離，然后人工引入被引射氣到引射保護罩內，通過多層金屬絲網將被引射氣速度降低至接近零，以模擬真實大氣中靜止的環境空氣，當金屬絲網內被引射氣的靜壓等于外界環境大氣的靜壓時，即表示輸入的被引射氣流量正好等于等離子體射流引射走的氣體流量，這樣就可以通過測量被引射氣體的流量得到等離子體射流引射的氣體流量。

本發明提供一種用于測量等離子體射流對空氣引射量的引射保護罩，所述的引射保護罩為圓柱形引射保護罩，包括前端外擋板、內擋板、后擋板、密封罩、絲網支撐柱、絲網壓緊環、金屬絲網和引射氣入口導管，前端外擋板通過外螺紋與內擋板內螺紋孔連接在一起，并且在前端外擋板和內擋板射流入口中心通孔與等離子發生器出口配合端面之間有絕緣塑料環作電氣隔離；引射氣入口導管用螺紋連接在前端外擋板上，引射氣由此進入后被內擋板阻擋轉為徑向流動；絲網支撐柱穿過絲網壓緊環和金屬絲網邊緣與壓緊螺母一起緊緊地固定在內擋板外緣上，絲網壓緊環將金屬絲網邊緣壓緊，金屬絲網卷三至四層呈圓筒狀，由絲網支撐柱提供軸向和徑向的支撐，在另一端絲網支撐柱與壓緊螺釘通過螺紋連接在一起，壓緊螺釘穿過絲網壓緊環和金屬絲網邊緣旋入絲網支撐柱一端的內螺紋孔中。外部圓柱型密封罩與前端外擋板和后擋板通過各自法蘭邊上的緊固螺栓、緊固螺母連接，法蘭之間加以橡膠墊圈以保證氣密性。在引射罩內部采用多層金屬絲網作為多孔壁以降低人工引入的氣體對等離子體射流流場的影響，模擬真實環境下大氣中靜止的空氣，這樣當多孔壁外引入的氣體與外界大氣的壓力相等時，就可以測量出等離子體射流對周圍環境氣體的引射量。

所述的前端外擋板和內擋板的射流入口開孔即中心通孔大小由所采用等離子體發生器的出口配合端面的直徑決定，所述的引射氣入口導管外徑為6mm，內徑為4mm，所述的前端外擋板和內擋板內表面平行距離為7mm，所述的金屬絲網最外層與引射罩內表面距離為5mm，所述的引射罩和金屬絲網圍成的圓筒在軸向上可采用不同的長度，所述的后擋板射流開口直徑為70mm，所述的絲網支撐柱采用標準件螺柱。

本發明的優點在于：