一种超音速喷管及喷枪的制作方法

1.本发明属于喷涂装备技术领域，具体涉及一种超音速喷管及喷枪。


背景技术：

2.超音速喷涂技术(冷喷涂、超音速火焰喷涂、超音速电弧喷涂等)均在喷枪内管中运用拉瓦尔喷管的加速原理，通过“渐缩-渐扩”的管径变化可将喷涂气流加速至音速之上，进而借助超音速气流加速喷涂材料至基材表面以实现涂层制备。在实际的超音速喷涂工艺中，为了在不同工艺要求下达到工艺最佳加速效果，需要根据特定的工艺参数更换不同缩放比(出口截面积与喉部截面积之比)、长度等不同规格的喷管。此外，喷管作为喷枪中的易损件还需要定期更换，考虑到喷管内“渐缩-渐扩”的管径流线加工难度高，加工成本大，整体成型的加工方案难以满足使用需要。


技术实现要素：

3.鉴于此，有必要针对现有技术存在的缺陷提供一种可提高喷枪内管的综合使用寿命以及降低维护成本的超音速喷管。
4.为解决上述问题，本发明采用下述技术方案：
5.本技术目的之一，在于提供一种超音速喷管，包括：渐缩段和与所述渐缩段可拆卸连接的渐扩段，以气流在所述超音速喷管的管内流动的方向作为参考，所述渐缩段的管内径由大逐渐变小，所述渐扩段的管内径由小逐渐变大。
6.在其中一些实施例中，所述渐缩段和所述渐扩段之间通过螺纹连接或法兰连接或卡套连接或其他连接形式。
7.在其中一些实施例中，所述渐缩段和所述渐扩段的连接端的密封形式包括球面密封或锥面密封或平面密封。
8.在其中一些实施例中，所述渐缩段和所述渐扩段可选用相同加工材料或不同加工材料，所述加工材料是金属或陶瓷或有机材料。
9.在其中一些实施例中，所述渐缩段与所述渐扩段的内径形状选择相同或不同，所述内径形状包括圆形或椭圆形或矩形。
10.在其中一些实施例中，所述渐缩段或/及所述渐扩段的入口的内径截面形状与出口的内径截面形状可为相同轮廓形状或不同轮廓形状；所述渐缩段及所述渐扩段的所述入口与所述出口之间的管径变化保持平滑过渡；
11.若所述渐缩段或/及所述渐扩段的所述入口的所述内径截面形状与所述出口的所述内径截面形状为相同轮廓形状，所述入口内径截面形状与所述出口的所述内径截面形状应为等比例缩放轮廓；若所述渐缩段或/及所述渐扩段的所述入口的所述内径截面形状与所述出口的所述内径截面形状为不同轮廓形状，所述渐缩段及所述渐扩段的所述入口与所述出口之间的管径变化保持平滑过渡。
12.在其中一些实施例中，所述渐缩段与所述渐扩段的截面形状相同，所述渐缩段与
所述渐扩段的连接处的内径截面尺寸保持一致，或所述渐扩段的所述入口的内径尺寸大于所述渐缩段的所述出口的内径尺寸。
13.在其中一些实施例中，所述渐缩段的所述出口与所述渐扩段的所述入口的截面形状不同，所述渐扩段的所述入口对所述渐缩段的所述出口全覆盖。
14.在其中一些实施例中，所述喷管上还设置有喷涂主气入口以及喷涂粉末入口，其中，所述喷涂主气入口设置于所述渐缩段的所述入口端之前，喷涂主气的输入方式为径向输入或轴向输入；所述喷涂粉末入口设置在所述渐缩段的所述入口端或所述渐缩段或渐扩段的管的任一位置，对应的喷涂粉末的输入方式为所述渐缩段的轴向输入或所述渐缩段的径向输入或所述渐扩段径向输入。
15.本技术目的之二，提供了一种喷枪，包括所述超音速喷管。
16.本技术采用上述技术方案具备下述效果：
17.本技术提供的超音速喷管及喷枪，包括：渐缩段与所述渐缩段固定连接的渐扩段，以气流在管内流动的方向作为参考，所述渐缩段的管内径由大逐渐变小，所述渐扩段的管内径由小逐渐变大。本技术提供的超音速喷管及喷枪，通过分段式加工降低制作难度和成本，并且通过不同分段组合的形式最大程度减少了工艺配备的喷管数量，并且在损耗失效后可以进行特定分段的更换，降低了使用成本。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例提供的超音速喷管的结构示意图。
20.图2为本发明实施例提供的超音速喷管的剖面示意图。
21.图3为本发明实施例提供的不同内径轮廓组合喷管示意图。
22.图4为本发明实施例提供的不同内径轮廓组合喷管“进出口全覆盖”的示意图。
具体实施方式
23.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
24.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
25.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
26.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
27.请参阅图1，为本技术提供的超音速喷管的结构示意图，包括：渐缩段1与渐缩段1可拆卸连接的渐扩段2，以气流在超音速喷管的管内流动的方向作为参考，渐缩段1的内径由大逐渐变小，渐扩段2的内径由小逐渐变大。请参阅图2，为本技术提供的超音速喷管的剖面示意图，其中，图中箭头表示为气流在超音速喷管的管内流动方向，沿气流的方向，渐缩段1的内径由大逐渐变小，渐扩段2的内径由小逐渐变大。
28.将渐缩段1与渐扩段2的连接处设置为可拆卸连接，可降低渐缩段1与渐扩段2的加工难度，且可避免同时在一段管路中进行“渐缩-渐扩”管径流线的加工，容易造成渐缩段与渐扩段同轴度偏差，进而在使用喷管进行加速气流时形成紊流，影响气流的加速效果。
29.可以理解，超音速喷管使用前应进行渐缩段1和渐扩段2的选择及组合，最终的超音速喷管形式包括且不限于不同分段长度、分段材料、内径尺寸、内径形状等一个元素或者多个元素的渐缩段1和渐扩段2组合。其中，分段长度为渐缩段1和渐扩段2的轴向长度，分段材料为渐缩段1和渐扩段2的加工材料，内径尺寸为渐缩段1和渐扩段2的管内直径，内径截面形状为渐缩段1和渐扩段2的管内截面形状。通过上述组合环节，实现超音速喷管的不同部分的尺寸、材料等多维度组合，同时可以根据实际工艺要求提升喷管使用效率。以下分别针对超音速喷管的形式进行详细说明。
30.在其中一些实施例中，渐缩段1和渐扩段2需组合使用，其连接形式优选螺纹连接，次选法兰连接或卡套连接或其他连接形式。
31.进一步地，由于喷涂中会使用压缩气体，渐缩段1和渐扩段2的连接需保证良好的气密封性，连接段的密封形式优选球面密封，或锥面密封、平面密封等。
32.在其中一些实施例中，喷枪实施管内送粉时，由于管内温度、粉末速度等因素在渐缩段1和渐扩段2会迅速变化，超音速喷管的渐缩段1和渐扩段2在不同工况中会因不同形式的损耗而造成失效，因此渐缩段1和渐扩段2可以分别选用相同或不同材料以适应各种不同的工况要求。具体地，渐缩段1与渐扩段2可以根据各自段内的耐温、耐磨损等性能需求选择特定的金属、陶瓷、有机材料等。
33.可以理解，根据该超音速喷管各段的使用耗损造成的失效情况进行针对性的材料设计组合，从而提高了该超音速喷管的综合使用寿命。
34.请参阅图3，为本发明实施例提供的不同内径轮廓组合喷管示意图。
35.可以理解，在实际的喷涂作业中，应对复杂的基材外形轮廓的喷涂需求时，需要选择不同出口形状实现涂层的单道宽度及厚度分布的特殊控制。因此不同的内径形状，特别是渐扩段2的出口的形状决定了出口气流及粉末的速度分布情况，进而影响涂层的单道宽度及厚度分布情况。根据不同的涂层制备要求，可以选择相同或不同内径截面形状的渐缩段1与渐扩段2组合，其中常见的内径截面形状包括圆形、椭圆形或矩形。具体地，由于内径截面形状为椭圆形、矩形等非圆轮廓的整体成型喷管与通用外接送气、送粉管路需要使用专用转换接头，导致使用成本在喷涂少数复杂轮廓时显著提升；而采用圆形内径截面形状的内径轮廓的渐缩段1与异形内径截面形状的内径轮廓的渐扩段2的拼接组合，保证了渐缩段1的送粉、送气管路的通用性的同时，与不同内径轮廓的渐扩段2组合满足了不同基材轮廓的喷涂需求，使得平均使用成本降低，喷管使用效率也得到提高。
36.在本实施例中，渐缩段1或/及渐扩段2的入口的内径截面形状与出口的内径截面形状优选为不同比例的同轮廓形状。如图3中所示的渐缩段1的第一入口的内径截面形状11和渐缩段1的第一出口的内径截面形状12为不同比例的同轮廓形状，渐扩段2的第二入口的内径截面形状21和渐扩段2的第二出口的内径截面形状22为不同比例的同轮廓形状。可以理解，若渐缩段1或/及渐扩段2的入口的内径截面形状与出口的内径截面形状为不同轮廓形状，渐缩段1或/及渐扩段2的各段的入口和出口之间的管径变化应保持平滑过渡，即第一入口形状11和第一出口形状12为不同不同轮廓轮廓形状时，则第一入口形状11和第一出口形状12之间的渐缩段1的管径变化应保持平滑过渡；第二入口形状21和第二出口形状22为不同轮廓形状时，则第二入口形状21和第二出口形状22之间的渐扩段2的管径变化应保持平滑过渡。
37.请参阅图4，为本发明实施例提供的不同内径轮廓组合喷管“进出口全覆盖”的示意图。
38.具体地，若该超音速喷管采用渐缩段1的第一出口形状12与渐扩段2的第二入口形状21相同，渐缩段1与渐扩段2连接处的内径尺寸优选保持一致，或渐扩段2的入口的内径尺寸略大于渐缩段1的出口的内径尺寸；若渐缩段1的第一出口形状12与渐扩段2的第二入口形状21不同，则渐扩段2的入口应对渐缩段1的出口全覆盖，以保证喷管的渐缩段1内的气流在不发生扰动的情况完全进入喷管的渐扩段2。
39.可以理解，在正常安装下，喷管的渐扩段2的入口的内径截面均处于渐缩段1的出口的内径截面之内。
40.可以理解，在实际中，根据喷涂基材和粉末类型以及目标涂层性能，确定喷涂所需工艺参数；进而基于喷涂工艺需求确定喷管长度、缩放比、内径形状等总体指标，然后根据喷管指标进行渐缩段1和渐扩段2各分段长度、内径尺寸及形状的设计；同时通过喷涂工况进行喷管渐缩段1以及渐扩段2的失效分析，确定喷管各分段的材料；最终结合各分段长度、材料、内径尺寸及形状得到最优的组合设计方案。
41.本技术提供的超音速喷管，通过分段式加工降低制作难度和成本，并且通过不同分段组合的形式最大程度减少了工艺配备的喷管数量，并且在损耗失效后可以进行特定分段的更换或者修复，降低了使用成本。上述喷管可用于喷枪，经过实际制作使用，加工、维护成本明显降低，灵活的尺寸组合形式也使得实验、应用中工艺适配性得到提高。
42.以上仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。