Бесплатный фрагмент - Направленная термогазодинамическая обработка сверхзвуковой струей

Физические, не механические, способы лишены силовых приводов к механическим орудиям труда и используют для направленного воздействия на объекты различные энергетические потоки в качестве инструментов обработки.

Начиная с Х1х века многочисленные попытки применить струйные энергетические газопламенные способы и устройства для направленной обработки различных горных пород, льда, мерзлого грунта; для нанесения защитных, декоративных покрытий на металлические конструкции и на бетонные и иные строительные и дорожные сооружения; для упрочнения грунтовых поверхностей и массивов и т. п, не дали нужного промышленного результата.

Только применение Сверхзвуковой газовой струи, как инструмента обработки с определенными термогазодинамическими свойствами, пробило эту «стену». [1], [2], [3], [4], [5], [6]. [7]. [29]. Эти технологии. в основе которых лежит применение свойств сверхзвуковых направленных газовых струй, составляют группу Термогазодинамических способов, представленных в Таблице «Физические способы направленной обработки», рис.1., где использованы материалы из выше перечисленных работ.

На рис.1, Таблица раздел 1, -даны первые технологии 50годов, (США, СССР); В разделе-2 даны первые патенты новых технологии Лаб. Ленинградского инж. строительного ин-та (ЛИСИ) «Новые физические методы направленной обработки есественных и искусственных минеральных сред». Особенности «Горного дела», «Металлургии», «Строительства» далеки от струйной «Газодинамики», но они стали внедрятся, «пристегиваться» друг к другу. Для новых технологий из раздела 1, возникли «термины» не соответствующие их физической сути. В US: Blowpipe-паяльная горелка; Method for thermal perching-Способ термопрокола; Thermally working-Термообработка. В СССР: Горелка реактивная; Огнеструйная горелка; Огнебур; Термобурение; Огненож, т. п. В них не упоминается С\з-я струя, а она основа этих технологии.

Известно, «Термин должен иметь точное научное определение. Термин, не отражающий физическую суть обозначаемого явления, термином не считается». Путаница в терминах недопустима в научно-технической и учебной литературе, что однако имеет место в ряде публикаций.

НОВЫЕ ТЕРМОГАЗОДИНАМИЧЕМКИЕ ТЕХНОЛОГИИ. Таблица, рис.1., раздел-2, [1], [4], [5], [7], [29].

1. НАНЕСЕНИЕ РАСПЛАВОВ, ПОКРЫТИЙ (Сверхзвуковое напыление, нанесение покрытий).

При движении газа в диффузоре сопла Лаваля его температура, давление падают, а скорость растет. Патент а. с.299370 «Струйный термоинструмент» (д.т. н. П. И. Боженов, лауреат Ленинской и Гос. премий; д.т. н. А. В. Бричкин, Член. Кор. АН Каз. ССР; Е. П. Боженов инженерп/я 270.) [8]. Авторы, используя этот закон, первыми предложили применить: 1 Сверхзвуковые струи с компонентами (тех. агентами) для нанесения антикоррозионных, декоративных, иных покрытий. (что было принято с недоверием частью научных кругов); 2. С\з-ое нанесение связывающих грунт покрытий; 3. Термогазодинамическая абразивная зачистка; 4. Отверстия в стенках сверхзвуковой зоны сопла для внесения в тело струи тех. агентов (флюсы, порошки, гранулы, абразивы, проволока, жидкость, газ); 5. Двух и многофазные струи для нанесения покрытий и выполнения иных операций направленной С\з-ой обработки.

В патентах а.с.177804; а.с.390252; а.с.457610, (Заяв: Каз. П и-т; ЛИСИ), впервые, эти же тех. агенты внесены в центр тела С\З-ой струи за критическим сечением в сверхзвуковую зону сопла.

Возникла новая технология «Сверхзвукового (С\З-о) порошкового нанесения покрытий», Таблица, рис..1, раздел-2.

Через десяток лет эта технология радиального и наклонного вода порошков в Сверхзвуковую зону сопла была, вторично зафиксирована в патентах РФ: 210044 (1997г.); 2158197 (2000г.); — 2201472 (03г.); 2190695 (02г); 2407700 (06г.); 2334827 (08г.) и прочих; Нанесение расплавов С\з-ой струей, [4], [5], [29], вторично, в начале ХХ1 века, подтверждено работами «НИИ Высоких Технологий» (г. Барнаул), например [9], [10]; Патенты РФ: 2190695 (02г.), 2334827 (08г.), так же в начале ХХ1 века, повторили ввод порошков в центр тела С\з-ой струи, что ранее предложили Каз. П. и-т и ЛИСИ.

Появление повторных патентов, после работ ЛИСИ и факт успешного развития Сверхзвукового нанесения покрытий и других «Термогазодинамических способов обработки», характеризуют уровень ректората Ленинградского инж.-стр. ин-та (ЛИСИ), закрывшего эти НИР как бесперспективные, [11].

Патент СССР а.с.299370 получен на 14 лет раньше патента US, 416421- (1983г.,Д.-Браунинг). Но почему-то считается, что он первым предложил этот «новый способ нанесения покрытий».. Его патент кроме того имеет фатальный дефект, не преодоленный Д. Браунингом. В нем. порошок, проволока введены в дозвуковую часть устройства, и они налипли на стенки форкамеры и конфузора сопла и объем напыления уменьшается; Во-вторых, порошок и расплав проволоки постепенно «затыкают» критическое сечение сопла и ломают устройство Д. Браунинга. Процесс напыления прекращается. В патентах СССР этого дефекта НЕТ.

На рис.2 даны некоторые устройства ЛИСИ предназначенные для ввода порошка и иных тех. агентов в тело сверхзвуковой газовой струи. На рис.3 дано сравнение схемы ввода порошка в патенте а.с299370 и в патентах РФ, появившихся через десяток лет..

Эта термогазодинамическая технология не имеет ничего общего с «Термическим и Газопламенным» способом М. Шоопа. Он не применил С\з-ю струю при нанесении покрытий. Переход к «сверхзвуку» дал качественный и количественный скачёк технологии нанесения покрытий.

Известно. что существуют термины: «дозвуковая» струя при М <1, «звуковая» при М=1, «сверхзвуковая» при М> 1. Есть свои точно ограниченные диапазоны значений числ Маха. Поэтому понятия «Высокоскоростные и Скоростные струи» оставим для домашнего быта. Так же известно, что строение С\з-ой струи отличается от дозвуковой газопламенной струи, применяемый в способе «Шоопа». Сверхзвуковая струя для нанесения, напыления покрытий состоит или из раскаленных, светящихся продуктов прогоревшего топлива или воздуха, нагретого до 200—800 С и даже выше. «Огнегазопламени» от горящих газов в теле этих С\з-вых струй нет. Есть её тепловая радиация. «Кочерга, вынутая из горящей печи светится, но не горит». На рис 4 показано отличие строения сверхзвуковой струи от газопламенной.

Сверхзвуковая струя, это сложный энергетический газовый поток неоднородных полей скорости, давления, температур с наличием сдвинутых слоев газодинамических характеристик сверхзвуковых и дозвуковых зона, рис.4. Её строение, даже визуально и на звук, в принципе отлично от огнепламенных струй.

Конечный результат С\з-ого комплексного нестационарного воздействия на объекты, [1], [2], [3], [4], [5], [6], так же отличен от огнегазопламенного воздействия.

При встречи С\з-ой струи с преградой образуется отсоединенный скачек уплотнения и за ним резкий скачек температуры и давления, близкие к начальным показателям газа. На преграде возникает сложная трехмерная веерная структура пристеночного газового течения, зависимая от расчетности сопла, расстояния до среза сопла и формы преграды. Строение С\З-ой струи, как инструмента обработки, зависит от значительного числа взаимосвязанных факторов.

Струю создает сверхзвуковой термогазогенератор (С/зТГГ), рис.5. Он состоит из:

1. Генератора (камера сгорания или ресивер), который создает газ с расходом, давлением и температурой необходимой для создания сверхзвуковой струи. Его камера сгорания (топливо: жидкое, газообразное, твердое, как у окислителя, так и у горючего) источник газов сгоревшего топлива. Ресивер создает поток воздуха нагретого обогревателем или газа (азот, смесь азота с водородом, аргоном.) из плазмотрона.

2. Соплового блока, где формируется С\з-я рабочая струя.

Возникающая при этом реактивная сила струи или тяговая сила устройства не нужны, вредны и подавляются, в отличии от ракетных двигателей, например ЖРД. Кроме того в сверхзвуковую зону сопел ЖРД не вносят порошков и проволок.

Поэтому:

Принимать термогазогенераторы (С\зТГГ) за МикроЖРД [12] из группы «Сверхзвукового газопламенного способа», или считать их «МикроЖРД-горелка Гальченко», «Терморезак-реактивная горелка», это «плод заблуждения». Известно, топливо С\зТГГ, не применимо в ЖРД и тем более в «МикроЖРД». Их целевое назначение, вес, габариты, давление газа в камере сгорания, конструктивное оформление и используемые материалы, как и конструкция сопла Лаваля и всего Особого соплового блока и расчётность сверхзвуковых сопел, РАЗЛИЧНЫ.