УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКОГО НАПЫЛЕНИЯ ПОКРЫТИЙ ИЗ ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
DEVICE FOR GAS DYNAMIC SPUTTERING OF COATINGS FROM POWDER MATERIALS

Изобретение относится к устройствам для газодинамического напыления покрытий из порошковых материалов и может быть использовано в машиностроении и других отраслях для получения качественных покрытий при ремонте и изготовлении изделий.
Из уровня техники известно устройство для газодинамического напыления покрытий из порошковых материалов (1), содержащее дозатор порошка, нагреватель газа, сверхзвуковое сопло и блок контроля и управления электронагревателем с электронным заданием и поддержанием температуры.
Недостатком данного устройства является то, что часть энергии, используемой для нагрева газа носителя, расходуется впустую, нагревая корпус и увеличивая опасность работы с ним персонала.
Из уровня техники известно устройство для газодинамического напыления покрытий из порошковых материалов (2), содержащее источник газа носителя, порошковые питатели, блок напыления, включающий электронагреватель газа носителя, расположенный в кожухе и соединенный газопроводом с источником газа носителя, и сверхзвуковое сопло, а также блок контроля и управления электронагревателем. Данный аналог наиболее близкий т.е. - прототип.
Недостатком данного устройства является то, что часть газа носителя расходуется впустую, используется только для охлаждения корпуса, а также тепловая энергия, выделяемая блоком контроля и управления электронагревателем не используется, кроме того, не обеспечивается точность стабилизации и контроля температуры.
Техническая задача, на которую направлено данное изобретение, - создание устройства для газодинамического напыления покрытий из порошковых материалов, имеющего низкое энергопотребление и обеспечивающего высокое качество покрытий за счет стабилизации и контроля температуры.
Данная техническая задача решается тем, что устройство для газодинамического напыления покрытий из порошковых материалов содержит источник газа-носителя, порошковые питатели, блок напыления, включающий электронагреватель газа-носителя, расположенный в кожухе и соединенный газопроводом с источником газа-носителя, и ускоряющее сопло, а также микропроцессорный блок контроля и управления электронагревателем. Отличием является то, что в кожухе выполнены лабиринтные каналы для газа-носителя, охлаждающего наружные стенки кожуха и используемого в дальнейшем для разгона частиц порошкового материала, силовой (электронный) элемент микропроцессорного блока расположен непосредственно в блоке напыления и охлаждается потоком газа-носителя, причем управление нагревом газа-носителя осуществляется по пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) закону микропроцессорным блоком, установленным непосредственно на напылительном блоке, и имеющем возможность настройки и сохранения во внутреней памяти ПИД коэффициентов для различных режимов напыления, а также порт связи с ЭВМ для оперативного программного изменения режимов напыления и зписи значений температуры газа-носителя во время процесса напыления.
Таким образом, выполнение в кожухе лабиринтных перегородок для газа-носителя позволяет охлаждать наружные стенки кожуха и в дальнейшем поток газа-носителя не сбрасывать в атмосферу, а полностью использовать для разгона частиц порошкового материала. Кроме того, газ-носитель используется также и для охлаждения силового (электронного) элемента микропроцессорного блока, находящегося в напылительном блоке, при этом охлаждая вышеуказанный элемент, а также стенки кожуха, он нагревается, и этим снижается энергопотребление устройства.
Управление нагревом газа-носителя по пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) закону микропроцессорным блоком позволяет стабилизировать температуру и производить ее контроль с достаточно высокой точностью, а расположение микропроцессорного блока в корпусе напылителя позволяет оперативно контролировать и изменять режимы напыления.
Данное изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 представлена блок-схема устройства для газодинамического напыления покрытий из порошковых материалов.
Устройство для газодинамического напыления покрытий из порошковых материалов состоит из источника газа-носителя 1, порошковых питателей 2, микропроцессорного блока 3, силового регулирующего элемента микропроцессорного блока 4, расположенного на распределительной плите-радиаторе 5. В кожухе 6 расположены лабиринтные каналы 7 для газа-носителя и нагревательный элемент 8. Кожух 6 выполнен с лабиринтными каналами 7 и имеет сообщение через теплоизолированное отверстие 9 с устройством смешения 10, соединенное с ускоряющим соплом 11.
Устройство для газодинамического напыления покрытий из порошковых материалов работает следующим образом. Газ-носитель поступает в распределительную плиту-радиатор 5, на которой закреплен силовой регулирующий элемент микропроцессорного блока 4. Силовой регулирующий элемент микропроцессорного блока 4 охлаждается газом-носителем, который сам при этом нагревается. Далее газ-носитель проходит по лабиринтному каналу 7, образованному внутренними перегородками 12 и наружными стенками кожуха 6, и охлаждает их, опять при этом нагреваясь. Затем газ-носитель проходит далее, пока не попадет в канал, образованный внутренними перегородками 13 и нагревательным элементом 8, где нагревается до температуры, заданной микропроцессорным блоком 3. Далее газ-носитель через теплоизолированное отверстие 10 поступает в устройство смешения 11, из которого вместе с напыляемым порошком разгоняется в ускоряющем сопле 12. Управление нагревом газа-носителя осуществляется по пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) закону микропроцессорным блоком 3, установленным непосредственно на напылительном блоке. Такое регулирующее воздействие используется в пропорционально-интегрально-дифференциальных (ПИД) регуляторах, которые воздействуют на объект пропорционально отклонению s регулируемой величины, интегралу от этого отклонения и скорости изменения регулируемой величины
где µ - величина регулирующего воздействия;
k - пропорциональный коэффициент;
ε - отклонение регулируемой величины;
1
Q - постоянная интегрирования регулятора (время изодрома);
2
Q - постоянная дифференцирования;
dt - период квантования по времени;
t - время.
и хорошо подходят для систем регулирования температуры.
Таким образом, предложенное устройство для газодинамического напыления покрытий из порошковых материалов использует для охлаждения наружных стенок и силового регулирующего элемента газ-носитель, который в дальнейшем полностью используется для разгона частиц. Охлаждая вышеуказанные устройства, газ-носитель при этом частично нагревается, за счет чего и уменьшается энергопотребление устройства. Регулирование температуры по пропорционально-интегрально-дифференциальному (ПИД) закону позволяет стабилизировать температуру газа-носителя с большой точностью, что позволяет получать высокое качество покрытий.
Библиографические источники информации
1. Патент №2190695 РФ, публ. 10.10.2002 г.
2. Патент №2257423 РФ, публ. 10.03.2005 г. - прототип