ДОЗАТОР ПОРОШКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ
DOSING UNIT OF POWDER MATERIALS

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к устройствам для дозирования порошков из механических смесей композиционных металлокерамических и металлических материалов, и может быть использовано в комплекте с плазменными установками, предназначенными для плазменного напыления защитных покрытий на огневые стенки камер сгорания жидкостных ракетных двигателей.
Известен вибрационный дозатор, содержащий бункер, на крышке которого смонтирован вибратор, сообщающий вертикальную вибрацию установленной в бункере посредством амортизаторов трубке с калиброванными щелями и ребрами. Площадь сечения калиброванных щелей регулируется посредством подвижного штока, связанного с микровинтом. В верхней части бункера установлена загрузочная трубка, а в нижней - выгрузочная.
[А.с. СССР №342062, кл. G01F 13/00, 1970 г.]
В результате анализа выполнения известного дозатора необходимо отметить ограниченность его возможностей применительно к дозированию композиционных металлокерамических смесей порошков вследствие их расслоения при дозировании.
Известен питатель для дозирования порошка, содержащий полый герметичный корпус, на котором размещены накопитель для порошка, соединенный каналом с полостью корпуса, каналы для подачи сжатого газа в полость корпуса и отвода дозированного порошка из полости корпуса. Устройство оснащено дозирующим элементом, выполненным в виде стакана с радиальными отверстиями на его боковых стенках. Дозирующий элемент имеет ось, связанную с приводом вращения дозирующего элемента.
В процессе работы питателя дозируемый порошок из накопителя по каналу подается в полость корпуса, ссыпается на внутреннюю поверхность дозирующего элемента и, проходя через радиальные отверстия, заполняет полость корпуса. При вращении дозирующего элемента его свободные отверстия заполняются порошковым материалом и при повороте перемещаются в верхнее положение, где происходит их опрокидывание, в результате чего порошок попадает в выходной канал, захватывается потоком газа и через выходной канал подается на плазменную установку.
[А.с. СССР №1052273, кл. ВО5В 7/34, 1988 г.] - наиболее близкий аналог.
В результате анализа известного устройства необходимо отметить то, что оно, как и заявленное, предназначено для дозирования порошка и подачи его к плазменным установкам, как и заявленное, выполнено в виде герметичного корпуса, в котором размещен дозирующий элемент, при этом транспортировка дозированного порошка осуществляется в потоке газа. Однако известное устройство не обеспечивает регламентированную подачу порошка в широком диапазоне временного дозирования подаваемого порошка за рабочий цикл.
Технический результат настоящего изобретения заключается в повышении точности дозирования смесей подаваемых порошков и расширения диапазона регулирования их подачи за рабочий цикл путем регламентации во времени подачи разовых доз порошка.
Указанный технический результат обеспечивается за счет того, что в дозаторе порошковых материалов, содержащем полый корпус с каналами для подачи сжатого газа и порошка в полость корпуса, а также канал для отвода из полости корпуса дозированного порошка, в полости корпуса имеется выступ, и размещен с возможностью вращения посредством привода дозирующий элемент, выполненный в виде стакана, образующая которого охватывает выступ, новым является то, что на образующей дозирующего элемента по окружности выполнены зубья, каждый второй из которых смещен в радиальном направлении к оси вращения дозатора на одинаковое расстояние, и каждый зуб снабжен ребрами, при этом на выступе корпуса с возможностью регулировочного поворота установлено кольцо, на боковой поверхности которого напротив выпускного и впускного каналов выполнены отверстия, а ребра на зубьях дозирующего элемента расположены под углом 4-8° к плоскости дна дозирующего элемента, причем ребра на соседних равноудаленных от оси вращения дозирующего элемента зубьях направлены навстречу друг другу.
Сущность заявленного изобретения поясняется графическими материалами, на которых:
- на фиг.1 - дозатор порошковых материалов, осевой разрез;
- на фиг.2 - фрагмент боковой поверхности дозирующего элемента.
Дозатор порошковых материалов содержит корпус 1 (фиг.1) с полостью 2, внутри которой с возможностью вращения размещен дозирующий элемент 3.
В корпусе 1 выполнен канал 4 для подвода в полость корпуса сжатого газа. В полости корпуса имеется выступ 5, размещенный в полости дозирующего элемента. С полостью 2 корпуса 1 посредством канала 6 связан накопитель 7 порошка, установленный на корпусе. На выступе 5 с возможностью поворота размещено кольцо 8. Поворот кольца 8 осуществляется через ось 9, установленную в корпусе 1 в радиусном пазу (не показан).
В выступе 5 корпуса 1 выполнены каналы 10 (впускной) и 11 (выпускной) соответственно для подвода порошков из накопителя и вывода дозированной газопорошковой смеси.
Дозирующий элемент 3 выполнен в виде стакана, с дном которого скреплена ось, кинематически связанная с приводом вращения дозирующего элемента, а на боковой поверхности по окружности выполнены зубья 12 и 13, причем каждый второй зуб (фиг.2) смещен в радиальном направлении к оси вращения дозатора на одинаковое расстояние.
Внутренняя и внешняя поверхности зубьев 12 и 13 дозирующего элемента 3 снабжены ребрами 14 (фиг.2), расположенными под углом 4-8° к плоскости дна дозирующего элемента 3, причем ребра на соседних равноудаленных от оси вращения зубьях направлены навстречу друг другу.
В боковой поверхности расположенного на выступе 5 кольца 8 напротив выходного отверстия впускного канала 10 выполнено отверстие 15, а напротив входного отверстия выпускного канала 11 - отверстие 16.
Дозатор порошковых материалов работает следующим образом.
Для обеспечения работы дозатора канал 4 подсоединяют к системе подачи сжатого газа, а выходной канал - к плазменному распылителю плазменной установки. Дозирующий элемент 3 соединяют с приводом его вращения. Наиболее предпочтительно, чтобы данный привод был выполнен регулируемым по частоте вращения.
Поворотом за ось 9 устанавливают кольцо 8 на выступе 5 в положение, при котором обеспечивается заданное проходное сечение отверстий впускного 10 и выпускного 11 каналов.
Дозируемая порошковая смесь из накопителя 7 по каналу 10 через отверстие 15 кольца 8 ссыпается в нижнюю часть полости 2 корпуса 1 и заполняет пространство между зубьями 12 и 13 дозирующего элемента 3. При вращении дозирующего элемента порошковый материал заполняет свободное пространство между зубьями, которые перемешают его наверх и ссыпают через отверстие 16 кольца 8 в выпускной канал 11. Порошок подхватывается газом, поступающим в корпусе питателя через канал 4, и по трубопроводу газопорошковая смесь подается в плазменный распылитель плазменной установки.
Расход порошка регулируют изменением скорости вращения дозирующего элемента 3 и поворотом кольца 8 относительно выступа 5. При дозировании расслаивающихся механических смесей зубья дозирующего элемента 12 и 13, снабженные ребрами 14, не только перемещают смесь наверх и ссыпают ее в выпускной канал 11, но и интенсивно перемешивают, восстанавливая ее до исходной однородности, что, в свою очередь, позволяет практически полностью воспроизводить в плазменной струе исходный фазовый состав смеси.
2
2
Оптимальный наклон ребер по отношению к дну дозирующего элемента, их взаимное расположение на зубьях, а также смещение части зубьев относительно оси вращения выбраны экспериментально из условия качества перемешивания и точности дозирования смесей типа ZrO - NiCr, ZrO - NiAl с различным гранулометрическим составом компонентов.
2
2
2
Разработанный дозатор был опробован при работе с порошками: Cu, NiAl, NiCr, ZrO и механическими смесями: ZrO - NiCr, ZrO - NiAl дисперсностью частиц от 10 до 100 мкм.
При точности дозирования ±1,5% удалось обеспечить плавную и технологичную регулировку расхода в зависимости от вида порошка вплоть до 2,7-7,5 г/мин. Питатель, описанный в наиболее близком аналоге, на тех же порошках без замены дозирующего элемента позволяет плавно уменьшить расход только до 35-82 г/мин; дальнейшее снижение расхода возможно только при условии установки дозирующего элемента с меньшим числом отверстий в боковых стенках.
2
2
В случае дозирования расслаивающейся порошковой смеси ZrO - NiCr с размерами частиц ZrO и NiCr соответственно 10÷40 мкм и 40÷100 мкм предложенный питатель обеспечивает соответствие фазового состава покрытий составу исходной механической смеси с точностью ±2÷3%, в известном же питателе аналогичная величина составляет ~15÷17%.
Таким образом, экспериментальные исследования заявленного дозатора в составе плазменной установки УПУ-8М с плазменным распылителем УПР-1 показали, что по сравнению с наиболее близким аналогом предложенное устройство обеспечивает технологичную регулировку расхода порошка в значительно более широком (~10 раз) диапазоне дозирования и обеспечивает более точное (~5-7 раз) дозирование.