Устройство подачи порошкового материала

Полезная модель относится к устройствам (а именно, к функциональным узлам лазерного технологического оборудования), содержащим в своей конструкции аэродинамические (пневматические) дисковые порошковые питатели, предназначенные для дозированной подачи и последовательного нанесения на отдельные или на все поверхности обрабатываемых деталей равномерного слоя твердотельного мелкодисперсного порошка, взвешенного в инертном (азот или аргон) транспортном газовом потоке.
Подобное, зачастую автоматизированное роботизированное и компьютеризированное, технологическое оборудование применяется на рабочих местах, например при выполнении технологических операций лазерной наплавки как однородного (с материалом детали) порошка, так и порошковой смеси, специализированной по требуемым теплофизическим, физико-механическим, химическим или электрофизическим свойствам.
Речь идет о металлических, а также о металлокерамических и тому подобных материалах детали и порошка, допускающих возможность локального плавления данных материалов при их термообработке интенсивным сфокусированным пучком лазерного излучения. Указанное оборудование обеспечивает возможность его использования как при необходимости формирования сплошного защитного (от внешних воздействующих факторов) слоя на поверхности детали, так и при необходимости восстановления поверхностей, изношенных в результате трения соприкасающихся деталей, входящих в состав кинематических пар.
раб
Существуют готовые решения соответствующего технологического оборудования от различных компаний, таких как "Sulzer" и "Oerlikon-Metco" (Швейцария), "GTV" (Германия), "FST" (Нидерланды) и др. Оборудование обеспечивает возможность транспортировки порошка (характеризующегося широким диапазоном размера и морфологии частиц) со скоростью подачи в зону лазерной обработки от 2 до 150 г/мин при рабочем давлении инертного газа Р до 3 бар и выше.
Предлагаемое техническое решение особо актуально при выполнении автоматизированной и роботизированной технологической операции "Нанесение порошка на поверхности партии деталей" (с одновременной или последующей лазерной термообработкой нанесенного защитного слоя), а также при восстановлении физического состояния отдельных обособленных поверхностей одной и той же детали.
Например, при необходимости наплавки порошкового материала на две и более поверхности одной детали, установленной и закрепленной в роботизированном оборудовании, требуется смена позиции закрепления детали в оборудовании или последовательная смена позиции ориентирования распыляющей порошок головки относительно этих поверхностей данной детали.
В этом случае в ходе выполнения технологической операции требуется прекращение подачи порошка на поверхность детали как за счет остановки движения транспортного газового потока со взвешенным порошком (то есть остановка пропускания газопорошковой смеси сквозь форсунку распыляющей головки), так и за счет возможной приостановки вращения диска питателя, подающего порошок в газовый поток.
Необходимо отметить, что установка запирающего клапана на подающем газопорошковую смесь шланге непосредственно вблизи головки, распыляющей мелкодисперсный порошок, недопустима (либо крайне нежелательна) из-за опасности оседания частиц порошка под действием силы гравитации на внутренние стенки подающего шланга (а именно, после остановки движения газового потока внутри данного шланга). При этом возможно слипание (коагуляция) оседающих частиц в механически прочные устойчивые агломераты (кластеры или комки), что приводит к искажению (случайным образом) необходимой равномерной структуры наносимого слоя. В связи с этим, останавливать транспортный газовый поток рекомендуется либо на входе в питатель, либо на выходе из газового баллона (или на выходе из компрессора, в случае его использования в составе оборудования).
Данное действие, связанное с необходимостью отключения подачи газа в питатель и с приостановкой вращения диска питателя, выполняется, как уже отмечено выше, не только при изменении позиции взаимного расположения детали и форсунки распыляющей головки, а также при необходимости оперативного выполнения действий в предаварийных ситуациях, связанных, например, с проведением экстренного дополнительного контроля и настройки (обслуживающего предназначения) функционирующего (уже включенного в работу) технологического оборудования.
Дополнительно необходимо отметить, что использование газовых баллонов высокого давления аргона или азота в составе оборудования является наиболее оптимальным вариантом исполнения его функциональной схемы, так как в данном случае в трубопроводах формируется наиболее стабильный равномерный газовый поток по сравнению с компрессорными схемами, отличающимися возможными пульсациями давления газа, подаваемого от компрессора в распыляющую головку. При этом использование в структуре функциональной схемы технологического оборудования газового баллона высокого давления предопределяет необходимость установки на штуцере выхода газа из баллона дистанционно управляемого (с помощью электрических сигналов, подаваемых с выхода электронного блока управления) электромагнитного клапана.
Здесь следует заметить, что использование в структуре функциональной схемы заявляемого устройства дополнительного дистанционно управляемого электромеханического привода для открытия/закрытия вентилей, (устанавливаемых на серийные газовые баллоны высокого давления), является на практике конструктивно затруднительным и нецелесообразным техническим решением из-за необходимости разработки и применения сложного и мощного силового электропривода механизма вращения вентиля открытия/закрытия баллона.
Известно, что по нормам техники безопасности при работе с баллонами высокого давления к вентилю закрытия подачи газа необходимо прилагать усилие, характеризующееся значительной величиной момента силы затяжки вентиля (для недопущения возможной утечки газа из баллона). Этим предопределяется необходимость применения электропривода высокой мощности, как для закрытия баллона, так и для его открытия, что значительно усложняет конструкцию технологического оборудования, ухудшает возможности его безаварийного функционирования и повышает трудоемкость эксплуатации и технического обслуживания оборудования.
Весь список последовательно сменяемых позиций обработки различных поверхностей одной и той же детали отображается, например, в операционной технологической карте регламентированным рядом необходимой ориентации обособленных поверхностей данной детали относительно распыляющей головки.
Формируемый в ходе выполнения технологического перехода "Нанести порошок на поверхность детали" слой должен быть равномерным по толщине и сплошным (без разрывов) в продольной структуре, чтобы при дальнейшей лазерной термообработке порошка, (нанесенного на поверхность детали), исключить возможность возникновения таких дефектов в наплавляемом металлическом слое, как поры и трещины, характеризующие свойство трещиностойкости покрытия (см. кн.: Восстановление деталей машин: Справочник / Ф.И. Пантелеенко, В.П. Лялякин, В.П. Иванов, В.М. Константинов; Под ред. В.П. Иванова. – М.: Машиностроение, 2003. – 672 с., ил. - Стр.189-202; стр.240; стр.271-272. - [Электронный ресурс]: Режим доступа: https://studizba.com/files/show/djvu/1804-1-panteleenko-f-i-i-dr--vosstanovlenie.html; дата обращения: 24.07.2022).
Указанное требование к непрерывности порошкового слоя, размещенного на поверхности детали в ходе исполнения технологического перехода "Нанести порошок на поверхность детали", является необходимым и исключительно важным условием дальнейшего качественного преобразования пористой структуры порошка в сплошной бездефектный слой монолитного металла при исполнении технологического перехода "Обработать порошок лазерным излучением", то есть расплавить его на поверхности детали в световом пятне высокоинтенсивного сфокусированного пучка лазерного излучения.
Наиболее широко используемый гранулометрический состав порошкового материала характеризуется диапазоном размера частиц от нескольких микрометров до 180-190 мкм. При этом мелкодисперсная фракция данного порошка (то есть с размером частиц от 5 до 60 мкм) в реальности обладает свойствами как текучести (более характерной для жидкого состояния вещества), так и свойством высокой плотности взаимного прилегания частиц, то есть наличием в порошке в основном мельчайших (микроскопических размеров) пор между частицами. Этим предопределяется высокий уровень аэродинамического (пневматического) сопротивления мелкодисперсного порошкового материала при пропускании газового потока сквозь толщу слежавшегося порошка. Другими словами, насыпная порция мелкодисперсного порошка характеризуется исключительно низкой газовой проницаемостью для динамично движущихся сквозь порошок газовых потоков, то есть мелкодисперсный порошок является фактически газонепроницаемой массой, обладающей свойством жидкотекучести.
Известен первый аналог, поясняющий принцип построения конструкции дисковых распылителей порошкового материала (см.: Product Data Sheet: DSE-0083.6 – Metco Twin 150 Powder Feeder. – Изд-во: «Oerlikon Surface Solutions AG: Winterthur, Switzerland», 2020, п.1, стр.2 [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.oerlikon.com/ecoma/files/DSE-0083.6_TWIN_150_EN.pdf, дата обращения: 28.08.2022).
В состав конструкции дискового распылителя (см. рисунки на стр.2 вышеуказанного первого аналога) входят следующие функциональные узлы:
- колба для подачи (за счёт силы гравитации) частиц порошка вниз по вертикали в кольцевой канал дозирующего диска, герметично закрывающаяся (после загрузки порошка в колбу) и содержащая вертикальную многолопастную мешалку порошка с электромеханическим приводом вращения, установленным сверху на крышке колбы;
- узел дозирующего диска, помещенного в герметичный корпус, с диаметрально расположенными над кольцевым каналом первым скребком подачи (и равномерного распределения) частиц порошка в кольцевой канал (при этом частицы поступают из колбы через соответствующее отверстие в первом скребке подачи), и вторым скребком отсоса, предназначенным для отвода частиц порошка из кольцевого канала в газовый транспортный поток за счет аэродинамического (пневматического) отсоса частиц из кольцевого канала через соответствующее отверстие во втором скребке;
- электромеханический привод (например, снизу) вращения дозирующего диска, находящегося внутри герметичного корпуса;
- узел первого штуцера, установленный на одной из стенок герметичного корпуса и предназначенный для подачи сжатого инертного транспортного газа в герметичный корпус по первому шлангу от баллона (со сжатым газом), оснащенного отпирающим электромагнитным клапаном подачи газа;
- узел второго штуцера для отвода газопорошковой смеси (по второму шлангу, подключенному к распыляющей головке), установленный на верхней горизонтальной стенке (являющейся крышкой) герметичного корпуса над вторым скребком отсоса частиц порошка из кольцевого канала и плотно прилегающий к соответствующему отверстию второго скребка;
- программируемый электронный блок управления электромагнитным клапаном открытия баллона со сжатым газом и электромеханическими приводами вращения дозирующего диска и мешалки.
При этом колба с порошком установлена на верхней горизонтальной стенке (являющейся крышкой) герметичного корпуса над первым узлом подачи частиц порошка в кольцевой канал дозирующего диска и плотно прилегает к соответствующему отверстию первого скребка подачи частиц порошка в кольцевой канал.
Указанный дисковый распылитель порошкового материала обладает низкими функциональными свойствами (возможностями), так как при изменении режимов работы (включение-отключение) привода вращения дозирующего диска и электромагнитного клапана (открытие-закрытие) на газовом баллоне возможно образование структурных дефектов (пустот и пропусков) в наносимом слое порошка и далее, соответственно, в наплавляемом слое. При этом необходимо отметить, что изменение режимов работы электромагнитного клапана на газовом баллоне и привода вращения дозирующего диска осуществляется на современном технологическом оборудовании с помощью программируемого компьютеризированного блока управления (либо с помощью программируемого микропроцессора или с помощью программируемого микроконтроллера).
На практике установлено, что образование непредусмотренных реальных разрывов ("пробелов"), то есть продольно-поперечных структурных дефектов (пустот и пропусков) в наплавляемом слое, происходит, в том числе, из-за кратковременного прерывания процесса поступления (отсоса) частиц порошка из кольцевого канала дозирующего диска в струю транспортного газового потока (через отверстие во втором скребке отсоса). Прерывание происходит по причине фактического отсутствия частиц порошка на локальном участке кольцевого канала, находящегося в данный момент времени под отсасывающим отверстием второго скребка. Причина подобного "кратковременного исчезновения" частиц порошка в кольцевом канале, - что в дальнейшем приводит к возникновению дефекта разрыва ("пробела", то есть пустоты) в продольной структуре в наносимом слое порошка и затем в наплавляемом слое металла, - состоит в следующем.
корп
атм
Известно, что формирование необходимого непрерывного транспортного газового потока со взвешенными частицами порошка (то есть образование равномерной газопорошковой смеси) происходит в результате аэродинамического отсоса частиц порошка из кольцевого канала дозирующего диска через соответствующее отверстие во втором скребке (см.: https://www.oerlikon.com/ecoma/files/DSE-0083.6_TWIN_150_EN.pdf). При этом протекание процесса отсоса частиц порошка из кольцевого канала дозирующего диска обусловлено разностью между величиной давления газа P внутри герметичного корпуса узла дозирующего диска и величиной давления газа на выходе форсунки распылителя, которое по сути равно внешнему атмосферному давлению P на рабочем месте выполнения технологической операции.
корп
колб
сопр
атм
Здесь следует заметить, что до момента начала работы оборудования исходное давление газа внутри герметичного корпуса P и исходное давление газа внутри колбы P (а именно, под крышкой колбы), а также величина давления газа P в точке соприкосновения среза нижней части колбы с соответствующим отверстием первого скребка подачи порошка также равны внешнему атмосферному давлению P на рабочем месте выполнения технологической операции.
раб
корп
колб
раб
После открытия электромагнитного клапана на газовом баллоне, мгновенно создающем рабочее давление транспортного газа величиной P = 3 бар, давление внутри герметичного корпуса дискового питателя P и во всех точках внутреннего объема герметичной колбы P быстро, но с определенной конкретной задержкой во времени для каждой точки, нарастает до рабочей величины P = 3 бар.
зад
корп
зад1
колб
зад2
Имеется существенное различие в конкретных значениях времени нарастания величины давления газа (то есть длительности фронтов задержки t) внутри герметичного корпуса узла дозирующего диска P (здесь давление нарастает практически мгновенно с нулевой задержкой, то есть t = 0) и внутреннего давления под крышкой колбы P (здесь давление нарастает с задержкой t).
зад2
Временная задержка t обусловлена существенной величиной аэродинамического сопротивления движению потока газа при его прохождении из внутреннего объёма герметичного корпуса узла дозирующего диска через соответствующее отверстие в первом скребке подачи порошка и далее по направлению снизу в верх сквозь толщу мелкодисперсного порошка, находящегося в колбе.
зад1
зад2
зад1
зад2
выр
зад1
зад2
зад2
Таким образом, t много меньше t (t << t) и продолжительность процесса выравнивания давления газа внутри герметичного корпуса узла дозирующего диска и под крышкой колбы с порошком фактически составляет величину t = t + t = t.
корп
колб
зад2
В том случае, если кольцевой канал дозирующего диска был уже равномерно заполнен частицами порошка, то с момента подачи газа в питатель (из-за разности давления газа внутри герметичного корпуса узла дозирующего диска P и внутри колбы под её крышкой P) на протяжении конкретного времени задержки t происходит непреднамеренный аэродинамический отсос частиц порошка из кольцевого канала, но уже обратно, а именно, по направлению снизу в верх в нижнюю часть колбы через отверстие в первом скребке подачи порошка.
зад2
В результате в кольцевом канале диска под отверстием первого скребка подачи образуется пустота (то есть "пробел" без частиц порошка). Причем в случае продолжающегося вращения дозирующего диска величина "пробела" (а именно, длина пустоты в кольцевом канале) существенно возрастает на протяжении времени t.
зад2
Далее через пол оборота вращения дозирующего диска сформированная пустота в кольцевом канале проходит под отсасывающим отверстием второго скребка отсоса, и в результате в непрерывном потоке газопорошковой смеси формируется свой "пробел", то есть кратковременное отсутствие в газовом потоке (примерно на протяжении времени задержки t) частиц порошка, поступающих в форсунку распылителя.
Это обстоятельство, в конечном итоге, приводит к возникновению дефекта разрыва ("пробела", то есть пустоты) в продольной структуре наносимого порошкового покрытия и затем при лазерной термообработке к образованию "пробела", то есть разрыва в наплавляемом слое.
Таким образом, в ряде выше рассмотренных случаев управления режимами работы питателя известный первый аналог обладает низкими функциональными возможностями, так как не предотвращает возникновение непреднамеренных пустот в слое отсасываемого порошка, находящегося в кольцевом канале вращающегося дозирующего диска, и затем не предотвращает формирование непредусмотренных разрывов структуры в слое наносимого на поверхность детали порошка и далее в слое наплавляемого металла.
Известен второй аналог (см. United States Patent № 4,227,835; МПК B65G 53/48; "Аппарат поставки измеренного количества порошка в устройство обработки порошка"; опубл. Oct. 14, 1980; заявл. Feb. 21, 1979).
Аппарат содержит следующие узлы и связи (см. фиг.1-7 патента № 4,227,835):
- колба 14-15 для подачи (за счёт силы гравитации) частиц порошка вниз по вертикали в кольцевой канал 12 вращающегося дозирующего диска 1 с герметично закрывающейся после загрузки порошка в колбу 14-15 крышкой (крышка на рисунках условно не показана) и с электромеханическим приводом 31 вибрационной мешалки 30;
- узел дозирующего диска 1, помещенного в герметичный корпус 2, содержащий два особых элемента конструкции данного узла, а именно: расположенный над кольцевым каналом 12 первый скребок подачи 9 частиц порошка из колбы 14-15 (и предназначенный, в том числе, для равномерного распределения частиц порошка в движущемся кольцевом канале 12 через соответствующее отверстие 21 в первом скребке подачи 9); а также содержащий второй скребок отсоса 10, предназначенный для отвода частиц порошка из кольцевого канала 12 в газовый транспортный поток за счет аэродинамического отсоса частиц из кольцевого канала 12 через соответствующее отверстие 17, имеющееся во втором скребке отсоса 10. При этом конструкция питателя дополнена компенсационной трубкой 16, соединяющей внутренний объём герметичного корпуса 2 с внутренним объёмом колбы 14-15;
- вертикальный электромеханический привод 6-8, расположенный снизу под герметичным корпусом 2 и предназначенный для вращения дозирующего диска 1 внутри герметичного корпуса 2;
- узел первого штуцера (штуцер на рисунках условно не показан), установленный на нижней горизонтальной стенке герметичного корпуса 2 и предназначенный для подачи сжатого инертного транспортного газа в герметичный корпус 2 через отверстие 18 посредством первого шланга, связывающего баллон со сжатым газом (баллон, оснащенный отпирающим электромагнитным клапаном, на рисунках условно не показан) с первым штуцером, устанавливаемым в отверстие 18;
- узел второго штуцера 10-11 для отвода газопорошковой смеси (по второму шлангу 19, подключенному к распыляющей головке (головка на рисунках условно не показана), установленный на верхней горизонтальной стенке (являющейся крышкой) 3 герметичного корпуса 2 над вторым скребком отсоса 10 частиц порошка из кольцевого канала 12 и плотно прилегающий к соответствующему отверстию 17 второго скребка отсоса 10;
- программируемый электронный блок управления электромагнитным клапаном открытия баллона со сжатым газом и электромеханическими приводами вращения дозирующего диска 1 и мешалки 30 (блок на рисунке условно не показан).
При этом колба 14-15 с находящимся внутри колбы порошком установлена на верхней горизонтальной стенке (являющейся крышкой) 3 герметичного корпуса 2 над первым скребком подачи 9 частиц порошка в дозирующий кольцевой канал 12 диска 1 (подача осуществляется за счет действия на частицы порошка силы гравитации), при этом колба 14-15 плотно прилегает к соответствующему отверстию 21 первого скребка подачи 9 частиц порошка.
В конструкцию данного известного второго аналога дополнительно введена компенсационная трубка 16, соединяющая внутреннюю полость герметичного корпуса 2 сквозь верхнюю горизонтальную стенку 3 (являющуюся по существу крышкой корпуса 2) с внутренней полостью колбы 14-15. При этом верхний срез компенсационной трубки 16 обязательно располагается несколько выше поверхности верхнего уровня засыпки частиц порошка внутри колбы 14-15.
корп
колб
Дополнительная компенсационная трубка 16 предназначена для наискорейшего выравнивания давления газа P внутри герметичного корпуса 2 с давлением газа P внутри колбы 14-15 после поступления переднего нарастающего фронта транспортного газа в узел дозирующего диска 1 через отверстие 18.
колб
В данном случае из-за наличия в конструкции дискового питателя компенсационной трубки 16 существенно сокращается продолжительность времени нарастания давления газа P внутри колбы 14-15 над поверхностью порошка, а именно под крышкой данной колбы 14-15.
сопр
зад2
сопр
Однако время нарастания давления газа P в точке соприкосновения среза нижней части колбы 14-15 с соответствующим отверстием 21 первого скребка подачи 9 фактически останется прежним, как и в первом аналоге, и практически равным t. Это обусловлено тем, что продолжительность нарастания давления газа P в точке соприкосновения колбы 14-15 со скребком подачи 9 предопределяется величиной аэродинамического сопротивления движению потока газа при его прохождении сквозь толщу мелкодисперсного порошка, находящегося в колбе 14-15, но по направлению сверху вниз, то есть из-под крышки колбы 14-15 в сторону точки соприкосновения колбы 14-15 с отверстием 21 над первым скребком подачи 9.
колб
сопр
зад2
корп
раб
зад2
сопр
раб
Таким образом, в том случае, если кольцевой канал 12 дозирующего диска 1 был уже заполнен частицами порошка относительно крупного размера, то с момента подачи газа в питатель из-за различия величины давления P и P (на протяжении отрезка времени t) в указанной точке соприкосновения происходит непреднамеренный отсос частиц порошка из кольцевого канала 12 через отверстие 21 обратно вверх в колбу 14-15. Это происходит по причине мгновенно возросшего избыточного давления газа P в герметичном корпусе 2 (после открытия клапана на газовом баллоне) до рабочей величины P = 3 бар и из-за существенной задержки t (отставания) фронта нарастания давления P в точке соприкосновения колбы 14-15 с отверстием 21 до рабочей величины P = 3 бар (по причине медленного просачивания сверху вниз газового потока сквозь толщу порошка, находящегося в колбе 14-15).
зад2
В результате в кольцевом канале 12 дозирующего диска 1 под отверстием 21 первого скребка подачи 9 образуется пустота (то есть "пробел" без частиц порошка), при этом в случае продолжающегося вращения дозирующего диска 1 величина "пробела" (а именно, длина пустоты в кольцевом канале 12) существенно возрастает на протяжении времени t.
В другом случае, (как указывалось выше при использовании мелкодисперсных порошков с размером частиц от 5 до 60 мкм) порция порошка, засыпанная в колбу 14-15 является фактически газонепроницаемой, то есть обладающей исключительно высоким уровнем аэродинамического сопротивления.
раб
В результате при открытии электромагнитного клапана на газовом баллоне давление газа в колбе 14-15 (а именно, под крышкой колбы 14-15 из-за наличия компенсационной трубки 16) мгновенно поднимается до величины P = 3 бар, и поверхность порошка подвергается резкому аэродинамическому, а по сути, (учитывая свойство текучести порошка), гидродинамическому удару переднего фронта газового потока. Кинетическая энергия гидродинамического удара передается сквозь толщу порошка вниз в точку соприкосновения колбы 14-15 с отверстием 21, что приводит к "выдуванию" (выдавливанию и разбросу) частиц порошка во внутренний объем герметичного корпуса 2 из участка кольцевого канала 12, находящегося в данный момент времени под отверстием 21.
С учетом сужения конусной формы колбы 14-15 в своей нижней части, наблюдается возрастание кинетической энергии и амплитуды ударного импульса, воздействующего на порошок, (который находится в данный момент времени в кольцевого канала 12 под отверстием 21), что приводит к интенсификации (усилению) процесса выдувания частиц порошка из кольцевого канала 12.
Таким образом, в обоих выше рассмотренных случаях в кольцевом канале 12 дозирующего диска 1 под отверстием 21 первого скребка подачи 9 образуется пустота (то есть "пробел" без частиц порошка).
Далее через пол оборота вращения дозирующего диска 1 сформированная пустота в кольцевом канале 12 проходит под отсасывающим отверстием 17 второго скребка отсоса 10, и в результате в непрерывном потоке газопорошковой смеси, передаваемой по шлангу 19, формируется "пробел", то есть кратковременное отсутствие в газовом потоке частиц порошка, поступающих в форсунку распылителя. Это обстоятельство, в конечном итоге, приводит к возникновению дефекта разрыва ("пробела", то есть пустоты) в продольной структуре слоя наносимого порошкового покрытия, и затем при лазерной термообработке образуется "пробел", то есть разрыв в наплавляемом слое металла.
Таким образом, в ряде выше рассмотренных вариантах управления режимами работы питателя известный второй аналог (несмотря на наличие компенсационной трубки 16) обладает низкими функциональными возможностями, так как не предотвращает возникновение непреднамеренных пустот в слое отсасываемого порошка, находящегося в кольцевом канале 12 вращающегося диска 1, и затем (после нанесения порошка на поверхность детали и его лазерной термообработки) не предотвращает формирование непредусмотренных разрывов структуры в слое наносимого на поверхность детали порошка и далее в слое наплавляемого металла.
Здесь необходимо отметить, что в конструкции второго аналога (см. Fig.7 патента № 4,227,835) предусмотрено применение специального узла 28 из перфорированных трубок (tubular fluidiser 28) с множеством отверстий 32, а именно, так называемого трубчатого флюидизатора 28, то есть "псевдоожижителя" 28.
Цель данного технического решения – осуществить аэродинамическое (пневматическое) перемешивание частиц порошка (с помощью газа, подаваемого в трубчатый флюидизатор 28 через отверстие штуцера 29) для придания порошку, находящемуся в колбе 14-15, свойства повышенной текучести (по направлению вниз под действием силы гравитации) и не допустить слипания частиц порошка, то есть их коагуляции.
зад3
зад3
зад2
зад3
зад2
В момент первоначальной подачи газа в питатель (когда частицы порошка в кольцевом канале 12 диска 1 ещё отсутствуют) в нижней части колбы 14-15 (на вполне конкретном расстоянии от нижнего отверстия 32 трубчатого флюидизатора 28 до точки соприкосновения колбы 14-15 с отверстием 21 над первым скребком подачи 9) создается область повышенного давления газа, и передний фронт нарастания этого давления распространяется до точки соприкосновения колбы 14-15 с отверстием 21 над первым скребком подачи 9 за вполне конкретное время задержки t, испытывая аэродинамическое сопротивление частиц порошка. При этом промежуток времени t уступает по величине времени задержки t, характеризующему время прохождения переднего фронта газа сверху вниз сквозь всю толщу порошка, находящегося в колбе 14-15, то есть t < t.
Учитывая, что частиц порошка в кольцевом канале 12 дозирующего диска 1 при первоначальном включении питателя ещё нет, то никаких негативных последствий (для формирования в дальнейшем равномерного потока газопорошковой смеси, поступающей в распыляющую головку) не проявляется.
атм
атм
Как уже отмечено выше, после отключения подачи газа в питатель (что происходит при необходимости изменения позиции взаимного расположения детали и форсунки распыляющей головки или при проведении дополнительного контроля, настройки и обслуживания уже начавшего работать оборудования, а также в других ситуациях, требующих экстренного и мгновенного закрытия электромагнитного клапана подачи газа в питатель, установленного на баллоне высокого давления) происходит плавное снижение давления газа (через отверстие 17) до величины P во всех точках внутреннего объема колбы 14-15 и во всех полостях всех внутренних элементов конструкции питателя в целом, в том числе в трубках узла 28. То есть величина давления газа внутри этих трубок 28 также становится равной P.
В результате порошок, находящийся внутри колбы 14-15 (и обладающий свойством высокой текучести), затекает под действием силы гравитации внутрь указанных перфорированных трубок 28 через отверстия 32 и, в первую очередь, через отверстие 32, находящееся в нижней части трубчатого флюидизатора 28.
раб
зад2
Затем после открытия электромагнитного клапана на баллоне и начала подачи газа в питатель давление внутри герметичного корпуса 2 и в колбе 14-15 под крышкой (из-за наличия компенсационной трубки 16) мгновенно достигает рабочего значения P = 3 бар, и передний фронт нарастания давления газа перемещается (на протяжении времени t) к точке соприкосновения колбы 14-15 с отверстием 21 первого скребка подачи 9.
Кроме того, (после включения подачи газа в питатель через отверстие штуцера 29), давление внутри перфорированных трубок 28 также поднимается, и начинается процесс аэродинамического (пневматического) выдавливания частиц порошка, проникших через отверстия 32 в трубки 28 во время паузы в работе оборудования.
зад4
сопр
раб
зад5
зад5
зад3
зад4
зад5
зад2
зад5
зад2
Процесс аэродинамического (пневматического) выдавливания частиц порошка из трубок 28 через перфорацию 32 протекает на протяжении времени t. При этом время нарастания давления P до рабочей величины P = 3 бар в точке соприкосновения колбы 14-15 с отверстием 21, (то есть время задержки фронта нарастания давления), составит t, и будет определяться выражением t = t + t. В итоге численное значение времени t соизмеримо с продолжительностью времени t, но чаще всего превышает его, то есть t > t, так как процесс выдавливания газом частиц порошка, осевших внутри трубок 28  через перфорацию 32, является энергетически и по времени более затруднительным. При этом по существу пневматически "выдавить" частицы порошка из трубок 28 через отверстия перфорации 32, находящиеся в нижней части трубок 28, не представляется возможным, так как газовый поток, подаваемый в трубки 28 через отверстие 29, будет в первую очередь растекаться сквозь порошок, находящийся в колбе 14-15, через отверстия 32, расположенные в верхней части трубок 28 и испытывающие меньшее давление "столба" порошковой массы, находящейся в колбе 14-15.
сопр
корп
раб
зад5
зад5
Таким образом, из-за различия величины давления P и P (мгновенно возросшего до величины P = 3 бар внутри герметичного корпуса 2) на протяжении отрезка времени t протекает процесс непреднамеренного отсоса частиц порошка, (находящихся в это время в заполненном канале 12 под отверстием 21 первого скребка подачи 9) обратно вверх в колбу 14-15. В результате под отверстием 21 первого скребка подачи 9, а именно, в кольцевом канале 12 вращающегося диска 1 образуется пустота, длина которой существенно возрастает на протяжении времени t.
Далее через пол оборота вращения дозирующего диска 1 сформированная пустота в кольцевом канале 12 проходит под отсасывающим отверстием 17 второго скребка отсоса 10-11, и в результате в непрерывном потоке газопорошковой смеси, передаваемой по шлангу 19, формируется "пробел", то есть кратковременное отсутствие в газовом потоке частиц порошка, поступающих в форсунку распылителя. Это обстоятельство, в конечном итоге, приводит к возникновению дефекта разрыва ("пробела", то есть пустоты) в продольной структуре наносимого порошкового покрытия, и затем при лазерной термообработке образуется "пробел", то есть разрыв в наплавляемом слое металла.
Таким образом, в ряде выше рассмотренных вариантах управления режимами работы питателя (связанных, например, с необходимостью изменения позиции взаимного расположения детали и форсунки распыляющей головки или при необходимости проведении дополнительного контроля, настройки и обслуживания уже начавшего работать оборудования) известный второй аналог, несмотря на наличие трубчатого флюидизатора 28, обладает низкими функциональными возможностями, так как не предотвращает возникновение непреднамеренных пустот в слое отсасываемого порошка, находящегося в кольцевом канале 12 вращающегося дозирующего диска 1, и затем не предотвращает формирование непредусмотренных разрывов структуры в слое наносимого на поверхность детали порошка и далее при лазерной термообработке поверхности в слое наплавляемого металла.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является известное "Подающее устройство для контролируемой поставки сырья" (см. United States Patent № 7,674,076; МПК B65G 53/08, B65G 53/48; "Feederapparatus for controlled supply of feedstock"; опубл. Mar. 9, 2010; заявл. Jul. 14, 2006).
Известное устройство содержит следующие узлы и связи (см. фиг.1-11 патента № 7,674,076):
- колба 44-46 для подачи (за счёт силы гравитации) частиц порошка 22 вниз по вертикали в кольцевой канал 40 вращающегося дозирующего диска 34 с герметично закрывающейся крышкой после загрузки порошка 22 в колбу 44-46 (см. Fig.10 и Fig.11 патента № 7,674,076);
- узел дозирующего диска 34, помещенного в герметичный корпус 24-28, содержащий два особых элемента конструкции данного узла, а именно: расположенный над кольцевым каналом 40 первый скребок подачи 52 частиц порошка 22 из колбы 44-46 (и предназначенный, в том числе, для равномерного распределения частиц порошка 22 в движущемся кольцевом канале 40 через соответствующее отверстие 56-68 в первом скребке подачи 52); а также содержащий второй скребок 70, предназначенный для отвода частиц порошка 22 из кольцевого канала 40, истекающих в газовый транспортный поток за счет аэродинамического отсоса частиц 22 из кольцевого канала 40 через соответствующее отверстие 72-76, имеющееся во втором скребке отсоса 70;
- вертикальный электромеханический привод 90-92, расположенный снизу под герметичным корпусом 24-28 и предназначенный для вращения дозирующего диска 34 внутри герметичного корпуса 24-28;
- узел первого штуцера (штуцер на рисунках условно не показан), установленный на нижней горизонтальной стенке 28 герметичного корпуса 24 и предназначенный для подачи сжатого инертного транспортного газа в герметичный корпус 24-28 через отверстие 32 посредством шланга, связывающего баллон со сжатым газом (баллон на рисунках условно не показан), оснащенный отпирающими электромагнитными клапанами, обеспечивающими подачу сжатого газа в колбу 44-46 и в герметичный корпус 24-28;
- узел второго штуцера 78 для отвода газопорошковой смеси (по шлангу, подключенному к распыляющей головке (шланг и головка на рисунках условно не показаны), установленный на верхней горизонтальной стенке (являющейся крышкой) 26 герметичного корпуса 24-28 над вторым скребком отсоса 70 частиц порошка 22 из кольцевого канала 40 и плотно прилегающий к соответствующему отверстию 72-76 второго скребка отсоса 70;
- программируемый электронный блок управления электромагнитными клапанами открытия баллона со сжатым газом и электромеханическим приводом вращения дозирующего диска 34 (электронный блок на рисунках условно не показан).
При этом колба 44-46 с находящимся внутри порошком 22 установлена на верхней горизонтальной стенке (являющейся крышкой) 26 герметичного корпуса 24-28 над первым скребком подачи 52 частиц порошка 22 в кольцевой канал 40 дозирующего диска 34 (подача осуществляется за счет действия на частицы порошка 22 силы гравитации), при этом колба 44-46 плотно прилегает к соответствующему отверстию 56-68 первого скребка подачи 52 частиц порошка 22.
В конструкции данного устройства имеется компенсационная трубка, соединяющая внутреннюю полость герметичного корпуса 24-28 сквозь верхнюю горизонтальную стенку (являющейся крышкой) 26 с внутренней полостью колбы 44-46. При этом верхний срез компенсационной трубки располагается выше поверхности верхнего уровня засыпки 54 частиц порошка 22 внутрь колбы 44-46.
корп
колб
Компенсационная трубка предназначена для скорейшего выравнивания давления газа P внутри герметичного корпуса 24-28 узла дозирующего диска 34 с давлением газа P внутри колбы 44-46, а именно, в пространстве под закрытой крышкой колбы 44-46, то есть над верхней горизонтальной поверхностью порошка 22 (находящегося в колбе 44-46). Процесс выравнивания величины давления газа в указанных внутренних объёмах корпуса 24-28 и колбы 44-46 начинает протекать после открытия электромагнитного клапана газового баллона и поступления переднего нарастающего фронта транспортного газа во внутреннюю полость герметичного корпуса 24-28 через отверстие 32.
сопр
зад2
сопр
раб
зад2
В данном случае время нарастания давления газа P в точке соприкосновения среза нижней части колбы 44-46 с соответствующим отверстием 56-68 первого скребка подачи 52 порошка 22 фактически останется прежним, как и во втором аналоге, и практически равным t. Это обусловлено тем, что продолжительность нарастания давления газа P (в точке соприкосновения) до рабочего значения P = 3 бар предопределяется величиной аэродинамического сопротивления движению потока газа при его прохождении в течение времени t сквозь всю толщу мелкодисперсного порошка 22, находящегося в колбе 44-46. Поток газа движется по направлению сверху вниз из-под крышки колбы 44-46 в сторону точки соприкосновения колбы 44-46 с отверстием 56-68 первого скребка подачи 52.
зад2
сопр
корп
корп
раб
Как и во втором аналоге, в том случае, если кольцевой канал 40 дозирующего диска 34 равномерно заполнен частицами порошка 22, то с момента подачи газа в питатель на протяжении времени t в точке соприкосновения колбы 44-46 с отверстиями 56 и 68 происходит непреднамеренный отсос частиц порошка из кольцевого канала 40 через отверстие 56 обратно вверх в колбу 44-46 из-за различия величины давления газа P и P (причем давление P мгновенно возросло до величины P = 3 бар в момент подачи газа в питатель).
зад2
В результате в кольцевом канале 40 дозирующего диска 34 под отверстием 56 первого скребка подачи 52 образуется пустота (то есть "пробел" без частиц порошка). При этом в случае продолжающегося вращения дозирующего диска 34 величина "пробела" (а именно, длина пустоты в кольцевом канале 40) существенно возрастает на протяжении времени t.
В другом случае, (как указывалось выше при использовании мелкодисперсных порошков с размером частиц от 5 до 60 мкм) засыпанная в колбу 44-46 порция порошка 22 является фактически газонепроницаемой, то есть обладающей исключительно высоким уровнем аэродинамического сопротивления.
раб
В результате при открытии электромагнитного клапана на газовом баллоне давление газа в колбе 44-46 (а именно, под крышкой колбы 44-46 из-за наличия компенсационной трубки) мгновенно поднимается до величины P = 3 бар, и поверхность порошка подвергается резкому аэродинамическому, а по сути, (учитывая свойство текучести порошка), гидродинамическому удару переднего фронта газового потока. Кинетическая энергия гидродинамического удара передается сквозь толщу порошка вниз в точку соприкосновения колбы 44-46 с отверстиями 56 и 68, что приводит к "выдуванию" (выдавливанию и разбросу) частиц порошка во внутренний объем герметичного корпуса 24 из участка кольцевого канала 40, находящегося в данный момент времени под отверстием 56 первого скребка подачи 52.
С учетом сужения конусной формы колбы 44-46 в своей нижней части, наблюдается возрастание кинетической энергии и амплитуды ударного импульса, воздействующего на порошок, находящийся в кольцевом канале 40 в данный момент времени под отверстием 56, что приводит к интенсификации (усилению) процесса выдувания частиц порошка из кольцевого канала 40.
Таким образом, в обоих рассмотренных случаях в кольцевом канале 40 дозирующего диска 34 под отверстием 56 первого скребка подачи 52 образуется пустота (то есть "пробел" без частиц порошка).
Далее через пол оборота вращения дозирующего диска 34 сформированная пустота в кольцевом канале 40 проходит под отсасывающим отверстием 72 второго скребка отсоса 70, в результате в непрерывном потоке газопорошковой смеси, передаваемой по шлангу, формируется "пробел", то есть кратковременное отсутствие в газовом потоке частиц порошка, поступающих в форсунку распылителя. Это обстоятельство, в конечном итоге, приводит к возникновению дефекта разрыва ("пробела", то есть пустоты) в продольной структуре наносимого на поверхность детали порошкового покрытия, и затем при лазерной термообработке образуется "пробел", то есть разрыв в наплавляемом на поверхность детали металлическом слое.
Как уже отмечалось выше, процесс подобного дефектообразования в известных устройствах имеет особо негативные последствия в условиях серийного производства, а именно, в ситуациях, связанных с необходимостью отключения подачи газа в питатель, во-первых, при смене положения детали относительно форсунки распыляющей головки и, во-вторых, при необходимости замены обработанной детали на следующую деталь из партии. Кроме того, отключать подачу газа в питатель необходимо для оперативного выполнения действий (связанных, например, с необходимостью проведения дополнительного контроля и настройки оборудования) обслуживающего предназначения, а также в "аварийных" ситуациях.
Таким образом, прототип также характеризуется низкими функциональными возможностями по причине непреднамеренного образования в целом ряде режимов работы питателя структурных дефектов (пустот и пропусков), как в наносимом слое порошка, так и, соответственно, далее в наплавляемом на поверхность детали металлическом слое.
Технической задачей, на решение которой направлена предлагаемая полезная модель, является создание устройства подачи мелкодисперсного порошкового материала, обеспечивающего технический результат, проявляющийся при решении поставленной задачи и выражающийся в расширении функциональных возможностей распылителя, обеспечивающих недопущение процесса образования структурных дефектов (пустот и пропусков) как в наносимом слое порошка, так и в соответствующем (наплавляемом лазером) металлическом слое на поверхности детали.
Поставленная задача решается тем, что в известном распылителе порошкового материала, содержащем герметично закрывающуюся крышкой колбу с мелкодисперсным порошком внутри и электрическую мешалку порошка, установленную на крышке колбы, а также газовый баллон с электромагнитным клапаном и узел дозирующего диска, вращающегося с помощью электропривода в герметичном корпусе. Причем в крышке корпуса имеются первое отверстие для подачи порошка из колбы в кольцевой канал дозирующего диска и второе отверстием в крышке корпуса для отвода газопорошковой смеси по шлангу из кольцевого канала дозирующего диска на штуцер входа распыляющей головки. При этом на поверхности дозирующего диска над кольцевым каналом диаметрально противоположно размещены первый скребок подачи порошка в кольцевой канал под первым отверстием в крышке корпуса и второй скребок отвода порошка из кольцевого канала под вторым отверстием в крышке корпуса. Предлагаемая полезная модель отличается тем, что в распылитель дополнительно введен узел временной задержки потока инертного газа, замедляющий движение переднего фронта нарастания давления газа. При этом выходной штуцер клапана газового баллона соединен шлангом с входным штуцером отверстия на крышке колбы и с входным штуцером узла временной задержки потока инертного газа, а выходной штуцер узла задержки соединен шлангом со штуцером ввода газа внутрь корпуса дозирующего диска.
На чертеже фиг.1 показаны: колба 1 с мелкодисперсным порошком 2 внутри и с герметично закрывающейся крышкой 3; дозирующий диск 4 с кольцевым каналом 5, вращающийся с помощью электромеханического привода 6 в герметичном корпусе 7 с крышкой 8 и с отверстием 9 в крышке 8 для подачи порошка 2 на дозирующий диск 4; крышка 8 оснащена штуцером 10 для выхода (отсоса) газопорошковой смеси 11 и её подачи по шлангу 12 на вход распыляющей головки 13, перемещающейся в трёхмерном пространстве 14 для нанесения частиц порошка 2 на поверхности обрабатываемой детали 15; баллон 16 высокого давления со сжатым инертным газом, подаваемым через открывающий электромагнитный клапан 17 на входной штуцер узла 18, задерживающего на определенное время передний фронт нарастания давления инертного газа, при этом  выходной штуцер узла задержки 18 соединен, (например, через тройник), шлангом 19 со штуцером входного отверстия 20, установленным на крышке 3 колбы 1, и через шланг 21 со штуцером, установленным во входное отверстие 22 подачи газа в корпус 7, при этом шланги 19 и 21 должны иметь соизмеримую (равную) длину; на крышке 3 колбы 1 установлен электромеханический привод 23 вращения многолопастной мешалки 24 порошка 2, находящегося внутри колбы 1; под нижним отверстием колбы 1, совмещенным с отверстием 9 в крышке 8 корпуса 7, установлен скребок 25 подачи порошка 2 в кольцевой канал 5 дозирующего диска 4; под отверстием штуцера 10 установлен скребок 26 отсоса порошка 2 из кольцевого канала 5 дозирующего диска 4; программируемый электронный блок управления 27 устанавливает режимы работы электромагнитного клапана 17 (открыто/закрыто) и вращения электромеханических приводов 6 и 23.
Кроме того, на чертеже фиг.1 обозначены: 28 – поверхность порошка 2, находящегося внутри колбы 1; 29 и 30 - направления движения потока инертного газа из баллона 16 и по шлангам 19 и 21, соответственно; 31 - направление движения по шлангу 12 потока газопорошковой смеси 11 на вход распыляющей головки 13; 32 - компенсационная трубка, обеспечивающая быстропротекающее выравнивание давления инертного газа, поступающего из баллона 16 в полости внутреннего объема колбы 1 и герметичного корпуса 7.
На чертеже фиг.2 показаны: отверстие 33 в скребке 25 для подачи порошка 2 в кольцевой канал 5 вращающегося дозирующего диска 4; отверстие 34 в скребке 26 для отсоса порошка 2 из кольцевого канала 5 вращающегося дозирующего диска 4 по шлангу 12 по направлению 31 на вход распыляющей головки 13.
задФр
задФр
задФр
задФр
Варианты реализации узла 18, задерживающего (на требуемое время t) передний фронт нарастания давления инертного газа, показаны на чертежах фиг.3, где а) – узел временной задержки 18 (переднего газового фронта нарастания давления t) с помощью диффузора конусной формы профилированного канала 35 с размерами: L - длина профилированного конусного канала 35, θ – телесный угол "раскрыва" конуса 35; б) – узел временной задержки 18 (переднего газового фронта нарастания давления t) с помощью осевого многодискового аэродинамического турбинного вентилятора 39-41 цилиндрической формы; в) – узел временной задержки 18 (переднего газового фронта нарастания давления t) с помощью бухты шланга 42, уложенной в кожух 43 цилиндрической или кубической формы.
задФр
зад2
зад3
зад4
зад5
задФр
зад2
задФр
зад3
задФр
зад4
задФр
зад5
Требуемое значение времени задержки газового фронта нарастания давления в узле 18 t должно превышать каждое из вышеуказанных численных значений времени задержки, а именно, превышать t, t, t и t, то есть t > t; t > t; t > t; t > t.
На чертеже (см. фиг. 3а) показаны: диффузор (с профилированным внутренним конусным каналом 35) в качестве узла задержки 18, на вход которого подается инертный газ с выхода электромагнитного клапана 17 газового баллона 16. На данном чертеже обозначено: 36 – направление движения газового потока.
задФр
диф
задФр
задФр
раб
Диффузор характеризуется профилированной частью канала трубы, в которой происходит замедление потока, при этом перепад статических давлений на диффузоре определяется расчетно-экспериментальным способом по формуле Дарси-Вейсбаха (см. книгу: Идельчик И.Е. Справочник по гидравлическим сопротивлениям / Под ред. М.О. Штейнберга. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Машиностроение, 1992. – 672 с.: ил. — ISBN 5-217-00393-6. - С. 184). Регулирование времени задержки фронта газа t для данного узла 18 (см. фиг.3, а) осуществляется изменением линейных L, угловых θ и, соответственно, объемных V размеров внутреннего конусного профилированного канала 35 и использованием (в каждом конкретном случае эксплуатации технологического оборудования) диффузора с требуемым значением времени задержки t переднего газового фронта нарастания давления в узле 18. Через промежуток времени t давление на выходе узла 18 плавно нарастает и устанавливается на уровне P = 3 бар.
задФр
задФр
задФр
раб
На чертеже (см. фиг. 3б) показаны: многодисковая осевая аэродинамическая турбина 39-41 в качестве узла временной задержки 18, помещенная в разъемный корпус, состоящий из верхней 37 и нижней 38 частей. Внутри корпуса установлена неподвижная ось 39, предназначенная для размещения на ней последовательно чередующихся многолопастных аэродинамических дисков (вентиляторов) прямого 40 и противоположного 41 направления вращения. При подаче газа в узел задержки 18 по входному шлангу продвижение потока газа внутри корпуса 37 и 38 замедляется на промежуток времени t, так как кинетическая энергия движения переднего фронта нарастания давления газа в корпусе 37 и 38 расходуется на раскручивание дисков 40 и 41 в противоположных направлениях вращения из-за их аэродинамического сопротивления. Регулирование времени задержки t осуществляется опытно-экспериментальным способом за счет изменения количества дисков 40 и 41, устанавливаемых на оси 39. Через промежуток времени t давление на выходе узла 18 плавно поднимается до уровня P = 3 бар.
зад2
зад3
зад4
зад5
задФр
задФр
раб
На чертеже (см. фиг. 3в) показаны: бухта многометрового гибкого шланга 42 диаметром от 8 мм и более, помещенная в кожух 43 и снабженная боковыми штуцерами для подключения отводящего шланга. При этом указанные боковые штуцеры оснащены вентилями перекрытия отвода газа (например, 44 и 45). Боковые точки подключения отводящего шланга к бухте 42 (через соответствующие штуцеры и вентили 44-45) чередуются с интервалом не менее 1 м, и их конкретное местоположение на шланге бухты 42 уточняется расчетно-экспериментальным способом с учетом величины численных значений времени задержки t, t, t и t. Регулирование времени задержки фронта t с помощью бухты 42 осуществляется изменением местоположения точки подключения отводящих шлангов 19 и 21, (например, через тройник), к многометровому шлангу бухты 42. Через промежуток времени t давление на выходе узла 18 плавно поднимается до уровня P = 3 бар.
Принцип работы предлагаемого устройства подачи мелкодисперсного порошкового материала состоит в следующем.
В бункер колбы 1 засыпается мелкодисперсный порошок 2 и плотно закрывается крышка 3 колбы 1.
При исходном первом включении питателя программируемый электронный блок 27 (посредством шин электропитания и управления) устанавливает режим открытия электромагнитного клапана 17 и вращения электромеханических приводов 6 и 23, при этом первоначально частицы порошка 2 в кольцевом канале 5 дозирующего диска 4 отсутствуют.
раб
раб
атм
В результате открытия электромагнитного клапана 17 давление газа в колбе 1 и внутри корпуса 7 поднимается до величины P = 3 бар, и порошок 2 через отверстие 33 с помощью скребка подачи 25 равномерно заполняет кольцевой канал 5 вращающегося дозирующего диска 4. Через пол оборота дозирующего диска 4 порошок 2 отсасывается из кольцевого канала 5 через отверстие 34 в скребке отсоса 26, и через отсасывающий шланг 12 газопорошковая смесь 11 поступает на вход распыляющей головки 13. Причина отсоса порошка 2 из кольцевого канала 5 через отверстие штуцера 10 предопределяется существенным отличием величины высокого давления газа P = 3 бар внутри корпуса 7 от величины внешнего нормального атмосферного давления P на рабочем месте размещения обрабатываемой детали 15.
раб
атм
При необходимости замены обрабатываемой детали 15 (или при необходимости изменения позиции взаимного расположения крупногабаритной детали 15 и форсунки распыляющей головки 13, а также при необходимости оперативного выполнения действий дополнительного контроля и настройки технологического оборудования) электромагнитный клапан 17 подачи газа в магистраль закрывается (и вращение дозирующего диска 4 приостанавливается). В результате давление газа P во всех полостях внутренних элементов конструкции устройства плавно снижается до величины P за счет утечки газа (и газопорошковой смеси 11) через последовательно расположенные отверстия, а именно: 34 в скребке 26, в штуцере 10, в шланге 12 и в распыляющей головке 13. При этом частицы порошка 2 сохраняются в кольцевом канале 5 дозирующего диска 4, находясь под отверстием 33 скребка подачи 25.
раб
раб
После открытия электромагнитного клапана 17 давление газа (на выходном штуцере данного клапана 17) мгновенно поднимается до величины P = 3 бар, то есть давление газа на входе узла задержки 18 резко возрастает до величины P. В результате на входе узла задержки 18 формируется кратковременный (а именно, крутой и быстро нарастающий) передний фронт газового потока.
задФр
Как указывалось выше (см. фиг. 3 а, б и в), продвижение переднего фронта газового потока сквозь узел задержки 18 замедляется (из-за потери кинетической энергии движения газового потока в узле 18), и на выходе данного узла 18 фронт нарастания величины давления становится пологим и растянутым на промежуток времени t.
задФр
раб
Далее, во-первых, газовый поток с медленно нарастающим давлением (в течении времени t до величины P = 3 бар) поступает с выхода узла задержки 18 по шлангу 19 через отверстие 20 внутрь колбы 1. При этом (ввиду плавности нарастания величины давления переднего фронта газового потока под крышкой 3 внутри колбы 1) не происходит аэродинамический удар по поверхности 28 мелкодисперсного порошка 2, находящегося внутри колбы 1. Поэтому в толще мелкодисперсного (и фактически жидкотекучего) порошка 2, находящегося внутри колбы 1, не формируется и не распространяется волна гидродинамического удара в направлении отверстия 33 скребка подачи 25. В связи с этим в участке кольцевого канала 5, заполненном мелкодисперсным порошком 2 (и находящемся в это время под отверстием 33 скребка подачи 25), не наблюдается негативное явление выдувания частиц порошка 2 из этого участка кольцевого канала 5. То есть в заявляемом устройстве при открытии электромагнитного клапана 17 не происходит образование пустого участка (свободного от частиц порошка) в исходно заполненном порошком кольцевом канале 5.
задФр
раб
Кроме того, во-вторых, газовый поток с медленно нарастающим давлением (в течении времени t до величины P = 3 бар) поступает с выхода узла задержки 18 по шлангу 21 через отверстие 22 внутрь корпуса 7. При этом компенсирующая трубка 32 по существу дополнительно способствует синхронному выравнивания давления газа, поступающего одновременно, как внутрь колбы 1, так и внутрь корпуса 7. В связи с этим фактически на протяжении всего времени нарастания давления газа в заявляемом устройстве, а именно, внутри колбы 1 и внутри корпуса 7, не возникает какая бы то ни было разность величины давления газа внутри колбы 1 и внутри корпуса 7. Поэтому в участке кольцевого канала 5, заполненном мелкодисперсным порошком 2 и находящемся в это время под отверстием 33 скребка подачи 25, не наблюдается негативное явление отсоса частиц порошка 2 из этого участка кольцевого канала 5 ввиду фактического отсутствия разности давления газа сверху и снизу вокруг точки соприкосновения нижней части колбы 1 и отверстия 33 скребка подачи 25. То есть в заявляемом устройстве при открытии электромагнитного клапана 17 не происходит образование локального (свободного от частиц порошка) пустого участка под отверстием 33 скребка подачи 25 в исходно заполненном порошком кольцевом канале 5.
Таким образом, в случае необходимости кратковременной остановки (с последующим восстановлением режима работы технологического оборудования) лазерной наплавки мелкодисперсных порошков, реализация заявляемого технического решения обеспечивает устранение дефектообразования (а именно, пустот) в структуре наносимого на поверхность детали мелкодисперсного порошка и далее пустот в наплавляемом лазером металлическом слое, что характеризует расширение функциональных возможностей оборудования. Предлагаемое техническое решение обеспечивает возможность использования заявляемых устройств подачи мелкодисперсного порошкового материала в составе гибких автоматизированных и компьютеризированных промышленных производств.