[发明专利]测量超音速火焰喷涂射流温度的装置和方法

说明书

本发明公开了一种测量超音速火焰喷涂射流温度的装置和方法。超音速火焰喷枪固定装在固定板上，超音速火焰喷枪的枪口根部的两侧的固定板上均装有径向调节架，两侧的径向调节架上均安装有轴向调节架和滑块，轴向调节架一端部连接径向调节架上，轴向调节架另一端部上装有滑块，滑块上插装热电偶。本发明测量精度较高，同时对喷涂过程不造成任何影响，能实时测量，实用性强，可靠性强，成本低，安装后对于喷枪没有任何影响。

技术领域

本发明涉及一种火焰温度的测量装置和方法，尤其涉及一种测量超音速火焰喷涂射流温度的装置和方法。

背景技术

热喷涂作为一种表面工程技术是一直存在并不断在发展，其本质是改变物体表面的结构特点，达到令工件表面耐腐蚀、抗氧化、耐摩擦、绝热等目的。

超音速火焰喷涂是利用特殊设计的喷枪，并采用高压和高能燃料，使喷涂的粉末粒子以高速度喷射到工件表面而形成结合强度高和致密涂层的喷涂技术。

对于一般超音速喷涂系统，可以直接设置喷涂过程中燃料和氧气的流量等工艺参数，可以在线检测燃烧室中的燃烧室压力，但是缺少检测喷枪喷出焰流气体(射流)特性的装置，难以确定在喷涂过程中过喷涂的射流温度是否稳定，该温度下的涂层性能是否能够达到要求。因此，在超音速火焰喷涂过程中，一种超音速火焰喷涂射流温度的测量非常重要。现有技术缺少了能测量超音速火焰喷涂射流温度的方式。

发明内容

为了弥补超音速火焰喷涂过程中的不足，本发明提出了一种基于射流理论的超音速火焰喷涂射流温度的测量方法及装置，实现了超音速火焰喷枪亚音速射流段温度的测量。本发明方法只需测量出口火焰的温度就可以推导出整个处于亚音速段的火焰射流任一点的温度值。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一、一种测量超音速火焰喷涂射流温度的装置：

装置包括超音速火焰喷枪、径向调节架、轴向调节架、热电偶、固定板和滑块，超音速火焰喷枪固定装在固定板上，超音速火焰喷枪的枪口根部的两侧的固定板上均装有径向调节架，两侧的径向调节架上均安装有轴向调节架和滑块，轴向调节架一端部连接径向调节架上，轴向调节架另一端部上装有滑块，滑块上插装热电偶。

所述的径向调节架上开有沿垂直于超音速火焰喷枪的射流出射方向的条形槽，轴向调节架端部嵌装于径向调节架的条形槽中并沿条形槽可调整位置地固定，轴向调节架上开有沿平行于超音速火焰喷枪的射流出射方向的条形槽，滑块嵌装于轴向调节架的条形槽中并沿条形槽可调整位置地固定，滑块上插装的热电偶沿垂直于超音速火焰喷枪的射流出射方向布置。

其中一侧的轴向调节架的滑块上插装有第一根热电偶，另一侧的轴向调节架的滑块上插装有第二根和第三根热电偶，共计三根热电偶，三根热电偶分别和超音速火焰喷枪的射流中心轴线之间的距离均不同。

还包括多路巡检仪和上位机，热电偶经多路巡检仪和上位机连接。

二、一种测量超音速火焰喷涂射流温度的方法：以热电偶的末端作为测温点，使得测温点位于火焰射流形成的边界层内，并测量获得测温点和射流中心轴线之间的垂直距离以及测温点和枪口之间的距离；将多根热电偶采集到的多次温度数据结合距离数据进行处理计算得到测温点所在焰流截面的边界层厚度，再通过亚音速段所在的剖面温度分布模型计算得到亚音速段的火焰射流温度场任意一点的温度值。

超音速火焰喷枪喷出的火焰射流沿射流方向分为两段，靠近枪口的一段为超音速段，远离枪口的一段为亚音速段，亚音速段作为射流的基本段。

火焰射流(即焰流)进入静止的大气中后，会被卷入大量空气，各个分子间的复杂的湍流运动会形成涡流。但从宏观来说，随着空气的卷入，射流沿出射方向会不断扩张形成沿射流方向厚度不断增加的边界层，边界层的轮廓线将射流与空气中静止的气流分别开来，这个轮廓线内属于射流部分，边界层外是周围的大气环境，边界层内外的温度存在明显的梯度。