Способ получения волокнистого материала и устройство для его осуществления

(19) 4 С 03 В 37/06 ГОСУДАРСТ ПО ДЕЛАМ НЫЙ НОМИТЕТ СССРОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИаФ ,";,ф о ,; ;. ,САНИЕ ИЗОБРЕТЕН СВИДЕТЕЛЬСТ К АВТСРСН неральных и металлических волоиспользуемых для изготовлениярочных изделий - корпусов двией, турбинных лопаток. Цельетения - обеспечение возможнослучения композитных материаловременно из минеральных и метализ микон,жароп нститут ател зобр ле СССР1983,СТОГОО ОСУих в льцев ивают е ка относится онных мат ческог концен произалов аю Звере снио)п Йсг.1(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОЛОКНМАТЕРИАЛА И УСТРОЙСТВО Д 1 Я ЕЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретениекводству композици ер ти п одно личе миро на к вытя той локон, Одновременно с форпотока минерального волокм потоком энергоносителя из ильер и формируют в ере ускоренный поток мео волокна, Поток располатрично и направляют парал 1335 лельно первому потоку. На выходе из камеры оба потока волокна смешивают, Устройство для получения волокнистого материала содержит приемник 10 металлического расплава с системой охлаждения 11, 11 риемник 10 выполнен с радиально расположенными фильерами 14, входящими в проточную камеру волокнообразования. В выходной конусной части камеры установлена цилиндрическая насадка 5 с внутренней конусной поверхностью и продольными ра 540диальными перегородками, отделяющими фильеры друг от друга. Внутренняя стенка проточной камеры за соплом Лаваля спрофилирована по параболе, выполнена с кольцевой полостью 17 и соединена с проточной частью камеры отверстиями 18, расположенными подоуглом 16-22 к ее продольной оси, Срок службы композитов намного превышает срок службы минеральных материалов, увеличивая срок службы изделий в два раза. 2 с.п, ф-лы, 2 ил, Изобретение относится к производству композиционных материалов изминеральных и металлических волокон,используемых для изготовления жаро 5прочных изделий - корпусов двигателей, турбинных лопаток и т,п.Целью изобретения является обеспечение возможности получения композитных материалов одновременно из 1 Оминеральных и металлических волокон,Ка фиг, 1 изображено устройство,продольный разрез; на фиг, 2 - разрезА-А на фиг, 1,Устройство для получения волокнистого композитного материала содержиткорпус 1 с передней 2 и задней 3крышками, проточной камерой волокнообразования, образованной соединенными основаниями усеченными конусами4 и 5 с центральным входным отверстием б в передней крышке 2 для эжекцииминерального расплава с кольцевымсоплом Лаваля 7 с косым срезом, соединенным с полостью 8 и отверстием 9для подвода энергоносителя. В корпусе 1 закреплен кольцевой приемник 10металлического расплава с сужающейсяв сторону фильер полостью и системой11 охлаждения и патрубками 12 и 13соответственно подачи и отвода охлаждающей жидкости (воды). Приемник 10выполнеч с радиально расположеннымифильерами 14, выходящими в проточнуюкамеру волокнообразования, в выходнойконусной части которой установлена35цилиндрическая насадка 5 с внутренней конусной поверхностью и наружнымипродольными радиальными перегородками 16, отделяющими фильеры 14 друг отдруга, Внутренняя стенка проточнойкамеры за соплом Лаваля спрофилирована по параболе и выполнена с кольцевой полостью 17, соединенной с проточной частью камеры направленнымиопод углом 16-22 к ее продольной осиотверстиями 18. К: кольцевой полости17 присоединен и;.трубок 19 для подачи поверхностно-активного вещества(ПАВ), В задней части проточной камеры в конусной стенке выполнена диффузорная щель 20 регулируемого сечения для подачи дополнительного кольцевого потока энергоносителя,Предлагаемый способ реализуетсяследующим образом.Знергоноситель через отверстие 9вводят в полость 8 под высоким давлением (сжатый воздух 3-10 ати, пар6-8 ати). Здесь энергоноситель равномерно распределяется относительновходных сечений сопла 7 и диффузорной щели 20, проходя через их проточные части, он ускоряется и с большойскоростью входит в проточную камеруустройства, Большие скорости энергоносителя позволяют создать эжекционный эффект в зоне входного отверстия6, отверстий 18 и в рабочей зоне ка -меры волокнообразования металлических волокон, Под действием эжекционных сил через патрубок 19 вкольцевую полость 17 вводятся ПАВ,В полости 17 ПАВ равномерно распределяются вокруг параболической поверхности сопла 7 и через цилиндрическиеотверстия 18 входят в готок энерго 1335540носителя, распыляются и перемешиваются с ним,Со стороны наружной поверхностипередней крышки 2 в отверстие 6 подают в виде осесимметричной струиминеральный расплав. Струя через отверстие 6 засасывается в проточнуючасть камеры и попадает в зону действия сопла 7. Здесь в результатевза модействия минерального расплава с потоком энергоносителя происходит активная переработка расплава вволокна, Причем продукты распыластруи минерального расплава поступают 5полностью в конусную полость цилиндрической насадки 15 и не попадают врабочую зону формования металлических .в локон, Одновременно в металлоприемник 1 О подают тугоплавкие металлы(наприьйр, вольфрам, жаропрочные стали и т.д.). Через систему 11 металлоприемник 10 охлаждается проточнойводой, Через фильеры 14 расплав металла поступает в зону формования волокон, Здесь выходящий из фильер металл подхватывается мелкодисперснымпотоком, в котором происходит формование волокон, которые поступают затем в зону действия диффузора 20,30Здесь волокну сообщается дополнительное ускорение, которое приводит к нарушению непрерывности процесса формования волокна, в результате чегообразуется штапельное волокно, На выходе из устройства один поток кольце- З 5вой с металлическими волокнами, авторой - осесимметричная струя с минеральными волокнами вступают во взаимодействие, которое приводит к образованию композитного материала изминеральных и металлических волокон,который затем подают в камеру осаждения.Для повышения производительностипри получении композитного материала 45предлагаемым способом необходимо обеспечить максимальный напор расплавленного металла при минимальных значениях диаметра фильер и температуры вметаллоприемнике и фильере, а также 50захват большей по диаметру струиминерального расплава (т.е. струи сувеличенным расходом). С этой цельюв устройстве объединены камеры волокнообразования минеральных и металлических волокон. В этом случае потокэнергоносителя, сформированный соплом 7, сразу с минимальными потерямиэнергии входит, в рабочую зону формирования металлических волокон, что обеспечивается максимальнымнапором, диффузорная щель 20 увеличивает эжекционный эффект на выходе и проточной камеры. Профилированием по параболе наружной стенки сопла 7 обеспечивается формирование на входе в камеру волокнообразования металлических волокон устойчивого высокоскоростного потока с минимумом возмущений, что необходимо, как показывают эксперименты, для плавного формования волокон, так как только в этом случае они относительно длинные и тонкие.Размещение кольцевой полости 17для ПАВ в корпусе наружной стенки,соединенной с проточной частью цилиндрическими отверстиями 18, ориентированными к оси камеры под углом о(,=16- о22 , обеспечивает засасывание ПАВ вполость и ввод в поток энергоносителя за счет энергии последнего. Причем, целесообразно, чтобы ПАВ распространялись на периферии проточнойчасти, что и обеспечивается в данномустройстве, Ориентирование цилиндрических отверстий под указанным диапазоном углов Ы необходимо, чтобы обеспечить необходимый эжекционный эффектдля ввода ПАВ в поток энергоносителяи проникновение струек ПАВ в глубьэтого потока, Уменьшение угла й доо12 увеличивает силу эжекции, нопроникновение в поток энергоносителя поверхностное и приводит к тому,что ПАВ в основном размываются понаружной стенке сопла 7. Увеличениеоугла к до 26 уменьшает эжекционныйэффект, а значит проникнуть в потокПАВ не могут без дополнительных энергозатрат,Выполнение камеры волокнообраэования металлических волокон в виде состыкованных меньшими основаниями конических поверхностей, на линии стыка которых расположены фильеры 14,необходимо, чтобы создать максимальный напор при заданном диаметре фильер, В процессе формирования металлических волокон увеличивается ихдлина и они попадают в зону действиядиффузора 20.Им сообщается дополнительное ускорение, что приводит к нарушению непрерывности процесса формования волокон, Сформованные штапельные металлические волокна подхватываются потоком энергоносителя и выходят из устройства. При этом диффузорформирует поток энергоносителя с ме 133таллическими волокнами, а конусная полость насадки 15 - поток энергоносителя с минеральными волокнами. Наличие -на выходе из устройства кольцевой диффузорной щели 20 позволяет обеспечить разные скорости этим двум потокам и тем самым добиться активного их смешения.Выполнение сопел 7 и щели 20 регулируемыми позволяет подобрать оптимальный режим их работы для получения компоэитов из различных минеральных и металлических расплавов,Выполнение металлоприемника кольцевым, с сужающейся в сторону фильер полостью позволяет максимально использовать энергии энергоносителя для формования волокон и увеличить производительность получения штапельных волокон при относительно малых энергозатратах.Срок службы композитов намного превышает срок службы минеральных материалов. Так, например, армирование муллито-кремнеземистого материала металлическими волокнами, полученными на основе нержавеющей стали, увеличивает срок службы изделий например турбинных лопаток, почти в два раза.Формула изобретения1, Способ получения волокнистого материала путем эжекции струи минерального расплава кольцевым потоком энергоносителя в камеру волокнообразования с последующим раздувом струи и формированием в камере осесимметрич ного потока волокна, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения возможности получения композитных материалов одновременно из минеральных и металлических волокон,55406одновременно с формированием потокаминерального волокна кольцевым потоком энергоносителя вытягивают из фи 5пьер и формируют з той же камере ускоренный поток металлического волокна, расположенный концентрично и направленный параллельно первому потоку,причем на выходе из камеры оба потокаволокна смешивают,2, Устройство для получения волокнистого материала, содержащее проточную камеру волокнообразования в видесоединенных основаниями усеченных конусов с центральным отверстием дляэжекции минерального расплава и кольцевым соплом Лаваля регулируемого се, чения для подачи энергоносителя, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения возможности получе ния композитных материалов одновременно из минеральных и металлическихволокон, оно снабжено закрепленным в 26 корпусе камеры кольцевым охлаждаемымприемником металлического расплава ссужающейся в сторону радиально расположенных фильер полостью и концентрично установленной в выходной конус- ЗО ной части камеры цилиндрической насадкой с внутренней конусной поверхностью с наружными продольными радиальными перегородками, отделяющимифильеры друг от друга, причем внутренняя стенка камеры за соплом 31 авапяспрофилирована по параболе и выполнена с кольцевой полостью, соединеннойс проточной частью камеры направлен- оными под углом 16-22 к ее продольнойоси отверстиями, а за фильерами в ко нусной стенке камеры выполнена регулируемая диффузорная щель для подачи дополнительногс кольцевого потокаэнергоносителя,1335540 Составитель Б.КоганРедактор Н.Гулько Техред М,Дидык Корректор Л.Бескид Заказ 4015/21 Тираж 427 ПодписноеБНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, .ул, Проектная, 4