Способ конструирования и устройство термостабильной головки для нанесения покрытия - RU2005141583A

Реферат

1. Способ конструирования устройства термостабильной головки для нанесения покрытия, имеющего соотношение размера головки по ширине в Z-измерении к размеру головки в Х-измерении и/или размера головки по ширине в Z-измерении к размеру головки в Y-измерении более 2,5 и рабочую температуру в установившемся режиме, причем это устройство содержит головку, имеющую геометрию головки, включающую в себя рабочие поверхности губ головки в плоскостях Y-Z и щелевое отверстие, перпендикулярное к рабочим поверхностям губ в плоскости Х-Z, активные средства теплопередачи, датчики температуры и/или теплового потока, при этом способ направлен на обеспечение плоских рабочих поверхностей губ головки и включает в себя одновременную оптимизацию геометрии головки, размещения активных средств теплопередачи, размещения датчиков температуры или теплового потока, и защиты от условий эксплуатации, с использованием численного моделирования конструкции и теплопередачи, и/или статистического анализа, и/или методик измерения температуры и/или теплового потока и/или размеров и/или деформаций и/или напряжений, при этом с учетом функциональных характеристик головки, минимального приращения измерения температуры и точности регулирования, относящейся к минимальному приемлемому отклонению от плоскостности, конструкционного материала головки для нанесения покрытия в отношении термоструктурных свойств материала и желательных свойств материала головки для нанесения покрытия, при этом оптимизация включает в себя поддержание номинального состояния плоскостности на изгиб рабочих поверхностей губ головки в плоскости Х-Z на уровне менее некоторого заданного отклонения от плоскостности, причем без изменения величины отклонения от плоскостности губ головки в плоскости Х-Z или плоскостях Y-Z свыше некоторого заданного отклонения от плоскостности, когда нанесение покрытия только начинается, и уравновешивание системы нагрева для минимизации градиентов температуры в плоскости Х-Z и/или плоскостях Y-Z до прогнозируемой степени и направления изгиба в соответствующей плоскости.

2. Способ по п.1, в котором соотношение размера головки по ширине в Z-измерении к размеру головки в Х-измерении составляет вплоть до 11, а соотношение размера головки по ширине в Z-измерении к размеру головки в Y-измерении составляет вплоть до 14, рабочая температура составляет вплоть до 200° С, и конструкционным материалом является сталь, и при этом оптимизация включает в себя поддержание плоскостности на изгиб рабочих поверхностей губ головки в плоскости Х-Z с отклонением от плоскостности менее 0,001 дюйма, причем без изменения величины отклонения губ от плоскостности в плоскости Х-Z или плоскостях Y-Z более 0,001 дюйма, когда нанесение покрытия только начинается, и наличие возможности намеренного изгиба головки в плоскости Х-Z с коэффициентом 0,0005-0,003 дюйма на 1°F намеренно созданного градиента температуры в плоскости Х-Z.

3. Способ по п.2, в котором оптимизация также включает в себя поддержание плоскостности на изгиб головки в плоскостях Y-Z с отклонением от плоскостности менее 0,004 дюйма.

4. Способ по п.2, в котором оптимизация также включает в себя поддержание отклонения температуры по ширине в щелевом отверстии менее 15°F, причем температура клеящего вещества находится на уровне номинальной температуры головки или в пределах 10°F от нее.

5. Способ по п.2, в котором плоскостность на изгиб рабочих поверхностей губ головки в плоскости Х-Z поддерживают с отклонением от плоскостности менее 0,0005 дюйма, причем не изменяя величину отклонения губ от плоскостности в плоскости Х-Z или плоскостях Y-Z более 0,0004 дюйма, когда нанесение покрытия только начинается.

6. Способ по п.3, в котором плоскостность на изгиб в плоскостях Y-Z поддерживают с отклонением от плоскостности менее 0,002 дюйма.

7. Способ по п.4, в котором отклонение температуры по ширине в щелевом отверстии поддерживают на уровне менее 8°F, причем температура клеящего вещества находится на уровне номинальной температуры головки или в пределах 2°F от нее.

8. Способ по п.1, в котором условия эксплуатации включают в себя изоляцию головки, потоки воздуха и нечувствительность системы нагрева к присутствию потока текучей среды в головке или ее отсутствию.

9. Способ по п.1, в котором оптимизация также включает в себя размещение нагревателей, продольных по отношению к рабочим поверхностям губ, с тем, чтобы обеспечить регулируемый нагрев для управления градиентами температуры и их устранения.

10. Способ по п.9, в котором оптимизация также включает в себя размещение нагревателей, расположенных продольно по отношению к рабочим поверхностям губ, для взаимодействия с расположенными по ширине нагревателями для совместного регулирования и минимизации градиентов температуры.

11. Способ по п.1, в котором оптимизация также включает в себя размещение нагревателей в зонах нагрева сообразно необходимости для минимизации или устранения локальных градиентов температуры.

12. Способ по п.1, в котором оптимизация также включает в себя изолирование устройства головки для снижения или устранения градиентов температуры.

13. Способ по п.1, в котором оптимизация также включает в себя использование заградителя потока воздуха для защиты передней нижней части головки от локализованного охлаждения вследствие отрыва граничного слоя воздуха от основы.

14. Способ по п.1, в котором оптимизация также включает в себя использование высокоточных датчиков температуры для минимизации неопределенностей измерения температуры.

15. Способ по п.1, в котором оптимизация также включает в себя регулируемое нарушение теплового равновесия для управления состоянием изгиба.

16. Способ по п.1, в котором оптимизация также включает в себя использование электрических нагревателей или текучей среды, такой как масло, вода, водяной пар, или других средств нагрева или охлаждения и механических устройств, способных содействовать теплопередаче.

17. Способ по п.1, в котором оптимизация также включает в себя упрощение геометрии головки с устранением ненужного материала, который приводит к образованию мест локального перегрева и/или недогрева, так что все остальные конструктивно важные части головки являются приспосабливаемыми к нагреву или изолированию от потерь тепла и контролированию температуры.

18. Способ по п.17, в котором оптимизация также включает в себя размещение нагревателей в головке для обеспечения возможности единообразного регулируемого нагрева всей головки.

19. Способ по п.18, в котором оптимизация также включает в себя размещение нагревателей, продольных по отношению к рабочим поверхностям губ головки.

20. Способ по п.19, в котором оптимизация также включает в себя размещение датчиков температуры в таких местах головки, которые точно указывают состояние температуры в зонах нагревателей, которые эти датчики температуры контролируют.

21. Способ по п.19, в котором датчики температуры представляют собой термометры сопротивления.

22. Способ по п.17, в котором оптимизация также включает в себя оптимизацию упрощения геометрии и размещения нагревателей и датчиков температуры при помощи численных вычислений модели теплопередачи, при этом тепловую деформацию оценивают путем отображения результатов по температуре в численной структурной модели, и тепловые и структурные модели прогоняют с учетом технологических изменений.

23. Способ по п.22, в котором технологические изменения включают в себя протекание текучей среды через головку и/или потоков воздуха вокруг головки.

24. Способ по п.2, в котором условия эксплуатации включают в себя изоляцию головки, потоки воздуха и нечувствительность системы нагрева к присутствию потока текучей среды в головке или ее отсутствию.

25. Способ по п.2, в котором оптимизация также включает в себя размещение нагревателей, продольных по отношению к рабочим поверхностям губ, с тем, чтобы обеспечить регулируемый нагрев для управления градиентами температуры и их устранения.

26. Способ по п.25, в котором оптимизация также включает в себя размещение нагревателей, расположенных продольно по отношению к рабочим поверхностям губ, для взаимодействия с расположенными по ширине нагревателями для совместного регулирования и минимизации градиентов температуры.

27. Способ по п.2, в котором оптимизация также включает в себя размещение нагревателей в зонах нагрева сообразно необходимости для минимизации или устранения локальных градиентов температуры.

28. Способ по п.2, в котором оптимизация также включает в себя изолирование устройства головки для снижения или устранения градиентов температуры.

29. Способ по п.2, в котором оптимизация также включает в себя использование заградителя потока воздуха для защиты передней нижней части головки от локализованного охлаждения вследствие отрыва граничного слоя воздуха от основы.

30. Способ по п.2, в котором оптимизация также включает в себя использование высокоточных датчиков температуры для минимизации неопределенностей измерения температуры.

31. Способ по п.2, в котором оптимизация также включает в себя регулируемое уравновешивание температур головки для управления состоянием изгиба.

32. Способ по п.2, в котором оптимизация также включает в себя использование электрических нагревателей или текучей среды, такой как масло, вода, водяной пар, или других средств нагрева или охлаждения и механических устройств, способных содействовать теплопередаче.

33. Способ по п.2, в котором оптимизация также включает в себя упрощение геометрии головки с устранением ненужного материала, который приводит к образованию мест локального перегрева и/или недогрева, так что все остальные конструктивно важные части головки являются приспосабливаемыми к нагреву или изолированию от потери тепла и контролированию температуры.

34. Способ по п.33, в котором оптимизация также включает в себя размещение нагревателей в головке для обеспечения возможности единообразного регулируемого нагрева всей головки.

35. Способ по п.34, в котором оптимизация также включает в себя размещение нагревателей, продольных по отношению к рабочим поверхностям губ головки.

36. Способ по п.35, в котором оптимизация также включает в себя размещение датчиков температуры в таких местах головки, которые точно указывают состояние температуры в зонах нагревателей, которые эти датчики температуры контролируют.

37. Способ по п.36, в котором датчики температуры представляют собой термометры сопротивления.

38. Способ по п.33, в котором оптимизация также включает в себя оптимизацию упрощения геометрии и размещения нагревателей и датчиков температуры при помощи численных вычислений модели теплопередачи, при этом тепловую деформацию оценивают путем отображения результатов по температуре в численной структурной модели, и тепловые и структурные модели прогоняют с учетом технологических изменений.

39. Способ по п.38, в котором технологические изменения включают в себя протекание текучей среды через головку и/или потоков воздуха вокруг головки.

40. Устройство головки для нанесения покрытия, содержащее головку, имеющую соотношение ее размера по ширине в Z-измерении к ее размеру в Х-измерении и/или ее размера по ширине в Z-измерении к ее размеру в Y-измерении более 2,5 и механически целесообразную рабочую температуру, рабочие поверхности губ головки в плоскости Y-Z и щелевое отверстие, перпендикулярное рабочим поверхностям губ в плоскости Х-Z, при этом рабочие поверхности губ головки образуют это щелевое отверстие на передней части, дальней по отношению к задней части, зазор нанесения, образованный между рабочими поверхностями губ головки и основой, на которую наносится слой текучей среды из щелевого отверстия по всей ширине головки в Z-измерении; и встроенную систему нагрева, имеющую один или более передних нагревателей по поперечному сечению, распределенных с интервалом внутри головки продольно по всей ширине вблизи передней части, при этом каждый передний нагреватель по поперечному сечению, необязательно являясь верхним передним нагревателем по поперечному сечению или нижним передним нагревателем по поперечному сечению, имеет соответствующий передний датчик температуры по поперечному сечению, причем каждый передний датчик температуры по поперечному сечению связан с системой регулирования температуры передней части по поперечному сечению, которая регулирует тепло, подводимое соответствующими передними нагревателями по поперечному сечению; и один или более задних нагревателей по поперечному сечению, распределенных с интервалом внутри головки продольно по всей ширине и удаленных от передней части, при этом каждый задний нагреватель по поперечному сечению, необязательно являясь верхним задним нагревателем по поперечному сечению или нижним задним нагревателем по поперечному сечению, имеет соответствующий задний датчик температуры по поперечному сечению, причем каждый задний датчик температуры по поперечному сечению связан с системой регулирования температуры задней части по поперечному сечению, которая регулирует тепло, подводимое соответствующими задними нагревателями по поперечному сечению; при этом, когда встроенная система нагрева работает при рабочей температуре в установившемся режиме, имеется разность между максимальной заданной температурой поперечного сечения и минимальной заданной температурой поперечного сечения, равная или меньшая, чем результирующая разность температур из-за неопределенностей в процессе оптимизации конструкции головки, и передние нагреватели по поперечному сечению подводят характеристическую часть общей мощности, требуемой для поддержания рабочей температуры в установившемся режиме, а задние нагреватели по поперечному сечению и/или другие нагреватели подводят остальную часть общей мощности, при этом встроенная система нагрева уравновешивается для минимизации градиентов температуры вдоль ширины в плоскости X-Y для поддержания плоскостности на изгиб рабочих поверхностей наносящих покрытие губ в плоскости Х-Z на уровне менее некоторого заданного отклонения от плоскостности, причем без изменения величины отклонения от плоскостности губ головки в плоскости Х-Z или плоскостях Y-Z более некоторого заданного отклонения от плоскостности, когда нанесение покрытия только начинается; и необязательно выводится из равновесия путем изменения разности температур между передними нагревателями по поперечному сечению и задними нагревателями по поперечному сечению за счет изменения соотношения мощности нагрева, подаваемой к передним нагревателям по поперечному сечению, к мощности нагрева, подаваемой к задним нагревателям по поперечному сечению, для регулирования изгиба головки в плоскости Х-Z; и/или разности температур между верхними нагревателями по поперечному сечению и нижними нагревателями по поперечному сечению за счет изменения соотношения мощности нагрева, подаваемой к верхним нагревателям по поперечному сечению, к мощности нагрева, подаваемой к нижним нагревателям по поперечному сечению, для регулирования изгиба головки в плоскости Y-Z.

41. Устройство по п.40, в котором соотношение размера головки по ширине в Z-измерении к размеру головки в Х-измерении составляет вплоть до 11, а соотношение размера головки по ширине в Z-измерении к размеру головки в Y-измерении составляет вплоть до 14, рабочая температура составляет вплоть до 200°С, конструкционным материалом является сталь, разность между максимальной заданной температурой поперечного сечения и минимальной заданной температурой поперечного сечения равна или меньше 10°С, и передние нагреватели по поперечному сечению подводят характеристические 20-60% общей мощности, требуемой для поддержания рабочей температуры в установившемся режиме и плоскостности на изгиб рабочих поверхностей губ головки в плоскости Х-Z на уровне отклонения от плоскостности менее 0,001 дюйма, причем без изменения величины отклонения губ от плоскостности в плоскости Х-Z или плоскостях Y-Z более 0,001 дюйма, когда нанесение покрытия только начинается, и с наличием возможности намеренного изгиба головки в плоскости Х-Z с коэффициентом 0,0005-0,003 дюйма на 1°F намеренно созданного градиента температуры в плоскости Х-Z.

42. Устройство по п.41, в котором уравновешивание встроенной системы нагрева оптимизировано для поддержания плоскостности на изгиб рабочих поверхностей губ головки в плоскости Х-Z на уровне отклонения от плоскостности менее 0,0005 дюйма, при этом без изменения величины отклонения губ от плоскостности в плоскости Х-Z или плоскостях Y-Z более 0,0004 дюйма, когда нанесение покрытия только начинается.

43. Устройство по п.41, в котором уравновешивание встроенной системы нагрева оптимизировано для поддержания плоскостности на изгиб головки в плоскостях Y-Z на уровне отклонения от плоскостности менее 0,004 дюйма.

44. Устройство по п.41, в котором встроенная система нагрева также содержит группы нагревателей по ширине, распределенных с интервалом внутри головки в направлении от задней части к передней части и/или в направлении от передней части к задней части по всей ширине головки в зонах, каждая из которых имеет соответствующий датчик температуры по ширине, при этом каждый датчик температуры по ширине связан с соответствующей системой регулирования температуры по ширине, которая регулирует тепло, подводимое соответствующими нагревателями по ширине в соответствующей зоне.

45. Устройство по п.44, в котором зоны нагревателей по ширине термически уравновешиваются одновременно с зонами нагревателей по поперечному сечению для поддержания отклонения температуры по ширине в щелевом отверстии менее 15°F, при этом температура клеящего вещества находится на уровне номинальной температуры головки или в пределах 10°F от нее.

46. Устройство по п.43, в котором зоны нагревателей по ширине термически уравновешиваются одновременно с зонами нагревателей по поперечному сечению для поддержания плоскостности на изгиб в плоскостях Y-Z на уровне отклонения от плоскостности менее 0,002 дюйма.

47. Устройство по п.45, в котором зоны нагревателей по ширине термически уравновешиваются одновременно с зонами нагревателей по поперечному сечению для поддержания отклонения температуры по ширине в щелевом отверстии менее 8°F, при этом температура клеящего вещества находится на уровне номинальной температуры головки или в пределах 2°F от нее.

48. Устройство по п.41, которое изолировано снаружи для уменьшения или устранения градиентов температуры.

49. Устройство по п.41, в котором на передней части находится заградитель потока воздуха для защиты головки от локализованного охлаждения вследствие отрыва граничного слоя воздуха от основы.

50. Устройство по п.41, в котором передние датчики температуры по поперечному сечению и задние датчики температуры по поперечному сечению представляют собой термометры сопротивления из спиральной платиновой проволоки, обладающие точностью лучше ±1°F.

51. Устройство по п.41, в котором датчики температуры по ширине представляют собой термометры сопротивления из спиральной платиновой проволоки, обладающие точностью лучше ±1°F.

52. Устройство по п.40, в котором встроенная система нагрева также содержит группы нагревателей по ширине, распределенных с интервалом внутри головки в направлении от задней части к передней части и/или в направлении от передней части к задней части по всей ширине в зонах, каждая из которых имеет соответствующий датчик температуры по ширине, при этом каждый датчик температуры по ширине связан с соответствующей системой регулирования температуры по ширине, которая регулирует тепло, подводимое соответствующими нагревателями по ширине в соответствующей зоне.

53. Устройство по п.40, которое изолировано снаружи для уменьшения или устранения градиентов температуры.

54. Устройство по п.40, в котором на передней части находится заградитель потока воздуха для защиты головки от локализованного охлаждения вследствие отрыва граничного слоя воздуха от основы.

55. Устройство по п.40, в котором передние датчики температуры по поперечному сечению и задние датчики температуры по поперечному сечению представляют собой термометры сопротивления из спиральной платиновой проволоки, обладающие точностью лучше ±1°F.

56. Устройство по п.40, в котором датчики температуры по ширине представляют собой термометры сопротивления из спиральной платиновой проволоки, обладающие точностью лучше ±1°F.