Устройство для газоструйной резки материалов

 

Использование: для газопламенной обработки материалов и твердых пород. Сущность изобртения: устройство содержит головку, в которой расположены сопло, газогенератор с камерой сгорания, которая сообщена с форкамерой. Диаметр камеры сгорания больше диаметра форкамеры, которая может быть выполнена ступенчатой, тракт подачи горючего сообщен с форкамерой. Горючее подается форсунками, которые могут быть расположены по окружности форкамеры. Тракт подачи окислителя может быть сообщен с частью форкамеры меньшего диаметра, а форсунки для подачи горючего - с частью форкамеры большего диаметра, канал подвода окислителя в камеру сгорания выполнен в виде кольцевого коллектора с возможностью подачи из него окислителя в зону, прилегающую к внутренней стенке камеры сгорания. Тракт подвода горючего выполнен с возможностью подачи последнего тангенциально относительно стенок газогенератора. Тракт подвода горючего сообщен с форкамерой непосредственно за ступенью, разделяющей части форкамеры разного диаетра. Воспламенитель размещен в части форкамеры меньшего диаметра. 4 з. п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к газопламенной обработке материалов, а именно к конструкциям устройств для газоструйной резки материалов и твердых пород.

Известно устройство для газоструйной резки материалов, содержащее головку, в которой расположены сопло, газогенератор с камерой сгорания и форкамерой, тракт подвода горючего с возможностью подачи последнего тангенциально относительно стенок газогенератора, тракт подвода окислителя, сообщенный посредством каналов с камерой сгорания и форкамерой, и воспламенитель.

Недостаток известного устройства является низкая степень использования горючего в процессе сгорания, поскольку для обеспечения охлаждения стенок камеры сгорания и форкамеры все горючее подается непосредственно на стенки как форкамеры, так и камеры сгорания. Такая схема организации рабочего процесса требует значительного развития площади поверхности стенок камеры сгорания, так как в противном случае резко уменьшается количество сгоревшего горючего из-за уменьшения его испарившейся доли вследствие недостаточной площади испарения. Однако на практике в большинстве случае существует габаритные и массовые ограничения, что приводит к тому, что из-за необходимости поддержания требуемого теплового состояния стенок камеры сгорания и из-за недостаточной при этом эффективной площади испарения часть горючего не участвует в сгорании.

Целью изобретения является повышение полноты сгорания и уменьшение массы и габаритов устройства для газоструйной резки материалов.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для газоструйной резки материалов диаметр камеры сгорания больше диаметра форкамеры, тракт подвода горючего сообщен с форкамерой, а последняя непосредственно с камерой сгорания, при этом канал подвода окислителя в камеру сгорания выполнен в виде кольцевого коллектора с возможностью подачи из него окислителя в зону, прилегающую к внутренней стенке камеры сгорания.

Подача горючего может осуществлять через форсунки, которые могут быть расположены по окружности форкамеры, последняя может быть ступенчатой, тракты подачи окислителя и горючего могут быть сообщены соответственно с частями форкамеры соответственно меньшего и большего диаметров, тракт подачи горючего может быть сообщен с частью форкамеры большего диаметра непосредственно за ступенью, разделяющей части форкамеры с разными диаметрами, а в части меньшего диаметра может быть размещен воспламенитель.

На фиг. 1 представлено устройство для газоструйной резки материалов, продольный разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1.

Устройство для газоструйной резки материалов содержит головку 1, в которой расположены сопло 2, газогенератор с камерой 3 сгорания и форкамерой 4, тракт 5 подвода горючего с возможностью подачи последнего тангенциально относительно стенок 6 газогенератора, тракт 7 подвода окислителя, сообщенный с каналом 8, выполненным в виде кольцевого коллектора подачи окислителя из него в зону 9, прилегающую к внутренней стенке 6 камеры 3 сгорания, и воспламенитель 10.

Камера сгорания 3 выполнена диаметром, большим диаметра форкамеры 4, тракт 5 подвода горючего сообщен с форкамерой 4, а последняя непосредственно с камерой сгорания. Форкамера 4 может быть выполнена ступенчатой, горючее может подаваться форсунками 11, которые в свою очередь могут быть расположены по окружности форкамеры, тракт 7 подачи окислителя может быть сообщен с частью 12 форкамеры 4 меньшего диаметра, а форсунки 11 горючего с частью 13 большего диаметра, в том числе и непосредственно за ступенью 14, разделяющей части 12 и 13 форкамеры, и в части 12 форкамеры 4 может быть расположен воспламенитель 10. На выходе канала 8 (кольцевого коллектора) может быть размещена кольцевая пористая вставка 15, а для подачи окислителя в форкамеру 4 может быть выполнен канал 18.

Устройство для газоструйной резки материалов работает следующим образом. Горючее из тракта 5 форсунками 11 подается тангенциально непосредственно на стенку 6 форкамеры 4, например, посредством ориентированных соответствующим образом форсунок 11. На стенке 6 в результате формируется жидкая пленка 16. При течении пленки вдоль стенки 6 форкамеры 4 часть горючего испаряется и попадает в центральную зону 17 форкамеры 4, а часть в жидком виде поступает непосредственно в камеру сгорания 3. Испарившаяся часть горючего в центральной зоне форкамеры смешивается с окислителем, подаваемым туда же из тракта 7 по каналу 18, и образовавшаяся при этом топливная смесь воспламеняется воспламенителем 10, в качестве которого может быть использовано, например, электрическая свеча. При горении в топливной смеси в форкамере 4 на выходе из нее (на входе в камеру сгорания 3) формируется поджигающий ("дежурный") факел.

При истечении в камеру сгорания 3 пленка 16 горючего распадается на отдельные капли (аналогично тому, как это имеет место при истечении из центробежной форсунки), которые перемешиваются с окислителем, подаваемым из канала 8, выполненного в виде кольцевого коллектора, в зону 9, прилегающую к стенке 6 камеры сгорания. Полученная смесь поджигается "дежурным" факелом и сгорает, продукты сгорания разгоняются в сопле 2 и подаются на резку. В зависимости от режимов резки сопло может быть выполнено как сверхзвуковым, так и дозвуковым. В силу того, что в камере сгорания 3 пленка 16 распадается на отдельные капли, эффективная площадь испарения горючего возрастает, что дает возможность резко увеличить массовую скорость его испарения и реализовать в ограниченных габаритах устройства необходимую полноту сгорания. Тангенциальная подача горючего обеспечивает закрутку пленки 16 и в силу этого ее распад на более мелкие капли, что предпочтительнее с точки зрения качества протекания подготовительных процессов испарения и смешения паров горючего с окислителем.

Предложенная схема подачи горючего в камеру сгорания 3 позволяет повысить эффективность смешения окислителя и горючего также и за счет взаимного расположения зон их подвода при истечении пленки 16 в свободное пространство основной камеры сгорания 3 (после схода пленки 16 со стенок 6 форкамеры 4) капли будут в силу наличия радиальной составляющей скорости отклоняться к стенкам 6 камеры сгорания, т.е. в зону 9, куда поступает окислитель. Такая схема организации рабочего процесса в камере сгорания без ущерба на качество протекания процессов испарения, смешения и сгорания позволяет обеспечить и надлежащее охлаждение головки 1 потоком окислителя. Расположение форсунок 11 равномерно по окружности форкамеры 4 дает возможность сформировать пленку 16 на стенке 6 с постоянной толщиной и получить в результате равномерное распределение капель горючего как по размерам, так и по сечению камеры сгорания 3, а размещение на выходе канала 8 кольцевой пористой вставки 15 улучшает распределение окислителя по окружности камеры сгорания и способствует улучшению качества протекания подготовительных к сгоранию процессов смешения окислителя и горючего.

Выполнение форкамеры 4 ступенчатой в виде двух частей 12 меньшего диаметра и 13 большего, и подачи горючего в часть большего диаметра непосредственно в формирующуюся за ступенью 14 застойную зону, а окислителя в часть меньшего диаметра позволяет исключить воздействие струи горючего на пленку 16 в процессе ее формирования и предотвратить возможные нарушения сплошности последней. Размещение воспламенителя 10 в части 12 форкамеры 4 меньшего диаметра и подача в нее окислителя позволяет вывести воспламенитель 10 из высокотемпературной зоны, исключить непосредственное воздействие на него продуктов сгорания, и обеспечить дополнительное охлаждение воспламенителя, что увеличивает срок его службы и повышает надежность работы.

Использование двухступенчатой схемы воспламенения (электрическая свеча "дежурный" факел) гарантирует надежное воспламенение и сжигание топливной смеси в широком диапазоне изменения расходов горючего и окислителя и их начальной температуры. Следует также отметить и то, что такая схема воспламенения практически нечувствительна и к физико-химическим свойствам горючего и окислителя, что позволяет использовать различные виды горючих (керосин, бензин, сжиженный газ и т.д.) и окислителей (воздух, кислород) без какой-либо перенастройки или переделки устройства.

Реализация изобретения позволяет получить высокоэффективное устройство для резки материалов, способное надежно работать на различных видах топливных композиций.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОСТРУЙНОЙ РЕЗКИ МАТЕРИАЛОВ, содержащее головку, в которой расположено сопло, газогенератор с камерой сгорания и форкамерой, тракт подвода горючего, выполненный с возможностью подачи последнего тангенциально относительно стенок газогенератора, тракт подвода окислителя, сообщенный посредством каналов с камерой сгорания и форкамерой, и воспламенитель, отличающееся тем, что диаметр камеры сгорания больше диаметра форкамеры, тракт подвода горючего сообщен с форкамерой, а последняя непосредственно - с камерой сгорания, при этом канал подвода окислителя в камеру сгорания выполнен в виде кольцевого коллектора с возможностью подачи из него окислителя в зону, прилегающую к внутренней стенке камеры сгорания.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что форсунки для подачи горючего равномерно расположены по окружности форкамеры.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что форкамера выполнена ступенчатой, а тракты подачи окислителя и горючего сообщены соответственно с частями форкамеры меньшего и большего диаметров.

4. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что тракт подачи горючего сообщен с форкамерой непосредственно за ступенью, разделяющей части форкамеры разного диаметра.

5. Устройство по пп. 1 - 4, отличающееся тем, что воспламенитель размещен в части форкамеры меньшего диаметра.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2