Горелочное устройство

Изобретение относится к устройствам для сжигания газа и может быть применено для обработки металла и стекла. Техническим результатом изобретения является обеспечение эффективности работы горелочного устройства с применением газов-заменителей ацетилена как при минимальных, так и при максимальных тепловых нагрузках с диапазоном устойчивой работы более чем 1:5, который достигается тем, что в горелочном устройстве, содержащем головку с каналами подачи окислителя, газа и горючей смеси, а также коаксиально установленные с кольцевым зазором мундштук с выходным каналом и насадку с коническими выходными участками, при этом между мундштуком и насадкой в коническом кольцевом зазоре расположен центрирующий и пропускной для горючей смеси элемент, выполненный в виде конической втулки с продольными каналами, расположенными на ее внешней поверхности, или в виде конической ступенчатой втулки с кольцевой проточкой и радиальными отверстиями, выходной участок мундштука выполнен с продольными ступенчатыми каналами, разделенными на входные и выходные части кольцевой проточкой, или с продольными входными каналами и выходной проточкой, образующей относительно днищ входных каналов понижающие ступеньки, при этом кольцевая проточка расположена на внутренней поверхности конической втулки, сопрягаема с кольцевой или выходной проточкой мундштука, соединена радиальными отверстиями с продольными глухими каналами, выполненными на внешней поверхности конической втулки, или кольцевая проточка соединена радиальными отверстиями с кольцевой полостью, образованной между диаметрально меньшей ступенью конической втулки и насадкой. 2 з.п. ф-лы, 10 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для сжигания газа и может быть применено для обработки металла и стекла.

Известна газовая горелка (патент РФ №2101618, кл. F23D 14/24, 1998 г. - аналог), содержащая головку с каналами подачи кислорода и горючей смеси, а также коаксиально установленные с кольцевым коническим зазором мундштук и насадку с коническими выходными участками, при этом между мундштуком и насадкой расположен центрирующий и пропускной для горючей смеси элемент, выполненный в виде шайбы с продольными канавками, установленной в коническом кольцевом зазоре.

Недостатком данной газовой горелки является то, что она не обеспечивает необходимой эффективности горения при сжигании газов с меньшей скоростью распространения пламени, чем у ацетона. Такими газами являются, например, природный газ, пропанобутановая смесь и др.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является горелочное устройство (патент РФ №2246664, кл. F23D 14/38, 2005 г. - прототип), содержащее головку с каналами подачи кислорода и горючей смеси, а также коаксиально установленные с кольцевым зазором мундштук и насадку с коническими выходными участками, при этом между мундштуком и насадкой в коническом кольцевом зазоре расположен центрирующий и пропускной для горючей смеси элемент, выполненный в виде конической втулки с продольными каналами на ее внешней поверхности или в виде конической ступенчатой втулки с кольцевой проточкой и радиальными отверстиями.

Недостатком горелочного устройства является узкий диапазон устойчивой его работы в пределах до 1:5 (отношение минимальной тепловой нагрузки к максимальной).

За пределами этого отношения, с возрастанием тепловой нагрузки и увеличением скоростей истечения струй окислителя и горючей смеси из выходных каналов, стабильность работы устройства теряется, процесс горения начинает колебаться и прекращается. Это объясняется тем, что через кольцевую полость, между выходным коническим участком мундштука и конической втулкой, происходит встречное инжектирование, при котором продукты неполного сгорания инжектируются навстречу центральной струе мундштука между этой струей и струями, исходящими из выходных каналов или выходной полости конической втулки, и при возрастании тепловой нагрузки продукты неполного сгорания, инжектируясь в кольцевую полость и далее в каналы конической втулки, перехватываются в больших объемах струей окислителя или горючей смеси, исходящей с возрастающей скоростью из центрального канала мундштука.

В результате чего поступление продуктов неполного сгорания в выходные каналы или полость конической втулки, для смешивания их с газом или горючей смесью, резко сокращается, что приводит к потере стабильности работы горелочного устройства.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является обеспечение эффективности работы горелочного устройства с применением газов-заменителей ацетилена как при минимальных, так и при максимальных тепловых нагрузках с диапазоном устойчивой работы более чем 1:5.

Технический результат достигается тем, что в горелочном устройстве, содержащем головку с каналами подачи окислителя, газа и горючей смеси, а также коаксиально установленные с кольцевым зазором мундштук с выходным каналом и насадку с коническими выходными участками, при этом между мундштуком и насадкой в коническом кольцевом зазоре расположен центрирующий и пропускной для горючей смеси элемент, выполненный в виде конической втулки с продольными каналами, расположенными на ее внешней поверхности, или в виде конической ступенчатой втулки с кольцевой проточкой и радиальными отверстиями, выходной участок мундштука выполнен с продольными ступенчатыми каналами, разделенными на входные и выходные части кольцевой проточкой, или с продольными входными каналами и выходной проточкой, образующей относительно днищ входных каналов понижающие ступеньки, при этом кольцевая проточка расположена на внутренней поверхности конической втулки, сопрягаема с кольцевой или выходной проточкой мундштука, соединена радиальными отверстиями с продольными глухими каналами, выполненными на внешней поверхности конической втулки, или кольцевая проточка соединена радиальными отверстиями с кольцевой полостью, образованной между диаметрально меньшей ступенью конической втулки и насадкой, а между выходными частями ступенчатых каналов конического участка мундштука от его кольцевой проточки расположены дополнительные каналы, причем мундштук, коническая втулка и насадка производятся из жаропрочного материала.

Изобретение поясняется чертежами, где представлено горелочное устройство в различных исполнениях: на фиг.1, 3, 5, 7 и 9 - продольные, а на фиг.2, 4, 6, 8 и 10 - поперечные его разрезы.

Горелочное устройство содержит головку 1 с каналами 2 и 3 для подачи окислителя (кислорода, воздуха), газа или горючей смеси, коаксиально установленные с кольцевым зазором 4 мундштук 5 с выходным каналом 6 и насадку 7, причем мундштук 5 и насадка 7 выполнены с коническими выходными участками, между которыми расположен центрирующий и пропускной для горючей смеси элемент в виде конической втулки 8 с продольными и глухими каналами 9 и 10 (фиг.1, 2, 7 и 8) или с глухими каналами 10 (фиг.3 и 4) на ее внешней поверхности, или в виде ступенчатой конической втулки 11, образующей между диаметрально меньшей ступенью и насадкой 7 кольцевую полость 12 (фиг.5 и 6).

На внутренней поверхности конической или конической ступенчатой втулок 8 и 11 находится кольцевая проточка 13, соединенная с глухими каналами 10 или с кольцевой полостью 12 радиальными отверстиями 14.

На выходном коническом участке мундштука 5 выполнены продольные ступенчатые входные и выходные каналы 15 и 16, разделенные кольцевой проточкой 17, сопрягаемой с кольцевой проточкой 13 конической втулки 8 (фиг.1, 2, 3, 4, 7 и 8), или выполнены продольные входные каналы 15 и выходная проточка 18, сопрягаемая с кольцевой проточкой 13 конической ступенчатой втулки 11 и образующая относительно днищ входных каналов 15 понижающие ступеньки (фиг.5 и 6).

Кроме того, для образования более четкого сконцентрированного факела пламени, между выходными ступенчатыми каналами 16 мундштука 5 от кольцевой его проточки 17, расположены дополнительные каналы 19 (фиг.7 и 9).

Конические втулки 8 и 11, насадка 7 и мундштук 5 изготовлены из жаропрочных материалов, что резко увеличивает срок работы горелочного устройства.

Работа горелочного устройства осуществляется следующим образом.

Пример 1.

Через центральный канал 2 и выходной канал 6 мундштука 5 подают окислитель (кислород, воздух) или бедную горючую смесь (с коэффициентом окислителя α>1). Через периферийный канал 3, кольцевой зазор 4, продольные каналы 9 конической втулки 8, входные и выходные ступенчатые каналы 15 и 16 подают газ или горючую смесь. На выходе из горелочного устройства компоненты горючей смеси поджигают и регулировкой их подач настраивают горелочное устройство на необходимый режим работы.

Для увеличения тепловой мощности горелочного устройства в зону горения подают по продольным каналам 9 втулки 8 газ или горючую смесь без предварительного их смешивания с продуктами неполного сгорания (фиг.1, 2).

При работе горелочного устройства часть горячих продуктов неполного сгорания кинетической энергией струй газа (горючей смеси), проходящих через ступенчатые каналы 15 мундштука 5, инжектируют (подсасывают) через глухие каналы 10, радиальные отверстия 14, кольцевую проточку 13 конической втулки 8, кольцевую проточку 17, сопрягаемую с проточкой 13, в выходные ступенчатые каналы 16 мундштука 5, где происходит их смешивание с газом (горючей смесью), подогревая последний перед его сжиганием.

Пример 2.

Работа горелочного устройства осуществляется по примеру 1, но окислитель подают через периферийный канал 3, кольцевой зазор 4 и ступенчатые входные и выходные каналы 15 (фиг.3, 4).

Пример 3.

Работа горелочного устройства осуществляется по примеру 1, но окислитель подают через периферийный канал 3, кольцевой зазор 4 и входные каналы 15, а инжектирование горячих продуктов неполного сгорания осуществляют через кольцевую полость 12, образованную между диаметрально меньшей ступенью втулки 11 и насадкой 7 (фиг.5, 6).

Пример 4.

Работа горелочного устройства осуществляется по примеру 1, но инжектирование горячих продуктов неполного сгорания осуществляют через глухие каналы 10 конической втулки 8 и через дополнительные каналы 19 на коническом участке мундштука 5 (фиг.7, 8).

Пример 5.

Работа горелочного устройства осуществляется по примеру 1, но инжектирование горячих продуктов неполного сгорания осуществляют через дополнительные каналы 19 на коническом участке мундштука 5 (фиг.9, 10).

Итак, в изобретении продукты неполного сгорания инжектируются с внешней стороны факела горения через каналы 10 конической втулки 8 или через кольцевую полость 12 конической ступенчатой втулки 11 изолировано от центральной струи и при увеличении тепловых нагрузок не подвергаются отбору этой струей, а смешиваются с ней совместно со струями газа или горючей смеси, исходящими из выходных частей 16 ступенчатых каналов мундштука 5, образуя единый устойчивый факел горения.

Или этот же результат достигается при инжектировании продуктов неполного сгорания одновременно с внешней стороны и факела горения через дополнительные каналы 19, расположенные в промежутке выходных частей 16 ступенчатых каналов мундштука 5 (фиг.7 и 8).

Таким образом осуществляется внешнее попутное или смешанное инжектирование продуктов неполного сгорания в струи газа или горючей смеси, которое при увеличении тепловых нагрузок обеспечивает устойчивую работу горелочного устройства с широким диапазоном регулирования режимов горения.

В том случае, когда для работы требуются небольшие тепловые нагрузки, с достаточно плотным и стабильным факелом горения, горелочное устройство используют без конических втулок 8 и 11, но с расположением дополнительных каналов 19 между выходными частями 16 ступенчатых каналов мундштука 5, при этом насадку 7 сопрягают с конической частью мундштука 5 (фиг.9 и 10).

1. Горелочное устройство, содержащее головку с каналами подачи окислителя, газа и горючей смеси, а также коаксиально установленные с кольцевым зазором мундштук с выходным каналом и насадку с коническими выходными участками, при этом между мундштуком и насадкой в коническом кольцевом зазоре расположен центрирующий и пропускной для горючей смеси элемент, выполненный в виде конической втулки с продольными каналами на ее внешней поверхности или в виде конической ступенчатой втулки с кольцевой проточкой и радиальными отверстиями, отличающееся тем, что выходной участок мундштука выполнен с продольными ступенчатыми каналами, разделенными на входные и выходные части кольцевой проточкой, или с продольными входными каналами и выходной проточкой, образующей относительно днищ входных каналов понижающие ступеньки, при этом кольцевая проточка расположена на внутренней поверхности конической втулки, сопрягаема с кольцевой или выходной проточкой мундштука, соединена радиальными отверстиями с продольными глухими каналами, выполненными на внешней поверхности конической втулки, или кольцевая проточка соединена радиальными отверстиями с кольцевой полостью, образованной между диаметрально меньшей ступенью конической втулки и насадкой.

2. Горелочное устройство по п.1, отличающееся тем что между выходными частями ступенчатых каналов конического участка мундштука от его кольцевой проточки расположены дополнительные каналы.

3. Горелочное устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что мундштук, коническая втулка и насадка производятся из жаропрочного материала.