ГОЛОВКА ТЕРМОРЕЗАКА Российский патент 1995 года по МПК F23D14/42 

Изобретение относится к термической резке различных материалов, в частности к конструкциям головок терморезаков с внешним сгоранием компонентов топлива, и может быть использовано для создания терморезаков, одинаково эффективно работающих как на газообразных, так и на жидких горючих.

Известна головка терморезака, содержащая наружный мундштук, внутренняя поверхность выходного участка которого выполнена в виде усеченного конуса с меньшим основанием на выходе, и расположенный в нем с выходным осевым и радиальным зазорами, последний из которых подключен к узлам подвода горючего и греющего кислорода, внутренний мундштук с продольным каналом, подключенным к узлу подвода режущего кислорода, состоящий из последовательно расположенных цилиндрического и выходного конического участков, последний из которых выполнен с продольными выступами высотой, равной величине радиального зазора (прототип).

Однако головка терморезака не приспособлена для использования жидкого горючего, поскольку по тракту подачи горючего и греющего кислорода отсутствуют устройства, позволяющие обеспечить требуемое качество распыливания жидкости, что является непременным условием процесса сгорания топлива с высокой полнотой. Кроме того, в случае, когда оба компонента топлива подаются в головку в газообразном состоянии, не обеспечивается их равномерное смешение, что также может привести к ухудшению характеристик головки.

Данная головка допускает возможность проскока фронта пламени внутрь тракта подачи горючего и режущего кислорода, что может привести к нестабильности работы или прогару головки.

Задачей изобретения является расширение возможностей головки терморезака по разновидностям используемого горючего и повышение эффективности ее работы.

Данная задача решается тем, что в известной головке, содержащей наружный мундштук, внутренняя поверхность выходного участка которого выполнена в виде усеченного конуса с меньшим основанием на выходе, и расположенный в нем с выходным осевым и радиальным зазорами, последний из которых подключен к узлам подвода горючего и греющего кислорода, внутренний мундштук с продольным каналом, подключенный к узлу подвода режущего кислорода, состоящий из последовательно расположенных цилиндрического и выходного конического участков, последний из которых выполнен с продольными выступами высотой, равной величине радиального зазора, установлен пористый элемент, расположенный в кольцевом зазоре перед коническим участком внутреннего мундштука, часть цилиндрического участка внутреннего мундштука в зоне перед пористым элементом выполнена с ребрами высотой, равной высоте радиального зазора, а на внутренней боковой поверхности наружного мундштука в зоне ребер расположены канавки, пористый элемент может быть выполнен в виде цилиндрической втулки, конический участок внутреннего мундштука может быть выполнен на входе с торцевым выступом, а цилиндрическая втулка установлена с зазором относительно последнего, цилиндрическая втулка может быть установлена с прилеганием своих боковых поверхностей к соответствующим поверхностям внутреннего и наружного мундштуков, цилиндрическая втулка может быть установлена относительно мундштуков с образованием наружного и внутреннего кольцевых зазоров с возможностью перепуска горючего и греющего кислорода через ее боковые поверхности в направлении от ее наружной боковой поверхности к внутренней или наоборот.

На фиг.1 представлена головка терморезака, продольный разрез; на фиг.2-4 варианты размещения пористого элемента; на фиг.5 разрез А-А на фиг.1; на фиг.6 разрез Б-Б на фиг.1.

Головка терморезака содержит наружный мундштук 1, в котором расположен с кольцевым радиальным зазором 2 внутренний мундштук 3 с продольным каналом 4, подключенным к узлу подвода режущего кислорода 5, узлы подвода к зазору 2 горючего 6 и греющего кислорода 7 и узел распыла (смешения) горючего 8, выполненный в виде пористого элемента, расположенного в зазоре 2 в зоне перед коническим участком внутреннего мундштука 3. Выходное сечение 9 наружного мундштука 1 выступает за пределы выходного сечения 10 внутреннего мундштука 3, образуя осевой зазор, выходной участок 11 внутреннего мундштука 3 выполнен расширяющимся. На наружной поверхности 13 конического участка внутреннего мундштука 3 на высоту, равную величине радиального зазора 2, выполнены продольные выступы 14. Перед пористым элементом 8 на части цилиндрического участка внутреннего мундштука 3 выполнены ребра 17 высотой, равной высоте радиального зазора 2, а на внутренней поверхности наружного мундштука 1 в зоне ребер расположены канавки 18.

На фиг. 2 представлен один из вариантов размещения пористого элемента с возможностью перепуска горючего и греющего кислорода через ее торцевые поверхности. При этом пористый элемент имеет форму цилиндрической втулки 15, которая установлена с прилеганием своих боковых поверхностей к соответствующим поверхностям внутреннего и наружного мундштуков, а конический участок внутреннего мундштука выполнен на входе с торцевым выступом с осевым зазором относительно втулки.

На фиг. 3, 4 представлены варианты размещения пористого элемента, выполненного в виде цилиндрической втулки 15 с возможностью перепуска горючего и греющего кислорода через ее боковые поверхности. В первом случае (фиг.3) внутренний кольцевой зазор подключен к узлам подвода горючего и греющего кислорода, а наружный к выходу из головки; во втором случае (фиг.4) набором, наружный кольцевой зазор подключен к узлам подвода горючего и греющего кислорода, а внутренний к выходу из головки.

Головка терморезака работает следующим образом.

Через узлы подвода 6 и 7 в радиальный зазор 2 подается горючее и греющий кислород, а через узел 5 в канал 4 режущий кислород.

При течении по зазору 2 горючее предварительно перемешивается с греющим кислородом и поступает далее в пористый элемент 8, где в случае использования жидкого горючего имеет место дробление крупных капель на существенно более мелкие, соизмеримые с характерным размером пор (от нескольких микрон до нескольких десятков микрон), и их равномерное распределение по поперечному сечению элемента 8. В результате за выходным сечением 9 наружного мундштука 1 будет образована равномерная смесь греющего кислорода и горючего с очень мелкими каплями последнего. Такая смесь легко воспламеняется и устойчиво сгорает без организации специальных мероприятий (предварительный подогрев горючего, его испарение и т.д.), обеспечивая требуемые температурный уровень продуктов сгорания и степень подогрева режущего кислорода. Наличие перед пористым элементом 8 ребер 17 и канавок 18 приводит к перемешиванию компонентов топлива и предварительному дроблению капель горючего, поскольку в месте пересечения ребер и канавок будут формироваться вихревые зоны, при попадании в которые капли горючего будут диспергироваться и перемешиваться с греющим кислородом. В случае, если горючее используется в газообразном виде, наличие пористого элемента 8, ребер 17 и канавок 18 также будет способствовать более интенсивному и равномерному перемешиванию компонентов топлива.

Путем изменения схемы установки втулки 15 можно варьировать радиальными либо осевыми габаритами головки терморезака без существенного влияния на параметры рабочего процесса (см. фиг.2-4) либо подбирать наиболее оптимальную рабочую площадь втулки 15. Наличие пористого элемента 8 исключает возможность проскока пламени вверх по потоку выше пористого элемента.

В целях уменьшения вероятности проскока пламени на участке от выхода из головки до пористого элемента проходной тракт подачи горючего и режущего кислорода формируется с помощью продольных выступов 14 (фиг.6) таким образом, чтобы в любом его сечении скорость смеси горючего и греющего кислорода была выше скорости распространения фронта пламени. Наличие зазора 16 (фиг.2) позволяет увеличить проходное сечение пористого элемента, а величина зазора выбирается исходя из обеспечения скорости смеси выше скорости распространения фронта пламени. Указанное выполнение тракта подачи горючего и греющего кислорода дает возможность сформировать фронт пламени на требуемом расстоянии от выходного сечения 9 наружного мундштука 1, что важно при разрезании ряда материалов. Регулирование параметров струи подогревающего пламени может быть обеспечено также выступанием выходного сечения 9 наружного мундштука 1 по отношению к выходному сечению 10 внутреннего мундштука 3, а параметров струи режущего кислорода формой выходного участка 11 продольного канала 4.

Изобретение позволяет создать конструкцию головки терморезака, одинаково эффективно работающего как на газообразных компонентах топлива, так и при использовании горючего в жидком виде. При этом головка терморезака имеет повышенные эксплуатационные характеристики, поскольку обеспечивает работоспособность при применении любых видов жидких горючих без какого-либо их предварительного подогрева, и имеет повышенный ресурс работы, так как элементы конструкции в процессе работы остаются практически холодными.

С целью проверки вышеизложенного был создан опытный образец терморезака с предлагаемой головкой и проведена его отработка на компонентах топлива жидкий керосин газообразный кислород. Проведенные эксперименты показали его более высокую эффективность по сравнению с известными керосинорезаками (например, марок РК-62; РК-71), т.е. существенно упрощен запуск терморезака, связанный с отсутствием предварительного испарения керосина, повышена экономичность работы, связанная с отсутствием затрат энергии при подогреве испарителя в процессе работы.

Кроме того, уменьшается масса державки с головкой, что связано с отсутствием испарителя керосина, а также увеличиваются максимальные толщины разрезаемых малоуглеродистых сталей и расширяются разновидности материалов, поддающихся резке данным инструментом.

Использование: при термической резке различных материалов. Сущность изобретения: головка содержит пористый элемент, который совместно с оребрением внутреннего мундштука и кольцевыми канавками обеспечивает высокое качество распила, что приводит к расширению возможностей использования головки и повышению ее эффективности. 6 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. ГОЛОВКА ТЕРМОРЕЗАКА, содержащая наружный мундштук, внутренняя поверхность выходного участка которого выполнена в виде усеченного конуса с меньшим основанием на выходе, и расположенный в нем с выходным осевым и радиальным зазорами, последний из которых подключен к узлам подвода горючего и греющего кислорода, внутренний мундштук с продольным каналом, подключенным к узлу подвода режущего кислорода, состоящий из последовательно расположенных цилиндрического и выходного конического участков, последний из которых выполнен с продольными выступами высотой, равной величине радиального зазора, отличающаяся тем, что дополнительно содержит пористый элемент, расположенный в кольцевом зазоре перед коническим участком внутреннего мундштука, часть цилиндрического участка которого в зоне перед пористым элементом выполнена с ребрами высотой, равной высоте радиального зазора, а на внутренней боковой поверхности наружного мундштука в зоне ребер расположены канавки. 2. Головка по п.1, отличающаяся тем, что пористый элемент выполнен в виде цилиндрической втулки. 3. Головка по п.2, отличающаяся тем, что конический участок внутреннего мундштука выполнен на входе с торцевым выступом, а цилиндрическая втулка установлена с осевым зазором относительно последнего. 4. Головка по п.3, отличающаяся тем, что цилиндрическая втулка установлена с прилеганием своих боковых поверхностей к соответствующим поверхностям внутреннего и наружного мундштуков. 5. Головка по п.2, отличающаяся тем, что цилиндрическая втулка установлена относительно мундштуков с образованием наружного и внутреннего кольцевых зазоров. 6. Головка по п.5, отличающаяся тем, что наружный кольцевой зазор подключен к узлам подвода горючего и греющего кислорода, а внутренний к выходу из головки. 7. Головка по п.5, отличающаяся тем, что наружный кольцевой зазор подключен к выходу из головки, а внутренний к узлам подвода горючего и греющего кислорода.