РЕЗАК ДЛЯ КИСЛОРОДНОЙ РЕЗКИ МЕТАЛЛА НА ЖИДКОМ ГОРЮЧЕМ Российский патент 1997 года по МПК B23K7/00 

Изобретение относится к газопламенной обработке материалов, предназначено для ручной разделительной резки углеродистых сталей толщиной до 300 мм и может найти применение в машиностроении, строительстве и других отраслях промышленности.

Известен резак для кислородной резки металлов на жидком горючем, содержащий головку с подогревающим соплом, внутренним и наружным мундштуками, испарительную камеру, камеру смешения, приемную камеру и коаксиально установленный в ней жиклер, связанный с трубопроводом подогревающего кислорода, а также трубопроводы для подачи жидкого горючего и режущего кислорода [1]
В известном резаке жидкое горючее поступает по трубопроводу в испарительную камеру, подогреваемую открытым пламенем, которое образуется от горения горючей смеси, истекающей из подогревающего сопла. В испарительной камере жидкое горючее испаряется, и его пары поступают в смесительную камеру, куда одновременно подается подогревающий кислород через жиклер. Пары горючего, увлекаемые подогревающим кислородом, смешиваются с ним в камере смешения и образуют горючую смесь. Она поступает в головку, где делится на две части: смесь для подогрева испарительной камеры и смесь для подогрева разрезаемого металла. Первая смесь поступает в подогревающее сопло, а вторая в полость между наружным и внутренним мундштуками.

Недостатками известного резака является наличие открытого пламени, подогревающего испарительную камеру, наличие обширной полости, заполненной парами горючего, и невысокая стойкость мундштуков. Открытое пламя, подогревающее испарительную камеру, направлено на вентиль или клапан режущего кислорода, т. е. в сторону резчика. Так как резчик постоянно держит руку на вентиле режущего кислорода, то часто наблюдается возгорание рабочей рукавицы. Указанное пламя в ветреную погоду срывается, что требует прекращения резки металла и зажигания этого пламени. Кроме того, очевидно, что открытое пламя обладает невысокой тепловой эффективностью, так как часть тепла рассеивается в окружающую среду. Известный резак имеет увеличенную полость, заполненную парами горючего, в нем истечение подогревающего кислорода из жиклера в приемную камеру дозвуковое и далее течение смеси по тракту камеры смешения тоже дозвуковое, что способствует возникновению и проникновению обратных ударов пламени по этим трактам, наблюдается пролив горючего, обширное пламя при разогреве резака. Невысокая стойкость мундштуков обусловлена их перегревом при разделительной резке металлоконструкций, содержащих угловые соединения. Следовательно, такое выполнение испарительной камеры, жиклера и камеры смешения в известном резаке обусловило низкую эффективность открытого пламени, невысокую пожарную безопасность, снижение производительности в ветреную погоду, меньшую стойкость мундштуков, расположенность к возникновению обратных ударов пламени и наличие дискомфорта при работе резчика.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение эффективности, надежности конструкции, обеспечение безопасности работы резчика и улучшение условий его труда.

Эта задача решается следующим образом. В резаке для кислородной резки металла на жидком горючем, содержащем головку сподогревающим соплом, внутренним и наружным мундштуками, испарительную камеру, камеру смешения, приемную камеру и коаксиально установленный в ней жиклер, связанный с трубопроводом подогревающего кислорода, а также трубопроводы для подачи жидкого горючего и режущего кислорода, подогревающее сопло размещено в наружном мундштуке и выполнено в виде открытой наружу со стороны торца мундштука кольцевой полости; испарительная камера образована наружной поверхностью внутреннего мундштука и внутренней поверхностью наружного мундштука, при этом в наружном мундштуке выполнены каналы для соединения кольцевой полости и подогревающего сопла с испарительной камерой, причем камера смешения снабжена диффузором, связывающим ее с испарительной камерой, а жиклер выполнен в виде сверхзвукового сопла. Приемная камера может быть выполнена цилиндрической, причем диаметр ее больше диаметра камеры смешения, или выполнена из двух участков: цилиндрического, охватывающего сверхзвуковое сопло, и конического, меньшее основание которого соединено с камерой смешения. Диффузор также может выполняться цилиндрическим либо коническим, где большее основание расположено со стороны испарительной камеры, или в виде коллектора, который соединен с испарительной камерой каналами. Каналы в наружном мундштуке могут быть выполнены ступенчатыми, при этом канал с меньшим гидравлическим диаметром расположен со стороны испарительной камеры.

Предложенная в данном резаке организация смешения и испарения жидкого горючего уменьшает протяженность каналов и трубопроводов, заполненных горючей смесью, в которой, как правило, распространяется обратный удар пламени и не допускается перегрев мундштуков, так как испарение жидкого горючего сопровождается поглощением тепла. Сверхзвуковое истечение подогревающего кислорода из жиклера и реализация сверхзвукового режима течения в камере смешения не позволяют проникать малым возмущениям как в приемную камеру, так и по трубопроводу подачи подогревающего кислорода. Как известно из теории горения, распространение пламени является распространением малых возмущений, скорость которых равна скорости звука. Следовательно, такое выполнение камеры смешения и жиклера создает газодинамический затвор для проникновения обратного удара пламени. Это, в свою очередь, делает резак более устойчивым к распространению обратных ударов пламени по сравнению с известным или более безопасным в эксплуатации и увеличивает стойкость мундштуков или их ресурс работы.

Предложенная конструкция подогревающего сопла позволяет использовать тепло, которое в известном резаке рассеивается в окружающую среду, для подогрева разрезаемого металла, защитить пламя, подогревающее камеру испарения от порыва ветра, уменьшить дискомфорт в работе резчика, повысить эффективность сгорания горючей смеси, так как уменьшается подсос воздуха.

На фиг.1 представлен общий вид резака; на фиг.2 и 3 варианты исполнения приемной камеры; на фиг.4 -7 варианты исполнения диффузора; на фиг.8 - вариант исполнения каналов в наружном мундштуке.

Резак для кислородной резки металла на жидком горючем содержит наружный мундштук 1, внутренний мундштук 2, поверхности которых образуют испарительную камеру 3. В наружном мундштуке 1 выполнена кольцевая полость, открытая наружу со стороны торца мундштука, которая является подогревающим соплом 4. Испарительная камера 3 соединена с подогревающим соплом 4 каналами 5, которые выполнены в теле мундштука 1. Мундштуки смонтированы на головке 6. В головке 6 выполнены также диффузор 7, камера смешения 8, приемная камера 9, канал подачи горючего 10 в приемную камеру 9. К головке 6 присоединен трубопровод подачи горючего 11, коаксиально приемной камере 9 установлен жиклер 12, в который вмонтирован трубопровод подачи подогревающего кислорода 13 и присоединен трубопровод подачи режущего кислорода 14. Внутренний тракт жиклера выполнен в виде сверхзвукового сопла 15. Запорно-регулирующие устройства на трубопроводах и рукоятка на фиг.1 не показаны. Приемная камера может быть выполнена из двух участков: цилиндрического 16, охватывающего сверхзвуковое сопло, и конического 17, меньшее основание которого соединено с камерой смешения 8 или, например, цилиндрической 16, где ее диаметр больше диаметра камеры смешения. Диффузор может быть выполнен цилиндрическим 18 либо коническим 19, причем большее основание расположено со стороны испарительной камеры 3, или в виде коллектора 20, который соединен с испарительной камерой 3 каналами 21. Диффузор 7 может сочетать различные формы, например коническую 19 и форму коллектора 20. Каналы 5 в наружном мундштуке могут быть выполнены ступенчатыми, при этом часть канала с меньшим гидравлическим диаметром 22 расположена со стороны испарительной камеры 3. Выполнение приемной камеры из двух участков, а именно цилиндрического и конического, несколько упрощает изготовление приемной камеры и практически не влияет на величину разряжения в приемной камере. В ряде случаев предпочтительно использовать цилиндрическую форму приемной камеры, так как на величину разряжения влияет не только геометрия приемной камеры, но и расстояние от среза сверхзвукового сопла до входа в камеру смешения. Цилиндрическая форма камеры позволяет достаточно точно выдерживать это расстояние и тем самым гарантировать незначительное отклонение в величине разряжения в приемной камере при серийном производстве. Цилиндрическая форма диффузора позволяет достаточно точно зафиксировать длину камеры смешения и тем самым уменьшить габариты и массу головки, сделать головку простой в изготовлении. Коническая форма также проста в изготовлении по сравнению с профилированной и практически дает одинаковую величину восстановления давления. Выполнение в виде коллектора дает возможность равномерно распределить горючую смесь по периметру испарительной камеры, тем самым уменьшить ее массу и габариты. Возможно сочетание различных форм диффузоров с целью получения равномерного распределения рабочей смеси по периметру приемной камеры. То или иное исполнение диффузора обязательно, так как оно способствует восстановлению давления и положительно влияет на устойчивость сверхзвукового течения в камере смешения и тем самым препятствует проникновению в камеру смешения возмущений, возникающих в испарительной камере. Сечение с минимальным гидравлическим диаметром дозирует поступление горючей смеси из камеры испарения в дополнительную горелку и обеспечивает такую скорость течения горючей смеси, которая препятствует проникновению пламени в испарительную камеру. На выходе из канала, как правило, выбирают такой гидравлический диаметр, чтобы стабилизировать пламя и тем самым заставить гореть горючую смесь в полости подогревающего сопла.

Резак работает следующим образом. Открывается запорно-регулирующее устройство, например игольчатый вентиль, в трубопроводе подачи подогревающего кислорода 13. Подогревающий кислород поступает в жиклер 12, истекает из сверхзвукового сопла 15, создает разряжение в приемной камере 9, далее поступает в камеру смешения 8 и в диффузор 7, где сверхзвуковое течение преобразуется в дозвуковое в системе скачков уплотнения. Здесь же повышается давление. Затем подогревающий кислород поступает в испарительную камеру 3, далее через кольцевую щель, образованную наружным 1 и внутренним 2 мундштуками, истекает в окружающую среду. Открывается запорно-регулирующее устройство, например игольчатый вентиль трубопровода подачи горючего 11. Жидкое горючее по каналу 10 поступает в приемную камеру 9, далее оно увлекается сверхзвуковой струей подогревающего кислорода и смешивается с ним в камере смешения 8. Образованная мелкодисперсная смесь поступает в испарительную камеру 3 и далее через кольцевую щель, образованную наружным 1 и внутренним 2 мундштуками, истекает в окружающую среду. Одновременно через каналы 5 в наружном мундштуке 1 эта смесь поступает в кольцевую полость, которая является подогревающим соплом 4, где и сгорает. Образуются два кольца пламени: пламя, подогревающее металл, и пламя, подогревающее испарительную камеру. Резак подносится к металлу и в течение 5 10 с удерживается на небольшом расстоянии для подогрева испарительной камеры 3. После разогрева испарительной камеры и регулировки состава подогревающего пламени, о чем свидетельствует плоский фронт подогревающего пламени и равномерная цилиндрическая струя продуктов сгорания при включенном режущем кислороде, резак подносят к металлу, который разогревается до температуры устойчивого горения его в кислороде, после чего включается запорное устройство на трубопроводе подачи режущего кислорода 13 и режущий кислород через канал головки 6 поступает во внутренний мундштук 2 и режет металл. При попадании капель металла на мундштуки наблюдаются хлопки пламени, которые и являются возмущениями. Так как скорость их распространения не превышает скорости звука, то эти возмущения сносятся сверхзвуковым течением горючей смеси в камере смешения и диффузоре.

Для изготовления резака применяются традиционные металлы: медь и латунь. Соединение деталей резака выполняют пайкой или при помощи резьбы. В качестве подвижных уплотнительных элементов используют резиновые кольца, кожаную набивку. В качестве горючего применяют бензин, осветительный или авиационный керосин, дизельное топливо.

Таким образом, вышеописанное устройство позволяет повысить эффективность, надежность и безопасность работы резчика.

Использование: для ручной разделительной резки углеродистых сталей толщиной до 300 мм. Сущность изобретения: резак содержит головку, на которой смонтированы наружный и внутренний мундштуки, между которыми расположена испарительная камера. Дополнительная горелка для подогрева испарительной камеры выполнена в виде открытой наружу со стороны торца мундштука кольцевой полости, размещенной в наружном мундштуке. Подогревающий кислород через жиклер попадает в смесительную камеру. Через канал, выполненный в стенке камеры, в нее попадает также жидкое горючее. Расстояние от жиклера до канала не менее 40 диаметров смесительной камеры. Смесь горючего с кислородом через канал в головке попадает в смесительную камеру. Часть смеси выходит в зазор между мундштуками, а часть - через каналы, выполненные в теле наружного мундштука, попадает в кольцевую полость, являющуюся дополнительной горелкой. Клапаны могут быть выполнены ступенчатыми, часть канала с меньшим гидравлическим диаметром расположена со стороны испарительной камеры. В каналы могут быть вставлены проницаемые вставки. Соотношение площадей сечения смесительной камеры и сечения канала для подачи жидкого горючего в смесительную камеру равно числу из ряда от 4 до 300. 6 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Резак для кислородной резки металла на жидком горючем, содержащий головку с подогревающим соплом, внутренни и наружным мундштуками, испарительную камеру, камеру смешения, приемную камеру и коаксиально установленный в ней жиклер, связанный с трубопроводом подогревающего кислорода, а также трубопроводы для подачи жидкого горючего и режущего кислорода, отличающийся тем, что подогревающее сопло расположено коаксиально наружному мундштуку и выполнено с открытой кольцевой полостью со стороны рабочего торца наружного мундштука, испарительная камера образована наружной поверхностью внутреннего мундштука и внутренней поверхностью наружного мундштука, при этом в наружном мундштуке выполнены каналы для соединения кольцевой полости подогревающего сопла с испарительной камерой, причем камера смешения снабжена диффузором, связывающим ее с испарительной камерой, а жиклер выполнен в виде сверхзвукового сопла. 2. Резак по п.1, отличающийся тем, что приемная камера выполнена цилиндрической, причем диаметр ее больше диаметра камеры смешения. 3. Резак по п.1, отличающийся тем, что приемная камера выполнена из двух участков: цилиндрического, охватывающего сверхзвуковое сопло, и конического, меньшее основание которого соединено с камерой смешения. 4. Резак по пп.1 3, отличающийся тем, что диффузор выполнен цилиндрическим. 5. Резак по пп.1 3, отличающийся тем, что диффузор выполнен коническим, причем большее основание расположено со стороны испарительной камеры. 6. Резак по пп. 1 3, отличающийся тем, что диффузор выполнен в виде коллектора, который соединен с испарительной камерой каналами. 7. Резак по п.1, отличающийся тем, что каналы в наружном мундштуке выполнены ступенчатыми, при этом часть канала с меньшим гидравлическим диаметром расположена со стороны испарительной камеры.