АВТОНОМНЫЙ ГАЗОВЫЙ РЕЗАК Российский патент 1997 года по МПК B23K7/00 

Изобретение относится к технике разки различных материалов и заготовок, в том числе многослойных, состоящих из различных материалов, в частности для резки труб, а также выполнения работ по резке при проведении аварийно-восстановительных работ.

Известен газовый резак, содержащий первое и второе сопла для подачи горючего и окислителя, соединенные с резервуарами для горючего и окислителя [1]
Недостаток известного устройства заключается в том, что оно не может быть использовано в автономном режиме. Этот недостаток обусловлен наличием резервуаров для горючего и окислителя.

Наиболее близким к настоящему изобретению является автономный газовый резак, содержащий полый корпус с пиротехническим зарядом, размещенным в полости корпуса, сопловой блок [2]
Однако известный газовый резак обладает недостатком, который заключен в том, что недостаточно высокая производительность, обусловлена недостаточным термическим и эрозионным воздействием на материал, подвергающийся резке.

В силу вышеизложенного настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в увеличении производительности резки материалов.

Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что в автономном газовом резаке, содержащем полый корпус, заряд, размещенный в полости корпуса, сопловой блок в корпусе, коаксиально ему размещен полый элемент, в полости которого размещен заряд с избытком окислителя или горючего, а заряд, размещенный в полости корпуса, выполнен с избытком горючего или окислителя, а также тем, что оси каналов-сопел пересекаются вне корпуса. Один или несколько каналов-сопел соединены с полостью корпуса, а другие с полостью полого элемента.

В связи с этим окончательное смещение продуктов сгорания зарядов и дополнительное выделение тепла происходит за пределами генератора, чем достигается снижение температуронапряженности камер сгорания и увеличение времени его работы.

Изобретение поясняется чертежом. Согласно чертежу в полом корпусе 1 коаксиально ему размещен полый элемент 2. В полом корпусе 1, в его полости, размещен заряд 3 с избытком окислителя или горючего, в зависимости от того, какой заряд 4 размещен в полости элемента 2, т.е. если заряд 3 выбран с избытком окислителя, то заряд 4 выбирается с избытком горючего и наоборот. С корпусом сопряжен сопловой блок 5, снабженный элементом 6 поджига. В блоке 5 выполнены сопла 7 и 8. При этом блок 5 сопряжен (соединен) с полым элементом и, таким образом, канал-сопло 8 соединяет полость корпуса 1 с окружающим пространством, а канал-сопло 7 полость элемента 2.

В качестве зарядов могут быть использованы следующие составы:
с избытком горючего:
перхлорат аммония 70-76%
сополимер бутадиан каучука и акриловой кислоты 15-20%
алюминий 9-10%
окись магния 0,1-0,3%
с избытком окислителя:
NaClO₃ до 97%
Na₂O 0-6%
слюда 1-5%
SiO₂ 0-0,5%
Na₂O₂ 0-10%
Устройство работает следующим образом.

При инициировании поджига зарядов 1 и 3 воспламенительным устройством 6 продукты сгорания истекают через выходные каналы-сопла 7 и 8 соответственно соплового блока 5. В связи с тем, что температура продуктов сгорания зарядов относительно невелика (1500-2000К), сопловой блок 6 (его отверстия) сохраняет целостность и работоспособность достаточно длительное время, что доказано всей практикой отработки систем на твердом топливе.

При истечении продуктов сгорания зарядов за контур генератора происходит их смешение с последующим химическим взаимодействием и вследствие этого повышение температуры. В дальнейшем процесс резки идет как и при обычной тепловой резке. Таким образом, предложенная конструкция генератора обеспечивает длительное время его работы без снижения эффективности процесса резки материалов и, следовательно, в конечном счете позволяет увеличить производительность процесса.

Следует отметить, что значение оптимального угла, образованного осями выходных отверстий соплового блока, определяется экспериментально в зависимости от типа обрабатываемого материала и условий работы (например, от расстояния до обрабатываемой поверхности). При этом расстояние до обрабатываемой поверхности необходимо принимать из следующих соображений: во-первых, перемещение продуктов сгорания зарядов должно осуществляться до обрабатываемой поверхности с целью обеспечения максимальной температуры натекающего потока; во-вторых, перемешивание продуктов сгорания заряда должно быть в непосредственной близости от поверхности с целью сохранения необходимой скорости газового потока для продувки реза от расплавленного материала.

Кроме того, приведенная конструкция генератора позволяет еще более повысить производительность резки такого широкого класса материалов, как металлы. Такой способ резки основан на известном эффекте горения металлов в кислороде, а также на том, что для многих металлов температура воспламенения существенно ниже температуры плавления. Так, титан имеет температуру плавления 1727^oC, а при температуре 610^oC начинает гореть в кислороде (см. И. Г. Ширшов, В.Н.Котиков. Плазменная резка. Ленинградское отделение. Машиностроение. 1987, стр. 10). Этот способ в настоящее время окончательно оформлен (конструктивно) в виде ацетиленово-кислородной резки, нашедшей широкое применение. Процесс резки металлов в этом способе происходит в две стадии: нагрев металла до температуры воспламенения и дальнейшая подача кислорода на горячий металл. При этом происходит горение металла в кислороде с выделением тепла, обеспечивающего поддержание необходимой температуры металла. Для осуществления этого процесса в одной из камер размещается кислородогенерирующее топливо. Процесс разки в этом случае осуществляется следующим образом. Производится запуск обычного топлива в одной из камер генератора. Продукты сгорания, истекая через выходное отверстие соплового блока, нагревают место реза обрабатываемого металла до температуры воспламенения. Затем производятся запуск кислородогенерирующего заряда (в ручном устройстве либо с использованием пирозаменителей в воспламеняющем устройстве): истечение кислорода на обрабатываемый металл, его воспламенение, что и обеспечивает резку металла. В качестве кислородогенерирующих составов можно использовать смеси на основе хлората натрия либо отдельные кислородогенерирующие вещества, способные к интенсивному термолизу с выделением чистого кислорода (например, перхлораты, хлораты, пероксилиты металлов). В этом случае термолиз их осуществляется за счет нагрева их пороховыми газами заряда с обычным топливом. Поскольку термолиз, как правило, идет с эндотермическим эффектом, будет происходить дополнительное снижение температуронапряженности соплового блока.

Следует отметить, что совокупность существенных признаков, характеризующих предлагаемую конструкцию газового резака, обеспечивает достижение вышеуказанного технического результата и позволяет получить положительный эффект, которым не обладают аналогичные по функциональному назначению конструкции: существенное повышение производительности резки при сохранении автономности устройства.

Изобретение относится к технике резки материалов. Сущность изобретения: в полом корпусе 1 размещен коаксиально ему полый элемент 2. Полость корпуса 1 заполнена зарядом 3 с избытком окислителя, а полость полого элемента заполнена зарядом 4 с избытком горючего. Полость корпуса и полый элемент соединены каналами-соплами соплового блока. Через эти каналы 7 и 8 обеспечиваются истечения окислителя и горючего в зону резки. Конструкция автономного резака обеспечивает увеличение производительности резки. 2 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Автономный газовый резак, содержащий корпус, в полости которого размещен заряд твердого топлива, сопловой блок, а также воспламенительное устройство, отличающийся тем, что он снабжен полым элементом с установленным в нем вторым зарядом твердого топлива, сопловой блок выполнен с несколькими каналами-соплами, один или несколько из которых соединены с полостью корпуса, а другие с полостью полого элемента, при этом оси сопл каналов пересекаются вне корпуса, а полый элемент размещен в корпусе коаксиально ему. 2. Резак по п.1, отличающийся тем, что в полом элементе размещен заряд с избытком окислителя, а в полости корпуса заряд с избытком горючего. 3. Резак по п.1, отличающийся тем, что в полом элементе размещен заряд с избытком горючего, а в полости корпуса заряд с избытком окислителя.