ОГНЕСТРУЙНАЯ ГОРЕЛКА ТВЕРДОГО ТОПЛИВА Российский патент 1997 года по МПК F23D14/56 E21C37/16 

Изобретение относится к устройствам и приспособлениям для строительно-монтажных работ, а также для работ связанных с бурением, прокладкой и заменой труб, прожиганием отверстий и разрезкой металлических и бетонных конструкций в экстремальных условиях (пожарах, авариях, землетрясениях), обработкой материалов (металла, гранита, мрамора), в частности к огнеструйным горелкам.

Известные буровые установки для огневого и термического бурения скважин в грунте [1]
Выпускаемые серийно станки, представляющие собой самоходную буровую установку на гусеничном ходу, могут достигать глубины бурения до 20 м при диаметре 180 200 мм. Для работы станка применяется кислород, керосин и вода, т.е. надо иметь передвижную цистерну для воды емкостью 16 20 м и передвижные кислородные установки с газообразным кислородом. Кроме того, на группу из четырех станков необходим один автокеросиновоз полезной емкостью 2 3 т горючего. В качестве горючего могут использоваться метан и другие углеводородные горючие, водород.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному техническому решению является конструкция горелки ракетного типа с пористой системой охлаждения, предлагаемая для прожигания отверстий [2] Требуемый расход воды при однофазной системе охлаждения 150 200 л/ч, при испарительной пористой системе 2 3 л/ч, а кислорода 15 18 мм/ч. Указанная конструкция взята в качестве прототипа предлагаемого изобретения. Горелка состоит из сопла и камеры сгорания, которые обтянуты пористым телом, перфорированной трубки (артерии) для подвода охладителя и пористой системе, кожуха, охватывающего с зазором камеру и сопло. Зазор, образуемый кожухом и камерой способствует удалению образующегося при работе горелки пара. Подача хладагента осуществляется из внешнего напорного бака под давлением.

Недостатком указанной конструкции являются сложность установки, длительное время подготовки к работе, высокая стоимость, необходимость наличия баллонов с кислородом, запасов воды и громоздких подводящих магистралей. К недостаткам относится и наличия струи с окислительными продуктами сгорания и сравнительно небольшой температурой, что не дает возможности использовать горелку для ряда горных пород, бетона, металлических конструкций.

Технической задачей изобретения является автономность, надежность и безопасность, а также удобство эксплуатации горелки, расширение диапазона обрабатываемых пород, материалов, простота конструкции, мгновенность действия, получение воздействующей струи продуктов сгорания заданных параметров.

Поставленная задача достигается тем, что огнеструйная горелка, содержащая корпус с крышкой, сопло и источник энергии, снабжена установленным в одном из торцов рассекателем и на другом торце вкладышем для сопла, в качестве источника энергии использован твердотопливный заряд, причем крышка, рассекатель, корпус и сопло выполнены каждый в виде моноблока из фенолформальдегидной смолы и низкотеплопроводной (B 0,4 0,8 Вт/М•K) коксующейся кремнеземной ткани, со структурой, образованной взаимноперпендикулярными волокнами, размещенной перпендикулярно оси горелки.

Поставленная цель достигается также за счет того, что моноблок сопла выполняется в виде кольцевого односоплового или многосоплового, щелевого либо крестообразного щелевого, плоского, комбинированного в зависимости от назначения.

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг. 1 фиг. 2), где изображен корпус 1 с крышкой 2, рассекатель 3, установленный в торце корпуса сопловой блок, состоящий из входной части 4, диска 5 и вкладыша 6, а также источник энергии в виде заряда твердого топлива 7, размещенного в корпусе, и воспламенитель 8, находящийся в полости между крышкой и рассекателем, диафрагма 9.

Работа огнеструйной горелки твердого топлива происходит следующим образом. Через огневой канал крышки 2 сигнал поступает к воспламенителю 8, продукты сгорания воспламенителя поступают через отверстие рассекатели 3 в свободное пространство каналов к заряду твердого топлива, происходит воспламенение заряда. Образующийся на выходе из сопла высокотемпературный поток продуктов сгорания воздействует на горные породы, металлические и другие конструкции6 разрушая их. В процессе горения заряда высокотемпературные продукты сгорания воздействуют на весь газоходный тракт камеры сгорания и сопла таким образом, что материал камеры сгорания прококсовывается на доли миллиметра. На наружной стороне горелки сохраняется температура, равная температуре окружающей среды.

Заряд может быть всестороннего горения с забронированными торцами. Тогда он устанавливается одним концом в паз со стороны рассекателя, а другим в паз диафрагмы.

Использование заряда торцевого горения в камере сгорания позволяет обеспечить работу на десятки и более минут, материал конструкции прококсовывается на доли миллиметра, а при повторном использовании конструкции толщина прококсованного слоя увеличивается на долю, еще меньшую предыдущей. Один комплект может использоваться сотни раз.

В предлагаемой горелке может быть использовано твердое топливо с широким диапазоном температур (2000 K 4000 K) и окислительного потенциала продуктов сгорания (0,02 0,2). Это дает возможность расширить диапазон обрабатываемых пород и материалов.

Все детали выполняются из кремнеземной ткани, фенолформальдегидной смолы. Однако при использовании топлив с повышенными температурами используется графит мелкозернистый в качестве соплового вкладыша, что обеспечивает неизменность геометрических характеристик вкладыша в процессе работы. В случае одноразового использования сопловой блок выполняется монолитом из одной детали.

Использование низкотемпературного армированного материала позволяет обеспечить простоту сборки и эксплуатации, надежность и безопасность во время работы горелки, так как на наружной стенке горелки температура равна температуре окружающей среды. Это же свойство позволяет производить быстро разборку после работы, ибо не требуется времени для охлаждения материала. В экстремальных условиях при воздействии высоких внешних температур наружная стенка может нагреваться или даже прококсовываться на доли миллиметра, но не нарушать работы.

Сборка горелки отличается простотой. В местах соединения на наружной поверхности предыдущего моноблока имеется кольцевая проточка мс резьбой, на которую навинчивается выступ последующего моноблока, ответный по форме и размерам проточки, и полость для герметизирующей прокладки. Заряд твердого топлива вкладной.

Сравнительный анализ предложенного устройства с прототипом выявил в первом новые признаки, заключающиеся в использовании в качестве источника кинетической энергии твердосплавного заряда, образовании рассекателя, корпуса и сопла, каждый в виде моноблока из низкотеплопроводной коксующейся кремнеземной или угольной ткани со структурой, образованной взаимно перпендикулярными волокнами, размещенной перпендикулярно оси горения; моноблока сопла в виде кольцевого, щелевого, крестообразного щелевого.

Анализ существующих технических решений в указанной области техники не позволяет выявить заявленной совокупности существенных отличий, что дает право считать предложенную горелку соответствующей критерию "существенные отличия".

Предлагаемое изобретение предназначено для использования в строительно-монтажных работах, горнорудной промышленности, для бурения скважин, при прокладке и замене труб и кабелей в различных грунтах, для прожигания отверстий и разрезки кирпичных, бетонных и металлических конструкций. Горелка эффективно может использоваться в экстремальных ситуациях (авариях, пожарах, землетрясениях), требующих быстроты действия и автономности инструмента, а также для утилизации отходов производства и городского мусора.

Использование: в строительно-монтажных работах, а также в работах, связанных с бурением, прокладкой и заменой труб, прожиганием отверстий и резкой металлических и бетонных конструкций в экспериментальных условиях, обработкой материалов. Сущность изобретения: огнеструйная горелка содержит рассекатель 3 и вкладыш 6, установленные соответственно в торце корпуса 1 и в сопле, источник тепловой и кинетической энергии выполнен в виде твердотопливного заряда, причем крышка, рассекатель, корпус и сопло выполнены каждый в виде моноблока из низкотеплопроводной коксующейся кремнеземной или угольной ткани со структурой, образованной взаимно перпендикулярными волокнами, размещенной перпендикулярно оси горелки. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Огнеструйная горелка твердого топлива, содержащая корпус с крышкой, имеющей огневой канал связи, сопло и размещенный в корпусе источник тепловой и кинетической энергии, отличающаяся тем, что она снабжена рассекателем и вкладышем, установленными соответственно в торце корпуса и в сопле, источник тепловой и кинетической энергии выполнен в виде твердотопливного заряда, причем крышка, рассекатель, корпус и сопло выполнены каждый в виде моноблока из низкотеплопроводной коксующейся кремнеземной или угольной ткани со структурой, образованной взаимно перпендикулярными волокнами, размещенной перпендикулярно оси горелки. 2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что моноблок сопла выполнен в виде кольцевого, либо многосопельного щелевого, либо крестообразного щелевого сопла.