УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕЗКИ И РАЗДЕЛКИ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2002 года по МПК E21C37/16 B28D1/22 B23K7/00 

Изобретение относится к устройствам для резки, разделки и обработки различных минеральных материалов, металлов и композиционных материалов с помощью перегретой динамической газовой струи.

В настоящее время известны принципиальные технические решения в этой области, наиболее представительным и наиболее близким из которых является устройство для резки и разделки материалов, содержащее корпус в виде удлиненного полого цилиндра, в котором размещена камера газообразования, снабженная двойной рубашкой, расположенной коаксиально снаружи камеры и образующей вокруг наружной стенки камеры газообразования два кольцевых зазора для подачи по полости одного из них хладагента, а по полости другого зазора, соединенного с полостью камеры газообразования, - одного из топливных компонентов, магистрали подачи топливных компонентов и хладагента, связанный с камерой газообразования рабочий насадок, имеющий, по меньшей мере, одно рабочее сопло, ось которого совпадает с осью рабочего насадка, для истечения из него рабочего тела на обрабатываемый материал (а. с. СССР 209368, Е 21 А 37/16, 1968).

Существенными и очевидными недостатками этого устройства является низкая производительность и незначительная эффективность при резке, разделке и обработке объекта, содержащего в своей структуре композиции из двух и более разнородных материалов, - такой материал требует оперативного выбора режимов и параметров операций воздействия на него истекающей струей рабочего тела, что возможно обеспечить только эффективной мобильной конструктивной схемой устройства, которой не обладает известное устройство, что и определяет его очевидные и существенные недостатки.

Технической задачей и результатом данного изобретения является увеличение производительности и эффективности устройства при выполнении технологических операций на материалах, структура которых составлена из разнородных материалов, за счет выполнения этого устройства с мобильной и эффективной конструкцией его узлов.

Указанный технический результат в изобретении достигается за счет того, что устройство для резки и разделки материалов, содержащее корпус в виде удлиненного полого цилиндра, в котором размещена камера газообразования, снабженная двойной рубашкой, расположенной коаксиально снаружи камеры и образующей вокруг наружной стенки камеры газообразования два кольцевых зазора для подачи по полости одного из них хладагента, а по полости другого зазора, соединенного с полостью камеры газообразования, - одного из топливных компонентов, магистрали подачи топливных компонентов и хладагента, связанный с камерой газообразования рабочий насадок, имеющий, по меньшей мере, одно рабочее сопло, ось которого совпадает с осью рабочего насадка, для истечения из него рабочего тела на обрабатываемый материал, при этом полость кольцевого зазора, примыкающая к стенке камеры газообразования, предназначена для подачи в нее хладагента, а полость наружного кольцевого зазора - для подачи одного из топливных компонентов, при этом камера газообразования имеет профиль, выполненный по винтовой спирали переменного шага винта, а соединенный с этой камерой рабочий насадок имеет дополнительные сопла, соединенные с полостью кольцевого зазора для хладагента и расположенные снаружи и вокруг рабочего сопла, причем оси дополнительных сопел ориентированы под углом 15-45^o к оси рабочего насадка.

При этом дополнительные сопла образуют кольцевое сопло вокруг рабочего сопла.

А на корпусе устройства закреплен сменный кожух для предотвращения разброса разрушаемых частиц материала по площади обрабатываемого участка.

Причем сечение дополнительных сопел выбирают при соотношении их сечения к сечению рабочего сопла как 1: 1-2: 1.

Такое принципиальное конструктивное выполнение устройства для резки и разделки материалов позволяет существенно повысить его тактико-технические характеристики, включая повышение его производительности, мобильности смены параметров и режимов операций воздействия на обрабатываемый материал.

Описываемое устройство для резки и разделки материалов раскрывается далее на чертежах, где:
на фиг. 1 показан общий вид устройства;
на фиг. 2 - устройство с сечением его по продольной оси;
на фиг. 3 - конструкция камеры газообразования по фиг. 2;
на фиг. 4 - сечение по А-А на фиг. 2.

Устройство для резки и разделки материалов содержит корпус 1 в виде удлиненного полого цилиндра и имеет рабочий насадок 2 с, по меньшей мере, одним рабочим соплом, предназначенным для истечения из него газа (рабочего тела) на обрабатываемый материал.

Устройство имеет также сменный кожух 3 со скошенным срезом, с помощью которого локализуют участок резки материала и не допускают разброса разрушаемых частиц материала; поджим кожуха обеспечивает пружинный узел 4, закрепленный на корпусе устройства.

Устройство оснащено рукоятями 5 для удобства пользования и размещения корпуса над поверхностью материала. Рабочий процесс устройства обеспечивается подачей в его камеру газообразования топливных компонентов и хладагента, при этом хладагент поступает по магистрали 6, окислитель - по магистрали 7, а горючее по магистрали 8. Камера газообразования (фиг. 2, 4) снабжена двойной рубашкой 9 и 10, расположенных коаксиально снаружи камеры (фиг. 4) и образующих собой два кольцевых зазора вокруг наружной стенки камеры 12. По полости одного из зазоров, примыкающего к стенке 12 камеры, подают хладагент, а по полости наружного кольцевого зазора подают один из топливных компонентов - горючее, причем горючее из кольцевой полости следует далее по трубкам (в сечении - на фиг. 4), прилегающим к наружной стенке 12 камеры, и из сопел 13 подается в камеру газообразования, туда же подают и окислитель по перфорированной трубке 14 для лучшего распыления его в камере.

Внутри камеры 12 размещена собственно камера газообразования 15 (отдельно в увеличенном масштабе показана на фиг. 3), выполнена с профилем сложного криволинейного циклона, - этот профиль достигают выполнением стенок камеры 15 по винтовой спирали с переменным шагом винта, где каждый следующий за первым (n₁) шагом шаг винта (n₂. . . n₁) больше предыдущего шага. Это позволяет выполнить внутреннюю стенку камеры 15 с поверхностью плавно развивающейся кривой лемнискаты и создать самые благоприятные условия для аэрозольного превращения топливной смеси и полного ее сгорания.

Рабочий насадок 2 (фиг. 2 и 3) имеет, по крайней мере, одно рабочее сопло 16, совпадающее с осью насадка, а также снабжено дополнительными соплами 17, ориентированными по краям сопла 16 под углом от 15^o до 45^o к оси насадка, совпадающей с осью корпуса (фиг. 2). Эти сопла 17 соединены с полостью кольцевого зазора для хладагента в его нижней части и в варианте выполнения эти сопла 17 могут быть выполнены в виде единого кольцевого сопла 17 вокруг рабочего сопла 16. Наклон сопел 17 можно задать как по направлению к оси сопла 16, так и под углами от его оси (фиг. 3). Для более эффективной организации процесса резки и разделки материала сечение дополнительных сопел 17 (или единого кольцевого сопла 17) выбирают к сечению рабочего сопла 16 как 1: 1-2: 1.

Устройство для резки и разделки материалов работает следующим образом.

Устройство выводят на заданный рабочий режим, проверяют стабильность истечения всех струй из сопла 16 и сопел 17 и располагают рабочий насадок устройства над поверхностью материала, предназначенного для резки; кожух ориентируют над участком реза так, чтобы не было разброса разрушаемых частиц материала по площади рабочего участка. Далее ведут резку и разделку материала по заданному технологическому режиму и циклу.

Наиболее целесообразно использовать это устройство для процессов разрушения и обработки различных минеральных материалов, в том числе естественных (гранит, песчаник) и искусственных, как бетон, железобетон.

Рабочий насадок в устройстве также целесообразно выполнить в виде сменного (иметь комплект насадков с различными сечениями сопел 16 и сечениями сопел 17 и их углами наклона, которые выбирают в зависимости от разрушаемого материала), что обеспечит более оперативную технологию обработки разнородных материалов.

При необходимости заявитель может предоставить более подробные материалы по сущности и технической эффективности данного устройства для резки и разделки материалов.

Изобретение относится к горному делу и строительству и предназначено для резки, разделки и обработки естественных и искусственных минеральных и композиционных материалов за счет воздействия на структуру материала термодинамической струей рабочего агента, преимущественно газа или парогазовой смеси, истекающей из рабочего органа. Устройство (резак) имеет мобильную компоновочную схему и конструкцию из модульных оригинальных блоков и узлов, где основными блоками являются камера образования рабочего агента, блок подачи исходных топливных компонентов, камера охлаждения и преобразования хладагента в рабочее тело, а также рабочий насадок с фасонным рабочим органом, имеющим сопла для истечения рабочего агента и формируемого при охлаждении рабочего тела, направляемых на материал и организующих вынос участка обработки материала. Резак имеет штатное оснащение из топливосодержащих емкостей и табельное оборудование для обвязки и регулирования подачи топливных компонентов в камеру их расхода. Устройство обеспечивает повышение производительности работы и может высокоэффективно использоваться при резке различных материалов на заданные габариты, обработке поверхностей минеральных и металлических конструкций, а также для напыления отделочных материалов на поверхности. 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. Устройство для резки и разделки материалов, содержащее корпус в виде удлиненного полого цилиндра, в котором размещена камера газообразования, снабженная двойной рубашкой, расположенной коаксиально снаружи камеры и образующей вокруг наружной стенки камеры газообразования два кольцевых зазора для подачи по полости одного из них хладагента, а по полости другого зазора, соединенного с полостью камеры газообразования, - одного из топливных компонентов, магистрали подачи топливных компонентов и хладагента, связанный с камерой газообразования рабочий насадок, имеющий, по меньшей мере, одно рабочее сопло, ось которого совпадает с осью рабочего насадка, для истечения из него рабочего тела на обрабатываемый материал, отличающееся тем, что полость кольцевого зазора, примыкающая к стенке камеры газообразования, предназначена для подачи в нее хладагента, а полость наружного кольцевого зазора - для подачи одного из топливных компонентов, при этом камера газообразования имеет профиль, выполненный по винтовой спирали переменного шага винта, а соединенный с этой камерой рабочий насадок имеет дополнительные сопла, соединенные с полостью кольцевого зазора для хладагента и расположенные снаружи и вокруг рабочего сопла, причем оси дополнительных сопел ориентированы под углом 15-45^o к оси рабочего насадка. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительные сопла образуют кольцевое сопло вокруг рабочего сопла. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что на корпусе его закреплен сменный кожух для предотвращения разброса разрушаемых частиц материала по площади обрабатываемого участка. 4. Устройство по любому из пп. 1 и 2, отличающееся тем, что сечение дополнительных сопел соотносится к сечению рабочего сопла как 1: 1-2: 1.