УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОСТРУЙНОЙ РЕЗКИ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 2007 года по МПК B23K7/08 F23D14/42 F23D11/34 

Изобретение относится к устройствам для ручной и автоматизированной разделительной резки материалов и может найти применение в аварийно-спасательной технике, строительстве, машиностроении, металлургии и других отраслях промышленности.

Известно устройство для газоструйной резки материалов [1], состоящее из камеры сгорания с соплом и каналами подачи компонентов окислителя и горючего и смесительной головкой и сообщенной с ней предкамерой, причем в канал, сообщающий камеру сгорания с предкамерой, выведены форсунки для подачи окислителя.

Камера сгорания и сопло имеют пленочное охлаждение горючим, что неизбежно приводит к значительным потерям горючего, кроме того, толщина разрезаемого материала ограничена длиной эффективного воздействия струи продуктов сгорания.

Задачей, решаемой с помощью изобретения, является увеличение полноты сгорания используемого топлива непосредственно в камере сгорания, ведущее к повышению энергии струи, к расширению области применения по видам разрушаемых материалов, их толщине, скорости резания.

Поставленная задача решается в устройстве для газоструйной резки материалов, состоящем из камеры сгорания с соплом и каналами подачи компонентов окислителя и горючего. Согласно изобретению камера сгорания выполнена с поперечным сечением в виде вытянутого овала, а устройство имеет смесительную головку с двумя смесительными элементами, установленными на смесительной головке по длинной оси овала симметрично относительно оси камеры сгорания. Каждый смесительный элемент выполнен в виде генератора Гартмана, состоящего из корпуса с соплом для подачи одного из компонентов, стержня с каналом для подачи другого компонента, выполняющим функции форсунки, и резонатора, закрепленного соосно на конце стержня напротив сопла генератора.

Камера сгорания устройства может быть заключена в рубашку охлаждения с ребрами, образующими каналы для подачи охладителя, в которую заключена камера сгорания.

Предлагаемое устройство приведено на чертежах.

На фиг.1 показан продольный разрез устройства; на фиг.2 - поперечный разрез по А-А.

Устройство состоит из камеры сгорания 1 с соплом 2, смесительной головки 3 со смесительными элементами 4, выполненными в виде генераторов Гартмана. Корпус 5 генератора закреплен на смесительной головке 3 выходной частью сопла 6. В крышке 7, закрепленной на корпусе 5, выполнены осевой 8 и, сообщенный с ним, радиальный 9 каналы.

К радиальному каналу присоединен трубопровод 10 подачи одного из компонентов, а к осевому - стержень 11 с каналом 12, выполняющим роль струйной форсунки. На конце стержня 11 соосно и напротив сопла 6 закреплен резонатор 13. Между фланцем 14 и крышкой 7 образован коллектор 15, сообщенный, с одной стороны, с трубопроводом 16 для подачи второго компонента, а с другой стороны - каналами 17 с кольцевой полостью 18 в корпусе 5. Камера сгорания 1 с соплом 2 заключена в кожух рубашки охлаждения 19, имеющий форму плоского параллелепипеда. Со стороны смесительной головки 3 к полости рубашки охлаждения подсоединены трубопроводы 20 для подачи и отвода теплоносителя. Между кожухом 19 и камерой сгорания 1 установлены спиральные перегородки 21 для организации упорядоченного движения теплоносителя.

Устройство для газоструйной резки материалов работает следующим образом.

Сначала включают подачу теплоносителя (воды) через один из трубопроводов 20 в рубашку охлаждения 19 камеры сгорания 1. Движение воды вокруг камеры сгорания приобретает направленный характер за счет ребер 21. Через другой трубопровод 20 воду отводят для охлаждения в емкость или теплообменник.

Метан (природный газ) подают по трубопроводу 10, радиальным каналам 9 и осевым каналам 8 и 12 в камеру сгорания 1, откуда он истекает через сопло 2 в атмосферу. Метан поджигают внешним источником огня, и он горит в кислороде воздуха. Затем открывают подачу кислорода, который по трубопроводам 16, через коллекторы 15, каналы 17, кольцевые полости 18, заканчивающиеся соплами 6, поступает в полости резонаторов 13, в результате чего возникают интенсивные колебания давления ультразвуковой частоты. Ультразвуковые волны способствуют активному перемешиванию метана с кислородом, а овальная форма камеры сгорания 1 в поперечном сечении способствует концентрации акустических колебаний в плоскости, на которой лежат оси каналов 12, что приводит к активному разрушению струи метана и перемешиванию его с кислородом и способствует эффективному внутрикамерному горению. Овальное сечение камеры сгорания и заданное положение резонаторов 13 позволяет большую часть акустической энергии сфокусировать в районе осей каналов 12 и организовать такое газодинамическое течение рабочих тел, которое активизирует процесс перемешивания и внутрикамерного горения. При подаче кислорода процесс горения черев сопло 2 проникает в камеру сгорания 1.

Акустическая обработка смеси кислорода и метана повышает полноту сгорания при внутрикамерном горении и температура продуктов сгорания, истекающих из сопла 2, достигает 2800°С при сверхзвуковой скорости струи (более 2500 м/с).

Высокотемпературная и высокоскоростная струя продуктов сгорания оплавляет и выносит разрушаемый материал. За счет высокой интенсивности подвода тепла к разрушаемому материалу резке предлагаемым устройством подвергаются такие теплопроводные материалы, как медь и алюминий, а также жаропрочные материалы: все виды сталей, чугуна, бетон и железобетон, керамические материалы и т.д.

Основными преимуществами устройства для газоструйной резки материалов являются:

- высокая полнота внутрикамерного сгорания, обеспечивающая температуру продуктов сгорания близкую к теоретически возможной и истечение продуктов сгорания со сверхзвуковой скоростью;

- ограниченная только длиной трубопроводов подачи глубина резания, т.к. плоская камера сгорания (режущая головка с кожухом охлаждения) свободно проникает в разрушаемый материал.

Источники информации

1. А.с. №947573, МКИ3 F 23 D 13/32, "Устройство для газоструйной резки материалов".

Изобретение относится к устройствам для ручной и автоматизированной разделительной резки материалов и может найти применение в аварийно-спасательной технике, строительстве, машиностроении, металлургии. Устройство содержит камеру сгорания с соплом и каналами для подачи компонентов окислителя и горючего и смесительную головку. Камера сгорания выполнена с поперечным сечением в виде вытянутого овала. Смесительная головка имеет два смесительных элемента, установленных на смесительной головке по длинной оси овала симметрично относительно оси камеры сгорания и выполненных каждый в виде генератора Гартмана. Генератор Гартмана состоит из корпуса с соплом для подачи одного из компонентов, стержня с каналом для подачи другого компонента, выполняющим функции форсунки, и резонатора закрепленного соосно на конце стержня напротив сопла генератора. Кроме того, камера сгорания заключена в рубашку охлаждения с ребрами, образующими каналы для подачи охладителя. В результате достигается полнота сгорания используемого топлива непосредственно в камере сгорания, что приводит к повышению энергии струи и соответственно к расширению типов разрушаемых материалов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для газоструйной резки материалов, содержащее камеру сгорания с соплом и каналами для подачи компонентов окислителя и горючего, отличающееся тем, что камера сгорания выполнена с поперечным сечением в виде вытянутого овала, а устройство имеет смесительную головку с двумя смесительными элементами, установленными на смесительной головке по длинной оси овала симметрично относительно оси камеры сгорания и выполненными каждый в виде генератора Гартмана, состоящего из корпуса с соплом для подачи одного из компонентов, стержня с каналом для подачи другого компонента, выполняющим функции форсунки, и резонатора, закрепленного соосно на конце стержня напротив сопла генератора.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено рубашкой охлаждения с ребрами, образующими каналы для подачи охладителя, в которую заключена камера сгорания.