ГАЗОСВАРОЧНАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 2007 года по МПК B23K7/06 

Изобретение относится к устройствам для газопламенной обработки металлов и может быть использовано для ручной и машинной сварки, пайки и резки металлов.

Известна газосварочная горелка, содержащая ствол с корпусом, имеющим каналы подачи кислорода и горючего газа, регулировочные вентили, установленные в соответствующих каналах, и комплект сменных наконечников, в каждом из которых имеется смесительная камера с инжектором, головку и мундштук (см. книгу Д.Л.Глизманенко «Сварка и резка металлов», Москва, изд. «Высшая школа», 1974 г., с.162-164).

Это устройство сложно, а его сменные наконечники громоздки. Кроме того, устройство не обеспечивает достаточную защиту при обратных ударах и при нарушении горения происходит зажигание смеси в каналах, что в большинстве случает ведет к прогоранию мундштуков и головки, к выходу из строя устройства и к аварийной ситуации.

Из пат. FR №498521, кл. 4g44, 1919 г. известна сменная насадка к инжекторному устройству для газопламенной обработки металлов, содержащая корпус со входными каналами кислорода и горючего газа и выходным каналом горючей смеси. В устройстве сменная насадка имеет сменные наконечники, включающие смесительные камеры, что не удобно в работе. К тому же устройство не надежно в работе и имеет низкую эффективность защиты при обратном ударе.

Известен пат. RU №2215623, опубл. 2002 г. В этом устройстве в целях повышения надежности и безопасности в работе сменная насадка выполнена с возможностью крепления на головке и имеет смесительную камеру с конической полостью и с инжектором. Однако в этом устройстве для каждого типоразмера мундштука нужна своя смесительная камера, что ведет к увеличению металлоемкости устройства. Кроме того, наличие конического хвостовика и подводящих отверстий, расположенных на входе в смесительную камеру, приводит к технологической сложности изготовления устройства.

Наиболее близким аналогом является газосварочная горелка, содержащая ствол с корпусом и головкой, мундштук, скрепленный с головкой и выполненный с соосным ступенчатым каналом, и смеситель, образованный входными отверстиями соответственно кислорода и горючего газа и камерой смешения, включающей входное цилиндрическое и выходное отверстия, при этом в корпусе выполнены каналы подачи кислорода и горючего газа с установленными в них соответствующими регулировочными вентилями (см. пат. RU №2107868, F23D 14/56, 1998 г.)

В этом устройстве смешение газов и получение горючей смеси происходит вблизи вентильной группы в корпусе устройства и далее взрывоопасная горючая смесь по трубке перемещается к сменному наконечнику мундштука. Предложенное в устройстве соотношение параметров смесителя не гарантирует предупреждение обратных ударов, ведет к снижению качества горючей смеси и к ухудшению качества сварки. При обратных ударах неполное сгорание горючей смеси в трубке и смесительной камере приводит к забиванию их сажей. Это требует частой чистки горелки с отвертыванием смесительной камеры, к износу резьбового соединения, связывающего ее с корпусом, к нарушению требуемой герметичности. Причем необходимость частой замены смесительной камеры усложняет эксплуатацию устройства и снижает надежность его работы.

К тому же в устройстве для каждого типоразмера мундштука используют свою смесительную камеру с конкретными параметрами, что дополнительно усложняет эксплуатацию устройства, повышает его металлоемкость и повышает стоимость устройства.

Задачей данного технического решения является упрощение эксплуатации устройства и снижение металлоемкости при одновременном повышении безопасности и надежности работы путем подбора оптимальных параметров смесителя и ступенчатого отверстия мундштука и соотношения этих параметров в устройстве, позволяющих обеспечить защиту от обратных ударов и взрывов горючей смеси, а следовательно, безопасность работы при одновременном улучшении качества горючей смеси и повышении качества сварки.

Для решения поставленной задачи в предложенной газосварочной горелке, содержащей ствол с корпусом и головкой, мундштук, скрепленный с головкой и выполненный с соосным ступенчатым отверстием и смеситель, образованный входными отверстиями соответственно кислорода и горючего газа и камерой смешения, включающей входное цилиндрическое и выходное отверстия, при этом в корпусе выполнены каналы подачи кислорода и горючего газа с установленными в них соответствующими регулировочными вентилями, согласно изобретению смеситель размещен в головке и сопряжен с мундштуком, входное отверстие кислорода смесителя сообщено с его камерой смешения через калиброванное отверстие, отношение диаметра которого к диаметру входного отверстия камеры смешения и к диаметру отверстия выходного участка ступенчатого отверстия мундштука составляет 1:1,6÷3:1,63÷2,8, причем длина входного отверстия камеры смешения смесителя составляет 0,3-0,6 от полной длины этой камеры, а выходное отверстие камеры смешения смесителя и участок ступенчатого отверстия мундштука, расположенный перед выходным участком, имеют форму конусов, обращенных друг к другу основаниями с углами при вершине соответственно равными 12° и 8÷18°, а длина мундштука к длине выходного участка ступенчатого отверстия в мундштуке выдержаны в соотношении 35÷47:2,5÷6.

Технический результат предложенного устройства состоит в исключении обратных ударов пламени и повышении безопасности работы за счет ограничения пиковых значений фронта волны горения горючей смеси при сварке путем подбора формы смесителя и ступенчатого отверстия, а также других параметров смешения газов, в том числе, позволяющих получить минимально возможный объем смеси в головке в соотношении с объемом смеси в ступенчатом отверстии.

На чертеже представлен общий вид горелки в разрезе.

Газосварочная горелка содержит ствол 1 с корпусом 2 и головкой 3. Корпус 2 выполнен с каналами 4, 5 подачи соответственно кислорода и горючего газа, в которых установлены соответствующие регулировочные вентили 6, 7. Корпус 2 связан с головкой 3 соответствующими трубками 8, 9 подачи кислорода и горючего газа.

Смеситель 10 размещен в головке 3, скреплен с ней пайкой и образован расположенными в головке входными отверстиями 11, 12 соответственно кислорода и горючего газа, подключенными к выходам соответствующих трубок 8, 9, и камерой смешения 13. Камера смешения 13 включает входное цилиндрическое отверстие 14 и выходное коническое отверстие 15 с углом при вершине конуса, равным 8-18°.

Входное отверстие 11 кислорода смесителя 10 сообщено с камерой смешения 13 через калиброванное отверстие 16.

С другой стороны смеситель 10 сопряжен с мундштуком 17 и связан с ним резьбовым соединением 18. Мундштук 17 выполнен с соосным ступенчатым отверстием 19, имеющим на выходе цилиндрический участок 20 и расположенный перед ним конический участок 21 с углом при вершине конуса, равным 12°. Коническое выходное отверстие 15 камеры смешения 13 смесителя 10 и участок 21 ступенчатого отверстия 19 мундштука, расположенный перед выходным участком 20, имеют форму конусов, обращенных друг к другу основаниями. Кислород и горючий газ полаются в каналы 4, 5 соответственно подачи кислорода и горючего газа от штуцеров 22, 23.

Работа устройства.

Кислород и горючий газ от штуцеров 22, 23 корпуса 2 по соответствующим каналам 4, 5 подачи кислорода и горючего газа корпуса 2 через соответствующие трубки 8, 9 поступает на входы выполненных в головке соответствующих входных отверстий 11, 12 кислорода и горючего газа

Точную настройку режимов горелки (мощности) выполняют (в узком диапазоне) по величине волны горения факела пламени путем поочередного открытия регулировочных вентилей 6, 7, которые установлены в соответствующих каналах подачи 4, 5 кислорода и горючего газа, а грубую настройку (в широком диапазоне) - сменой мундштуков.

В предложенном устройстве смеситель 10 расположен в головке 3 и смешение кислорода и горючего газа для получения горючей смеси происходит непосредственно перед входом в ступенчатое отверстие 19 мундштука 17 и в самом ступенчатом отверстии 19 мундштука 17.

Горючий газ попадает в камеру смешения 13 смесителя 10 непосредственно из выполненного в головке входного отверстия 12. Кислород попадает в камеру смешения 13 смесителя 10 из входного отверстия 11 через калиброванное отверстие 16. При выборе длины отверстия 14 камеры смешения 13 смесителя 10, составляющей 0,3-0,6 (5-7 калибров) от суммарной длины этой камеры 13. Это позволяет на входе в камеру смешения 13 понизить давление кислорода, который при истечении из калиброванного отверстия 16 резко теряет давление и, замыкаясь на стенках камеры смешения 13, увеличивает, тем самым, разряжение в отверстии 12, повышает интенсивность всасывания горючего газа на входе в цилиндрическое отверстие 14 камеры смешения 13 и увеличивает массу поступающего в камеру смешения инжектируемого горючего газа. При этом получают наилучшее перемешивание кислорода с горючим газом. Уменьшение длины отверстия 14 ниже указанного диапазона может привести к незамыканию кислорода на его стенках, что резко ухудшит инжекцию и скажется на качестве получаемой после перемешивания горючей смеси.

Увеличение длины отверстия 14 за пределы указанного диапазона ведет к увеличению металлоемкости устройства, что нежелательно.

В устройстве предложено соотношение диаметра калиброванного отверстия 16 к диаметру входного отверстия 14 камеры смешения 13 и к диаметру выходного участка 20 ступенчатого отверстия 19 мундштука 17, которое составляет 1:1,6÷3:1,63÷2,8. Это соотношение позволит инжектору с камерой смешения, имеющей неизменные параметры, работать с мундштуками разных типоразмеров, что ведет к снижению металлоемкости устройства с сохранением мощности горелки, к ее упрощению и снижению стоимости. При этом с инжектором и камерой смешения постоянных размеров могут работать мундштуки, длина которых и длина выходного участка ступенчатого отверстия в мундштуке могут быть выдержаны в соотношении 35÷47:2,5÷6.

В предложенном устройстве выходное отверстие 15 камеры смешения 13 смесителя 10 выполнено в форме конуса с углом при вершине, равным 8-18°, который увеличен по сравнению с известными на 8° (в известных устройствах угол не выходит за пределы 8-10°). Это позволяет сгладить пики давления перед входом в ступенчатое отверстие 19 мундштука и улучшить перемешивание горючего газа с кислородом и качество получаемой горючей смеси.

При возникновении обратного удара пламени это позволит повысить давление горящих газов, проникших в отверстие 15, и, тем самым, остановить фронт пламени. При этом горящая горючая смесь, пройдя через ступенчатое отверстие 19 мундштука 17, попадет в камеру смешения, но не выйдет за пределы ее конического отверстия 15.

При увеличении угла конусности отверстия 14 до большего значения ухудшается останов пламени при обратном ударе, хотя и уменьшается металлоемкость.

При этом выполнение выходного отверстия 15 камеры смешения 13 смесителя и участка 21 ступенчатого отверстия 19 мундштука 17, расположенного перед выходным участком, в форме конусов, обращенных друг к другу основаниями с углами при вершине соответственно равными 12° и 8÷18°, приводит к образованию коническими отверстиями 21 и 15 емкости, способной сгладить пики давления горючей смеси и одновременно исключить взрывоопасность ситуации. В предложенном устройстве взрывов не произойдет, а при нарушении горения возможны лишь легкие хлопки.

Технико-экономический эффект предложенного устройства состоит в упрощении эксплуатации устройства, в снижении металлоемкости, в повышении безопасности и надежности работы при одновременном повышении качества горючей смеси и повышения качества сварки.

Изобретение относится к устройствам газопламенной обработки металлов, в частности к газосварочной горелке, и может найти применение в различных отраслях машиностроения. Смеситель газосварочной горелки размещен в головке и сопряжен с мундштуком. Входное отверстие кислорода смесителя сообщено с его камерой смешения через калиброванное отверстие. Отношение диаметра калиброванного отверстия к диаметру входного отверстия камеры смешения и к диаметру отверстия выходного участка ступенчатого отверстия мундштука составляет 1:1,6÷3:1,63÷2,8. Длина входного отверстия камеры смешения смесителя составляет 0,3-0,6 от полной длины этой камеры. Выходное отверстие камеры смешения смесителя и участок ступенчатого отверстия мундштука, расположенный перед выходным участком, имеют форму конусов, обращенных друг к другу основаниями с углами при вершине соответственно равными 12° и 8÷18°. Длина мундштука и длина выходного участка ступенчатого отверстия в мундштуке выдержаны в соотношении 35÷47:2,5÷6. В результате достигается упрощение эксплуатации и изготовления устройства, снижение его металлоемкости, повышение безопасности, надежности работы и повышение качества сварки за счет повышении качества горючей смеси. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Газосварочная горелка, содержащая ствол с корпусом и головкой, мундштук, скрепленный с головкой и выполненный с соосным ступенчатым отверстием, и смеситель, образованный входными отверстиями соответственно кислорода и горючего газа и камерой смешения, включающей входное цилиндрическое и выходное отверстия, при этом в корпусе выполнены каналы подачи кислорода и горючего газа с установленными в них соответствующими регулировочными вентилями, отличающаяся тем, что смеситель размещен в головке и сопряжен с мундштуком, входное отверстие кислорода смесителя сообщено с его камерой смешения через калиброванное отверстие, отношение диаметра которого к диаметру входного отверстия камеры смешения и к диаметру отверстия выходного участка ступенчатого отверстия мундштука составляет 1:1,6÷3:1,63÷2,8, причем длина входного отверстия камеры смешения смесителя составляет 0,3÷0,6 от полной длины камеры смешения, а выходное отверстие камеры смешения смесителя и участок ступенчатого отверстия мундштука, расположенный перед выходным участком, имеют форму конусов, обращенных друг к другу основаниями с углами при вершине соответственно равными 12° и 8÷18°.2. Газосварочная горелка по п.1, отличающаяся тем, что длина мундштука и длина выходного участка ступенчатого отверстия в мундштуке выдержаны в соотношении 35÷47:2,5÷6.