МНОГОПЛАМЕННАЯ ГОРЕЛКА С ПЕРЕДАЧЕЙ ПЛАМЕНИ Российский патент 2015 года по МПК F23D14/04 

Изобретение относится к многопламенной горелке, содержащей снабжаемые горючим газом форсунки горелки, в частности, для термической обработки материалов, к снабжаемой горючим газом форсунке такой многопламенной горелки, а также к способу термической обработки материалов, в котором используется такая многопламенная горелка.

Хотя ниже приводится описание данного изобретения применительно к определенным способам термической обработки материалов, следует отметить, что многопламенную горелку согласно изобретению, так же как соответствующие форсунки горелки, можно также предпочтительно использовать в других областях применения. Например, данное изобретение можно применять для газопламенной пайки, соединения плавлением, например, слоев газопламенного напыления, горячего пластического формообразования и газопламенной закалки. При этом это могут быть, в частности, способы предварительного нагревания, последующего нагревания, выдержки и горячей деформации, например, в машиностроении, при возведении стальных конструкций и в строительстве резервуаров. Изобретение можно применять также для сушки, в частности для сушки перед пескоструйной обработкой, сваркой или маркировкой.

Например, при газопламенном нагревании согласно DIN 8522 речь идет о способе, в котором деталь нагревают с целью изменения ее свойств, например оказания влияния на сопротивление деформации.

Газопламенное нагревание применяется также для предварительного нагревания при сварке, резке и в аналогичных способах обработки металлов. Например, при газовой резке металлургических листов толщиной более 30 мм из стали S355 их предварительно нагревают непосредственно перед резкой до температуры 89-128°С. Для углеродистых сталей в способах сварки применяются для этого температуры до 200°С, а для легированных сталей - температуры между 100 и 400°С.

При огневой зачистке, например, с помощью ацетилена, систему форсунок горелки направляют на поверхность детали. За счет этого получают чистые поверхности металлического листа для дальнейшей обработки, а ржавчину, прокатную окалину и слои окалины удаляют простым и не требующим больших затрат способом. С помощью огневой зачистки можно термически обрабатывать наряду с металлом также бетон и природный камень, с целью удаления, например, покраски, покрытий, загрязнения маслом или продуктов истирания резины и подготовки поверхностей.

В рамках указанных применений часто используются ацетиленовые горелки. Ацетилен имеет по сравнению с другими горючими газами чрезвычайно высокую температуру пламени свыше 3000°С, которая обуславливается, среди прочего, положительной энтальпией образования молекулы ацетилена (С₂Н₂). Из килограмма ацетилена высвобождается энергия 8714 кДж для термического использования. Эти свойства ацетилена представляют для способов термической обработки особый интерес, поскольку в данном случае тепло из пламени переходит на деталь тем быстрее, чем выше температура пламени горения. Другие преимущества ацетилена включают высокую скорость зажигания. Термический коэффициент полезного действия в указанных способах тем лучше, чем быстрее горячие продукты сгорания попадают на деталь. Это требование особенно важно при нагревании металлических материалов с высоким теплоотводом, например, из стали, меди и алюминия.

В рамках указанных способов часто используются многопламенные горелки, т.е. системы горелок, которые имеют форсунки горелки (отдельные форсунки), которые снабжаются из общего источника горючего газа. На фиг. 1А-1С показаны такие многопламенные горелки. На фиг. 1A показана обычная ручная горелка, на фиг. 1В - так называемая реечная горелка и на фиг. 1С - копьевая горелка. Изображенные горелки имеют в качестве общего признака подвод 1 горючего газа, через который подводится, например, газовая смесь из ацетилена и кислорода. На направляющем газ и удерживающем приспособлении, соответственно, основном теле 2 горелки установлены форсунки 3 горелки. За счет зажигания форсунок 3 горелки при выходящем горючем газе образуются рабочие огни 4. Форсунки горелки могут иметь регулировочные и/или перестановочные приспособления 5.

Перед использованием соответствующей горелки необходимо вручную или автоматически зажигать все отдельные форсунки, например, с помощью пламени зажигания или свечей зажигания. При зажигании горелки вручную проводят, например, пламя зажигания вдоль форсунок горелки, или же с помощью давления напора обеспечивается, что на всех форсунках горелки образуется пламя. Для этого, например, горелку следует держать у соответственно большого металлического листа. Оператор соответствующего приспособления должен обеспечивать образование пламени на всех форсунках горелки (в местах выхода газовой смеси). При этом, в то время как при зажигании вручную возможно визуальное контролирование процесса зажигания, эта возможность отсутствует при автоматизированной работе соответствующей горелки, при которой, как правило, происходит автоматическое зажигание. При автоматизированной работе горелки так называемое «прямое зажигание» всех огней часто создает трудности. Например, ухудшается склонность к прямому зажиганию, когда горелка не направлена на деталь, или же непригодна геометрия детали, или расстояние между форсунками горелки слишком большое.

Под «прямым зажиганием» в рамках данной заявки понимается передача пламени зажигания, соответственно, пламени горелки от одной форсунки горелки к следующей форсунке. Другие форсунки горелки затем зажигаются друг за другом от первой форсунки горелки, т.е. зажигаются напрямую.

Если прямое зажигание не является успешным, то могут выходить не сожженные горючие газы. Если не принимать дополнительных мер безопасности, то эти горючие газы накапливаются вблизи горелки и возникает опасность взрыва.

Вследствие этого существует потребность в многопламенных горелках с улучшенными свойствами прямого зажигания.

Согласно изобретению предлагается многопламенная горелка, содержащая снабжаемые горючим газом форсунки горелки, в частности, для термической обработки материалов, снабжаемая горючим газом форсунка для такой многопламенной горелки, а также способ термической обработки материалов с признаками соответствующих независимых пунктов формулы изобретения.

Предпочтительные варианты выполнения являются предметом соответствующих зависимых пунктов формулы изобретения, а также приведенного ниже описания.

Под понятием «горючий газ» в рамках этой заявки следует понимать чистые горючие газы, например ацетилен, метан, этан, пропан, бутан, этилен, метилацетилен или водород, а также любые подходящие газовые смеси, а также смеси, которые содержат горючий газ и кислород, такие как, например, смеси горючего газа и кислорода/сжатого воздуха/всасываемого воздуха.

Согласно изобретению по меньшей мере одна из форсунок многопламенной горелки имеет два, три или более расположенных сбоку от системы основных форсунок для создания рабочего пламени линейных отверстий вспомогательной форсунки. Через отверстие вспомогательной форсунки проходит поток того же горючего газа, что и через отверстие основной форсунки, и оно соединено с возможностью прохождения текучей среды с отверстием основной форсунки и источником горючего газа.

За счет предусмотрения и подходящего расположения по меньшей мере одного отверстия вспомогательной форсунки после зажигания происходит образование по меньшей мере одного вспомогательного пламени, ориентация которого имеет составляющую направления (векторную составляющую) в направлении соседней форсунки горелки, которое целесообразно ориентировано, таким образом, в направлении рабочего или вспомогательного пламени соседней форсунки горелки. При этом за счет мер согласно изобретению может быть значительно улучшена передача пламени между отдельными форсунками многопламенной горелки. За счет этого можно безопасно и надежно обеспечивать полное прямое зажигание всех огней многопламенной горелки, если расстояние головки горелки и количество горючего газа и/или состав горючего газа (например, ацетиленовой горелки) лежат в функциональном диапазоне. За счет мер согласно изобретению больше не требуется ориентации горелки непосредственно на деталь. Уменьшается или исключается опасность выхода не сгоревших горючих газов на основании незажженной горелки, а также обусловленная этим опасность взрыва.

В рамках данной заявки под «рабочим пламенем» следует понимать соответствующее основное пламя горелки многопламенной горелки, которое направлено на деталь и служит, например, для нагревания этой детали. Рабочее пламя создается, как правило, либо отдельной форсункой, либо системой основных форсунок, в которой центральная форсунка окружена кольцеобразно расположенными вокруг нее другими форсунками. Если вместо системы основных форсунок предусмотрена единственная форсунка, то она в рамках заявки входит в понятие «система основных форсунок».

Соответственно, «вспомогательное пламя» является пламенем, созданным в соответствии с изобретением за счет по меньшей мере одного отверстия вспомогательной форсунки и направленным по меньшей мере частично на соседнюю форсунку. Обычно вспомогательное пламя за счет меньшего проходящего через отверстие вспомогательной форсунки количества газа, соответственно, объемного потока меньше основного, соответственно, рабочего пламени.

Понятно, что зона «пламени» на практике не четко ограничена геометрически, так что для «рабочего пламени» и «вспомогательного пламени» речь может идти также о зонах соответствующего общего пламени, которые образуются у отверстий основных форсунок или вспомогательных форсунок, например ацетиленовой форсунки, с возможностью по меньшей мере частичного визуального различия друг от друга. Образующееся вокруг первичного пламени так называемое рассредоточенное пламя, как правило, окружает первичное пламя в виде общего пламени.

Для образования вспомогательных огней в направлении по меньшей мере одной соседней форсунки горелки, по меньшей мере одно отверстие вспомогательной форсунки и/или по меньшей мере один соответствующий отверстию вспомогательной форсунки канал форсунки расположен под углом к системе основных форсунок и/или соответствующему ей каналу форсунки.

Особенно предпочтительно, в частности, при расположении нескольких форсунок в многопламенной горелке в ряд или в поле горелки, когда по меньшей мере одна из форсунок горелки снабжена отверстиями вспомогательных форсунок для создания вспомогательных огней в направлении по меньшей мере двух соседних форсунок горелки. За счет такого расположения снабжаемое горючим газом отверстие вспомогательной форсунки после зажигания может передавать пламя непосредственно на соседнее, еще не зажженное, однако пропускающее поток горючего газа отверстие вспомогательной форсунки. За счет этого зажигается в целом соседняя форсунка горелки и может, в свою очередь, на основании расположения отверстий вспомогательных форсунок передавать пламя по меньшей мере в одну форсунку горелки, т.е. приводить к прямому зажиганию системы форсунок.

Как указывалось выше, многопламенная горелка согласно изобретению выполнена так, что по меньшей мере одна из горелок служит для зажигания по меньшей мере одной соседней форсунки горелки с помощью по меньшей мере одного вспомогательного пламени. Это может достигаться, например, посредством подходящей ориентации отверстий вспомогательных форсунок, их геометрии, а также за счет соответствующего расстояния между форсунками горелки. Благодаря особому выполнению форсунок горелки с вспомогательными огнями для зажигания системы горелки требуется зажигать лишь одну горелку, например, автоматически, в одном месте, при этом обеспечивается надежное прямое зажигание всей горелки.

Особенно предпочтительно, многопламенная горелка согласно изобретению может быть выполнена в виде ручной горелки или машинной горелки, например в виде реечной горелки или копьевой горелки, в частности, для работы с ацетиленом в качестве горючего газа. В частности, наибольшее преимущество достигается с помощью мер согласно изобретению в копьевых и реечных горелках с линейной системой горелок вследствие их традиционно худшей склонности к прямому зажиганию.

Многопламенная горелка указанного вида имеет для зажигания по меньшей мере одной форсунки горелки ручное приспособление зажигания, пламя зажигания, свечу зажигания или пьезоэлектрический зажигатель, за счет чего многопламенная горелка пригодна, в частности, для автоматизированных применений с зажиганием не вручную.

Относительно признаков и преимуществ также предусмотренной согласно изобретению, снабжаемой горючим газом форсунки горелки делается ссылка на признаки поясненной выше многопламенной горелки. В частности, такая снабжаемая горючим газом форсунка горелки выполнена с возможностью замены, так что можно комбинировать сменные отдельные форсунки в одном основном теле горелки с образованием многопламенной горелки и за счет этого оптимизировать передачу пламени. Также относительно преимуществ и предпочтительных областей применения способа согласно изобретению делается ссылка на поясненные выше признаки.

Другие преимущества и варианты выполнения изобретения следуют из описания и прилагаемых чертежей.

Понятно, что указанные выше и поясняемые ниже признаки можно применять не только в соответствующей указанной комбинации, но также в других комбинациях или в отдельности, без выхода за рамки данного изобретения.

Ниже приводится подробное описание изобретения на основе примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:

фиг. 1 - многопламенная горелка согласно уровню техники;

фиг. 2 - форсунка горелки согласно особенно предпочтительному варианту выполнения изобретения, в изометрической проекции;

фиг. 3 - система форсунок горелки согласно особенно предпочтительному варианту выполнения изобретения, вид сверху;

фиг. 4 - система работающих форсунок горелки согласно особенно предпочтительному варианту выполнения изобретения, вид сбоку.

На фиг. 1А-1С показана, как указывалось выше, многопламенная горелка согласно уровню техники.

На последующих фигурах одинаковые или одинаково действующие элементы обозначены идентичными позициями. Повторное пояснение этих элементов для ясности не приводится.

На фиг. 2 показана обозначенная в целом позицией 10 форсунка горелки согласно особенно предпочтительному варианту выполнения изобретения, которая может использоваться, например, в многопламенной горелке согласно изобретению.

Форсунка 10 горелки имеет головку 20 форсунки и хвостовик 21 форсунки. Если форсунка 10 горелки является сменной форсункой, то она может быть закреплена с помощью хвостовика 21 форсунки в основном теле горелки. В головке 20 форсунки предусмотрена система 30 основных форсунок, которая имеет отверстие основной форсунки и окружающие ее кольцеобразно отверстия других форсунок. Система 30 основных форсунок предназначена, как указывалось выше, для образования рабочего пламени.

Дополнительно к этому, форсунка 10 горелки имеет для создания вспомогательных огней предусмотренные наряду с системой 30 основных форсунок отверстия 40 вспомогательных форсунок. При этом сами отверстия 40 вспомогательных форсунок или их соответствующие каналы форсунок могут быть смещены по углу относительно ориентации системы 30 основных форсунок, так что достигается целенаправленная ориентация вспомогательных огней в направлении соседних форсунок горелки, соответственно, их огней.

На фиг. 3 показаны в целом 4 форсунки 11, 12, 13 и 14 горелки согласно особенно предпочтительному варианту выполнения изобретения, вид сверху.

При этом форсунки 11, 13 и 14 соответствуют по конфигурации и расположению отверстиям 40 вспомогательных форсунок форсунки 10 горелки из фиг. 2. В противоположность этому, форсунка 12 горелки имеет другие, направленные на фигуре перпендикулярно вниз отверстия 41 вспомогательных форсунок, которые ориентированы в направлении расположенной под прямым углом к ряду форсунок 11, 12 и 13 форсунки 14 горелки. За счет показанного на фиг. 3 расположения можно особенно предпочтительно достигать прямого зажигания, соответственно, передачи пламени, как показано стрелками 50, между отдельными форсунками 11, 12, 13 и 14 горелки. При этом показанные форсунки 11, 12, 13 и 14 могут быть частью многопламенной горелки, соответственно, поля многопламенной горелки. Понятно, что показанная на фиг. 3 конфигурация может быть произвольно расширена и при наличии дополнительных отверстий 40, 41 вспомогательных форсунок можно обеспечивать также надежное прямое зажигание в дополнительных направлениях.

На фиг. 4 схематично показана соответствующая система форсунок горелки во время работы. При этом горючий газ выходит из горелок 15 через систему основных форсунок и расположенные сбоку от нее отверстия 40 вспомогательных форсунок. За счет этого обеспечивается образование основного пламени, соответственно, рабочего пламени 60, которое может быть направлено на деталь. Первичное пламя этого рабочего пламени обозначено позицией 70. Дополнительно к основному пламени 60, соответственно, его первичному пламени 70, на фиг. 4 показаны вспомогательные огни 80 с соответствующими первичными огнями 90. Вспомогательные огни 80 ориентированы по меньшей мере частично в направлении соседних форсунок, за счет чего обеспечивается указанное особенно предпочтительное прямое зажигание.

Предлагается многопламенная горелка, содержащая снабжаемые горючим газом форсунки (10-15) горелки, в частности, для термической обработки материалов, в которой по меньшей мере одна из форсунок (10-15) горелки снабжена по меньшей мере одним расположенным сбоку от системы (30) основных форсунок для создания рабочего пламени (60, 70) отверстием (40) вспомогательной форсунки для создания вспомогательного пламени (80) в направлении по меньшей мере одной соседней форсунки (10-15) горелки. Изобретение направлено на получение горелки с улучшенными свойствами прямого зажигания. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Многопламенная горелка, содержащая снабжаемые горючим газом форсунки (10-15) горелки, в частности, для термической обработки материалов, при этом многопламенная горелка выполнена в виде ручной горелки или машинной горелки, например в виде реечной горелки или копьевой горелки для работы с ацетиленом в качестве горючего газа, и при этом по меньшей мере одна из форсунок (10-15) горелки снабжена по меньшей мере одним расположенным сбоку от системы (30) основных форсунок для создания рабочего пламени (60) отверстием (40) вспомогательной форсунки для создания вспомогательного пламени (80), направление которого имеет составляющую в направлении соседней форсунки (10-15) горелки, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна из форсунок (10-15) горелки снабжена двумя, тремя или более линейно расположенными отверстиями (40) вспомогательных форсунок по меньшей мере на одной стороне системы (30) основных форсунок.

2. Многопламенная горелка по п. 1, отличающаяся тем, что по меньшей мере одно отверстие (40) вспомогательной форсунки и/или по меньшей мере один относящийся к отверстию вспомогательной форсунки канал форсунки расположен под углом к системе (30) основных форсунок и/или к относящемуся к системе (30) основных форсунок каналу форсунки.

3. Многопламенная горелка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна из форсунок (10-15) горелки снабжена отверстиями (40) вспомогательных форсунок для создания вспомогательного пламени (80) в направлении по меньшей мере двух соседних форсунок (10-15) горелки.

4. Многопламенная горелка по п. 1, отличающаяся тем, что по меньшей мере одна из форсунок (10-15) горелки выполнена с возможностью зажигания (50) соседней форсунки (10-15) горелки с помощью по меньшей мере одного вспомогательного пламени (80).

5. Многопламенная горелка по п. 1 или 4, отличающаяся тем, что для зажигания по меньшей мере одной форсунки (10-15) горелки предусмотрено ручное приспособление зажигания, пламя зажигания, свеча зажигания и/или пьезоэлектрический зажигатель.

6. Снабжаемая горючим газом форсунка для многопламенной горелки по любому из пп. 1-5.

7. Способ термической обработки материалов, при котором используется многопламенная горелка по любому из пп. 1-5, при этом по меньшей мере одну форсунку (10-15) горелки зажигают (50) с помощью вспомогательного пламени (80) соседней форсунки (10-15) горелки.

8. Способ термической обработки материалов по п. 7, который включает по меньшей мере одну операцию газопламенной пайки, соединения плавлением, горячего пластического формообразования, газопламенной закалки, огневой зачистки, предварительного нагревания, последующего нагревания, выдержки, сушки и/или горячей деформации.