Огнеструйная горелка для разрушения минеральных сред Советский патент 1991 года по МПК E21B7/14 E21C37/16 B28D1/00 

Изобретение относится к горной промышленности и предназначено для термического бурения шпуров, резки и поверхностной обработки горных пород.

Цель изобретения - повышение надежности работы огнеструйной горелки для разрушения минеральных сред при использовании в качестве горючего пропан- бутановых газовых смесей.

На чертеже изображена огнеструйная горелка для разрушения минеральных сред,

Огнеструйная горелка для разрушения минеральных сред содержит размещенные

в корпусе 1 коаксиально с кольцевыми зазорами 2 и 3 промежуточную камеру 4 и камеру 5 сгорания. На нижнем торце корпуса 1 закреплен сопловой аппарат ( не показан) с соплом для истечения продуктов сгораник из внутренней полости 6 камеры 5 сгорания На верхнем торце камеры 5 сгорания закреплена распределительная головка 7 с кольцевой камерой 8, которая образована проточкой в распределительной головке 7 и стенками камеры 5 сгорания. Приспособление для смешения горючего, в качестве которого используется пропан-бутановая газовая смесь, и окислителя, например воз

духа, выполнено в виде струйного эжектора с рабочим 9 и выходным 10 соплами и расположенной в распределительной головке 7 всасывающей камеры 11. Всасывающая камера 11 сообщена с магистралью 12 для подвода горючего и через осевой канал 13 смешения в распределительной головке 7, выполненный с диффузором 14 на его выходе, и выходное 10 сопло с внутренней полостью 6 камеры 5 сгорания. При этом на выходе сопла 10 может быть установлена сетка 15, размер ячеек которой (предпочтительно) не превышает 1 мм. Магистраль 16 для подвода окислителя сообщена с рабочим 9 соплом струйного эжектора и через кольцевой зазор 2, кольцевой зазор 3, входное отверстие 17 кольцевой камеры 8 и выходные каналы 18 кольцевой камеры 8 с внутренней полостью 6 камеры 5 сгорания.

Магистраль 12 для подвода горючего имеет выход во всасывающую камеру 11 струйного эжектора. Рабочее 9 сопло этого эжектора ориентировано в сторону набегающего потока в магистрали 16 для подвода окислителя. В результате часТь потока окислителя из магистрали 16 попадает в рабочее 9 сопло струйного эжектора автоматически.

Объем окислителя, проходящего через струйный эжектор, и соответственно количество эжектируемого горючего в виде про- пан-бутановой газовой смеси зависит от размеров проходных сечений всех каналов этого эжектора и их аэродинамических сопротивлений. Обьем проходящего через струйный эжектор окислителя должен быть таким, чтобы на выходе из эжектора выходила газовоздушная смесь с содержанием горючего выше верхнего предела его воспламеняемости в воздухе. Это позволит избежать явления проскока пламени из полости 6 камеры 5 сгорания в диффузор 14 канала 13 смешения струйного эжектора. Для этого также в выходном 10 сопле эжектора установлена и сетка 15, размеры ячеек которой не превышают 1 мм.

Для пропана верхний предел воспламеняемости в смеси с воздухом составляет 9,5 об.%, а для бутана 8,4 об.%. Принимая во внимание, что используемые в технике эжекторы позволяют на 1 м активного газа эжектировать до 30 м пассивного газа, можно получать газо воздушные смеси с содержанием горючего газа в воздухе большим, чем его предел воспламеняемости, т.ё более 10.

Формирование горючей смеси с коэффициентом избытка воздуха, близким единице, осуществляется непосредственно во внутренней полости 6 камеры 5 сгорания при поступлении в нее окислителя из камеры 8 через ее выходные каналы 18 и из кольцевого зазора 3 между промежуточной камерой 4 и камерой 5 сгорания через отверстия 19.

Кольцевая камера 8 выполнена в распределительной головке 7 таким образом, что ее верхнее и нижнее основания образованы конструктивными элементами самой распределительной головки 7, а вертикаль0 ные цилиндрические стенки - корпусом канала смешения 13 с диффузором 14 струйного эжектора. Входное отверстие 17 кольцевой камеры 8 соединено с кольцевым зазором 3 между промежуточной камерой 4

5 и камерой 5 сгорания, а ее выходные каналы 18-с внутренней полостью 6, что позволяет пропускать через кольцевую камеру 8 определенное количество подогретого в кольцевом зазоре 3 окислителя, который, омывая

0 корпус канала 13 смешения с диффузором 14, нагревает его и соответственно проходящий внутри поток газовоздушной смеси. В результате ликвидируется возможность конденсации паров бутановой, а тем более

5 и пропановой фракций в канале 13 смешения с диффузором 14 струйного эжектора. Количество пропускаемого через кольцевую камеру 8 подогретого окислителя подбирается экспериментально.

0 Для обеспечения воспламенения образуемой в камере сгорания 3 топливной смеси воздушно-огнеструйная горелка снабжена электрозапальным устройством ( не показано)

5Огнеструйная горелка для разрушения

минеральных сред работает следующим образом.

В горелку попадают окислитель - сжатый воздух с расходом, обеспечивающим надеж0 ное воспламенение топливной смеси в камере 5 сгорания горелки от работающего в момент запуска горелки электрозапального устройства. Часть этого воздуха из магистрали 16 автоматически попадает в рабочее со5 пло 9 струйного эжектора, а далее в канал 13 смешения, диффузор 14, выходное сопло 10 и внутреннюю полость 6 камеры 5 сгорания. Выходящий из рабочего сопла 9 воздушный поток создает во всасывающей камере 11

0 струйного эжектора зону разряжения.

Открывают магистраль 12 для подвода горючего, в которую из резервуара (не показан) или из испарителя проточного типа (не показан) поступает газовая фаза горючего,

5 т.е. пропан-бутановая газовая смесь. Из магистрали 12 пропан-бутановая газовая смесь попадает во всасывающую камеру 11, а оттуда в канал 13 смешения, где смешивается с воздушным потоком, выходящим из рабочего сопла 9 струйного эжектора, а далее в канал

13смешения, диффузор 14, выходное сопло 10 и внутреннюю полость б камеры 5 сгорания. Выходящий из рабочего сопла 9 воздушный поток создает во всасывающей камере 11 струйного эжектора зону разряжения.

Открывают магистраль 12 для подвода горючего, в кбторую из резервуара или проточного типа поступает газовая фаза горючего, т.е. пропан-бутановая газовая смесь. Из магистрали 12 пропан-бутановая газовая смесь попадает во всасывающую камеру 11, а оттуда в канал 13 смешения, где смешивается с воздушным потоком, выходящим из рабочего сопла 9 струйного эжектора. Получаемая газовоздушная смесь попадает в полость б камеры 5 сгорания. Количество подаваемой во всасывающую камеру 11 пропан-бутановой газовой смеси регулируется установленными в магистрале 12 дросселями (не показаны) и.подбирается таким образом, чтобы на режиме запуска из выходного сопла 10 струйного эжектора выходила газовоздушная смесь с содержанием пропан-бутановой газовой смеси, превышающим верхний предел ее воспламеняемости в воздухе. Это делает невозможным проскок пламени в струйный эжектор из полости 6 камеры 5 сгорания в момент воспламенения в ней топливной смеси. Этому же препятствует и металлическая сетка 15. Дополнительное необходимое1 количество сжатого воздуха подается в полость 6 камеры 5 сгорания из кольцевого зазора 3 через отверстия 19 в стенках камеры 5 сгорания и через кольцевую камеру 8.

В связи с тем, что пропан-бутановая газовая смесь из магистрали 12 попадает в зону разряжения, давление в этой магистрале поддерживают на минимально возможном уровне. Это резко снижает вероятность конденсации паров бутановой фракции в ней, На режиме запуска давление в полости 6 камеры 5 сгорания относительно невелико (примерно в 2 - 4 раза меньше, чем на рабочем режиме). Поэтому на режиме запуска вероятность конденсации паров бутановой фракции в канале 13 смещения и диффузоре

14также практически исключается, так как сжатый воздух из компрессора имеет избыточную температуру несколько десятков градусов.

После воспламенения топливной смеси в полости 6 камеры 5 сгорания с помощью электрозапального устройства горелки некоторое время поддерживается в работе на режиме запуска. После прогревания стенок камеры 5 сгорания и соответствующего подогрева воздуха и корпуса канала 13 смешения и диффузора 14 до необходимых

пределов увеличивают расходы сжатого воздуха и пропан-бутановой газовой смеси до выхода горелки на рабочий режим.

При выходе на рабочий режим давление

в полости 6 камеры 5 сгорания горелки повысится до номинальных величин 0,45 - 0,7 МПа, а расходы сжатого воздуха и пропан-бутановой газовой смеси станут максимальными. Однако это не приведет к росту

0 давления в магистрали 12 для подвода горючего, так как увеличение расхода пропан-бутановой газовой смеси происходит за счет снижения аэродинамического, сопротивления магистрали 12 (будут открываться ус5 тановленные в этой магистрале дросселя) и за счет повышения степени разряжения во всасывающей камере 11 струйного эжектора. Последнее происходит автоматически по мере увеличения расхода воздуха через

0 рабочее сопло 9 струйного эжектора.

Повышение давления в камере сгорания на рабочем режиме приведет к росту статического давления в диффузоре 14 струйного эжектора. Однако на рабочем ре5 жиме в кольцевую камеру 8 уже будет поступать воздух, нагретый в зазоре 3 между промежуточной камерой 4 и камерой 5 сгорания до нескольких сот градусов. Поэтому газовоздушный поток в канале 13 смешения

0 и диффузоре 14 будет нагреваться до температур, исключающих конденсацию паров бутановой фракции в этом потоке и на рабочем режиме.

Для более точного регулирования

5 расходами проходящих через струйный эжектор потоков сжатого воздуха и пропан-бутановой газовой смеси струйный эжектор может быть выполнен с изменяющимися выходящими сечениями рабочего

0 сопла 9 и всасывающей камеры 11. Конструкции таких эжекторов в технике известны. При необходимости они могут быть установлены и в предлагаемой горелке

Формула изобретения

5 Огнеструйная горелка для разрушения минеральных сред, включающая размещенные в корпусе коаксиально с кольцевыми зазорами промежуточную камеру и камеру сгорания, сопловой аппарат, распредели0 тельную головку с кольцевой камерой, приспособление для смешения горючего и окислителя с расположенным а распределительной головке осевым каналом смешения, магистраль для подвода окислителя, кото5 рая сообщена с приспособлением для смешения горючего и окислителя и через 1 кольцевой зазор между корпусом и промежуточной камерой, кольцевой зазор между промежуточной камерой и камерой сгорания и кольцевую камеру распределительной

головки с внутренней полостью камеры сгорания, и сообщенную с приспособлением для смешения горючего и окислителя магистраль для подвода горючего, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности ее работы при использовании в качестве горючего пропан-бутановых газовых смесей, приспособление для смешения горючего и окислителя выполнено в виде струйного эжектора с рабочим и выходным соплами и расположенной в распределительной головке всасывающей камеры, а канал смешения распределительной головки

выполнен с диффузором на его выходе и сообщен с выходным соплом струйного эжектора, при этом рабочее сопло струйного эжектора сообщено с магистралью для подвода окислителя, а васывзющая капера сообщена с магистралью для подвода горючего и с каналом смешения распределительной головки, причем выходное сопло струйного эжектора сообщено с внутренней полостью камеры сгорания, а ганел смешения распределительной тлоакы расположен коаксиально внутри ее кольцевой камеры.

Изобретение относится к горной пром- ти и предназначено для термического бурения шпуров, резки и поверхностной обработки горных пород. Цель- повышение надежности работы огнеструйной горелки для разрушения минеральных сред при использовании в качестве горючего пропан- бутановых газовых смесей Огнеструйнач горелка для разрушения минеральных сред включает размещенные в корпусе 1 коакс - ально с кольцевыми зазорами 2, 3 промежуточную камеру /К/ 4 и К 5 сгорания На нижнем торце корпуса 1 закреплен сопловой аппарат с соплом. На верхнем торце К 5 закреплена распределительная головка /РГ/ 7 с кольцевой К 8, которая образована проточкой в РГ 7 и стенками К 5 сгорания Приспособление для смешения горючего и окислителя выполнено в виде струйного эжектора с рабочим 9 и выходным 10 соплами и расположенной в РГ 7 всасывающей К 11. Последняя сообщена с магистралью /М/ 12 для подвода горючего и через осевой канал 13 смещения в PF 7 выполненный с диффузором 14 на его выходе, и выходное сопло 10 - с внутренней полостью 6 К 5 В связи с тем, что пропаи-бутзновая газовая смесь по М 12 попадает в зону разряжзния, давления в М 12 поддерживают на минимально возможном уровне Это резко снижает вероятность конденсации паров бутановой фракции в ней 1 ил гшигьЭ

11

Воздух

-

-16

-12

П