Устройство для термического разрушения горных пород (его варианты) Советский патент 1982 года по МПК E21C37/16 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД (ЕГО ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к устройству для термического разрушения горных пород сверхзвуковыми струями раскаленного газа.

Известно устройство для термического разрушения, горных пород, содержащее камеру сгорания с распределительной головкой и соплом для истечения газообразных продуктов сгорания, образующихся при сжигании горючего и окислителя, подаваемых через распределительную головку в рабочее пространство камеры сгорания. При этом, для лучшего смешения горючего и о кслителя в камере сгорания установлен стабилизатор пламени в виде конусообразного полого элемента, который закрыт днищем и соединен с каналом подвода горючего, причем в его верхней части имеются тангенциально расположенные отверстия для выброса горючего, ориентированные навстречу направлению движения окислителя 1.

Однако в этом устройстве не достигается достаточно высокого качества смесеобразования топливной смеси, в связи с чем часть горючего может выбрасываться из камеры сгорания несгоревшим.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для термического разрушения горных пород сверхзвуковыми струями раскаленного газа, включающее камеру сгорания, снабженную распределительной головкой с каналами под вода горючего и окислителя и соплом для истечения газообразных продуктов сгорания, и установленный по оси в камере сгорания с возможностью вращения стабилизатор пламени для улучшения смешения поступаюших в нее горючего и окислителя 2.

Вращающийся стабилизатор пламени значительно интенсифицирует процесс смесеобразования грючего и окислителя. При нудительное перемешивание смеси приводит к увеличению пути, который проходят 15 частицы горючего в камере сгорания, т. е. увеличивается время пребывания горючего в камере сгорания, и, как следствие его, полнота сгорания, что способствует росту термомеханических параметров истекающих газовых струй.

Вращающийся стабилизатор пламени в этом устройстве выполнен в виде пластины и обладает малым гидросопротивлением.

Благодаря этому он способствует созданию дополнительного вихря, что приводит к образованию зон обратных токов, обеспечивающих хорошую стабилизацию пламени на всех режимах работы устройства.

Однако в известном устройстве энергия воздушного потока окислителя, проходящего через завихритель распределительной головки, используется для вращения стабилизатора пламени не полностью. Воздух, прощедший завихритель, кроме значительной угловой скорости приобретает еще осевую скорость, достигающую 1000 м/с. Скорость подачи горючего в зону смещения значительно ниже. Указанное обстоятельство не позволяет обеспечить с помощью вращающейся пластины достаточно высокое качество сме сеобразования. Значительная осевая скорость движения воздушного вихря ограничивает время пребывания частиц горючего в камере сгорания, что обуславливает неполное его сгорание. Это приводит к непроизвольному расходу дорогостоящего горючего и ограничивает рост термодинамических параметров газовой струи и не исключает срыв фронта пламени за пределы камеры сгорания.

Цель изобретения - повышение качества смесеобразования горючего и окислителя.

Эта цель достигается тем, что стабилизатор пламени в одном варианте выполнен в виде винтовой лопасти, а в другом варианте - в виде продольной половинки цилиндра, обращенной своей плоскостью навстречу направлению движения потока окислителя.

На фиг. 1 показано устройство со стабилизатором пламени в виде винтовой лопасти; на фиг. 2 - частичный вид устройства со стабилизатором пламени в виде половинки цилиндра; на фиг. 3 - разрез А-А на фиг. 2.

Устройство для термического разрушения горных пород содержит цилиндрическую камеру 1 сгорания с распределительной головкой 2, имеющий завихритель 3 в виде цилиндрического тела с винтовыми каналами 4 для подводя окислителя (воздуха) и соединенную с осевым каналом 5 для подвода горючего в форсунку 6. Форсунка б ввинчивается в корпус завихрителя 3 и служит для распыливания горючего, подаваемого в камеру 1 сгорания. К-торцу завихрителя 3 крепится держатель 7, несущий стабилизатор 8 пламени, который выполнен в виде винтовой лопасти. Лопасти изогнуты в противоположные стороны в направлении воздушного вихря «с углом атаки О-45° от оси к краю по отнощению к плос1 ости, проходящей вдоль оси камеры 1. Предпочтительно стабилизатор 8 имеет форму двухлопастного пропеллера или двухлопастной турбины. Он установлен на оси 9 и может вращаться вокруг нее. Ось 9 крепится на

держателе 4 вдоль оси камеры 1 сгорания. Кмера 1 сгорания заканчивается соплом 10, через которое происходит истечение продуктов сгорания.

В другом варианте устройства, представленном на фиг. 2 и 3, стабилизатор 11 имеет форму продольной половинки цилиндра, которая расположена перпендикулярно оси камеры 1 сгорания. Плоская сторона 12 стабилизатора 11 обращена навстречу возjj душному потоку, движущемуся вдоль, оси камеры 1 от завихрителя к соплу.

Работает устройство по первому варианту следующим образом.

Окислитель (воздух), подаваемый в камеру 1 сгорания, проходя через завихри5 тель 3, приобретает значительную угловую скорость. Линейная скорость воздущного вихря при движении вдоль оси камеры 1 сгорания также велика. Горючее через осевой канал 5 в завихрителе 3 поступает в форсунку 6, которая распыливает его в камере 1 сгорания. Воздушный (поток) вихрь, воздействуя на стабилизатор 8 пламени, заставляет его интенсивно вращаться вокруг оси 9, при этом осевое движение воздуш ного вихря ускоряет вращение стабилизатора 8 за счет изогнутости лопастей.

При натекании воздушного потока на изогнутые под определенным углом атаки к потоку лопасти происходит перераспределение давлений на их плоскостях и стабилизатор 8 начинает вращаться в сторону раз° режения. Образуется пара сил, которая и вращает стабилизатор 8 в ту же сторону, что и воздущный вихрь с нарастающей скоростью.

Работает устройство по второму варианту следующим образом.

Окислитель (воздух), подаваемый в камеру 1 сгорания, проходит через завихритель 3 закручиваясь. Одновременно он сохраняет значительную осевую скорость движёния. Воздущный вихрь, воздействуя на стабилизатор 11 пламени, заставляет его интенсивно вращаться вокруг оси 9. От вращательного движения у стабилизатора 11 происходит образование завихрений на противоположных по отнощению к направлению

движения воздуха ребрах. На плоскую сторону 12 стабилизатора действует воздушный поток, движущийся с большой скоростью в осевом направлении. Огибая его края, поток, тормозится и образует за ним

около его цилиндрической поверхности симметричные завихрения. Таким образом, на стабилизаторе 11 суммируются завихрения от вращательного и осевого действия воздущного потока. В результате перераспределения давлений у ребер стабилизатора 11

он устремляется в сторону разрежения. Образуется пара сил, которая и вращает его с нарастающей скоростью. Скорость нарастает до известного предела, обусловленного силами трения и скоростью движения воздушного потока.

Интенсификация вращения стабилизатора за счет использования осевого движения воздушного потока значительного улучшает процесс смесеобразования. Происходит более тщательное перемешивание горючего и окислителя, принудительно увеличивается длина пути, который проходит частицы горючего в камере сгорания, повышается полнота сгорания.

Формула изобретения

что, с целью повыщения качества смесеобразования, стабилизатор пламени выполнен в виде винтовой лопасти.

в виде продольной половинки цилиндра, обращенной своей плоскостью навстречу направлению движения потока окислителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

12