устройство для газоструйной резки материалов

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЗОСТРУЙНОЙ РЕЗКИ МАТЕРИАЛОВ, содержащее головку, в которой расположено сопло, газогенератор с камерой сгорания и форкамерой, тракт подвода горючего, выполненный с возможностью подачи последнего тангенциально относительно стенок газогенератора, тракт подвода окислителя, сообщенный посредством каналов с камерой сгорания и форкамерой, и воспламенитель, отличающееся тем, что диаметр камеры сгорания больше диаметра форкамеры, тракт подвода горючего сообщен с форкамерой, а последняя непосредственно - с камерой сгорания, при этом канал подвода окислителя в камеру сгорания выполнен в виде кольцевого коллектора с возможностью подачи из него окислителя в зону, прилегающую к внутренней стенке камеры сгорания.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что форсунки для подачи горючего равномерно расположены по окружности форкамеры.

3. Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что форкамера выполнена ступенчатой, а тракты подачи окислителя и горючего сообщены соответственно с частями форкамеры меньшего и большего диаметров.

4. Устройство по пп. 1 - 3, отличающееся тем, что тракт подачи горючего сообщен с форкамерой непосредственно за ступенью, разделяющей части форкамеры разного диаметра.

5. Устройство по пп. 1 - 4, отличающееся тем, что воспламенитель размещен в части форкамеры меньшего диаметра.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к газопламенной обработке материалов, а именно к конструкциям устройств для газоструйной резки материалов и твердых пород.

Известно устройство для газоструйной резки материалов, содержащее головку, в которой расположены сопло, газогенератор с камерой сгорания и форкамерой, тракт подвода горючего с возможностью подачи последнего тангенциально относительно стенок газогенератора, тракт подвода окислителя, сообщенный посредством каналов с камерой сгорания и форкамерой, и воспламенитель.

Недостаток известного устройства является низкая степень использования горючего в процессе сгорания, поскольку для обеспечения охлаждения стенок камеры сгорания и форкамеры все горючее подается непосредственно на стенки как форкамеры, так и камеры сгорания. Такая схема организации рабочего процесса требует значительного развития площади поверхности стенок камеры сгорания, так как в противном случае резко уменьшается количество сгоревшего горючего из-за уменьшения его испарившейся доли вследствие недостаточной площади испарения. Однако на практике в большинстве случае существует габаритные и массовые ограничения, что приводит к тому, что из-за необходимости поддержания требуемого теплового состояния стенок камеры сгорания и из-за недостаточной при этом эффективной площади испарения часть горючего не участвует в сгорании.

Целью изобретения является повышение полноты сгорания и уменьшение массы и габаритов устройства для газоструйной резки материалов.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для газоструйной резки материалов диаметр камеры сгорания больше диаметра форкамеры, тракт подвода горючего сообщен с форкамерой, а последняя непосредственно с камерой сгорания, при этом канал подвода окислителя в камеру сгорания выполнен в виде кольцевого коллектора с возможностью подачи из него окислителя в зону, прилегающую к внутренней стенке камеры сгорания.

Подача горючего может осуществлять через форсунки, которые могут быть расположены по окружности форкамеры, последняя может быть ступенчатой, тракты подачи окислителя и горючего могут быть сообщены соответственно с частями форкамеры соответственно меньшего и большего диаметров, тракт подачи горючего может быть сообщен с частью форкамеры большего диаметра непосредственно за ступенью, разделяющей части форкамеры с разными диаметрами, а в части меньшего диаметра может быть размещен воспламенитель.

На фиг. 1 представлено устройство для газоструйной резки материалов, продольный разрез; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1.

Устройство для газоструйной резки материалов содержит головку 1, в которой расположены сопло 2, газогенератор с камерой 3 сгорания и форкамерой 4, тракт 5 подвода горючего с возможностью подачи последнего тангенциально относительно стенок 6 газогенератора, тракт 7 подвода окислителя, сообщенный с каналом 8, выполненным в виде кольцевого коллектора подачи окислителя из него в зону 9, прилегающую к внутренней стенке 6 камеры 3 сгорания, и воспламенитель 10.

Камера сгорания 3 выполнена диаметром, большим диаметра форкамеры 4, тракт 5 подвода горючего сообщен с форкамерой 4, а последняя непосредственно с камерой сгорания. Форкамера 4 может быть выполнена ступенчатой, горючее может подаваться форсунками 11, которые в свою очередь могут быть расположены по окружности форкамеры, тракт 7 подачи окислителя может быть сообщен с частью 12 форкамеры 4 меньшего диаметра, а форсунки 11 горючего с частью 13 большего диаметра, в том числе и непосредственно за ступенью 14, разделяющей части 12 и 13 форкамеры, и в части 12 форкамеры 4 может быть расположен воспламенитель 10. На выходе канала 8 (кольцевого коллектора) может быть размещена кольцевая пористая вставка 15, а для подачи окислителя в форкамеру 4 может быть выполнен канал 18.

Устройство для газоструйной резки материалов работает следующим образом. Горючее из тракта 5 форсунками 11 подается тангенциально непосредственно на стенку 6 форкамеры 4, например, посредством ориентированных соответствующим образом форсунок 11. На стенке 6 в результате формируется жидкая пленка 16. При течении пленки вдоль стенки 6 форкамеры 4 часть горючего испаряется и попадает в центральную зону 17 форкамеры 4, а часть в жидком виде поступает непосредственно в камеру сгорания 3. Испарившаяся часть горючего в центральной зоне форкамеры смешивается с окислителем, подаваемым туда же из тракта 7 по каналу 18, и образовавшаяся при этом топливная смесь воспламеняется воспламенителем 10, в качестве которого может быть использовано, например, электрическая свеча. При горении в топливной смеси в форкамере 4 на выходе из нее (на входе в камеру сгорания 3) формируется поджигающий ("дежурный") факел.

При истечении в камеру сгорания 3 пленка 16 горючего распадается на отдельные капли (аналогично тому, как это имеет место при истечении из центробежной форсунки), которые перемешиваются с окислителем, подаваемым из канала 8, выполненного в виде кольцевого коллектора, в зону 9, прилегающую к стенке 6 камеры сгорания. Полученная смесь поджигается "дежурным" факелом и сгорает, продукты сгорания разгоняются в сопле 2 и подаются на резку. В зависимости от режимов резки сопло может быть выполнено как сверхзвуковым, так и дозвуковым. В силу того, что в камере сгорания 3 пленка 16 распадается на отдельные капли, эффективная площадь испарения горючего возрастает, что дает возможность резко увеличить массовую скорость его испарения и реализовать в ограниченных габаритах устройства необходимую полноту сгорания. Тангенциальная подача горючего обеспечивает закрутку пленки 16 и в силу этого ее распад на более мелкие капли, что предпочтительнее с точки зрения качества протекания подготовительных процессов испарения и смешения паров горючего с окислителем.

Предложенная схема подачи горючего в камеру сгорания 3 позволяет повысить эффективность смешения окислителя и горючего также и за счет взаимного расположения зон их подвода при истечении пленки 16 в свободное пространство основной камеры сгорания 3 (после схода пленки 16 со стенок 6 форкамеры 4) капли будут в силу наличия радиальной составляющей скорости отклоняться к стенкам 6 камеры сгорания, т.е. в зону 9, куда поступает окислитель. Такая схема организации рабочего процесса в камере сгорания без ущерба на качество протекания процессов испарения, смешения и сгорания позволяет обеспечить и надлежащее охлаждение головки 1 потоком окислителя. Расположение форсунок 11 равномерно по окружности форкамеры 4 дает возможность сформировать пленку 16 на стенке 6 с постоянной толщиной и получить в результате равномерное распределение капель горючего как по размерам, так и по сечению камеры сгорания 3, а размещение на выходе канала 8 кольцевой пористой вставки 15 улучшает распределение окислителя по окружности камеры сгорания и способствует улучшению качества протекания подготовительных к сгоранию процессов смешения окислителя и горючего.

Выполнение форкамеры 4 ступенчатой в виде двух частей 12 меньшего диаметра и 13 большего, и подачи горючего в часть большего диаметра непосредственно в формирующуюся за ступенью 14 застойную зону, а окислителя в часть меньшего диаметра позволяет исключить воздействие струи горючего на пленку 16 в процессе ее формирования и предотвратить возможные нарушения сплошности последней. Размещение воспламенителя 10 в части 12 форкамеры 4 меньшего диаметра и подача в нее окислителя позволяет вывести воспламенитель 10 из высокотемпературной зоны, исключить непосредственное воздействие на него продуктов сгорания, и обеспечить дополнительное охлаждение воспламенителя, что увеличивает срок его службы и повышает надежность работы.

Использование двухступенчатой схемы воспламенения (электрическая свеча "дежурный" факел) гарантирует надежное воспламенение и сжигание топливной смеси в широком диапазоне изменения расходов горючего и окислителя и их начальной температуры. Следует также отметить и то, что такая схема воспламенения практически нечувствительна и к физико-химическим свойствам горючего и окислителя, что позволяет использовать различные виды горючих (керосин, бензин, сжиженный газ и т.д.) и окислителей (воздух, кислород) без какой-либо перенастройки или переделки устройства.

Реализация изобретения позволяет получить высокоэффективное устройство для резки материалов, способное надежно работать на различных видах топливных композиций.