способ сжигания горючей смеси и горелка для его реализации

Формула изобретения

1. Способ сжигания горючей смеси, заключающийся в том, что в зону горения подводят под давлением с возможностью регулирования подачи через три канала горючую смесь и для усиления процесса горения в ядро факела подают активную среду, отличающийся тем, что в зону горения горючую смесь подают через концентричные сформированный узкий и окружающий его кольцевой расширяющийся каналы, активную среду подают в факел по третьему, концентричному с двумя первыми каналами, частично охватывающему снаружи и сверху зону горения, куда посредством инжекции также дополнительно поступает воздух, при этом в качестве горючей смеси применяют бензовоздушную смесь, в качестве активной среды используют восстановительную среду - воздух.

2. Горелка для сжигания горючей смеси, содержащая головку с соплом и корпус с отдельными каналами для подачи к соплу горючей смеси и активной среды, при этом все каналы имеют регуляторы расхода газовых сред, а входы каналов в головку расположены под прямым углом к оси сопла, отличающаяся тем, что в корпусе канал для подачи горючей смеси разделен на два, один из которых соединен в головке с установленным в ней формирователем узкого факела, выполненным в виде трубчатой иглы, а второй канал соединен с соплом, выполненным концентрично с формирователем и имеющим трубчатую, ступенчато расширяющуюся к зоне горения форму, охватывая формирователь снаружи, в месте второго расширения сопла в отверстии трубы установлен рассекатель пламени в виде решетки, третий канал, выполненный также концентричным с двумя первыми каналами, служит для подачи активной среды к ядру факела и имеет продолжение в головке сопла в виде кольцевого отверстия, образованного между наружной поверхностью стенки сопла и внутренней поверхностью стенки корпуса, на которой выполнены продольные пазы, при этом длина стенки корпуса больше длины сопла, а на нижней части стенки корпуса закреплена цилиндрическая обечайка, на внутренней поверхности которой выполнены продольные пазы, образующая кольцевой зазор с наружной поверхностью стенки корпуса, служащий дополнительным каналом для обеспечения доступа воздуха к ядру факела пламени горелки.

Описание изобретения к патенту

Группа изобретений относится к области энергетики, в частности к средствам газопламенной обработки металлов, и может использоваться для плавления, пайки и подогрева металлов, в частности в ювелирной промышленности.

Известна газовая горелка, описанная в RU № 2069816, МПК F23D 14/38, опубл. 27.11.1996 [1].

Известная горелка [1] содержит рукоятку с вентилями горючего газа и кислорода с выполненными каналами горючего газа и кислорода, соединенными со смесителем и инжектором, установленными в наконечнике с головкой и мундштуками, при этом вентили горючего газа и кислорода смонтированы в герметично установленных в рукоятке корпусах, своими каналами соединенными с каналами горючего газа и кислорода, канал горючего газа выполнен в виде последовательно соединенных цилиндрического отверстия, выточки, охватывающей корпус вентиля кислорода, двух групп отверстий, расположенных вокруг установленного в рукоятке сопла, контактирующего с корпусом вентиля кислорода и инжектором, и газовой камеры, расположенной вокруг смесителя и соединенной с ним, а канал кислорода выполнен в виде соединенных между собой и с отверстием инжектора цилиндрических отверстий рукоятки, радиальных и осевого отверстия корпуса вентиля кислорода и осевого сопла.

Недостатком известной горелки является то, что она дает окислительное пламя, которое не может использоваться для ювелирных работ.

Известна горелка, описанная в RU № 2064631, МПК F23D 14/38, опубл. 27.07.1996 [2].

Известная горелка [2] содержит головку, в которой размещены сопло основного потока горючей смеси и выход вспомогательного потока запально-подогревающего пламени из той же смеси, а также подвод горючей смеси от источника, который выполнен с возможностью раздельного регулирования ее поступления к соплу основного потока и выходу вспомогательного потока запально-подогревающего пламени индивидуальными регуляторами потока.

Недостаток известной горелки также заключается в том, что она дает окислительное пламя, которое не может использоваться для ювелирных работ.

Известна газовая горелка для бензовоздушной смеси, представленная в книге Хряпина В.Е. Справочник паяльщика. М., Машиностроение, 1981 г., с.190, рис.40е [3], - имеющая два канала для подачи воздуха и бензовоздушной смеси.

Известная горелка не позволяет получить высокотемпературное пламя.

Известен способ сжигания горючей смеси и горелка для его реализации, представленные в RU № 2318160, МПК F23D 14/38, опубл. 27.02.2008 [4], выбранный в качестве прототипа.

Известный способ заключается в интенсификации горения смеси путем подвода в зону горения дополнительного потока активной окислительной среды, состоящей из смеси кислорода и озона в концентрации 5-10% и пропускания сверху в ядро пламени зоны горения, по меньшей мере, одного дополнительного потока озона через каналы, соединяющиеся между собой в зоне пламени.

Известная горелка имеет головку с тремя отдельными каналами для подачи компонентов горючей смеси, один из которых служит для подачи газа к соплу, два из них - канал подачи кислорода и канал подачи озона - образуют второй общий канал для подвода смеси к соплу и имеют регуляторы расхода до образования общего канала, третий вспомогательный канал предназначен для дополнительной подачи озона к соплу и также имеет регулятор расхода. В головке имеется сужающееся к зоне горения сопло, к отверстию которого подходят все каналы.

Недостатком [4] является то, что активной средой служит окислительная среда, которую не всегда можно использовать для пайки или плавления, например, ювелирных изделий.

Техническим результатом от использования заявленной группы изобретений является обеспечение достаточно высокой температуры пламени при исключении возможности окисления металлов в месте пайки и плавки. Указанный технический результат достигается тем, что:

- в способе сжигания горючей смеси, заключающемся в том, что в зону горения подводят под давлением с возможностью регулирования подачи через три канала горючую смесь и активную среду, и для усиления процесса горения в ядро факела подают активную среду, согласно изобретению в зону горения горючую смесь подают через концентричные сформированные узкий и окружающий его кольцевой расширяющийся каналы, активную среду подают в факел по третьему, концентричному с двумя первыми каналами, частично охватывающему снаружи и сверху зону горения, куда посредством инжекции также дополнительно поступает воздух, при этом в качестве горючей смеси применяют бензовоздушную смесь, в качестве активной среды используют восстановительную среду - воздух;

- в горелке для сжигания горючей смеси, содержащей головку с соплом и корпус с отдельными каналами для подачи к соплу горючей смеси и активной среды, при этом все каналы имеют регуляторы расхода газовых сред, а входы каналов в головку расположены под прямым углом к оси сопла, согласно изобретению в корпусе канал для подачи горючей смеси разделен на два, один из которых соединен в головке с установленным в ней формирователем узкого факела, выполненным в виде трубчатой иглы, а второй канал соединен с соплом, выполненным концентрично с формирователем и имеющим трубчатую, ступенчато расширяющуюся к зоне горения форму, охватывая формирователь снаружи, в месте второго расширения сопла в отверстии трубы установлен рассекатель пламени в виде решетки, третий канал, выполнен также концентричным с двумя первыми каналами, служит для подачи активной среды к ядру факела и имеет продолжение в головке сопла в виде кольцевого отверстия, образованного между наружной поверхностью стенки сопла и внутренней поверхностью стенки корпуса, на которой выполнены продольные пазы, при этом длина стенки корпуса больше длины сопла, а на нижней части стенки корпуса закреплена цилиндрическая обечайка, на внутренней поверхности которой выполнены продольные пазы, образующая кольцевой зазор с наружной поверхностью стенки корпуса, служащий дополнительным каналом для обеспечения доступа воздуха к середине факела пламени горелки.

Использование в способе в качестве горючей среды бензовоздушной смеси, а в качестве активной среды - воздуха при подаче в зону горения горючей смеси по узкому каналу, формирующему узкий факел пламени, и подачи в эту же зону дополнительно к узкому пламени охватывающего его концентрично снаружи потока горючей среды обеспечивает более мощное совокупное подогревающее пламя, что в совокупности с дополнительной концентричной подачей, осуществляемой ниже в ядро факела активной смеси в виде воздуха, содержащего 18-20% кислорода, и пассивной подачей в эту же зону дополнительного количества воздуха дает возможность получить направленное восстановительное высокотемпературное пламя с необходимой при плавлении драгоценных металлов температурой порядка 1600-1800°С, позволяющей плавить до 1 кг золота и серебра, а также сплава белого золота на основе палладия. Создаваемая концентричная форма длинного высокотемпературного пламени позволяет охватить зону плавления или пайки с выгоранием в ней кислорода и исключением окисления металла в месте пайки или плавления.

В горелке разделение канала для подачи горючей смеси на два, один из которых соединен в головке с установленным в ней формирователем узкого факела, выполненным в виде трубчатой иглы, а второй канал соединен с соплом, выполненным концентрично с формирователем примерно одной длины с ним и имеющим трубчатую, ступенчато расширяющуюся к зоне горения форму, охватывающим формирователь снаружи, в совокупности с выполнением третьего канала для подачи активной среды к ядру факела также концентричным с двумя первыми каналами и расположенным ниже их, образованным кольцевым отверстием между наружной поверхностью стенки сопла и внутренней поверхностью стенки корпуса, на которой выполнены продольные пазы, и наличием канала пассивной подачи воздуха, образованным цилиндрической обечайкой и стенкой корпуса, при длине стенки корпуса больше длины сопла обеспечивает выгорание кислорода в зоне горения и создает такую форму пламени, которая исключает окисление металлов в месте пайки или плавки, что и обеспечивает достижение заданного результата.

Заявляемый способ обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками, как подача в зону горения горючей смеси через концентричные внутренний узкий и охватывающий его по окружности расширяющийся каналы, а в ядро факела пламени - через концентричный с первыми каналами, но расположенный ниже их кольцевой канал, принудительная подача дополнительно активной среды при дополнительном пассивном поступлении воздуха в эту же зону, использование в качестве горючей среды бензовоздушной смеси, а в качестве активной среды - воздуха, являющегося восстановительной средой, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.

Заявляемая горелка обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него наличием таких существенных признаков, как разделение в корпусе канала для подачи горючей смеси на два, один из которых соединен в головке с установленным в ней формирователем узкого факела, выполненным в виде трубчатой иглы, соединение второго канала с соплом, выполненным концентрично с формирователем и имеющим трубчатую, ступенчато расширяющуюся к зоне горения форму, охватывая формирователь снаружи, в месте второго расширения сопла в отверстии трубы, наличие рассекателя пламени в виде решетки, выполнение трубчатого формирователя узкого пламени и сопла примерно одинаковой длины, выполнение третьего, концентричного с двумя первыми каналами, но расположенного ниже их канала для подачи активной среды к ядру факела в виде кольцевого отверстия между наружной поверхностью стенки сопла и внутренней поверхностью стенки корпуса, на которой выполнены продольные пазы, при длине стенки корпуса больше длины сопла, и наличие дополнительного канала для пассивной подачи воздуха, образованного цилиндрической обечайкой на нижней части стенки корпуса и самой стенкой корпуса, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.

Из уровня техники неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими в совокупности достижение указанного результата, поэтому заявляемые технические решения соответствуют условию «изобретательский уровень».

Заявляемые технические решения могут найти широкое применение в ювелирной промышленности, а потому соответствуют условию «промышленная применимость».

Способ сжигания горючей смеси заключается в следующем.

В зону горения горючую смесь подают под давлением через концентрические сформированный узкий и окружающий его кольцевой расширяющийся каналы, имеющие примерно одинаковую длину. Дополнительно активную среду подают также под давлением в ядро узкого факела по третьему узкому кольцевому каналу, также концентричному с первыми двумя, но расположенному ниже их. Кроме того, в эту же зону имеется пассивный (без помощи насоса) доступ воздуха. При этом в качестве горючей смеси используют бензовоздушную смесь, в качестве активной среды используют восстановительную среду - воздух.

На чертеже изображена горелка для реализации заявленного способа сжигания горючей смеси.

Горелка для сжигания горючей смеси содержит головку 1 с корпусом 2, в котором размещены концентрично трубчатый формирователь-игла 3 и сопло 4. Имеются каналы для подачи горючей смеси и активной среды. Один из каналов разделен на каналы 5 и 6 для подачи горючей смеси соответственно в трубчатый формирователь 3 узкого факела и сопло 4. Канал 7 служит для подачи активной среды - воздуха, и выполнен головке 1 в виде кольцевого отверстия 8 между наружной поверхностью стенки сопла 4 и внутренней поверхностью стенки корпуса 2, на которой выполнены продольные пазы 9. Длины сопла 4 и трубчатого формирователя 3 примерно одинаковы, а длина корпуса 2 превышает их длину.

Все каналы 5-7 имеют соответственно регуляторы 10-12 расхода газовых сред. Входы каналов 5-7 в головку 1 расположены под прямым углом к оси сопла 4. Сопло 4 имеет трубчатую форму и выполнено со ступенчатым расширением его к концу. В месте второго расширения сопла 4 в отверстии установлен рассекатель 13 пламени в виде решетки и формирователь 3 факела в виде узкой трубки, немного не доходящей до краев сопла 4. Наличие рассекателя 13 пламени исключает так называемый «обратный удар» - попадание пламени в каналы 5-7 горелки. К нижней части стенки корпуса 2 прикреплена цилиндрическая обечайка 14 с внутренними продольными пазами, образующая с наружной поверхностью стенки нижней части корпуса 2 кольцевой зазор 15, служащий дополнительным каналом для пассивного поступления воздуха к ядру факела пламени.

Заявляемый способ осуществляется с помощью заявляемой горелки следующим образом. Драгоценный металл, подлежащий плавлению, помещают в тигель (на чертеже не показан). Горелку держат над тиглем.

При закрытом регуляторе 12 открывают регуляторы 10 и 11 в каналах 5, 6 подачи бензовоздушной смеси. Подача смеси осуществляется под давлением с помощью насоса (на чертеже не показан). Бензовоздушная смесь по каналам 5 и 6 начинает поступать через формирователь 3 и сопло 4 к выходу, где ее поджигают от открытого пламени постороннего источника. В течение 2-3 минут происходит разогрев горелки. Регуляторами 10 и 11 настраивают подачу бензовоздушной смеси в основном канале 5 и канале 6, обеспечивая подачу бензовоздушной смеси в зону горения. До расплавления металла регулятор 12 дополнительного канала 7 остается закрытым, но воздух через зазор 15 имеет доступ к ядру факела пламени, поддерживая интенсивное горение смеси.

При приближении готовности расплава, о которой судят по зеркалу металла, для повышения в этот момент температуры пламени факела открывают регулятор 12 канала 7, и воздух дополнительно под давлением начинает поступать через канал 7 и его продолжение 8 в головке 1 горелки в ядро факела пламени за счет большей в сравнении с длинами сопла 4 и формирователя 3 длины канала 8, увеличивая интенсивность сгорания и температуру, необходимую для плавления. При этом происходит выгорание кислорода в зоне горения и создается такая форма пламени, которая охватывает весь тигель и исключает окисление металлов в месте пайки или плавки, что и обеспечивает достижение заданного результата.