RU2292999C2 - Apparatus for gas-jet cutting of materials - Google Patents

Abstract

FIELD: apparatuses for manual and automatic division cutting of materials, possibly in building, machine engineering, metallurgy emergency and rescue works.

SUBSTANCE: apparatus includes combustion chamber 1 with nozzle 2 and ducts for supplying components of oxidizing agent and fuel to mixing head 3. Combustion chamber 1 has cross section in the form of elongated oval. Mixing head 3 has two mixing members 4 mounted in mixing head along long axis of oval symmetrically relative to axis of combustion chamber and each made in the form Gartman generator. Said generator includes housing 5 with nozzle 6 for feeding one component, rod 11 with duct 12 serving as sprayer for feeding other component and resonator 13 mounted coaxially on end of rod 11 in front of nozzle 6 of generator. Combustion chamber 1 is enclosed with cooling jacket 19 having ribs forming ducts for supplying cooling agent. Apparatus provides complete combustion of fuel directly in combustion chamber.

EFFECT: complete combustion of fuel in combustion chamber causing grown power of gas jet and increased number of types of broken materials.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для ручной и автоматизированной разделительной резки материалов и может найти применение в аварийно-спасательной технике, строительстве, машиностроении, металлургии и других отраслях промышленности.The invention relates to devices for manual and automated separation cutting of materials and can find application in rescue equipment, construction, engineering, metallurgy and other industries.

Известно устройство для газоструйной резки материалов [1], состоящее из камеры сгорания с соплом и каналами подачи компонентов окислителя и горючего и смесительной головкой и сообщенной с ней предкамерой, причем в канал, сообщающий камеру сгорания с предкамерой, выведены форсунки для подачи окислителя.A device for gas-jet cutting of materials [1] is known, consisting of a combustion chamber with a nozzle and feed channels for the components of the oxidizing agent and fuel and a mixing head and a prechamber communicated with it, and nozzles for supplying an oxidizer are brought into the channel communicating with the combustion chamber with the prechamber.

Камера сгорания и сопло имеют пленочное охлаждение горючим, что неизбежно приводит к значительным потерям горючего, кроме того, толщина разрезаемого материала ограничена длиной эффективного воздействия струи продуктов сгорания.The combustion chamber and the nozzle are film-cooled with fuel, which inevitably leads to significant losses of fuel, in addition, the thickness of the material being cut is limited by the length of the effective action of the jet of combustion products.

Задачей, решаемой с помощью изобретения, является увеличение полноты сгорания используемого топлива непосредственно в камере сгорания, ведущее к повышению энергии струи, к расширению области применения по видам разрушаемых материалов, их толщине, скорости резания.The problem solved by the invention is to increase the completeness of combustion of the fuel used directly in the combustion chamber, leading to an increase in jet energy, to expand the scope for types of destructible materials, their thickness, cutting speed.

Поставленная задача решается в устройстве для газоструйной резки материалов, состоящем из камеры сгорания с соплом и каналами подачи компонентов окислителя и горючего. Согласно изобретению камера сгорания выполнена с поперечным сечением в виде вытянутого овала, а устройство имеет смесительную головку с двумя смесительными элементами, установленными на смесительной головке по длинной оси овала симметрично относительно оси камеры сгорания. Каждый смесительный элемент выполнен в виде генератора Гартмана, состоящего из корпуса с соплом для подачи одного из компонентов, стержня с каналом для подачи другого компонента, выполняющим функции форсунки, и резонатора, закрепленного соосно на конце стержня напротив сопла генератора.The problem is solved in a device for gas-jet cutting of materials, consisting of a combustion chamber with a nozzle and feed channels for the components of the oxidizer and fuel. According to the invention, the combustion chamber is made with a cross section in the form of an elongated oval, and the device has a mixing head with two mixing elements mounted on the mixing head along the long axis of the oval symmetrically with respect to the axis of the combustion chamber. Each mixing element is made in the form of a Hartmann generator, consisting of a housing with a nozzle for supplying one of the components, a rod with a channel for supplying another component acting as a nozzle, and a resonator mounted coaxially at the end of the rod opposite the generator nozzle.

Камера сгорания устройства может быть заключена в рубашку охлаждения с ребрами, образующими каналы для подачи охладителя, в которую заключена камера сгорания.The combustion chamber of the device may be enclosed in a cooling jacket with ribs forming channels for supplying a cooler in which the combustion chamber is enclosed.

Предлагаемое устройство приведено на чертежах.The proposed device is shown in the drawings.

На фиг.1 показан продольный разрез устройства; на фиг.2 - поперечный разрез по А-А.Figure 1 shows a longitudinal section of a device; figure 2 is a cross section along aa.

Устройство состоит из камеры сгорания 1 с соплом 2, смесительной головки 3 со смесительными элементами 4, выполненными в виде генераторов Гартмана. Корпус 5 генератора закреплен на смесительной головке 3 выходной частью сопла 6. В крышке 7, закрепленной на корпусе 5, выполнены осевой 8 и, сообщенный с ним, радиальный 9 каналы.The device consists of a combustion chamber 1 with a nozzle 2, a mixing head 3 with mixing elements 4, made in the form of Hartmann generators. The generator housing 5 is fixed to the mixing head 3 by the outlet part of the nozzle 6. In the cover 7, mounted on the housing 5, there are made axial 8 and, radially connected with it, 9 channels.

К радиальному каналу присоединен трубопровод 10 подачи одного из компонентов, а к осевому - стержень 11 с каналом 12, выполняющим роль струйной форсунки. На конце стержня 11 соосно и напротив сопла 6 закреплен резонатор 13. Между фланцем 14 и крышкой 7 образован коллектор 15, сообщенный, с одной стороны, с трубопроводом 16 для подачи второго компонента, а с другой стороны - каналами 17 с кольцевой полостью 18 в корпусе 5. Камера сгорания 1 с соплом 2 заключена в кожух рубашки охлаждения 19, имеющий форму плоского параллелепипеда. Со стороны смесительной головки 3 к полости рубашки охлаждения подсоединены трубопроводы 20 для подачи и отвода теплоносителя. Между кожухом 19 и камерой сгорания 1 установлены спиральные перегородки 21 для организации упорядоченного движения теплоносителя.A pipe 10 for supplying one of the components is connected to the radial channel, and a rod 11 with a channel 12 acting as a jet nozzle is connected to the axial channel. A resonator 13 is mounted coaxially and opposite the nozzle 6 at the end of the rod 11. A collector 15 is formed between the flange 14 and the cover 7, which is connected, on the one hand, with a pipe 16 for supplying the second component, and on the other hand, with channels 17 with an annular cavity 18 in the housing 5. The combustion chamber 1 with the nozzle 2 is enclosed in a casing of a cooling jacket 19 having the shape of a flat parallelepiped. On the side of the mixing head 3, pipes 20 are connected to the cavity of the cooling jacket for supplying and discharging the coolant. Between the casing 19 and the combustion chamber 1, spiral baffles 21 are installed to organize the ordered movement of the coolant.

Устройство для газоструйной резки материалов работает следующим образом.A device for gas-jet cutting of materials works as follows.

Сначала включают подачу теплоносителя (воды) через один из трубопроводов 20 в рубашку охлаждения 19 камеры сгорания 1. Движение воды вокруг камеры сгорания приобретает направленный характер за счет ребер 21. Через другой трубопровод 20 воду отводят для охлаждения в емкость или теплообменник.First, the coolant (water) is supplied through one of the pipelines 20 to the cooling jacket 19 of the combustion chamber 1. The movement of water around the combustion chamber becomes directed due to the ribs 21. Through another pipe 20, water is diverted for cooling to a tank or heat exchanger.

Метан (природный газ) подают по трубопроводу 10, радиальным каналам 9 и осевым каналам 8 и 12 в камеру сгорания 1, откуда он истекает через сопло 2 в атмосферу. Метан поджигают внешним источником огня, и он горит в кислороде воздуха. Затем открывают подачу кислорода, который по трубопроводам 16, через коллекторы 15, каналы 17, кольцевые полости 18, заканчивающиеся соплами 6, поступает в полости резонаторов 13, в результате чего возникают интенсивные колебания давления ультразвуковой частоты. Ультразвуковые волны способствуют активному перемешиванию метана с кислородом, а овальная форма камеры сгорания 1 в поперечном сечении способствует концентрации акустических колебаний в плоскости, на которой лежат оси каналов 12, что приводит к активному разрушению струи метана и перемешиванию его с кислородом и способствует эффективному внутрикамерному горению. Овальное сечение камеры сгорания и заданное положение резонаторов 13 позволяет большую часть акустической энергии сфокусировать в районе осей каналов 12 и организовать такое газодинамическое течение рабочих тел, которое активизирует процесс перемешивания и внутрикамерного горения. При подаче кислорода процесс горения черев сопло 2 проникает в камеру сгорания 1.Methane (natural gas) is supplied via pipeline 10, radial channels 9 and axial channels 8 and 12 to the combustion chamber 1, from where it flows through the nozzle 2 into the atmosphere. Methane is ignited by an external source of fire, and it burns in the oxygen of the air. Then, the oxygen supply is opened, which through pipelines 16, through the collectors 15, channels 17, annular cavities 18 ending with nozzles 6, enters the cavities of the resonators 13, as a result of which intense fluctuations in the pressure of the ultrasonic frequency occur. Ultrasonic waves contribute to the active mixing of methane with oxygen, and the oval shape of the combustion chamber 1 in cross section promotes the concentration of acoustic vibrations in the plane on which the axes of the channels 12 lie, which leads to the active destruction of the methane stream and its mixing with oxygen and contributes to effective intracameral combustion. The oval cross section of the combustion chamber and the preset position of the resonators 13 allows you to focus most of the acoustic energy in the region of the axes of the channels 12 and organize such a gas-dynamic flow of working fluids that activates the mixing process and intracameral combustion. When oxygen is supplied, the combustion process through the nozzle 2 penetrates into the combustion chamber 1.

Акустическая обработка смеси кислорода и метана повышает полноту сгорания при внутрикамерном горении и температура продуктов сгорания, истекающих из сопла 2, достигает 2800°С при сверхзвуковой скорости струи (более 2500 м/с).Acoustic treatment of a mixture of oxygen and methane increases the completeness of combustion during intracameral combustion and the temperature of the products of combustion flowing out from nozzle 2 reaches 2800 ° C at a supersonic jet velocity (more than 2500 m / s).

Высокотемпературная и высокоскоростная струя продуктов сгорания оплавляет и выносит разрушаемый материал. За счет высокой интенсивности подвода тепла к разрушаемому материалу резке предлагаемым устройством подвергаются такие теплопроводные материалы, как медь и алюминий, а также жаропрочные материалы: все виды сталей, чугуна, бетон и железобетон, керамические материалы и т.д.High-temperature and high-speed jet of products of combustion melts and removes destructible material. Due to the high intensity of heat supply to the material to be destroyed, the proposed device is subjected to heat-conducting materials such as copper and aluminum, as well as heat-resistant materials: all types of steel, cast iron, concrete and reinforced concrete, ceramic materials, etc.

Основными преимуществами устройства для газоструйной резки материалов являются:The main advantages of the device for gas-jet cutting of materials are:

- высокая полнота внутрикамерного сгорания, обеспечивающая температуру продуктов сгорания близкую к теоретически возможной и истечение продуктов сгорания со сверхзвуковой скоростью;- high completeness of intracameral combustion, providing the temperature of the combustion products close to theoretically possible and the expiration of the combustion products with supersonic speed;

- ограниченная только длиной трубопроводов подачи глубина резания, т.к. плоская камера сгорания (режущая головка с кожухом охлаждения) свободно проникает в разрушаемый материал.- the cutting depth limited only by the length of the supply pipelines, as a flat combustion chamber (cutting head with a cooling jacket) penetrates freely into destructible material.

Источники информацииInformation sources

1. А.с. №947573, МКИ3 F 23 D 13/32, "Устройство для газоструйной резки материалов".1. A.S. No. 947573, MKI3 F 23 D 13/32, "Device for gas-jet cutting of materials".

Claims (2)

1. Устройство для газоструйной резки материалов, содержащее камеру сгорания с соплом и каналами для подачи компонентов окислителя и горючего, отличающееся тем, что камера сгорания выполнена с поперечным сечением в виде вытянутого овала, а устройство имеет смесительную головку с двумя смесительными элементами, установленными на смесительной головке по длинной оси овала симметрично относительно оси камеры сгорания и выполненными каждый в виде генератора Гартмана, состоящего из корпуса с соплом для подачи одного из компонентов, стержня с каналом для подачи другого компонента, выполняющим функции форсунки, и резонатора, закрепленного соосно на конце стержня напротив сопла генератора.1. A device for gas-jet cutting of materials containing a combustion chamber with a nozzle and channels for supplying components of an oxidizing agent and fuel, characterized in that the combustion chamber is made with a cross section in the form of an elongated oval, and the device has a mixing head with two mixing elements mounted on the mixing the head along the long axis of the oval symmetrically relative to the axis of the combustion chamber and each made in the form of a Hartmann generator, consisting of a housing with a nozzle for supplying one of the components, a rod with a channel for supplying another component acting as a nozzle and a resonator fixed coaxially at the end of the rod opposite the nozzle of the generator. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно снабжено рубашкой охлаждения с ребрами, образующими каналы для подачи охладителя, в которую заключена камера сгорания.2. The device according to claim 1, characterized in that it is equipped with a cooling jacket with ribs forming channels for supplying a cooler in which the combustion chamber is enclosed.

Images