RU2109214C1

RU2109214C1 - Head of heat torch

Info

Publication number: RU2109214C1
Application number: RU95118971A
Authority: RU
Inventors: В.И. Новиков; В.И. Лапицкий; С.С. Куршин; В.И. Томак
Original assignee: Научно-исследовательский институт энергетического машиностроения МГТУ им.Н.Э.Баумана
Priority date: 1995-11-08
Filing date: 1995-11-08
Publication date: 1998-04-20

Abstract

FIELD: means for heat action on material during wood working. SUBSTANCE: head of heat torch has internal cutting nozzle installed in external one, its outlet part is conical. Cutting oxygen is fed into central conduit of cutting nozzle, fuel and heating oxygen are supplied into clearance between nozzles. Mixing and heating of oxygen and fuel occurs thanks to ejection. Porous insert improves this process. EFFECT: increased functional capabilities of head. 3 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к средствам термического воздействия и может использоваться для создания резаков для, например, деревообрабатывающей промышленности и т.п. The invention relates to thermal means and can be used to create cutters for, for example, the woodworking industry, etc.

Известна головка терморезака, содержащая наружный мундштук, внутренняя поверхность выходного участка которого выполнена в виде усеченного конуса с меньшим основанием на выходе и расположенный в нем с выходным осевым и радиальным зазорами, последний из которых подключен к узлам подвода горючего и греющего кислорода, внутренний мундштук с продольным каналом, подключенным к узлу подвода греющего кислорода, состоящий из последовательно расположенных цилиндрического и выходного конического участков, последний из которых выполнен с продольными выступами высотой, равной величине радиального зазора /1/. A known thermal cutter head containing an outer mouthpiece, the inner surface of the output section of which is made in the form of a truncated cone with a smaller base at the outlet and located in it with the output axial and radial clearances, the last of which is connected to the nodes for supplying combustible and heating oxygen, the inner mouthpiece with a longitudinal a channel connected to a heating oxygen supply unit, consisting of sequentially arranged cylindrical and outlet conical sections, the last of which is made with food full projections with a height equal to the value of the radial clearance / 1 /.

Недостатком данной конструкции является низкая эффективность и недостаточные эксплуатационные параметры. The disadvantage of this design is low efficiency and insufficient operational parameters.

Известна головка терморезака /2/, содержащая наружный мундштук, внутренняя поверхность выходного участка которого выполнена в виде усеченного конуса с меньшим основанием на выходе и расположенный в нем с выходным осевым и радиальным зазорами, последний из которых подключен к узлам подвода горючего и греющего кислорода, внутренний мундштук с продольным каналом, подключенным к узлу подвода режущего кислорода, состоящий из последовательно расположенных цилиндрического и выходного конического участков, последний из которых выполнен с продольными выступами высотой, равной величине радиального зазора, торцевым выступом на входе, содержащая пористый элемент в виде цилиндрической втулки, расположенный в кольцевом зазоре перед коническим участком внутреннего мундштука, часть цилиндрического участка которого в зоне перед пористым элементом выполнена с ребрами высотой, равной высоте радиального зазора, а на внутренней боковой поверхности наружного мундштука в зоне ребер расположены канавки. Данное изобретение принято за прототип. A known thermal cutter head / 2 / containing an external mouthpiece, the inner surface of the output section of which is made in the form of a truncated cone with a smaller base at the output and located in it with the output axial and radial gaps, the last of which is connected to the nodes for supplying fuel and heating oxygen, is internal mouthpiece with a longitudinal channel connected to the cutting oxygen supply assembly, consisting of sequentially arranged cylindrical and outlet conical sections, the last of which is made with longitudinal projections with a height equal to the radial clearance, an end protrusion at the inlet, containing a porous element in the form of a cylindrical sleeve located in the annular gap in front of the conical section of the inner mouthpiece, a portion of the cylindrical section of which in the zone in front of the porous element is made with ribs of a height equal to the height of the radial clearance and grooves are located on the inner side surface of the outer mouthpiece in the area of the ribs. This invention is taken as a prototype.

Недостатками указанной головки являются следующие:
1. наличие пористого элемента, расположенного перед коническим участком внутреннего мундштука, увеличивает гидравлическое сопротивление тракта подачи смеси горючего и греющего кислорода, что требует повышенного давления подачи горючего;
2. при работе резака от разрезаемого материала в конструкцию головки поступают высокие тепловые потоки. С одной стороны это требует защитных мер, с другой стороны - не используется тепловая энергия, поступающая в конструкцию головки для повышения эффективности работы инструмента.The disadvantages of this head are the following:
1. the presence of a porous element located in front of the conical section of the inner mouthpiece increases the hydraulic resistance of the supply path of the mixture of fuel and heating oxygen, which requires an increased pressure of the fuel supply;
2. When the torch is working from the material being cut, high heat fluxes enter the head structure. On the one hand, this requires protective measures, on the other hand, the thermal energy entering the head construction is not used to increase the efficiency of the tool.

Задачей изобретения является снижение давления подачи горючего и повышение надежности и эффективности работы терморезака. The objective of the invention is to reduce the pressure of the fuel supply and increase the reliability and efficiency of the thermal cutter.

Данная задача решается тем, что в известной головке, содержащей наружный мундштук, внутренняя поверхность выходного участка которого выполнена в виде усеченного конуса с меньшим основанием на выходе и расположенный в нем с выходным осевым и радиальным зазорами, последний из которых подключен к узлу подвода греющего кислорода, внутренний мундштук с продольным каналом, подключенным к узлу подвода греющего кислорода, состоящий из последовательно расположенных цилиндрического участка, выходная часть которого выполнена с продольными ребрами с высотой, равной величине радиального зазора и выходного конического участка с торцевым выступом на входе и с продольными ребрами высотой, равной величине радиального зазора. Эти ребра расположены таким образом, что их поверхности находятся в одних плоскостях с боковыми поверхностями ребер на цилиндрическом участке, а в зоне ребер на цилиндрическом участке внутреннего мундштука установлена без зазоров с их наружной поверхностью и с поверхностью торцевого выступа конического участка цилиндрическая втулка, на переднем торце которой в зоне максимального диаметра торцевого выступа выполнена кольцевая канавка, подключенная к узлу подвода горючего, на установленной на цилиндрическом участке внутреннего мундштука втулке, на диаметре, превышающем диаметр торцевого выступа конического участка внутреннего мундштука на ее передней торцевой поверхности может быть выполнен цилиндрический выступ, а на наружном мундштуке в зоне этого выступа - цилиндрическая кольцевая канавка, образующая с выступом на втулке осевой зазор, подключенный к узлу подвода горючего, и радиальный зазор, подключенный к кольцевой канавке, выполненный на втулке в зоне максимального диаметра торцевого выступа конического участка внутреннего мундштука, а на части наружной поверхности продольных ребер конического участка внутреннего мундштука в зоне их выходного сечения может быть выполнена кольцевая канавка глубиной, не превышающей высоту ребер, в одном из зазоров, образованных торцевым выступом цилиндрической втулки и канавкой на наружном мундштуке, может быть установлен горючий элемент, прилегающий своими поверхностями к соответствующим поверхностям втулки и наружного мундштука. This problem is solved in that in a known head containing an outer mouthpiece, the inner surface of the outlet portion of which is made in the form of a truncated cone with a smaller base at the outlet and located in it with axial and radial clearance gaps, the last of which is connected to the heating oxygen supply unit, inner mouthpiece with a longitudinal channel connected to the heating oxygen supply unit, consisting of a cylindrical section located in series, the outlet part of which is made with longitudinal ribs with a height equal to the value of the radial clearance and the exit conical section with an end protrusion at the inlet and with longitudinal ribs a height equal to the value of the radial clearance. These ribs are located in such a way that their surfaces are in the same planes with the side surfaces of the ribs in the cylindrical section, and in the area of the ribs in the cylindrical section of the inner mouthpiece, a cylindrical sleeve is installed without gaps with their outer surface and with the surface of the end protrusion of the conical section, at the front end which in the zone of the maximum diameter of the end protrusion is made an annular groove connected to the fuel supply unit, installed on a cylindrical section of the inner mouth pointing to the sleeve, at a diameter greater than the diameter of the end protrusion of the conical section of the inner mouthpiece, a cylindrical protrusion can be made on its front end surface, and a cylindrical annular groove forming an axial clearance connected to the supply unit with the protrusion on the sleeve on the outer mouthpiece fuel, and a radial clearance connected to the annular groove made on the sleeve in the area of the maximum diameter of the end protrusion of the conical section of the inner mouthpiece, and on the part of the outer The longitudinal grooves of the longitudinal ribs of the conical section of the inner mouthpiece in the area of their outlet cross-section can be formed by an annular groove with a depth not exceeding the height of the ribs. In one of the gaps formed by the end protrusion of the cylindrical sleeve and the groove on the outer mouthpiece, a combustible element can be installed adjacent to its surfaces to corresponding surfaces of the sleeve and the outer mouthpiece.

Поиск, проведенный по патентной и технической литературе показал, что заявленное соответствует всем условиям патентоспособности. A search conducted in patent and technical literature showed that the claimed meets all patentability conditions.

На фиг. 1 представлен продольный разрез головки терморезака; на фиг. 2 - продольный разрез выходной части конструкции головки с осевыми и радиальными зазорами; на фиг. 3, 4 - варианты размещения пористого элемента; на фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 6 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 7 - разрез В-В на фиг. 2. In FIG. 1 shows a longitudinal section of a thermorezac head; in FIG. 2 is a longitudinal section of the output part of the head structure with axial and radial clearances; in FIG. 3, 4 - placement options of the porous element; in FIG. 5 is a section AA in FIG. one; in FIG. 6 is a section BB in FIG. one; in FIG. 7 is a section BB of FIG. 2.

Головка терморезака содержит наружный мундштук 1, в котором расположен с кольцевым радиальным зазором 3 внутренний мундштук 2 с продольным каналом 4, подключенным к узлу подвода режущего кислорода 5, узел 6 подвода к зазору 3 греющего кислорода. Выходное сечение 14 наружного мундштука 1 выступает за пределы выходного сечения 13 внутреннего мундштука 2, образуя осевой зазор, на наружной поверхности 16 цилиндрического участка внутреннего мундштука 2 выполнены продольные ребра 10 высотой, равной величине радиального зазора между внутренней поверхностью втулки 11 и наружной поверхностью цилиндрического участка внутреннего мундштука 16, конический участок внутреннего мундштука 2 выполнен с торцевым выступом 9 на входе, на наружной поверхности 16 конического участка внутреннего мундштука 2 выполнены продольные ребра 8 на высоту, равную величине радиального зазора между наружной поверхностью 16 и внутренней поверхностью конического участка 15 наружного мундштука 1, причем боковые продольные поверхности этих ребер находятся в одинаковых плоскостях с боковыми поверхностями соответствующих ребер на цилиндрическом участке внутреннего мундштука 2. На цилиндрическом участке внутреннего мундштука 2 в зоне ребер установлена без зазоров с наружной поверхностью ребер 10 и поверхностью торцевого выступа 9 цилиндрическая втулка 11, имеющая со стороны выходного торца и наружной поверхности кольцевую канавку 12, соединенную с узлом подвода горючего 7 и обеспечивающую поступление горючего в полости между ребрами конического участка внутреннего мундштука. The head of the thermal cutter contains an outer mouthpiece 1, in which an inner mouthpiece 2 with a longitudinal channel 4 connected to the cutting oxygen supply unit 5, the supply unit 6 to the heating oxygen gap 3 is located with an annular radial clearance 3. The output section 14 of the outer mouthpiece 1 extends beyond the output section 13 of the inner mouthpiece 2, forming an axial clearance, longitudinal ribs 10 are made on the outer surface 16 of the cylindrical portion of the inner mouthpiece 2 with a height equal to the radial clearance between the inner surface of the sleeve 11 and the outer surface of the cylindrical portion of the inner the mouthpiece 16, the conical section of the inner mouthpiece 2 is made with an end protrusion 9 at the entrance, on the outer surface 16 of the conical section of the inner mouthpiece 2, longitudinal ribs 8 are made to a height equal to the radial clearance between the outer surface 16 and the inner surface of the conical section 15 of the outer mouthpiece 1, and the lateral longitudinal surfaces of these ribs are in the same planes with the side surfaces of the corresponding ribs on the cylindrical section of the inner mouthpiece 2. On the cylindrical a portion of the inner mouthpiece 2 in the area of the ribs is installed without gaps with the outer surface of the ribs 10 and the surface of the end protrusion 9 of the cylindrical sleeve 11, and eyuschaya from the output end and the outer surface of the annular groove 12 connected with the fuel supply unit 7 and providing a flow of fuel in the cavity between the inner edges of the tapered section of the mouthpiece.

Втулка 11 выполнена с цилиндрическим кольцевым выступом 17, а наружный мундштук - с кольцевой канавкой, образующей с выступом 17 осевые 18 и радиальные 19 зазоры, соединенный с узлом подвода горючего 7. На выходном участке внутреннего мундштука на наружной поверхности ребер выполнена кольцевая канавка 20. На фиг. 3 представлен вариант размещения пористого элемента 21 в осевом зазоре между выступами на втулке и торцевой поверхностью канавки в наружном мундштуке 1. Боковые поверхности пористого элемента 21 соприкасаются соответствующими поверхностями втулки и наружного мундштука. На фиг. 4 представлен вариант расположения пористого элемента в радиальном зазоре между выступами и канавкой. В этом случае пористый элемент 21 выполнен в виде цилиндрической втулки. The sleeve 11 is made with a cylindrical annular protrusion 17, and the outer mouthpiece with an annular groove, which forms axial 18 and radial 19 gaps with the protrusion 17, connected to the fuel supply unit 7. An annular groove 20 is made on the output portion of the inner mouthpiece on the outer surface of the ribs. FIG. 3 shows a variant of placing the porous element 21 in the axial clearance between the protrusions on the sleeve and the end surface of the groove in the outer mouthpiece 1. The lateral surfaces of the porous element 21 are in contact with the corresponding surfaces of the sleeve and the outer mouthpiece. In FIG. 4 shows an embodiment of the arrangement of the porous element in the radial clearance between the protrusions and the groove. In this case, the porous element 21 is made in the form of a cylindrical sleeve.

Головка терморезака работает следующим образом. The head of the thermal cutter works as follows.

Через узел подвода 6 в радиальный зазор 3 подается греющий кислород, через узел подвода 7 в кольцевую канавку 12 - горючее, а через узел 5 в канал 4 - режущий кислород. Греющий кислород из зазора 3 поступает в продольные каналы 21, образованные поверхностями ребер на цилиндрическом участке внутреннего мундштука 2 и внутренней цилиндрической поверхностью втулки 11, и далее - в соответствующие каналы конического участка внутреннего мундштука 22, образованные внутренними поверхностями ребер на этом участке и внутренней поверхностью 15 наружного мундштука 1. Heating oxygen is supplied through the supply unit 6 to the radial clearance 3, fuel is supplied through the supply unit 7 to the annular groove 12, and cutting oxygen is supplied through the supply unit 5 to the channel 4. Heating oxygen from the gap 3 enters the longitudinal channels 21 formed by the surfaces of the ribs on the cylindrical section of the inner mouthpiece 2 and the inner cylindrical surface of the sleeve 11, and then into the corresponding channels of the conical section of the inner mouthpiece 22 formed by the inner surfaces of the ribs on this section and the inner surface 15 outer mouthpiece 1.

Каналы для подачи греющего кислорода выполнены таким образом, что площадь поперечного сечения канала на выходе из цилиндрического участка внутреннего мундштука в плоскости торцевого выступа 9 в несколько раз меньше площади поперечного сечения канала на поперечном участке внутреннего мундштука. Таким образом, каждый продольный канал представляет собой эжектор, причем продольные каналы на цилиндрическом участке представляют сопла эжекторов, каналы на коническом участке - камеры смешения, а кольцевая канавка 12 - приемную камеру, единую для всех каналов-эжекторов. Греющий кислород, поступая из каналов на цилиндрическом участке в каналы на коническом участке внутреннего мундштука со скоростью, близкой к скорости звука, расширяется и эжектирует горючее из кольцевой канавки 12, после чего в каналах на коническом участке внутреннего мундштука происходит перемешивание греющего кислорода и горючего и восстановление давления до атмосферного. При использовании жидкого горючего в зоне эжекции за счет больших скоростей движения греющего кислорода происходит дробление горючего на капли. Данное конструктивное решение с одной стороны исключает возможность заброса фронта пламени выше торцевого выступа внутреннего мундштука, что повышает надежность и безопасность работы инструмента, с другой - существенно снижает требуемое давление подачи горючего вплоть до атмосферного, что исключает необходимость принудительного наддува бака с горючим. При этом появляется возможность использования тепловой энергии, поступающей в конструкцию головки терморезака для предварительного разогрева, а в случае использования жидкого горючего - его частичного или полного испарения перед подачей в каналы конического участка внутреннего мундштука. С этой целью со стороны наружной поверхности 16 внутреннего мундштука на наружной поверхности ребер выполняется кольцевая канавка 20, образующая щель с внутренней поверхностью 15 наружного мундштука, на втулке 11 выполняется кольцевой выступ 17, а на наружном мундштуке - соответственно канавка, образующая с выступом осевой 18 и радиальной 19 зазоры, через которые поступает горючее в каналы на коническом участке внутреннего мундштука. The channels for supplying heating oxygen are made in such a way that the cross-sectional area of the channel at the exit from the cylindrical section of the inner mouthpiece in the plane of the end protrusion 9 is several times smaller than the cross-sectional area of the channel on the transverse section of the inner mouthpiece. Thus, each longitudinal channel is an ejector, and the longitudinal channels on the cylindrical section are the nozzles of the ejectors, the channels on the conical section are the mixing chambers, and the annular groove 12 is the receiving chamber, common to all ejector channels. Heating oxygen, coming from the channels in the cylindrical section to the channels on the conical section of the inner mouthpiece with a speed close to the speed of sound, expands and ejects fuel from the annular groove 12, after which the heating oxygen and fuel are mixed in the channels on the conical section of the inner mouth and restoration pressure to atmospheric. When using liquid fuel in the ejection zone due to the high speeds of movement of the heating oxygen, the fuel is crushed into droplets. This design solution, on the one hand, eliminates the possibility of throwing the flame front above the end protrusion of the inner mouthpiece, which increases the reliability and safety of the tool, on the other hand, significantly reduces the required fuel supply pressure up to atmospheric, which eliminates the need for forced pressurization of the fuel tank. At the same time, it becomes possible to use the thermal energy supplied to the design of the thermal cutter head for preheating, and in the case of using liquid fuel, to partially or completely evaporate it before feeding the conical section of the inner mouthpiece into the channels. To this end, an annular groove 20 is formed on the outer surface of the ribs from the side of the outer surface 16 of the inner mouthpiece, forming a slit with the inner surface 15 of the outer mouthpiece, an annular protrusion 17 is made on the sleeve 11, and a groove forming an axial 18 and radial 19 gaps through which fuel enters the channels in the conical section of the inner mouthpiece.

В кольцевой канавке 20 за счет резкого увеличения площади проходного сечения снижается скорость движения смеси ниже скорости распространения фронта пламени, и фронт пламени заходит в канавку, обеспечивая прогрев конструкции головки терморезака через внутреннюю поверхность 15 наружного мундштука. Поступающий в конструкцию тепловой поток передается горючему, движущемуся по осевому 18 и радиальному 19 зазорам, и обеспечивает его предварительный подогрев, а в случае использования и жидкого горючего - и испарение перед подачей в зону эжекции. При резке материала к тепловому потоку, поступающему через поверхность 15, добавляется тепловой поток, поступающий от разогретого материала через наружную торцевую поверхность 23 наружного мундштука, что увеличивает температуру предварительно подогреваемого горючего, а следовательно и эффективность работы головки терморезака. С целью увеличения коэффициента теплоотдачи от конструкции головки к подогреваемому горючему в осевом 18 или радиальном 19 зазорах устанавливается пористый элемент 24, который за счет развитой поверхности контакта с горючим интенсифицирует теплообмен и повышает эффективность предварительного подогрева и испарения горючего. In the annular groove 20, due to a sharp increase in the area of the passage section, the speed of the mixture decreases below the propagation speed of the flame front, and the flame front enters the groove, ensuring the heating of the head design of the thermal cutter through the inner surface 15 of the outer mouthpiece. The heat flux entering the structure is transferred to the fuel, which moves along the axial 18 and radial 19 gaps, and ensures its preliminary heating, and in the case of using liquid fuel, also evaporation before being fed into the ejection zone. When cutting the material, the heat flux coming from the heated material through the outer end surface 23 of the outer mouthpiece is added to the heat flow entering through the surface 15, which increases the temperature of the preheated fuel, and therefore the efficiency of the head of the thermal cutter. In order to increase the heat transfer coefficient from the head design to the heated fuel in the axial 18 or radial 19 gaps, a porous element 24 is installed, which, due to the developed contact surface with the fuel, intensifies heat transfer and increases the efficiency of preheating and evaporation of fuel.

Использование изобретения позволяет создать конструкцию головок терморезака, одинаково эффективно работающего как на газообразном виде топлива, так и на жидкостном, что важно при автономной работе резака, например, в полевых условиях, при резке сучьев и корней и т.д. The use of the invention allows to create a design of the heads of the thermal cutter, which equally efficiently works both on the gaseous form of fuel and on liquid, which is important when the torch works independently, for example, in the field, when cutting knots and roots, etc.

Источники информации. Sources of information.

1. Заявка Франции N 2647531, 1989. 1. Application of France N 2647531, 1989.

2. Патент Российской Федерации N 2037100, 1995. 2. Patent of the Russian Federation N 2037100, 1995.

Claims

1. The head of the thermal cutter containing an outer mouthpiece, the inner surface of the output section of which is made in the form of a truncated cone with a smaller base at the exit, and located in it with an output axial and radial clearances, the last of which is connected to the heating oxygen supply unit, an inner mouthpiece with a longitudinal a channel connected to the cutting oxygen supply assembly, consisting of a cylindrical section arranged in series, the output of which is made with longitudinal ribs, and the output conical section, which is made with longitudinal ribs with a height equal to the radial clearance, and with an end protrusion at the entrance, characterized in that the lateral surfaces of the longitudinal ribs on the cylindrical and outlet conical sections of the inner mouthpiece are in the same planes, and on the cylindrical section of the inner mouthpiece in the zone ribs installed without gaps with their outer surface and with the surface of the end protrusion of the conical section of the cylindrical sleeve, on the front end of which in the zone of maximum diameter the torus the central protrusion of the conical section of the inner mouthpiece made an annular groove connected to the node for supplying fuel.

2. The head according to claim 1, characterized in that the sleeve mounted on the cylindrical section of the inner mouthpiece has a diameter greater than the diameter of the end protrusion of the conical section of the inner mouthpiece, a cylindrical protrusion is made on its front end surface, a cylindrical groove is made on the outer mouth in the area of this protrusion forming an axial clearance with a protrusion on the sleeve connected to the fuel supply unit and a radial clearance connected to the annular groove made on the sleeve in the zone of maximum diameter the front protrusion of the conical section of the inner mouthpiece, and on the part of the outer surface of the longitudinal ribs of the conical section of the inner mouthpiece in the area of its output section, an annular groove is made.

3. The head according to claim 2, characterized in that the porous element is installed in the axial clearance formed by the protrusion of the cylindrical sleeve and the groove on the outer mouthpiece.

4. The head according to claim 2, characterized in that a porous element is installed in the radial clearance formed by the protrusion of the cylindrical sleeve and the groove on the outer mouthpiece.