РЕЗАК ДЛЯ КИСЛОРОДНОЙ РЕЗКИ МЕТАЛЛОВ

Резак для кислородной резки металлов.
Полезная модель относится к металлообрабатывающей и металлургической отраслям промышленности.
Из предшествующего уровня техники известен резак для кислородной резки стали, содержащий ствол с регулировочными вентилями, штуцеры для подвода горючего газа и кислорода, головку с подсоединенным к ней мундштуком, выполненным в виде моноблока, который снабжен концентрично расположенными выходными отверстиями для горючей смеси и калиброванными отверстиями для раздельного подвода горючего газа и подогревающего кислорода, см GB, патент № 2048155, М. кл. F 23 D 11/38, 1980г.
Этот резак не предназначен для работы на низком давлении горючего газа, что ограничивает область его применения.
В качестве прототипа заявленной полезной модели, автором выбран резак для кислородной резки стали, содержащий ствол с штуцерами для подвода режущего кислорода и горючего газа, газоподводящие трубки, головку с закрепленными на ней наружньЕм и внутренним мундштуками, установленными с зазором между ними, образующим узкую кольцевую щель для смешения газов. Резак может работать на низком, среднем и высоком давлении горючего газа в сети, см. Глизманенко Д.Л. «Сварка и резка металлов, М., Высшая школа, 1974, с. 184 и 185, рис.90.
Недостатком резака по прототипу является образование большого объема горючей смеси в смесительной камере и в трубке, подводящей смесь к головке, что приводит к возникновению обратных ударов пламени при попадании частичек расплавленного металла на мундштук и выходу резака из строя. Технической задачей, решаемой предложенным устройством, является повышение производительности кислородной резки стали с обеспечением возможности работы резака как на высоких и средних, так и низких давлениях горючего газа, а также исключение возможности возникновения обратных ударов.
М. кл.В23к7/00 Полезная модель.
Решение указанной задачи достигается тем, что резак для кислородной резки металлов, содержащий корпус со штуцерами ввода горючего газа, подогревающего и режущего кислорода, соединенных газоподводящими трубками с соответствующими каналами установленных в корпусе головки и мундштука в полостях между которыми образованы смесители, согласно полезной модели, резак выполнен охлаждаемым и дополнительно снабжен штуцерами ввода и вывода охлаждающего агента, соединенными подводящей и отводящей трубками с соответствующими каналами головки, которые гидравлически сообщены с кольцевой камерой охлаждения образованной между внутренней поверхностью фиксатора и наружными поверхностями головки и мундштука; смесители подогревающего кислорода с горючим газом выполнены в виде наклонных смесительных каналов, каждый из которых посредством соответствующих соединительных каналов сообщен с наружным и внутренним концентричными коллекторами, выполненными между примыкающими друг к другу торцевыми частями мундштука и головки, при этом один из упомянутых коллекторов сообщен с каналом ввода горючего газа, а другой - с каналом ввода подогревающего кислорода. В предпочтительных вариантах выполнения полезной модели наклонные каналы мундштука должны быть равномерно расположены по окружности вокруг центрального канала для ввода режущего кислорода; радиус окружности на которой лежат центры наклонных каналов на выходном срезе мундштука должен составлять не менее 3.5 радиуса центрального канала, при этом оси наклонных каналов являются образующими симметричного кругового конуса с углом при вершине, составляющим 10 - 15°; суммарная площадь нормальных сечений наклонных каналов на выходном срезе мундштука должна составлять 3.5 - 4.5 площади центрального канала ввода режущего кислорода; предпочтительно выполнение осевого канала в мундщтуке для ввода режущего кислорода в виде сопла Лаваля с диаметром в критическом сечении составляюшем 0.1 -г 0.3 максимального диаметра конфузора и 0.5 н- 0.7 выходного диаметра диффузора на срезе сопла, при этом длина диффузора должна составлять 0.5  0.8 длины конфузора; ввод горючего газа в наклонные смесительные каналы расположен ниже (по ходу струй) ввода в эти каналы подогревающего кислорода; мундщтук может быть выполнен сменным, при этом резак может быть оснащен набором сменных мундштуков с различным наклоном смесительных каналов, при этом каждый последующий мундштук в наборе выполнен с большим относительным наклоном смесительных каналов по сравнению с предыдущим на величину фиксированного шага в диапазоне
от 9 до 16°.
На фиг.1 показан общий вид резака (продольный разрез);
на фиг.2 - вид В на фиг. 1;
на фиг.З - сечение Б-Б фиг. 1;
на фиг.4 - сечение А-А фиг. 1
на фиг.З - мундштук, вид в плане;
на фиг.6 - вид сбоку (продольный разрез) фиг.З;
на фиг.7 - общий вид резака (продольный разрез фиг. повернутый на 90°).
Резак состоит из корпуса 1 со щтуцерами 2, 3, 4 подвода, соответственно, горючего газа, режущего и подогревающего кислорода, а также щтуцеров 3 и 6 ввода и вывода охлаждающего агента. В корпусе I установлены головка 7 с каналами 8, 9 ввода режущего и подогревающего кислорода и каналом 10 ввода горючего газа, а также сменный мундщтук 11, закрепленный на головке 7 посредством фиксатора 12 в виде накидной гайки. На примыкающих друг к другу торцевых частях мундщтука 11 и головки 7 выполнены концентричные коллекторные кольцевые проточки, образующие (в сборе) наружный 13 и внутренний 14 концентричные коллектора, при этом коллектор 13 сообщен с линией ввода подогревающего кислорода, а коллектор 14 - с линией ввода горючего газа (на фиг.6. позициями 13 и 14 обозначены кольцевые концентричные проточки выполненные на мундщтуке 11, такие же проточки выполнены на торце головки 7). В мундщтуке 11 выполнены наклонные каналы 13 являющиеся смесителями подогревающего кислорода с горючим газом. Каждый наклонный смесительный канал 13 посредством двух соединительных каналов 16 и 17 сообщен с концентричными коллекторами 13 и 14. Коллектор 13 посредством канала 9 и соединительной трубки 18 сообщен со щтуцером 4; коллектор 14, посредством канала 10 и соединительной трубки 19, сообщен со щтуцером 2. Кроме того, в мундщтуке 11 выполнен центральный канал 20 (сопло Лаваля) подсоединенный к щтуцеру 3 посредством канала 8 и трубки 21. Наклонные смесительные каналы 13 мундщтука 11 расположены по окружности и равномерно вокруг центрального канала 20, при этом радиус расположения центров окружностей, образованных пересечением наклонных каналов с плоскостью выходного среза мундщтука, см. фиг.6 составляет не менее 3.3 радиуса центрального канала 20, а оси наклонных каналов 13 являются образующими симметричного кругового конуса с углом при вершине, составляющим 9 - 16°. Суммарная площадь окружностей образованных пересечением наклонных каналов 13 с плоскостью выходного среза мундщтука 11 составляет
3 3.5 н- 4.5 площади центрального осевого канала 20, выполненного в виде сопла Лаваля с диаметром в
критическом сечении составляющем 0.1 - 0.3 максимального диаметра конфузора о и 0.5 - 0.7 выходного диаметра диффузора б на выходном срезе сопла, при этом длина диффузора составляет 0.5 - 0.8 длины конфузора. Мундщтук 11 закреплен на головке 7 посредством фиксатора 22, с образованием между его внутренней поверхностью и наружными поверхностями головки и мундштука кольцевой охлаждающей полости 23, подсоединенной посредство трубок 24 и 25 к штуцерам 5 и 6 ввода и вывода охлаждающего агента, например, воды.
Резак работает следующим образом.
Режущий кислород от магистрали по шлангу (не показан) подается к штуцеру 3 и далее по трубке
21, центральному каналу 8 головки 7 поступает в центральный канал (сопло) 20 сменного мундштука 11. Горючий газ от магистрали по шлангу (не показан) подается к штуцеру 2 и далее по трубке 19, каналу 10, кольцевому коллектору 14 и каналу 17, поступает в наклонные каналы 15 сменного мундштука. Подогревающий кислород из магистрали по шлангу (не показан) поступает к штуцеру 4, далее по трубке 18, каналу 9, кольцевому коллектору 13 и каналу 16, поступает в наклонные каналы 15 сменного мундштука. В наклонных каналах 15 столкновение струй газа и кислорода приводит к волновому взаимодействию струйных потоков, что интенсифицирует процесс смешения горючего газа с подогревающим кислородом и способствует образованию гомогенизированной газовой смеси. Организация истечения газовой смеси в виде отдельных сходящихся струй позволяет уменьшить ширину реза и повысить за счет этого скорость резки металла. Кроме того, конструкция резака позволяет оперативно менять вышедшие из строя мундштуки, а также применять набор мундштуков с различным наклоном смесительных каналов, что необходимо при работе с различной толщиной разрезаемого металла.
В результате многочисленных экспериментов установлено наиболее оптимальное соотношение вышеуказанных геометрических параметров резака, в частности, длина каналов 15 подобрана таким образом, чтобы к моменту выхода из них газовая смесь была однородна по составу и образовывала устойчивое подогревающее пламя при истечению смеси в атмосферу. Установлено, что предпочтительным (с точки зрения перемешивания) является каналы длина которых составляет 5.5 - 7.0 величины диаметра этих каналов. Эффективность работы резака также обеспечивается тем, что смешение горючего газа с
4 подогревающим кислородом происходит в каналах 15, в которых скорость истечения смеси превышает
скорость горения пламени, что препятствует возникновению «обратных ударов из-за проникновения горящей смеси в каналы 15 и далее в магистраль горючего газа и кислорода (обычно давление в линии режущего кислорода в 1.0  2.5 раза превыщает давление в линии греющего газа и в 3.5-г4.5 раз - в линии ввода горючего газа). Подсоединение коллектора 14 (для горючего газа) посредством канала 17 к наклонному каналу 15 ниже (по ходу движения струй) соединения канала 15 с каналом 16 (соединяющимся с коллектором 13 подогревающего кислорода) обеспечивает возникновение разрежения в коллекторе 14 за счет эжекции из него газа возникающей из-за высокой скорости истечения подогревающего кислорода чем обеспечивается возможность использования в резаке также горючих газов с низким давлением в магистрали. Выполнение резака водоохлаждаемым позволяет повысить ресурс его надежной работы. За счет оптимального сочетания геометрических параметров между узлами резака снижается щирина реза и в 1..7 раза повыщается скорость резки металла (по сравнению с прототипом). Кроме того предложенный резак можно использовать при резке металла различной толщины за счет использования сменных мундщтуков с различным (в указанном диапазоне) наклоном смесительных каналов, что значительно расширяет область его применения.
5