СМЕННЫЙ ВКЛАДЫШ ДЛЯ ГАЗОВОГО РЕЗАКА

Устройство относится к газовой резке и может быть использовано для резки металлов, а также для отрезки прибылей, зачистки литья, резки проката и крупногабаритных заготовок, скрапа и лома, а также для удаления дефектов на отливках и поковках.
Резаки с внутрисопловым смешением значительно безопаснее в работе, чем инжекторные, что связано со смешением газов непосредственно во вкладыше. В случае обратного удара из строя выходит только мундштук, который является сменным элементом, сохраняя работоспособность вентильной группы, размещенной в стволе.
Известны сменные разборные вкладыши для резаков с внутрисопловым смешением (см. пат. RU 2095209, опубл. 30.01 1998 г. (1) или пат. RU 2149085, опубл. 14.06. 2000 г. (2)). Вкладыши содержат внутренний мундштук с центральным соплом для подачи кислорода и соосно охватывающий его наружный мундштук. Мундштуки в устройствах (1), (2) образуют кольцевой зазор, сообщенный с выходными каналами смесителя головки. Выходная часть зазора выполнена в виде шлицевых каналов подачи подогревающей горючей смеси, которые образованы соосными сопряженными цилиндрическими участками мундштуков. Шлицы каналов имеют прямоугольный профиль и выполнены в наружной цилиндрической поверхности внутреннего мундштука. В резаке (1) смеситель может быть сопряжен с головкой, как по конической поверхности, так и по плоскости, а в резаке (2) предложен вариант сопряжения смесителя с головкой по плоскости.
В устройстве (1) для выполнения требуемых режимов работы используют набор сменных вкладышей, с параметрами сопрягаемых мундштуков, выбранными по экспериментально подобранным соотношениям суммарных площадей входных каналов подачи подогревающего кислорода и горючего газа, по отношению к параметрам входного и выходного участков канала подачи горючей смеси и с учетом соотношений входных суммарных площадей компонентов смесителя. При этом предложено соотношение условного диаметра шлицевых каналов подачи горючей смеси внутреннего мундштука, к длине конического участка канала подачи режущего кислорода. В устройстве (2) для выбора режимов работы экспериментально подобрано соотношение суммарной площади сечений шлицевых каналов подачи горючей смеси к площади максимального сечения выходного конического участка канала подачи режущего кислорода и приведены в соответствие параметры смесителей для разных горючих газов.
Однако, как в (1), так и во (2) устройствах, выбор параметров мундштуков вкладышей выполнен без учета критических температур работы, а при повышенных термических нагрузках не исключены прогары внутреннего мундштука, обратные удары и аварийные ситуации. К тому же, расположение шлицевых каналов на цилиндрических сопряженных поверхностях мундштуков усложняет центрирование мундштуков при сборке.
Ближайшим аналогом выбран сменный вкладыш для газового резака, содержащий полый наружный мундштук, цилиндрическое отверстием которого выполнено со ступенью большего диаметра и сообщено с коническим отверстием, внутренний мундштук, выполненный с центральным соплом для подачи кислорода, с коническим, цилиндрическим и шестигранным участками, причем внутренний мундштук соосно размещен в отверстиях наружного мундштука с образованием кольцевого зазора, выходной участок которого образован сопряженными поверхностями конического отверстия и конического участка соответственно наружного и внутреннего мундштуков и выполнен в виде шлицевых каналов подачи горючей смеси, шлицы которых имеют прямоугольный профиль и равномерно расположены вдоль конической поверхности внутреннего мундштука, при этом шее тигранный участок внутреннего мундштука расположен в ступени большего диаметра наружного мундштука и скреплен со смесителем резьбовым стержнем, причем смеситель сопряжен с головкой резака по конической поверхности, а наружный мундштук скреплен с головкой накидной гайкой (см. пат RU 2324579, опубл. 2007 г) (3).
В этом устройстве режимы резания задают сменными мундштуками, с экспериментально подобранным соотношением следующих параметров: соотношение суммарных диаметров калиброванных отверстий подвода соответственно горючего газа и подогревающего кислорода смесителя к суммарному диаметру его инжекторных камер и к условному диаметру шлицевых каналов; учтены ширина шлицов и их высота.
Однако, как и в описанных выше аналогах, размеры трубки внутреннего мундштука выбраны без учета критических температур. Это ведет к снижению физико-механических свойств вкладыша, а при повышенных температурных нагрузках (температуре подогревающей горючей смеси ≈2800°С) приводит к термическому разрушению внутреннего мундштука с его прогарами, а также к обратным ударам и к аварийным ситуациям. Прогорают даже мундштуки, изготовленные из дорогой теплостойкой меди.
Задача предложенного технического решения состоит в снижении стоимости вкладыша и его обслуживания, при повышении надежности работы, в исключении прогаров внутреннего мундштука и увеличении сроков службы, в снижении вероятности обратных ударов, улучшении качества горючей смеси и улучшении качества реза при одновременном расширении эксплуатационных возможностей.
Для решения поставленных задач в сменном вкладыше для газового резака, содержащем полый наружный мундштук, цилиндрическое отверстием которого выполнено со ступенью большего диаметра и сообщено с коническим отверстием, внутренний мундштук, выполненный с центральным соплом для подачи кислорода, с коническим, цилиндрическим и шестигранным участками, причем внутренний мундштук соосно размещен в отверстиях наружного мундштука с образованием кольцевого зазора, выходной участок которого образован сопряженными поверхностями конического отверстия и конического участка соответственно наружного и внутреннего мундштуков и выполнен в виде шлицевых каналов подачи горючей смеси, шлицы которых имеют прямоугольный профиль и равномерно расположены вдоль конической поверхности внутреннего мундштука, при этом шестигранный участок внутреннего мундштука расположен в ступени большего диаметра наружного мундштука и скреплен со смесителем резьбовым стержнем, причем смеситель сопряжен с головкой резака по конической поверхности, а наружный мундштук скреплен с головкой накидной гайкой, согласно полезной модели, наружные диаметры торцов наружного и внутреннего мундштуков соответственно в 5÷6 и в 2,5÷3 раза превышают выходной диаметр сопла подачи режущего кислорода, который в 4,5÷5,5 раз меньше осевой высоты конического участка внутреннего мундштука, при угле наклона образующих сопряженных конических поверхностей мундштуков к их оси, соответствующем диапазону 0÷20°. Кроме того, согласно полезной модели, внутренний мундштук может быть выполнен из латуни, а также может быть выполнен из меди, а осевая высота сменного вкладыша в 1÷3 раза больше осевой высоты конического участка внутреннего мундштука.
Технический результат предложенного решения состоит в подборе размеров внутреннего и наружного мундштуков, с учетом высоких температурных условий, что позволяет повысить надежность работы, улучшить физико-механические свойства и устранить разрушение и прогар внутреннего мундштука, улучшить теплообмен наружного мундштука с окружающей средой. А также в снижении стоимости вкладыша за счет изготовления внутреннего мундштука не из меди, а из более дешевой латуни, в уменьшении вероятности обратных ударов при хорошем качестве реза; в продлении сроков службы.
На фиг 1 приведена конструктивная схема резака с установленным вкладышем.
На фиг 2 показано сечение вкладыша по А-А.
Сменный вкладыш содержит наружный мундштук 1, внутренний мундштук 2, выполненный с центральным соплом 3 для подачи режущего кислорода и образованный коническим 5, цилиндрическим 4 и шестигранным 6 участками. Наружный мундштук выполнен с цилиндрическим 7 и коническим 8 отверстиями. Внутренний мундштук соосно размещен в наружном мундштуке 1 с образованием кольцевого зазора 9, предназначенного для подачи горючей смеси и имеющего на выходе шлицевые каналы 10. Шлицевые каналы 10 образованы сопряженными коническими поверхностями 11 конического отверстия 8 и конического участка 5 соответственно наружного и внутреннего мундштуков. Шлицы 12 шлицевых каналов 10 выполнены вдоль наружной поверхности внутреннего мундштука 2 и имеют прямоугольный профиль. Цилиндрическое отверстие 7 наружного мундштука 1 выполнено со ступенью 13 большего диаметра, в которой размещен шестигранный участок 6 внутреннего мундштука 2. Шестигранный участок 6 скреплен со смесителем 14 головки 15 резьбовым стержнем 16. Диаметр сопла 3 подачи режущего кислорода - d. Торцевой наружный диаметр трубки внутреннего мундштука 2 - D. Торцевой наружный диаметр трубки наружного мундштука - D1. Диаметр ступени 13 большего диаметра цилиндрического отверстия - D2. Угол α - угол наклона конических поверхностей 11 относительно оси мундштуков. L - осевая высота конического участка внутреннего мундштука 2. L1 - осевая высота сменного вкладыша. В предложенном устройстве смеситель 14 сопряжен с головкой 15 резака по конической поверхности. Наружный мундштук 1 скреплен с головкой 12 накидной гайкой 17.
Устройство используется следующим образом. От смесителя 14 горючая смесь через кольцевой зазор 9, образованный наружным 1 и внутренним 2 мундштуками и имеющий на выходе шлицевые каналы 10, поступает в зону резки в виде подогревающей горючей смеси. Режущий кислород поступает в зону резки по центральному соплу 3 внутреннего мундштука 2. Работа основана на нагреве подогревающим пламенем линии реза до температуры воспламенения металла с последующим сжиганием его в струе режущего кислорода.
Толщина трубок внутреннего и наружного мундштуков увеличена таким образом, что выходные наружные диаметры D, D1 торцов наружного и внутреннего мундштуков 1, 2 соответственно в 5÷6 и в 2,5÷3 раза превышают выходной диаметр d сопла 3 подачи режущего кислорода, который предложено выполнить в 4,5÷5,5 раз меньше осевой высоты L конического участка внутреннего мундштука, при угле α конусе наклона образующих сопряженных поверхностей относительно оси мундштуков, соответствующем диапазону 0,1÷20°. Эксперименты, проведенные в условиях повышенных температур, позволили установить, что подобранная таким образом толщина трубок, в том числе внутреннего мундштука, практически исключает его прогары и позволяет исключить обратные удары, что увеличивает сроки службы сменного вкладыша. Это дает возможность использовать для изготовления внутреннего мундштука латунь, более дешевую, чем медь, но близкую к меди по физико-механическим свойствам: по прочности, коррозионной стойкости и теплопроводности. В ряде случаев внутренний мундштук могут изготавливать из меди.
При этом шестигранный участок 6 внутреннего мундштука 2 изготовлен с диаметром описывающей окружности, ответным диаметру D3 ступени большего диаметра цилиндрического отверстия наружного мундштука. Такое соотношение позволяет разделить кольцевой зазор 9 ступени большего диаметра на равные участки, а проходящий через него поток горючей смеси разделяется в кольцевом зазоре на равные части, что способствует равномерной подаче смеси в зону резки, снижает турбулентность потока, повышается качество горючей смеси и качество резки.
Увеличение диаметра трубки наружного мундштука позволяет обеспечить более рациональный теплообмен подогревающей смеси с окружающей средой, исключает обратные удары. При этом повышается технологичность устройства, снижается его стоимость, расходы на эксплуатации, что ведет к повышению спроса покупателя.
Все это, в совокупности с выполнением сменного вкладыша различной осевой высоты, в 1÷3 раза превышающей осевую высоту конического участка внутреннего мундштука, позволяет расширить использование предложенной модели сменного вкладыша для качественного и надежного выполнения самых разных работ газовой резки.
Технико-экономический эффект устройства состоит в снижении стоимости вкладыша и его обслуживания, при повышении надежности работы, исключении прогаров внутреннего мундштука и увеличении сроков службы, в снижении вероятности обратных ударов, улучшении качества горючей смеси и улучшении качества реза при одновременном расширении эксплуатационных возможностей.