УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОЙ РЕЗКИ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
DEVICE FOR THERMAL CUTTING OF METAL MATERIALS

Изобретение относится к кислородной резке металлов с использованием жидкого топлива и может использоваться в различных отраслях машиностроения.
Известен резак для кислородной резки металла с использованием жидкого горючего, содержащий ствол с каналом подачи режущего кислорода, имеющим регулировочный клапан, управляемый рукояткой, и с каналом подачи подогревающего кислорода, в котором расположен канал подачи горючей жидкости, с установленным в нем шпиндельным регулятором и с пористым фильтром, смеситель с камерой смешения, установленной соосно шпиндельному регулятору, при этом выходной участок канала подачи подогревающего кислорода выполнен в виде каналов, расположенных под углом от 20° до 45° к оси шпиндельного регулятора, головку, на которой закреплен на резьбе наружный мундштук, выполненный с пазами на выходном торце, внутренний мундштук, образующий с наружным шлицевые каналы подачи горючей смеси, сообщенный с выходом смесителя испаритель, представляющий собой две концентрично закрепленные в наружном мундштуке, смещенные по оси друг относительно друга цилиндрические втулки, образующие с мундштуком дополнительный участок для подачи горючей смеси (см. пат. RU №2055711, 1996 г.)
Однако при таком расположении смесителя в устройстве малейшее нарушение точности подачи жидкого горючего (бензина) может привести к избытку жидкого горючего, к его неполному испарению в испарителе, что нарушает процесс горения и качество резки.
Известно устройство для термической резки, содержащее головку с внутренним мундштуком, установленным в наружном мундштуке, выходная часть которого выполнена конусной. Режущий кислород подается в центральный канал мундштука, горючее и греющий кислород -в зазоры между мундштуками. За счет эжекции происходит смешивание и нагрев кислорода и горючего.
Известно также устройство для термической резки металлических материалов, содержащее головку, узлы подвода греющего кислорода, режущего кислорода и жидкого горючего, накидную гайку и втулку, при этом головка состоит из корпуса и мундштука, мундштук расположен с кольцевым радиальным зазором в корпусе, выполнен с осевым продольным каналом, подключенным к узлу подвода режущего кислорода, и имеет участок с наружной гладкой цилиндрической поверхностью, участок с цилиндрической поверхностью, на которой выполнены продольные пазы, и выходной конический участок, на наружной поверхности которого выполнены продольные пазы, являющиеся продолжением пазов на цилиндрической части мундштука, а в корпусе выполнен канал для подачи жидкого горючего, соединенный с узлом подвода жидкого горючего, и канал подачи греющего кислорода, соединенный с узлом подвода греющего кислорода и с продольными пазами на цилиндрической части мундштука через кольцевой радиальный зазор между мундштуком и корпусом (RU 2287412 C1, B23K 7/06, 21.11.2006).
К недостаткам известных конструкций следует отнести:
1. Наличие выступа на мундштуке при переходе пазов с цилиндрической части мундштука на коническую приводит к торможению потока кислорода и снижению эффективности работы эжектора.
2. Керосин в пазы на коническом участке мундштука попадает через щели, образованные верхней частью этих пазов, перекрытых в нижней их части выступом на втулке. Такая конструкция приводит к тому, что горючее попадает в пазы, имея вектор скорости, направленный параллельно поверхности оси мундштука, и далее прижимается струей кислорода к конусообразной поверхности колпачка, образуя пленку, которую трудно разбить на капли и перемешать со струей кислорода. С другой стороны, такая конструкция не дает возможности обеспечить одинаковую площадь проходного сечения этих пазов, так как они образованы разными деталями, изготовленными с разными полями допусков, что приводит к неравномерности поступления горючего в пазы и к неравномерности факела горения горючего на выходе из головки.
3. При использовании жидкого горючего нельзя допускать его кипения и испарения внутри головки, так как после испарения объемный расход горючего увеличивается и при неизменных проходных сечениях пазов намного возрастает скорость паров горючего, намного увеличиваются гидравлические сопротивления, что может привести к нестабильности работы головки. С другой стороны, испарение горючего внутри пазов мундштука приведет к появлению на внутренней поверхности пазов образований сажи или смолистых образований, что приведет к изменению конфигурации пазов и к нестабильности работы головки.
Задачей изобретения является повышение надежности подачи горючего, улучшение качества его распыла, стабилизация горения смеси за пределами головки и, в конечном итоге, повышение надежности и эффективности работы устройства.
Данная задача решается тем, что устройство для термической резки металлических материалов состоит из головки, узла подвода греющего кислорода, режущего кислорода и жидкого горючего, накидной гайки и втулки. Головка состоит из корпуса и мундштука, мундштук расположен с кольцевым радиальным зазором в корпусе, выполнен с осевым продольным каналом, подключенным к узлу подвода режущего кислорода, и имеет цилиндрическую часть с участком наружной гладкой поверхности и участком, на поверхности которого выполнены продольные пазы, и выходной конический участок, на наружной поверхности которого выполнены продольные пазы, представляющие собой продолжение продольных пазов на цилиндрической части мундштука, а в корпусе головки выполнен канал для подачи жидкого горючего, соединенный с узлом подвода жидкого горючего, и канал подачи греющего кислорода, соединенный с узлом подвода греющего кислорода и с продольными пазами на цилиндрической части мундштука через кольцевой радиальный зазор между мундштуком и корпусом. Устройство снабжено колпачком с коническим осевым отверстием, который установлен без зазора на выходном коническом участке мундштука и закреплен в корпусе головки посредством втулки и накидной гайки, причем на наружной поверхности колпачка выполнена проточка с образованием выступа между указанной проточкой и основанием входной части конического участка мундштука, а на упомянутом выступе колпачка перпендикулярно его оси выполнены канавки с глубиной, меньшей глубины проточки колпачка, и шириной, в два раза меньшей ширины продольных канавок на мундштуке, количество которых совпадает с количеством продольных канавок на мундштуке, причем проточка на колпачке связана с каналом подвода жидкого горючего.
Кроме того, на выходной части конического участка мундштука выполнена коническая проточка с углом конусности, превышающем угол конусности конического участка, и радиусом основания указанной проточки, в два раза меньшим радиуса выходной части основания конического участка мундштука.
Продольные пазы на цилиндрической части мундштука выполнены с площадью сечения, в четыре раза меньшей площади сечения пазов на коническом участке мундштука.
На фиг.1 представлен общий вид устройства для термической резки; на фиг.2 - головка устройства (продольное сечение).
Устройство содержит головку, узлы подвода греющего кислорода 2, режущего кислорода 18 и жидкого горючего 3, накидную гайку 8 и втулку 7. Мундштук 16 головки устройства расположен с кольцевым радиальным зазором 15 в корпусе 1 головки. Мундштук 16 выполнен с осевым продольным каналом 17, подключенным к узлу подвода режущего кислорода 18, и имеет цилиндрическую часть с участком наружной гладкой поверхности и участком, на поверхности которого выполнены продольные пазы 14, и выходной конический участок 21, на наружной поверхности которого выполнены продольные пазы 10. Пазы 10 представляют собой продолжение продольных пазов 14 на цилиндрической части мундштука 16. На цилиндрическую часть с продольными пазами 14 надета без зазора втулка 13. В корпусе 1 головки выполнен канал 4 для подачи жидкого горючего, соединенный с узлом подвода жидкого горючего 3, и канал 19 подачи греющего кислорода, соединенный с узлом подвода греющего кислорода 2 и с продольными пазами 14 на цилиндрической части мундштука 16 через кольцевой радиальный зазор 15 между мундштуком 16 и корпусом 1. В устройстве имеется колпачок 6 с коническим осевым отверстием. Колпачок 6 установлен без зазора на выходном коническом участке 21 мундштука 16 и закреплен в корпусе 1 головки посредством втулки 7 и накидной гайки 8. На наружной поверхности колпачка 6 выполнена проточка 5 с образованием выступа 20 между указанной проточкой 5 и основанием входной части конического участка 21 мундштука 16. На выступе 20 колпачка 6 перпендикулярно его оси выполнены канавки 11 с глубиной, меньшей глубины проточки 5 колпачка 6, и шириной, в два раза меньшей ширины продольных канавок 14 на мундштуке. Количество поперечных канавок 10 совпадает с количеством продольных канавок 14 на мундштуке 16. Проточка 5 на колпачке 6 связана с каналом 4 подвода жидкого горючего. На выходной части конического участка 21 мундштука 16 выполнена коническая проточка 9 с углом конусности, превышающем угол конусности конического участка 21, и радиусом основания, в два раза меньшим радиуса выходной части основания конического участка 21 мундштука 16. Продольные пазы 14 на цилиндрической части мундштука 16 выполнены с площадью сечения, в четыре раза меньшей площади сечения пазов 10 на коническом участке мундштука. В конце цилиндрического участка мундштука 16 с продольными пазами 14 выполнен выступ 12 большего диаметра. Выступ 12 выполняет функцию уступа мундштука 16 при его поджатии к втулке 13 посредством гайки 8, втулки 7 и колпачка 6.
Устройство работает следующим образом. Через узел подвода 2 в радиальный зазор 15 подается греющий кислород, через узел подвода 3 и отверстие 4 в кольцевую проточку 5 подается горючее, а через узел подвода 18 в продольный канал 17 - режущий кислород. Греющий кислород из зазора 15 поступает в продольные пазы 14, закрытые по цилиндрической поверхности втулкой 13, и далее в соответствующие пазы 10 конической части мундштука 16. Греющий кислород, поступая с большой скоростью из каналов 14 на цилиндрическом участке в каналы 10 на коническом участке мундштука 16, расширяется и эжектирует горючее через поперечные пазы 11 из проточки 5 в колпачке. В каналах на коническом участке мундштука происходит дробление пленки горючего, вытекающего из пазов 11, перемешивание его с потоком греющего кислорода и восстановление давления смеси до атмосферного. Попадая в коническую проточку 9, скорость смеси приобретает величину, немного превышающую скорость распространения фронта пламени в смеси горючего с кислородом, а на некотором расстоянии после выхода из проточки скорость смеси сравнивается со скоростью распространения фронта пламени и после поджига смеси от внешнего источника пламени в этой плоскости устанавливается фронт горения. Протекая внутри пазов 14 на цилиндрическом участке мундштука, которые закрыты сверху втулкой 13, поток кислорода приобретает равномерное поле скоростей по сечению на выходе из пазов 14 и в дальнейшем этот сформированный поток кислорода, попадая в пазы 10 большего размера на конической части, имеет максимальную работоспособность как эжектирующий газовый поток.
С другой стороны, поток жидкого горючего, в качестве которого обычно используют керосин, приобретает конфигурацию тонкой пленки после прохождения его через пазы в колпачке, причем пленка истекает из пазов перпендикулярно газовому потоку, что обеспечивает его быстрый распад на мелкие капли после встречи с эжектирующим потоком кислорода.
Изобретение позволяет предотвратить горение смеси горючего и кислорода внутри пазов у меньшего основания конусной части мундштука, и соответственно предотвращает перегрев керосина и нестабильность его работы. Изобретение не допускает увеличение скорости потока смеси на выходе из пазов выше скорости распространения фронта пламени при горении смеси, в результате предотвращается срыв процесса горения. Для стабилизации горения служит коническая проточка на выходном участке конической части мундштука. Ее размеры подобраны таким образом, чтобы фронт пламени образовался на некотором удалении от головки, обеспечивая стабильность горения смеси кислорода и горючего и не допуская перегрева смесительной камеры эжектора, образованной пазами на конической части мундштука и внутренней конической поверхности колпачка.
Данное конструктивное решение позволяет подавать горючее без предварительного наддува воздухом емкости с горючим, а также позволяет исключить попадание горючего в полости кислорода, что существенно повышает надежность и безопасность работы оборудования.