ИНЖЕКЦИОННАЯ ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА

Полезная модель относится к устройствам для сжигания топлива, в частности, к инжекционным горелкам для предварительного нагрева наплавляемой поверхности, и может быть использована при проведении ремонтных работ железнодорожного рельсового пути в полевых условиях, в том числе при выполнении восстановительной наплавки головки рельса.
При выполнении восстановительной наплавки головки рельса, например, при таких дефектах как смятие, выкрашивание, трещины в головке рельса и т.д., сначала требуется произвести вырезку дефектной части головки рельса, затем выполнить предварительный нагрев поверхности, подлежащей наплавке, после чего выполнить непосредственно наплавку (например, алюминотермитную наплавку) головки рельса. Вырез может быть выполнен в виде углубления прямоугольного сечения, но как показала практика, вырез предпочтительно делать скругленной вогнутой формы, что позволяет минимизировать внутренние напряжения металла и исключить потенциальные концентраторы (фокусы) напряжений, что, в свою очередь, позволит повысить качество наплавки. Кроме того, следует обратить внимание на еще один фактор: нагрев поверхности перед выполнением наплавки стремятся выполнить как можно более равномерным, так как равномерность температурного поля наплавляемой поверхности оказывает значительное влияние на качество наплавки, в частности, на скорость и равномерность кристаллизации объема наплавленного металла, и зависит, например, от равномерности теплового фронта, создаваемого газовой горелкой.
Для предварительного нагрева наплавляемой поверхности, в том числе поверхности поврежденных участков железнодорожных рельсов, часто используют инжекционные газовые горелки такие, как например, горелка по патенту № RU2227872C1 [«Инжекционная горелка», МПК F23D14/02, F23D14/62, дата публ. 27.04.2004], содержащая смесительную камеру, на одном конце которой (т.е. на входе камеры) установлено газовое сопло, а на другом конце камеры установлен мундштук. Газовое сопло установлено соосно с камерой и имеет возможность подключения к источнику подачи газа. На боковой поверхности смесительной камеры выполнены сквозные отверстия. Горючий газ поступает в газовое сопло, на выходе которого образуется высокоскоростная струя, которая через отверстия в боковой поверхности камеры инжектирует в камеру воздух. При движении внутри смесительной камеры потоки газа и воздуха перемешиваются. На выходе из камеры смесь поджигают, происходит горение смеси, и факел пламени направляется по мундштуку и выходит из горелки. В рассмотренном техническом решении горелка имеет одно осевое центральное отверстие для выхода горючей смеси (выход мундштука), при этом образуется высокоскоростная струя факела, имеющая в осевом направлении наиболее высокую концентрацию энергии (тепла). Такой факел не имеет равномерного теплового фронта.
Известно выполнение сопла горелки [патент № CN202284794U «Porous quincunx type flame nozzle», МПК F23D14/58, дата публ. 27.06.2012], согласно которому в кожухе горелки размещены основная распылительная трубка (центральный канал), а также два слоя распылительных трубок для выхода горючей смеси, равномерно распределенных по двум концентрическим окружностям вокруг основной трубки в торцевой плоскости сопла, что позволяет обеспечить равномерный плоский тепловой фронт и равномерный нагрев плоской поверхности. Однако в известной конструкции не предусмотрено расположение выходных отверстий распылительных трубок по выпуклой скругленной поверхности (что позволило бы обеспечить равномерный нагрев аналогичной вогнутой поверхности).
Известна конструкция инжекционного наконечника газовой горелки [патент № KR20140082574A «Ejection tip for a gas torch with device for preventing back-fire», МПК B23K7/00, F23D14/38, дата публ. 02.07.2014], на передней торцевой поверхности которого выполнены сквозные отверстия для выброса пламени. Отверстия равномерно распределены по плоской торцевой поверхности наконечника. Однако при работе известного устройства создается равномерный плоский тепловой фронт, обеспечивающий равномерный нагрев только плоской поверхности.
Известны нагревательные устройства (горелки), обеспечивающие возможность равномерного нагрева поверхности за счет применения в конструкции множества нагревательных элементов. Так, например, известна горелка для предварительного нагрева поверхности заготовки перед сваркой [патент № CN216541487U «Welding pre-heater capable of simultaneously heating multiple points», МПК B23K7/00, F23D14/00, F23D14/48, дата публ. 17.05.2022], содержащая четыре подогревателя, каждый из которых закреплен на раме в шарнире и при этом соединен с рамой упругими элементами (пружинами), что обеспечивает возможность совершать свободные колебания. Каждая рама закреплена на полой трубе, по которой осуществляется подача горючего газа к подогревателям, для чего каждый подогреватель соединен гибким шлангом с трубопроводом. Сопла подогревателей обращены в сторону поверхности заготовки. Устройство снабжено источником свободных колебаний упругой системы, позволяющим при подаче горючей смеси во внутреннюю полость сопла вызывать качание каждого подогревателя из стороны в сторону, выводя при этом струю пламени, в результате чего образуется линейная зона равномерного нагрева поверхности заготовки. Также известно устройство предварительного нагрева кольцевой заготовки для сварки по окружности шва [патент № CN212823526U «Annular workpiece circumferential weld welding preheating tool», МПК B23K7/00, F23D14/46, F23D14/48, дата публ. 30.03.2021], обеспечивающее равномерный нагрев внутренней поверхности трубы за счет использования множества сопел, установленных на дугообразной выпуклой трубке подачи газа и направленных радиально в сторону кольцевой поверхности.
Однако в отношении приведенных выше технических решений по патентам №№ CN216541487U и CN212823526U необходимо отметить, что хотя при их использовании создается равномерный тепловой фронт, но в горелке по патенту № CN216541487U тепловой фронт является плоским (обеспечивает линейную зону равномерного нагрева) и не может создать равномерный нагрев обработанной под сварку вогнутой поверхности, например, поверхности рельса, а устройство по патенту № CN212823526U создает равномерный нагрев кольцевой поверхности, но применимо только для нагрева внутренней поверхности трубы. Кроме того, указанные технические решения характеризуются высокой конструктивной сложностью и низкой эксплуатационной надежностью.
Известна газовая горелка [патент № RU191002U1 «Инжекторная газовая горелка», МПК F23D14/02, дата публ. 18.07.2019], которая содержит эжектор, соединенный с каналом для подвода газа, смеситель, насадку и керамическую крышку. Насадка выполнена с внутренним отверстием в виде сопла Лаваля, а на свободном конце установлена керамическая крышка. По всему торцу крышки выполнено множество сквозных отверстий. В известном техническом решении торцевая поверхность крышки выполнена плоской. При работе горелки в канал эжектора подается газ, а в эжектор подсасывается воздух из окружающей среды, которые в процессе движения перемешиваются в смесителе. Затем смесь проходит через сопло Лаваля, вытекает в отверстия керамической крышки, поджигается, например, искрой, и сгорает. Сопло Лаваля насадки способствует увеличению скорости газа, поступающего на сгорание, а керамическая крышка, по торцу которой выполнены сквозные отверстия, обеспечивает равномерное распределение горючей смеси, проходящей через отверстия, что позволяет сформировать плоский равномерный тепловой фронт. Однако плоский тепловой фронт не может обеспечить равномерный нагрев вогнутой поверхности, например, подготовленного под наплавку изношенного участка головки железнодорожного рельса.
В качестве технического решения (прототипа), наиболее близкого по совокупности существенных признаков к заявляемой полезной модели, предлагается инжекционная газовая горелка [патент № RU84762U1 «Инжекционная газо-воздушная горелка», МПК B23K9/04, B01F5/00, дата публ. 20.07.2009], предназначенная для нагрева изношенного участка поверхности железнодорожного рельса и содержащая последовательно соединенные между собой узел подачи горючего газа и кислорода (компонентов горючей смеси); инжекционный смеситель, содержащий инжектор и смесительную камеру и обеспечивающий смешивание указанных компонентов; наконечник, содержащий трубку, соединенную с камерой смесителя, ниппель, закрепленный на конце трубки, и мундштук, навинченный  на торец ниппеля (по наружной резьбе, выполненной на конце ниппеля). Ниппель с закрепленным на его торце мундштуком, представляет собой головку горелки, при этом торцевая стенка мундштука представляет собой торцевой элемент головки горелки. Узел подачи горючего газа и кислорода представляет собой корпус с двумя штуцерами, выполненными с возможностью присоединения рукавов для подачи от внешних источников (например, баллонов) горючего газа и кислорода (компонентов горючей смеси). Каждый штуцер снабжен регулировочным вентилем и соединен с камерой смесителя. Для обеспечения выхода горючей смеси в торце мундштуке выполнены каналы (сквозные сопловые отверстия), ориентированные вдоль оси мундштука и выходящие в окружающее пространство. Сквозные сопловые отверстия равномерно распределены вокруг оси мундштука и расположены в плоскости торца по двум концентрическим окружностям.
Для осуществления предварительного нагрева наплавляемой рельсовой поверхности горючий газ и кислород от внешних источников подают на вход узла подачи, в котором через регулировочные вентили компоненты поступает в инжекционный смеситель (через инжектор в смесительную камеру), где происходит образование горючей смеси, которая дальше поступает по трубке подачи горючей смеси в ниппель и накрученный на него мундштук, из которого через сквозные отверстия, выполненные в торце мундштука, струи горючей смеси выходят в окружающее пространство и после поджига сгорают, обеспечивая нагрев восстанавливаемой поверхности рельса.
Известное техническое решение также содержит узел подачи наплавочного порошка с выполненным в нем каналом подачи порошка в смеситель, что позволяет после предварительного нагрева выполнять наплавку изношенной поверхности рельса.
В известном техническом решении за счет выполнения в мундштуке множества сквозных отверстий, выходящих на наружную поверхность торцевой плоскости мундштука, обеспечивается равномерный плоский тепловой фронт, что позволяет обеспечить равномерный нагрев плоской поверхности с помощью известной газовой горелки.
Однако необходимо обратить внимание на то, что операцию предварительного нагрева поверхности с помощью газовой горелки производят после выполнения выреза поверхности изношенного участка рельса газовым резаком, выполняемого чаще всего при маятниковом движении резака по дуге, когда сопловая часть резака обращена к боковой грани головки рельса, а ось сопла перпендикулярна вертикальной продольной плоскости рельса. При этом поверхность выреза изношенного участка головки рельса имеет углубленную вогнутую форму - в виде части цилиндрической поверхности, отсеченной вдоль оси цилиндра, ось которого перпендикулярна оси рельса и расположена преимущественно горизонтально. В ряде случаев вырез поверхности изношенного участка рельса, подлежащего наплавке, может иметь и другую вогнутую форму, например, сегмента сферы или части веретенообразной поверхности (имеющей разные радиусы в двух взаимно перпендикулярных плоскостях).
В случае нагревания поверхности вогнутой формы с помощью горелки, факел которой формируется при выходе горючей смеси через множество отверстий плоского торца мундштука, до более высокой температуры будут нагреваться участки поверхности рельса, расположенные ближе к торцу мундштука, вследствие чего предварительный нагрев поверхности, подлежащей наплавке, будет неравномерным. Такая неравномерность нагрева поверхности участка рельса, подлежащего последующей восстановительной наплавке, приводит к снижению качества наплавки, а именно, к возможным дефектам в виде непровара и внутренних пор (при недостатке тепла для проплавления), или к образованию закалочных структур на границе сплавления металла рельса и наплавляемого металла (при слишком быстром и/или неравномерном остывании), что негативно влияет на эксплуатационную надежность железнодорожного полотна и впоследствии может привести к аварийной ситуации.
Следует отметить, что в прототипе, как и в других известных технических решениях, не предусмотрено выполнение торцевой поверхности головки горелки выпуклой формы.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является повышение (улучшение) равномерности предварительного нагрева, выполняемого с помощью газовой горелки, вогнутой поверхности выреза поврежденного участка (в частности, участка рельса), подлежащего наплавке.
Авторами предлагается выполнение торца головки горелки с наружной поверхностью выпуклой формы (например, в виде части цилиндрической поверхности, отсеченной плоскостью вдоль оси цилиндра, со стягивающим углом в поперечном разрезе, меньшим или равным 180°, или в виде сегмента сферы), позволяющее обеспечить (по сравнению с прототипом) более равномерный предварительный нагрев вогнутой поверхности выреза изношенного участка рельса, подлежащего наплавке.
Инжекционная газовая горелка, используемая, в частности, для предварительного нагрева поверхности, подлежащей наплавке, содержит инжектор и соединенную с ним смесительную камеру. Смесительная камера (а именно, ее выходная часть) соединена с трубкой подачи горючей смеси (с входной частью трубки). Выходной конец трубки подачи снабжен головкой горелки. Внутренняя полость головки горелки ограничена замкнутой боковой стенкой и торцевым элементом. В торцевом элементе выполнены сквозные сопловые отверстия, предназначенные для выхода горючей смеси. При этом, согласно заявляемой полезной модели, наружная рабочая поверхность торцевого элемента головки горелки выполнена выпуклой формы.
Под рабочей поверхностью торцевой части головки газовой горелки понимают поверхность, на которой выполнены сквозные отверстия, предназначенные для выхода струй горючей смеси, формирующих после поджига факел пламени.
Следует отметить, что выпуклой поверхностью называют любую связную часть границы выпуклого тела, при этом выпуклым телом называют геометрическое тело, обладающее тем свойством, что соединяющий две его любые точки отрезок содержится в нем целиком, примеры выпуклого тела – шар, куб [адрес интернет-страницы: https://поискслов.рф/wd/выпуклая поверхность?ysclid=lbmt3b7wwe928465034, «Энциклопедический словарь», 1998].
Выполнение в предлагаемом техническом решении выпуклой наружной рабочей поверхности торцевого элемента головки инжекционной газовой горелки (в отличие от прототипа, в котором головка горелки имеет плоскую торцевую рабочую поверхность) обеспечивает выпуклый равномерный тепловой фронт, создаваемый при работе горелки, что позволяет (по сравнению с прототипом) обеспечить более равномерный нагрев выреза вогнутой формы, выполненного на участке поверхности, подлежащем наплавке. Как уже было отмечено выше, при выполнении восстановительной наплавки изношенного участка поверхности рельса вырез, выполняемый с целью удаления дефектов на указанном участке перед предварительным нагревом, обычно имеет вогнутую скругленную поверхность, так как такая форма выреза по сравнению с вырезом, имеющим прямоугольную форму в плоскости продольного сечения рельса, исключает наличие потенциальных центров концентрации напряжений, при этом при равномерном нагреве поверхности, подлежащей наплавке, создаются равномерные условия для проплавления металла и последующей кристаллизации сварочной ванны, а также обеспечивается минимизация внутренних напряжений металла.
Соединение боковой стенки и торцевого элемента головки горелки может быть выполнено разъемным. Однако с целью обеспечения высокой устойчивости к термонагрузкам головку горелки целесообразно выполнять из монолитной заготовки, то есть боковая стенка должна быть выполнена монолитной с торцевой частью (торцевым элементом).
Также высокая устойчивость головки горелки к термонагрузкам обеспечивается и при выполнении соединения торцевого элемента головки горелки с боковой стенкой посредством сварки.
Выпуклая наружная рабочая поверхность торцевого элемента может представлять собой сегмент сферы. При этом сквозные отверстия, выполненные в торцевом элементе, могут быть расположены равномерно по концентрическим окружностям, например, по двум или трем.
Выпуклая наружная рабочая поверхность торцевого элемента также может представлять собой, например, часть цилиндрической поверхности, отсеченной вдоль оси цилиндра (при этом ось цилиндра расположена перпендикулярно оси головки горелки), либо часть поверхности, имеющей отличающиеся (различные) значения радиусов в двух взаимно перпендикулярных плоскостях – в продольной и поперечной плоскости (часто называемой «веретенообразной» или «бочкообразной» поверхностью), отсеченной вдоль продольной оси указанной поверхности (причем продольная ось расположена перпендикулярно вертикальной оси головки горелки).
Кроме того, возможно выполнение рабочей поверхности торцевого элемента в виде части поверхности выпуклого многогранника и т.д.
Следует отметить, что для выполнения предварительного нагрева участка поверхности, подлежащего восстановительной наплавке, целесообразно использовать головку горелки с торцевым элементом, имеющим форму рабочей поверхности, которая соответствует форме выреза (наиболее близка к форме выреза) указанного участка поверхности рельса. Форма выреза может быть задана при установке параметров траектории движения газового резака, закрепленного, например, в шаблоне и обеспечивающем движение сопловой части резака по дуге.
С целью улучшения равномерности теплового фронта при работе горелки сквозные отверстия в торцевом элементе могут быть выполнены так, что их оси расположены под наклоном в направлении к вертикальной оси головки горелки таким образом, чтобы обеспечить возможность выхода рабочей смеси из внутренней полости головки горелки расходящимися струями.
Для обеспечения наилучшей равномерности теплового фронта при работе горелки при выполнении наружной рабочей поверхности торцевого элемента в виде сегмента сферы сквозные отверстия выполнены таким образом, что их оси расположены в радиальном направлении - к центру сферы.
Графические материалы содержат пример выполнения заявляемой инжекционной газовой горелки.
На фиг. 1 представлено схематичное изображение инжекционной газовой горелки с указанием основных конструктивных элементов, главный вид.
На фиг. 2 представлено схематичное изображение инжекционной газовой горелки, вид сбоку (слева).
На фиг. 3 представлена схема работы горелки при выполнении предварительного нагрева участка поверхности рельса, подлежащего наплавке, главный вид.
На фиг. 4 представлена схема работы горелки при выполнении предварительного нагрева, вид сбоку.
i
i
Представленная на фиг. 1 однофакельная многосопловая газовая горелка инжекционного (инжекторного) типа, применяемая для нагрева участка поверхности рельса, подлежащего наплавке, содержит ствол 1 горелки, трубку 2 подачи горючей смеси, головку 3 горелки. Ствол 1 горелки содержит рукоятку 4 со шлангами подключения к узлу подачи компонентов горючей смеси, например, к баллонам с пропаном и кислородом, и клапанами 5 регулировки подачи каждого компонента, а также включает инжектор 6, установленный на входе смесительной камеры 7. Выход смесительной камеры 7 соединен с входным концом 8 трубки подачи 2. Выходной конец 9 трубки подачи 2 соединен с головкой 3 газовой горелки. Предпочтительным вариантом соединения головки 3 горелки с трубкой 2 подачи является сварное соединение. При этом возможны и другие варианты соединения, например, резьбовое, запрессовкой и т.д. Однако сварное соединение обеспечивает наиболее высокую устойчивость к термонагрузкам. Головка 3 горелки образована замкнутой боковой стенкой 10 и торцевым элементом 11, которые ограничивают внутреннюю полость 12 головки 3 горелки. В торцевом элементе 11 выполнены сквозные сопловые отверстия 13, предназначенные для выхода струй горючей смеси. Наружная рабочая поверхность 14 торцевого элемента 11 головки 3 горелки выполнена выпуклой формы, что позволяет при работе горелки формировать тепловой фронт выпуклой формы. В представленном примере торцевой элемент 11 выполнен в виде части стенки цилиндра, отсеченной вдоль оси цилиндра и имеющей равномерную толщину. В приведенном примере отверстия 13 равномерно распределены по поверхности 14: расположены в несколько рядов (в 2-4 ряда) вдоль оси цилиндра, на равных расстояниях друг от друга в каждом ряду, при этом оси 15 отверстий 13 наклонены к вертикальной оси 16 головки 3 газовой горелки таким образом, чтобы обеспечить при работе горелки формирование расходящегося факела 17 пламени с равномерным выпуклым тепловым фронтом (форма теплового фронта будет определяться в основном формой наружной поверхности торцевого элемента). Углы α и β наклона осей 15 сопловых отверстий 13 показаны на фиг. 1, 2. На практике величины углов могут быть определены расчетно-экспериментальным путем, исходя из параметров выреза, зависящих от применяемого технологического оборудования.
Торцевой элемент может быть выполнен и иной формы, например, в виде равнотолщинного сегмента сферы или в виде части поверхности выпуклого многогранника (но выполнение граненой поверхности является технологически сложным и требует выполнения большого количества операций). В случае выполнения торцевого элемента в виде сегмента сферы оптимальным выполнением отверстий (обеспечивающим формирование равномерного теплового фронта, имеющего форму сегмента сферы) будет такое, при котором они расположены по концентрическим окружностям, например, по трем, а оси отверстий направлены в радиальном направлении к центру сферы.
Следует отметить, что экспериментальные исследования опытных образцов показали, что выполнение отверстий 13, оси 15 которых расположены параллельно оси 16 головки 3 горелки, а также выполнение торцевого элемента 11 неравнотолщинным, не оказывает значительного негативного влияния на равномерность теплового фронта. Хотя наилучшие показатели равномерности выпуклого теплового фронта обеспечиваются при выполнении конструкции горелки согласно тому, как описано выше.
Элементы газового тракта горелки обычно изготавливают из жаропрочных сплавов стали или латуни, например, по ГОСТ 29090-91 «Материалы, используемые в оборудовании для газовой сварки, резки и аналогичных процессов. Общие требования».
Головка 3 горелки может быть изготовлена из монолитной заготовки путем расточки внутренней части заготовки с образованием внутренней полости 12 с последующим сверлением сквозных отверстий 13. В приведенном примере толщина боковой стенки 10 (выполненной в виде усеченного конуса) составляет 2-3 мм, толщина торца 11 имеет большую толщину (так как этот элемент подвержен более высокой термической нагрузке) и составляет 8-10 мм. Следует отметить, что, в принципе, торцевой элемент (торец) головки газовой горелки может быть изготовлен съемным. Однако, учитывая высокие термонагрузки при работе горелки, при монолитном выполнении торца обеспечивается существенно более высокая надежность головки горелки, чем при съемном выполнении торцевого элемента.
Головка горелки соединена с выходным концом трубки подачи горючей смеси с помощью сварки. Следует обратить внимание, что с учетом появления в настоящее время новых возможностей применения технологий изготовления деталей различной конфигурации с помощью 3D-принтера возможно изготовление трубки 2 подачи горючей смеси и головки 3 горелки с помощью указанной технологии как единого целого.
Инжектор, смесительная камера, другие элементы ствола горелки, а также трубка подачи горючей смеси являются стандартными элементами газовой горелки. Трубка подачи может иметь как прямую, так и изогнутую форму.
Приведенный пример выполнения горелки с торцевым элементом выпуклой формы как описано выше может быть использован для предварительного нагрева поверхности выреза изношенного участка рельса, подлежащего восстановительной наплавке, имеющей вогнутую форму в виде части цилиндрической поверхности (ось цилиндра расположена перпендикулярно вертикальной продольной плоскости рельса).
Функционирование инжекционной газовой горелки осуществляется следующим образом.
Компоненты горючей смеси подают из внешних источников, например, из баллона с пропаном и баллона с кислородом (на фиг. не показаны), каждый из которых соединен своим шлангом с помощью штуцера с соответствующим каналом для подвода компонентов смеси, проходящим через рукоятку 4 ствола 1 горелки. С помощью клапанов 5 осуществляют регулировку подачи каждого компонента. Далее компоненты поступают в инжектор 6, где происходит начальная фаза их смешения. Из инжектора 6 газ поступает в смесительную камеру 7, в которой при перемешивании компонентов (за счет организации внутренних потоков, турбулентности и т.д.) происходит образование горючей смеси, которая поступает на вход 8 (на входной участок) трубки подачи 2. Пройдя по всей длине трубки подачи 2, горючая смесь из выходного конца 9 трубки 2 поступает во внутреннюю полость 12 головки 3 газовой горелки, откуда через сопловые отверстия 13, выполненные в торцевом элементе 11, выходят расходящиеся струи горючей смеси. Поджиг производят после выхода струй горючей смеси из головки 3 горелки, в результате чего на выходе из головки горелки, сразу после наружной поверхности 14 торцевого элемента 11, формируется расходящийся факел 17 пламени. Горение горючей смеси происходит снаружи головки горелки, и сварщик осуществляет нагрев поверхности участка рельса, подлежащего последующей наплавке (фиг. 3, 4).
Таким образом, при выполнении предварительного нагрева газовой горелкой предлагаемой конструкции, в которой наружная поверхность 14 торцевого элемента 11 (со сквозными сопловыми отверстиями 13) выполнена выпуклой формы, тепловой фронт пламени 17, формирующийся на выходе из головки и соответствующий по своей геометрии наружной поверхности торца головки, также является выпуклым, что позволяет обеспечить более равномерный нагрев вогнутой поверхности выреза восстанавливаемого участка рельса по сравнению с факелом пламени, формируемым на выходе плоского торцевого элемента и имеющего плоский тепловой фронт. Кроме того, улучшить равномерность нагрева поверхности (за счет большей равномерности теплового фронта) позволяет равномерное распределение отверстий 13 по поверхности 14, а также их выполнение с наклоном осей 15 к вертикальной оси 16 головки 3 (что обеспечивает выход расходящегося пучка струй горючей смеси, а значит, и расходящийся факел 17 пламени после поджига горючей смеси).
Авторами были выполнены экспериментальные исследования опытных образцов рельсов Р50 и Р65 (группа №1), при восстановительной наплавке которых для каждого образца производили вогнутый вырез изношенного участка рельса, в т.ч. в виде части вогнутой цилиндрической поверхности. После чего осуществляли предварительный нагрев вогнутой поверхности выреза с помощью инжекционной газовой горелки, выполненной согласно описанному выше примеру выполнения, т.е. с выпуклым торцевым элементом головки горелки, представляющим собой часть стенки цилиндра, и выполненными в нем сопловыми отверстиями. Затем в соответствии с параметрами технологического процесса была произведена восстановительная наплавка поверхности поврежденного участка образца.
Аналогичным образом для таких же образцов (группа №2) была выполнена восстановительная наплавка, но с использованием газовой горелки с плоским торцевым элементом головки.
В обоих вариантах (для каждого образца группы №1 и группы №2) производился предварительный подогрев с одинаковыми параметрами рабочего давления газов (пропан и кислород) и длительности подогрева, после чего пирометром проводился замер температуры нагрева поверхности металла в зоне радиального выреза в 6 точках: по две точки в левой, центральной и правой частях выреза.  После этого был произведен сравнительный анализ результатов замеров температуры образцов обеих групп, который показал, что разброс полученных значений измеренных температур в указанных точках на образцах группы №1 на 25-40% меньше чем на образцах группы № 2. Другими словами - равномерность нагрева поверхности в зоне радиального выреза у образцов группы №1 на 25-40% лучше, чем у образцов группы №2. При этом образцы обеих групп соответствовали требованиям качества алюминотермитной наплавки согласно ТУ 0921-335-01124323-2016.
Следует обратить внимание, что инжекционная газовая горелка с предлагаемым выполнением выпуклой торцевой поверхности головки горелки может быть использована и для нагрева плоской поверхности, подлежащей последующей наплавке. Как показали результаты экспериментальных исследований, проведенных авторами, неравномерность прогрева плоской поверхности (при ее нагреве газовой горелкой с выпуклой торцевой поверхностью головки) будет сопоставима с неравномерностью прогрева вогнутой поверхности, нагрев которой осуществляется газовой горелкой с плоской торцевой поверхностью головки горелки.