УСТРОЙСТВО ДЛЯ КИСЛОРОДНО-ФЛЮСОВОЙ РЕЗКИ
DEVICE FOR FLUX-OXYGEN CUTTING

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в различных технологических процессах, связанных с высокотемпературной резкой материалов, а именно тугоплавких металлов, железобетона и других неметаллических материалов, а также высоколегированного скрапа.
Из уровня техники известно устройство для кислородной резки, реализующее способ кислородной резки, содержащее мундштук резака, вокруг которого расположен цилиндрический корпус с наконечником, удаленным на расстоянии 150-300 мм от разрезаемой заготовки [Патент RU 2098245, МПК B23K 7/00, 1996]. В известном устройстве сформирована защитная струя газов, которую подают из камеры, укрепленной на корпусе резака. Газ для защитной концентрической струи газов подают через трубу, например, от цеховой сети или от баллона. Помимо основной струи режущего кислорода, имеющей цилиндрическую форму, формируют дополнительную концентрическую струю кислорода под малым давлением. Сформированный защитный слой газов в форме полого цилиндра препятствует подсосу азота из атмосферы, т.е. способствует сохранению чистоты кислорода в режущей струе. Кроме того, подают дополнительную газовую струю со скоростью, равной 0,45…0,55 скорости режущего кислорода, что позволяет снизить уровень шума при истечении газовой струи в окружающий объем.
Недостаток известного устройства для кислородной резки состоит в том, что пламя кислородной горелки не обеспечивает высокую температуру для резки тугоплавких материалов, что ограничивает область применения этого известного устройства.
Наиболее близким известным техническим решением к заявляемому в качестве прототипа является устройство, реализующее известный способ кислородно-флюсовой резки огнеупора, содержащее флюсовой питатель с циклонной камерой, резак и магистрали технологических газов режущего кислорода и азота, содержащее флюсовой питатель с циклонной камерой, резак и магистрали технологических газов, а также дренажные элементы и емкости для псевдоожижения кислорода и азота с термитной смесью, состоящей из алюминия, кремния и предварительно прокаленного оксида железа [Патент RU 2434744, МПК B23K 7/08, 2001]. В известном устройстве формируют газообразные потоки режущего кислорода и флюсонесущего азота, которые после воспламенения направляют в виде струи пламени на поверхность разрезаемого объекта (заготовки).
Недостаток прототипа заключается в том, что в процессе газификации происходят большие потери тепловой энергии и, кроме того, процесс газификации жидкого кислорода и жидкого азота и последующая стабилизация сформированных газовых потоков дренажом избыточного давления из их резервуаров требуют дорогостоящего повышения мер пожарной и взрывобезопасности кислородно-флюсовой резки из-за опасности взрыва дренажных газов.
Технической задачей изобретения является повышение экономичности кислородно-флюсовой резки путем снижения затрат расхода энергии на газификацию жидких кислорода, азота и метана и, кроме того, другой неотделимой технической задачей изобретения является повышение мер пожарной и взрывобезопасности за счет замены известного дренажа газов из резервуаров кислорода и азота автоматическим отслеживанием их давлений, отбором и накоплением той их части, которая превышает допустимое значение.
Технический результат изобретения состоит в том, что уменьшается расход энергии на газификацию и повышаются меры противопожарной безопасности и взрывобезопасности.
Сущность изобретения состоит в том, что кроме известных и общих существенных отличительных признаков, а именно флюсового питателя с циклонной камерой, резака и магистралей технологических газов режущего кислорода и азота, предлагаемое устройство для кислородно-флюсовой резки снабжено блоком реверсивных холодных криогенных газификаторов жидкого кислорода для подачи газифицированного кислорода в магистраль режущего кислорода, блоком реверсивных холодных криогенных газификаторов жидкого метана для подачи газифицированного метана в магистраль горючего газа, блоком реверсивных холодных криогенных газификаторов жидкого азота для подачи газифицированного азота в магистраль флюсонесущего азота, при этом к выходам блоков реверсивных холодных криогенных газификаторов жидкого кислорода и жидкого метана подключены криогенные адсорбционные накопители кислорода и метана с автоматическими дренажными клапанами, выходы которых связаны с магистралями технологических газов, а к выходу блока реверсивных холодных криогенных газификаторов жидкого азота подключены автоматические дренажные клапаны, выходы которых связаны соответствующими магистралями газообразного азота с криогенными адсорбционными накопителями кислорода и метана.
Новизна изобретения состоит в том, что устройство для кислородно-флюсовой резки снабжено блоком реверсивных холодных криогенных газификаторов жидкого кислорода для подачи газифицированного кислорода в магистраль режущего кислорода, блоком реверсивных холодных криогенных газификаторов жидкого метана для подачи газифицированного метана в магистраль горючего газа, блоком реверсивных холодных криогенных газификаторов жидкого азота для подачи газифицированного азота в магистраль флюсонесущего азота, при этом к выходам блоков реверсивных холодных криогенных газификаторов жидкого кислорода и жидкого метана подключены криогенные адсорбционные накопители кислорода и метана с автоматическими дренажными клапанами, выходы которых связаны с магистралями технологических газов, а к выходу блока реверсивных холодных криогенных газификаторов жидкого азота подключены автоматические дренажные клапаны, выходы которых связаны соответствующими магистралями газообразного азота с криогенными адсорбционными накопителями кислорода и метана, что обеспечивает повышение экономичности кислородно-флюсовой резки путем снижения затрат расхода энергии на газификацию жидких кислорода, азота и метана и повышение мер пожарной и взрывобезопасности за счет замены известного дренажа газов из резервуаров кислорода и азота автоматическим отслеживанием их давлений, отбором и накоплением той их части, которая превышает допустимое значение.
Функциональная схема установки для кислородно-флюсовой резки изображена на чертеже, где обозначено:
1 - флюсовый питатель;
2 - резак (держатель резака на чертеже не показан);
3 - кислородная рампа;
4.1 и 4.2 - блок реверсивных холодных криогенных газификаторов жидкого кислорода;
5 - азотная рампа;
6.1 и 6.2 - блок реверсивных холодных криогенных газификаторов жидкого азота;
7 - рампа горючего газа-метана;
8.1 и 8.2 - блок реверсивных холодных криогенных газификаторов жидкого метана;
9 - обратный клапан кислорода;
10 - криогенный адсорбционный накопитель кислорода;
11.1 и 11.2 - автоматические дренажные клапаны кислорода;
12 - обратный клапан метана;
13 - криогенный адсорбционный накопитель метана;
14 - обратный клапан азота;
15 - азотный редуктор;
16, 17 и 18 - магистрали подачи флюсонесущего азота, метана и режущего кислорода соответственно;
19 - обратный клапан флюсонесущего азота;
20.1 и 20.2 - автоматические дренажные клапаны метана;
21.1 и 21.2 - автоматические дренажные клапаны азота.
В исходном положении флюсовый питатель 1 связан с резаком 2. Кислородная рампа 3 подключена к выходам реверсивных холодных криогенных газификаторов жидкого кислорода 4.1 и 4.2. Азотная рампа 5 подключена к выходам реверсивных холодных криогенных газификаторов жидкого азота 6.1 и 6.2. Рампа горючего газа-метана 7 подсоединена к выходам реверсивных холодных криогенных газификаторов жидкого метана 8.1 и 8.2. Обратный клапан кислорода 9 подключен к выходу криогенного адсорбционного накопителя кислорода 10 с автоматическими дренажными клапанами кислорода 11.1 и 11.2. Обратный клапан метана 12 подсоединен к выходу криогенного адсорбционного накопителя метана 13. Выход обратного клапана азота 14 связан с входом азотного редуктора 15. Магистрали подачи флюсонесущего азота 16, метана 17 и режущего кислорода 18 подключены к соответствующим входам резака 2. Обратный клапан флюсонесущего азота 19 включен в магистраль подачи флюсонесущего азота 16. Автоматические дренажные клапаны метана 20.1 и 20.2 подключены к входу криогенного адсорбционного накопителя метана 13. Выходы автоматических дренажных клапанов азота 21.1 и 21.2 связаны с азотной рампой 5.
Устройство для кислородно-флюсовой резки работает следующим образом.
Реверсивные холодные криогенные газификаторы 4.1 и 4.2, предназначенные для подачи режущего кислорода к резаку 2, вырабатывают газообразный кислород, который через обратный клапан 9 поступает в магистраль 18. Криогенный адсорбционный накопитель 10 предназначен для бездренажного хранения кислорода в криогенном сосуде реверсивных холодных криогенных газификаторах 4.1 и 4.2 в периоды времени, когда процесс газификации остановлен. Автоматические дренажные клапаны 11.1 и 11.2 осуществляют автоматический газовый сброс паров кислорода из реверсивных холодных криогенных газификаторов 4.1 и 4.2 в криогенный адсорбционный накопитель кислорода 10 в периоды времени, когда процесс газификации остановлен в реверсивных холодных криогенных газификаторах. Блок реверсивных холодных криогенных газификаторов жидкого метана 8.1 и 8.2 вырабатывает горючий газ-метан для подачи его к резаку 2 через обратный клапан 12 по магистрали 17. Криогенный адсорбционный накопитель метана 13 осуществляет бездренажное хранение метана в криогенных сосудах 8.1 и 8.2 в периоды времени, когда процесс газификации остановлен. С помощью автоматических дренажных клапанов метана 20.1 и 20.2 выполняется автоматический газовый сброс паров метана из блока реверсивных холодных криогенных газификаторов жидкого метана 8.1 и 8.2 в те интервалы времени, когда процесс газификации остановлен. С выходов блока реверсивных холодных криогенных газификаторов жидкого азота 6.1 и 6.2 поступает флюсонесущий газ-азот через обратный клапан 14, обратный клапан 19 и азотный редуктор 15 на вход флюсового питателя 1, из которого мелкодисперсная смесь флюса с флюсонесущим газом-азотом по магистрали 16 направляется к входу резака 2. С выходов автоматических дренажных клапанов азота 21.1 и 21.2 насыщенные пары азота поступают из криогенных сосудов блока реверсивных холодных криогенных газификаторов жидкого азота 6.1 и 6.2 через магистраль 21 в криогенные адсорбционные накопители 10 и 13. Магистраль подачи подогретого азота в криогенные адсорбционные накопители 10 и 13 на чертеже не показана.
Рабочее давление режущего кислорода и горючего газа-метана устанавливается в зависимости от толщины разрезаемого материала (заготовки) с помощью регуляторов давления реверсивных холодных криогенных газификаторов, которые на чертеже не показаны.
Промышленная осуществимость предлагаемого изобретения обосновывается тем, что в нем используются известные в аналоге и прототипе узлы и блоки по своему прямому функциональному назначению. В организации-заявителе изготовлен макет опытного образца устройства в 2012 году.
Положительный эффект от использования изобретения состоит в том, что сокращается не менее чем на 10…15% расход энергии на газификацию жидких кислорода, азота и метана, используемых для резки тугоплавких металлов, железобетона и других неметаллических материалов, а также высоколегированного скрапа, за счет повышения температуры режущей струи с помощью сгорания метана. Кроме того, повышается не менее чем на 40…60% противопожарная безопасность и уменьшается опасность взрыва путем отвода дренажных газовых продуктов не в атмосферу, как это происходит в прототипе, а в накопители этих дренажных газов для последующего их использования при кислородно-флюсовой резке.