RU1813164C - Устройство дл термического разрушени горных пород - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к устройствам дл  термического разрушени  горных по$од и может найти применение в горной промышленности и при обработке поверхности различных изделий высокотемпературной газовой струей.

На фигЛ показан продольный разрез устройства; иа фиг.2 - разрез А-А на фиг.1; на фиг.З - сечение Б-Б на фиг, 1,

Устройство содержит корпус 1, распределительную головку 2 с полостью дл  подвода окислител , сопловой аппарат 3 с полостью 4 охлаждени  и соплом 5 дл  истечени  продуктов сгорани , размещенный между корпусом f и жаровой трубой 7 дефлектор 8, образующий с корпусом 1 кольцевой канал 9 и с жаровой трубой 7 кольцевой канал 10. Со стороны головки 2 к устройству подведены магистраль 11 дл  подвода окислител  и магистраль 12 дл  подвода топлива. 8 головке 1 выполнена сообщенна  с магистралью 11 полость 13 дл  подвода окислител  и выполнен р д радиальных отверстий 14, сообщающих полость 13 дл  подвода окислител  с кольцевым каналом 9. Выполненный в нижней части дефлектора 8 лопаточный завихритель 6 сообщает тангенциальными каналами 15 кольцевой канал 9 с полостью 4 и через нее с кольцевым каналом 10. Совместно с головкой 2 в виде единой детали выполнен корпус 16 пневматической форсунки с сопловым отверстием 17, Жарова  труба 7, сопловой аппарат 3 и нижний торец корпуса 16 ограничивают полость камеры сгорани  18. В корпусе 16 форсунки вмонтирован эавихритель 19 с винтовыми каналами 20 и шток 21 с осевым глухим гнездом со смещенными друг относительно друга радиальными каналами 30, вход каждого из которых расположен на его внутренней полости глухого гнезда, и с расположенным на наружной поверхности корпуса 16 выступом 28 кольцевой формы.

Жарова  труба 7 имеет входную обечайку 22, котора  свободно находит на корпус 16 и совместно с ним образует кольцевой канал 23, а совместно с торцом головки 2 образует торцевой зазор 24, сообщающий кольцевой канал 10 с кольцевым каналом 23, При этом площадь проходного сечени  ка00

w

««а

О

4

СО

нала 23 составл ет 1,0...1,2 площади критического сечени  сопла 5. Равномерность кольцевого канала 23 по окружности обеспечиваетс  радиальными вставками 25.

Шток 21 совместно с корпусом 16 образует смесительную камеру 26, котора  через образованную выступом на штоке и торцом корпуса 16 форсунки кольцевую щель 27 сообщена с полостью дл  подвода окислител  13, а винтовые канавки на боковой поверхности завихрител  19 образуют со стенками полости винтовые каналы 20, вход которых сообщен со смесительной камерой 26, а выход сообщен с сопловым отверстием 17 в корпусе 16 форсунки.

В штоке 21 имеетс  осевой канал 29, соединенный с магистралью подвода топлива 12 и несколько радиальных каналов 30, сообщающих осевой канал 29 с камерой 26 смешени . При этом оси радиальных каналов 30 расположены равномерно по окружности перед входной кромкой 28 корпуса 16, проход т свободно через кольцевую щель 27 и смещены относительно друг друга в направлении продольной оси устройства. Суммарна  площадь винтовых каналов 20 завихрител  19 составл ет 0,03...0,05 площади проходного сечени  кольцевого канала 23.

Устройство работает следующим образом .

На пусковом режиме к головке. 2 по магистрали 11 окислител  и магистрали 12 топлива подаод т сжатый воздух и жидкое топливо. Расходы воздуха и топлива составл ют 0,05...О,ТО номинальных расходов. Сжатый воздух проходит из магистрали Т1 в воздухоподвод щую полость 13 головки 2, через отверсти  14 в кольцевой канал 9, затем через завихритель 6 в кольцевой канал 10. торцевой зазор 24 и по кольцевому каналу 23 входит в камеру 18 сгорани .

Часть сжатого воздуха, составл юща  5-8% от общего расхода, подаётс  из возду- хоподвод щей полости 13 в камеру 18 сгорани  через пневматическую форсунку, при этом воздух проходит через кольцевую щель 27, камеру 26 смешени , винтовые каналы 20 и сопловое отверстие 17.

Топливо из магистрали 12 по каналу 29 штока 21 и через радиальные отверсти  30 поступает в камеру 26 смешени . Так как расход топлива на пусковом режиме значительно меньше номинальных расходов, то истечение топлива через радиальные отверсти  30 о камеру 26 смешени  происходит с малой скоростью при ламинарном режиме точени , Капли топлива унос тс  воздушным потоком из камеры 26 смешени  через винтовые каналы 20 завихрител  19 и через

сопловое отверстие 17 в камеру 18 сгорани .

Таким образом, на пусковых расходах топливо подаетс  в камеру 18 сгорани  непосредственно через пневматическую форсунку , мину  тракт охлаждени  соплового аппарата 3 и жаровой трубы 7, при этом в пневматической форсунке происходит дробление капель топлива, смешение топлива с

0 воздухом и истечение топливо-воздушной смеси в камеру 18 сгорани  закрученным потоком , что стабилизирует плам  после воспламенени  смеси. Воспламенение смеси производитс  от свечи зажигани  или от

5 внешнего источника путем вт гивани  пламени внутрь камеры сгорани . После воспламенени  смеси производитс  вывод устройства на рабочий режим путем синхронного увеличени  расходов сжатого воздуха и топлива.

0 При увеличении расхода топлива происходит увеличение скорости истечени  топлива из радиальных отверстий 30 в камеру 26 смешени , при этом скоростной напор топливных струй увеличиваетс  и деформа5 ци  струй воздушным потоком уменьшаетс , топливные струи выпр мл ютс  и истекают через кольцевую щель 27 в воздухоподвод щую полость 13 головки 2, где дроб тс  и унос тс  воздушным потоком в

0 кольцевой канал 9.Так как радиальные отверсти  30 смещены относительно друг друга в направлении продольной оси устройства, то расход топлива через пневматическую форсунку при выходе устройства на рабочий ре5 жим уменьшаетс  постепенно, без резких

изменений, что уменьшает возможность

срыва пламени.

На рабочем режиме практически все

топливо выбрасываетс  из камеры 26 сме0 шени  в воздухоподвод щую полость 13, где, смешива сь с потоком воздуха, поступает через отверсти  14 в кольцевой канал 9. Из этого канала топливо-воздушна  смесь проходит через лопаточный завихритель 6,

5 в котором ей сообщаетс  окружна  составл юща  скорости, в кольцевой канал 10, по которому поднимаетс  вверх до головки 2,

Сообщение закрутки топливо-воздушной смеси в завихрителе 6 приводит к ин0 тенсивному перемешиванию топлива с воздухом, дроблению капель топлива и выравниванию концентрации топлива по поперечному сечению кольцевого канала 10, интенсивному испарению топлива и нагре5 ву топливо-воздушной смеси в этом канале. Все тепло, затраченное на нагрев смеси и испарение топлива, снимаетс  со стенок наиболее нагретых элементов устройства - соплового аппарата 3 и жаровой трубы 7. Особенно интенсивно охлаждаютс  стенки

соплового аппарата и нижней части жаровой трубы, где теплоперепад между стенками и топливо-воздушной смесью наибольший. По мере движени  топливо- воздушной смеси по каналу 10 к головке 2 температура смеси повышаетс  и охлаждение жаровой трубы ухудшаетс .

Из кольцевого канала 10 топливо-воздушна  смесь через торцевой зазор 24 и кольцевой канал 23 вводитс  в камеру 18 сгорани  в виде кольцевой струи с высокой скоростью, равной 100...150 м/с. Высока  скорость истечени  топливо-воздушной смеси из кольцевого канала 23 обеспечиваетс  тем, что площадь проходного сечени  канала 23 прин та равной 1,0.,.1,2 площади критического сечени  сопла 5. Скорость топливо-воздушной смеси в кольцевой струе значительно выше скорости распространени  пламени, составл ющей не более 15...20 м/с, поэтому кольцева  стру   вл етс  защитным экраном дл  жаровой трубы со стороны камеры сгорани . Особенно эффективна защита дл  передней части жаровой трубы: на этом участке кольцева  стру  не размыта продуктами сгорани . Кольцева  стру  топливо-воздушной смеси эжектирует продукты сгорани  и топливо-воздушную смесь из центральной зоны камеры сгорани  и приводит к образованию в центральной части камеры сгорани  интенсивных обратных токов. Наличие зоны обратных токов обеспечивают стабилизацию фронта пламени непосредственно за торцом корпуса 16 пневматической форсунки .

Использу  известные зависимости, можно установить, что длина зоны обратных токов составл ет около 1 /3 длины камеры сгорани , а максимальна  скорость потока у стенки жаровой трубы в конце зоны обратных токов составл ет около 50 м/с. Таким образом, можно сделать вывод, что передн   часть жаровой трубы надежно защищена от теплового воздействи  кольцевым потоком топливо-воздушной смеси,

Часть сжатого воздуха, составл юща  около 5...7% от общего расхода воздуха, вводимого в камеру сгорани , проходит из воздухоподвод щей полости 13 через кольцевую щель 27, винтовые каналы 20 и сопловое отверстие 17 в камеру 18 сгорани . При этом холодный воздух, проход  через винтовые каналы 20, приобретает окружную составл ющую скорости и при выходе из сопла 17 под действием центробежных сил образует конический закрученный воздушный поток. Закрученный конический поток холодного воздуха надежно защищает торец корпуса 16 пневматической форсунки от

теплового потока со стороны камеры 18 сгорани .

Предлагаема  конструкци  газоструй- 5 ного устройства обеспечивает повышение надежности запуска и эксплуатации устройства . Дополнительным преимуществом предлагаемого устройства  вл етс  возможность работы на низкосортных топливах при высо0 кой полноте сгорани  топлива за счет качественной подготовки топливной смеси.

Claims (5)

1. Формула изобретени  1. Устройство дл  термического разрушени  горных пород, включающее корпус,

   5 установленную коаксиально внутри корпуса жаровую трубу, распределительную головку с полостью дл  подвода окислител , сопло- вый аппарат с полостью дл  его охлаждени  и с соплом дл  истечени  продуктов сгора0 ни  из внутренней полости камеры сгорани , размещенный между корпусом и жаровой трубой и образующий с последними кольцевые каналы дефлектор, образованную жаровой трубой, сопловым

   5 аппаратом и распределительной головкой камеры сгорани , соединенную с распределительной головкой магистраль дл  подвода окислител , котора  последовательно через полость дл  подвода окислител  в распре0 делительной головке, каналы дл  прохода окислител  в распределительной головке, кольцевой канал между корпусом и дефлектором , полость дл  охлаждени  соплового аппарата и кольцевой канал между дефлек5 тором и жаровой трубой сообщена с внутренней полостью камеры сгорани , расположенный по продольной оси устройства завихритель с винтовыми канавками на его боковой поверхности, шток с осевым

   0 глухим гнездом со смещенными друг относительно друга по продольной оси штока радиальными каналами, вход каждого из которых расположен во внутренней полости глухого гнезда, и с расположенным на его

   5 наружной поверхности выступом кольцевой формы, и магистраль дл  подвода топлива, от л и ч а ю щ е ее   тем, что оно снабжено расположенной в распределительной головке форсункой дл  запуска устройства,

   0 расположённой в ее корпусе полостью дл  размещени  завихрител  и с сопловым отверстием дл  подачи топливной смеси во внутреннюю полость камеры сгорани  и установленным в полости дл  охлаждени  соплового аппарата

   5 дополнительным завихрителем с тангенциально расположенными к продольной оси устройства каналами, а магистраль дл  подвода топлива сообщена с внутренней полостью глухого гнезда в штоке, при этом наружна  бокова  поверхность штока и стенки полости дл  размещени  завихрител  в корпусе форсунки образуют смесительную камеру, котора  через образованную выступом на штоке и торцом корпуса форсунки кольцевую щель сообщена с полостью дл  подвода окислител  в распределительной головке, а винтовые канавки на боковой поверхности основного завихрител  образуют со стенками полости дл  его размещени  в корпусе форсунки винтовые каналы, вход которых

   бой и дефлектором сообщен с внутренней полостью камеры сгорани  через торцевой зазор между торцом жаровой трубы и распределительной головкой и кольцевой канал между жаровой трубой и боковой поверхностью корпуса форсунки,

   3. Устройство по пп.1 и 2, о т л и ч а ю- щ е е с   тем, что площадь проходного сечени  кольцевого канала между жаровой

   сообщен со смесительной камерой, а выход 10 трубой и боковой поверхностью корпуса

   - С сопловым отверстием в корпусе форсунки ,-причем выход радиальных каналов в штоке расположен в кольцевой щели равномерно по периметру штока.
2. 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с   тем, что корпус форсунки расположен коаксиально внутри жаровой трубы и образует своей боковой поверхностью с жаровой трубой кольцевой канал, а жарова  труба установлена с торцевым зазором относительно распределительной головки, при этом кольцевой канал между жаровой тру12

   форсунки составл ет 1,0-1,2 площади критического сечени  сопла.

   4. Устройство по пп.1-3, от л и ч а ю- щ е е с   тем, что корпус форсунки выполнен 15 за одно целое с распределительной головкой ,

   5. Устройство по пп.2 и 3, отличающее с   тем, что суммарна  площадь винтовых каналов составл ет 0,03-0,05 площа- 20 ди проходного сечени  кольцевого канала между жаровой трубой и боковой поверхностью корпуса форсунки.

   бой и дефлектором сообщен с внутренней полостью камеры сгорани  через торцевой зазор между торцом жаровой трубы и распределительной головкой и кольцевой канал между жаровой трубой и боковой поверхностью корпуса форсунки,
3. 3. Устройство по пп.1 и 2, о т л и ч а ю- щ е е с   тем, что площадь проходного сечени  кольцевого канала между жаровой

   форсунки составл ет 1,0-1,2 площади критического сечени  сопла.
4. 4. Устройство по пп.1-3, от л и ч а ю- щ е е с   тем, что корпус форсунки выполнен за одно целое с распределительной головкой ,
5. 5. Устройство по пп.2 и 3, отличающее с   тем, что суммарна  площадь винтовых каналов составл ет 0,03-0,05 площа- ди проходного сечени  кольцевого канала между жаровой трубой и боковой поверхностью корпуса форсунки.