RU2575516C2 - Multinozzle oxydric torch - Google Patents

Multinozzle oxydric torch Download PDF

Info

Publication number
RU2575516C2
RU2575516C2 RU2013139098/06A RU2013139098A RU2575516C2 RU 2575516 C2 RU2575516 C2 RU 2575516C2 RU 2013139098/06 A RU2013139098/06 A RU 2013139098/06A RU 2013139098 A RU2013139098 A RU 2013139098A RU 2575516 C2 RU2575516 C2 RU 2575516C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
plate
nozzle
sealed
nozzle plate
holes
Prior art date
Application number
RU2013139098/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013139098A (en
Inventor
Сергей Армаисович Григорьян
Яков Анатольевич Китаев
Original Assignee
Сергей Армаисович Григорьян
Filing date
Publication date
Application filed by Сергей Армаисович Григорьян filed Critical Сергей Армаисович Григорьян
Priority to RU2013139098/06A priority Critical patent/RU2575516C2/en
Publication of RU2013139098A publication Critical patent/RU2013139098A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2575516C2 publication Critical patent/RU2575516C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: process engineering.
SUBSTANCE: invention relates to flame processing of materials. This oxydric torch comprises case with nozzle plate. Plate nozzles are composed of metallic capillary 0.1-0.6 mm ID tubes sealed in through bore of metallic or ceramic nozzle plate. Extra plate is arranged in torch case parallel with nozzle plate. Said metallic capillary tubes are sealed in through bores of nozzle and extra plates for water to flow there between. Nozzle plate has one or several ledges extending through appropriate grooves in extra plate. Capillary tubes-nozzles are sealed in through holes in said ledges. Gaps between ledges and extra plate are sealed.
EFFECT: fire- and explosion-proof design, lower production costs.
3 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к горелкам для газопламенной обработки материалов, конкретнее к многосопловым водородно-кислородным горелкам, используемым в производствах кварцевых оптических волокон и монокристаллов.The invention relates to burners for flame treatment of materials, and more particularly to multi-nozzle hydrogen-oxygen burners used in the production of quartz optical fibers and single crystals.

Технология вышеуказанных производств сопряжена с необходимостью нагревать участки поверхности сжиганием водородно-кислородной смеси, выходящей из сопел горелки со скоростью не более 30-60 м/с. Для этого повсеместно используют водородно-кислородные горелки внешнего смешения, несмотря на их худшие теплотехнические характеристики по сравнению с горелками предварительного смешения, а также на взрыво- и пожароопасность баллонов со сжатыми (или танков со сжиженными) газами, которые необходимы для их питания. Использовать взрывобезопасные электролизно-водные генераторы для питания горелок внешнего смешения невозможно, т.к. генераторы вырабатывают смесь водорода с кислородом, а не каждый из этих газов отдельно. Также невозможно заменить горелки внешнего смешения промышленными газокислородными горелками предварительного смешения, т.к. на требуемых малых скоростях водородно-кислородной смеси происходит так называемый «обратный удар» - втягивание фронта пламени в горелку.The technology of the above industries is associated with the need to heat surface areas by burning a hydrogen-oxygen mixture exiting the burner nozzles at a speed of not more than 30-60 m / s. For this purpose, external-oxygen hydrogen-oxygen burners are used everywhere, despite their inferior thermal performance compared to pre-mixed burners, as well as the explosion and fire hazard of cylinders with compressed (or tanks with liquefied) gases, which are necessary for their supply. It is impossible to use explosion-proof electrolysis water generators to power external mixing burners, as generators produce a mixture of hydrogen with oxygen, and not each of these gases separately. It is also not possible to replace the external mixing burners with industrial oxygen-gas pre-mixing burners, as at the required low speeds of the hydrogen-oxygen mixture, the so-called “back strike” occurs - the front of the flame is drawn into the burner.

Предметом настоящего изобретения является водородно-кислородная горелка предварительного смешения, устойчиво работающая при выходе газовой смеси из сопел горелки со скоростями до 30-60 м/с.The subject of the present invention is a hydrogen-oxygen pre-mixing burner that operates stably when the gas mixture leaves the burner nozzles at speeds of up to 30-60 m / s.

Экспериментально установили, что для сжигания водородно-кислородной смеси с такими малыми скоростями диаметр сопла должен быть не более 0,55-0,30 мм, его длина - не менее 5 мм и на стенках не должно быть поперечных неровностей, завихряющих поток газа. Промышленные газокислородные горелки имеют сопла диаметром 0,60 мм и больше [1, 2]. Поэтому они не могут работать на требуемых скоростях подачи водородно-кислородной смеси.It was experimentally established that for burning a hydrogen-oxygen mixture with such low speeds, the nozzle diameter should be no more than 0.55-0.30 mm, its length should be at least 5 mm, and there should be no transverse irregularities on the walls that swirl the gas flow. Industrial gas-oxygen burners have nozzles with a diameter of 0.60 mm and more [1, 2]. Therefore, they cannot operate at the required feed rates of the hydrogen-oxygen mixture.

Наиболее близкой к предлагаемой, принятой за прототип, является горелка фирмы «ТЕТРА ЛАВАЛЬ ХОЛДИНГС ЭНД ФАЙНЭНС С.А.» [3]. Сопловая пластина этой горелки представляет собой стопку плоских металлических листов толщиной 0,5-2,0 мм, в которых сделаны точно позиционированные сквозные отверстия. Листы собраны в стопку так, что хотя бы часть отверстий совмещена друг с другом, образуя сопла. Эта конструкция позволяет выполнять отверстия достаточно малого диаметра (например, лазером) и формировать длинные сопла. Однако при этом невозможно получить сопла с гладкими стенками. Поток газа обязательно будет завихряться на границах листов. Кроме того, уменьшение диаметра сопел горелки приводит к значительному уменьшению ядра пламени. Из-за этого сопловую пластину необходимо близко придвигать к нагреваемой поверхности, и она будет сильно нагреваться как потоком газов, отраженным от нагреваемой поверхности, так и ее излучением. Поэтому для длительной непрерывной работы, необходимой и при изготовлении кварцевого оптического волокна, и при выращивании монокристаллов сопловую пластину нужно интенсивно охлаждать. Однако эта конструкция горелки не позволяет организовать жидкостное (водяное) охлаждение сопловой пластины.Closest to the proposed, adopted as a prototype, is the burner of the company "TETRA LAVAL HOLDINGS AND FINANCE S.A." [3]. The nozzle plate of this burner is a stack of flat metal sheets with a thickness of 0.5-2.0 mm, in which precisely positioned through holes are made. The sheets are stacked so that at least part of the holes are aligned with each other, forming nozzles. This design allows you to make holes of a sufficiently small diameter (for example, a laser) and to form long nozzles. However, it is not possible to obtain nozzles with smooth walls. The gas flow will necessarily swirl at the borders of the sheets. In addition, a decrease in the diameter of the nozzles of the burner leads to a significant reduction in the flame core. Because of this, the nozzle plate needs to be brought close to the heated surface, and it will be heated very strongly by both the gas flow reflected from the heated surface and its radiation. Therefore, for the long continuous operation necessary both in the manufacture of quartz optical fiber and in the growth of single crystals, the nozzle plate must be intensively cooled. However, this design of the burner does not allow liquid (water) cooling of the nozzle plate.

В предлагаемой горелке соплами являются металлические капиллярные трубки, герметично закрепленные в сквозных отверстиях металлической или керамической сопловой пластины, заподлицо с ее наружной поверхностью. Промышленность выпускает металлические капиллярные трубки внутренним диаметром 0,10-0,12 мм и более с различной толщиной стенки (см. ГОСТ 14162-79 и др.). Поэтому всегда можно подобрать трубку с требуемым внутренним диаметром и с таким наружным диаметром (0,6 мм и больше), что отверстия под капилляры в сопловой пластине выполнимы без затруднений. Описываемая горелка показана на фиг. 1. Капиллярные трубки 1 закреплены в сопловой пластине 2, установленной в корпусе 3, в полость «А» которого подают газовую смесь. При этом сопловая пластина может быть прямоугольной, круглой или любой другой формы сообразно требуемой форме пятна нагрева. Кроме того, она может быть не плоской, как на фиг. 1, а произвольно изогнутой, например, как на фиг. 2.In the proposed burner nozzles are metal capillary tubes, hermetically fixed in the through holes of a metal or ceramic nozzle plate, flush with its outer surface. The industry produces metal capillary tubes with an inner diameter of 0.10-0.12 mm or more with different wall thicknesses (see GOST 14162-79 and others). Therefore, it is always possible to choose a tube with the required inner diameter and with such an outer diameter (0.6 mm or more) that the holes for the capillaries in the nozzle plate are feasible. The described burner is shown in FIG. 1. The capillary tubes 1 are fixed in the nozzle plate 2 mounted in the housing 3, into the cavity "A" of which a gas mixture is supplied. In this case, the nozzle plate may be rectangular, round or any other shape in accordance with the desired shape of the heating spot. Furthermore, it may not be flat, as in FIG. 1, but arbitrarily bent, for example, as in FIG. 2.

В отличие от прототипа, предложенная конструкция позволила получать длинные сопла малого диаметра с гладкими стенками.In contrast to the prototype, the proposed design made it possible to obtain long nozzles of small diameter with smooth walls.

Варианты конструкции горелки с водоохлаждаемой сопловой пластиной показаны на фиг. 3 и фиг. 4. В обоих случаях трубки 1, являющиеся соплами, закреплены герметично в сквозных отверстиях сопловой 2 и дополнительной 4 пластинах, установленных в корпусе 3 параллельно друг другу (варианты отличаются закреплением трубок в дополнительной пластине 4). В полость «А» подают газ, в полость «В» - воду. Вместо воды можно использовать и другие охлаждающие жидкости. Такая горелка, в отличие от прототипа, не перегревается и потому может непрерывно работать неограниченно долго.Embodiments of a burner with a water-cooled nozzle plate are shown in FIG. 3 and FIG. 4. In both cases, the tubes 1, which are nozzles, are sealed tightly in the through holes of the nozzle 2 and the additional 4 plates installed in the housing 3 parallel to each other (the options differ by fixing the tubes in the additional plate 4). Gas is supplied to cavity “A”, water is supplied to cavity “B”. Instead of water, you can use other coolants. Such a burner, unlike the prototype, does not overheat and therefore can continuously work for an unlimited time.

Конструкция, показанная на фиг. 3 и фиг. 4, технологична только при серийном производстве. При штучном и мелкосерийном изготовлении таких горелок сложно обеспечить как соосность отверстий в сопловой и дополнительной пластинах, так и надежную герметизацию многочисленных зазоров между капиллярными трубками и стенками отверстий в обеих пластинах. Горелка, показанная на фиг. 5, более технологична. На ее сопловой пластине 2 сделаны гребни-выступы, которые проходят через пазы в дополнительной пластине 4 в полость «А» горелки. В гребнях-выступах просверлены ряды отверстий под капиллярные трубки 1. Поэтому для обеспечения герметичности по газу достаточно герметизации зазоров между капиллярными трубками 1 и сквозными отверстиями в гребнях-выступах, а для герметизации по охлаждающей по воде - герметизации зазоров между гребнями-выступами и пазами в перегородке 4.The construction shown in FIG. 3 and FIG. 4, technological only in mass production. In the case of piece and small-scale production of such burners, it is difficult to ensure both the alignment of the holes in the nozzle and additional plates, and the reliable sealing of the numerous gaps between the capillary tubes and the walls of the holes in both plates. The burner shown in FIG. 5, more technological. On its nozzle plate 2, ridges-protrusions are made, which pass through the grooves in the additional plate 4 into the cavity “A” of the burner. Rows of holes for capillary tubes 1 are drilled in the ridges-protrusions. Therefore, to ensure gas tightness, it is sufficient to seal the gaps between the capillary tubes 1 and through holes in the ridges, and for sealing along the cooling water, to seal the gaps between the ridges-ridges and grooves in septum 4.

Количество гребней-выступов на сопловой пластине может быть разным и в каждом из них может быть по несколько рядов отверстий, а не один. Примеры - на фиг. 6 и фиг. 7. На фиг. 6 показана горелка с пятью гребнями-выступами на сопловой пластине 1 и одним рядом отверстий в каждом из них (капиллярные трубки не показаны). При этом дополнительная пластина 2 является и частью корпуса горелки, формирующей полость водяного охлаждения. Отверстия в гребнях-выступах сделаны ступенчатыми, чтобы облегчить сверление. Вместо ряда отверстий большего диаметра можно выполнить в гребне-выступе одну сплошную прорезь. На фиг. 7а показана горелка с одним гребнем-выступом и семью рядами отверстий в нем, а на фиг. 7б - горелка с четырьмя гребнями-выступами, в двух из которых по одному ряду отверстий, а в двух других - по три ряда (капиллярные трубки на фиг. 7 не показаны, как и на фиг. 6). Диаметры капиллярных трубок в гребнях-выступах сопловой пластины могут быть как одинаковыми, так и разными.The number of ridges-protrusions on the nozzle plate can be different and in each of them there can be several rows of holes, and not one. Examples are in FIG. 6 and FIG. 7. In FIG. 6 shows a burner with five ridges-protrusions on the nozzle plate 1 and one row of holes in each of them (capillary tubes not shown). In this case, the additional plate 2 is also part of the burner body forming the water cooling cavity. The holes in the ridges are stepped in order to facilitate drilling. Instead of a series of holes of larger diameter, one continuous slot can be made in the crest-protrusion. In FIG. 7a shows a burner with one ridge-protrusion and seven rows of holes in it, and in FIG. 7b is a burner with four ridges-protrusions, in two of which one row of holes, and in the other two, three rows (capillary tubes in Fig. 7 are not shown, as in Fig. 6). The diameters of the capillary tubes in the ridges, protrusions of the nozzle plate can be the same or different.

Предложенная горелка заменяет водородно-кислородные горелки внешнего смешения, используемые в производствах оптического кварцевого волокна и при выращивании монокристаллов. Такая заменаThe proposed burner replaces the hydrogen-oxygen burners of external mixing used in the production of optical quartz fiber and in the growth of single crystals. Such a replacement

- делает указанные производства взрыво- и пожаробезопасными, т.к. позволяет использовать взрывобезопасные электролизно-водные генераторы вместо баллонов со сжатыми или танков со сжиженными водородом и кислородом, которые повсеместно используют в настоящее время;- makes the specified production explosion and fire safe, as allows the use of explosion-proof electrolysis-water generators instead of compressed cylinders or tanks with liquefied hydrogen and oxygen, which are currently used everywhere;

- снимает ограничения на места размещения таких производств, обусловленные пожароопасностью;- removes restrictions on the location of such industries, due to fire hazard;

- сокращает производственные расходы, т.к. электроэнергия, потребляемая электролизно-водными генераторами, обходится в 5-10 раз дешевле перезаправки соответствующего количества баллонов.- reduces production costs, because Electricity consumed by electrolysis-water generators costs 5-10 times cheaper than refueling the corresponding number of cylinders.

Опыт эксплуатации таких горелок при изготовлении кварцевого оптоволокна со специальными свойствами доказал их эффективность и надежность при продолжительной работе.The operating experience of such burners in the manufacture of quartz optical fibers with special properties has proven their effectiveness and reliability during continuous operation.

ЛитератураLiterature

[1] Газопламенная пайка металлов. - Всесоюзный научно-исследовательский институт автогенной обработки металлов. Руководящие материалы. Выпуск 7. Москва, МАШГИЗ, 1955 г. [1] Gas-flame soldering of metals. - All-Union Research Institute of Autogenous Metal Processing. Guidance materials. Issue 7. Moscow, MASHGIZ, 1955

[2] Нечаев В.Д. Горелки с внешним и внутрисопловым смешением. - В кн. Труды Всесоюзного научно-исследовательского института автогенной обработки металлов. Выпуск 7. Автоматическая газовая сварка, кислородная и газоэлектрическая резка. Москва, Машиностроение, 1964 г. с. 71-91.[2] Nechaev V.D. Burners with external and internal nozzle mixing. - In the book. Proceedings of the All-Union Research Institute of Autogenous Metal Processing. Issue 7. Automatic gas welding, oxygen and gas-electric cutting. Moscow, Engineering, 1964 71-91.

[3] RU 2483247 С2, F23D 14/56 F23D 14/10, 20.01.2009.[3] RU 2483247 C2, F23D 14/56 F23D 14/10, 01/20/2009.

Claims (3)

1. Многосопловая водородно-кислородная горелка, содержащая корпус с сопловой пластиной, отличающаяся тем, что ее соплами являются металлические капиллярные трубки с внутренним диаметром от 0,1 до 0,6 мм, закрепленные герметично в сквозных отверстиях металлической или керамической сопловой пластины. 1. A multi-nozzle hydrogen-oxygen burner comprising a housing with a nozzle plate, characterized in that its nozzles are metal capillary tubes with an inner diameter of 0.1 to 0.6 mm, sealed tightly in through holes of a metal or ceramic nozzle plate. 2. Многосопловая водородно-кислородная горелка по п.1, отличающаяся тем, что в корпусе горелки параллельно сопловой пластине установлена дополнительная пластина, металлические капиллярные трубки закреплены герметично в сквозных отверстиях сопловой и дополнительной пластин, между которыми протекает вода. 2. The multi-nozzle hydrogen-oxygen burner according to claim 1, characterized in that an additional plate is installed in the burner body parallel to the nozzle plate, metal capillary tubes are sealed in through holes of the nozzle and additional plates, between which water flows. 3. Многосопловая водородно-кислородная горелка по п.2, отличающаяся тем, что на сопловой пластине выполнены один или несколько гребней-выступов, проходящих через соответствующие им пазы в дополнительной пластине, капиллярные трубки-сопла герметично закреплены в сквозных отверстиях, выполненных в гребнях-выступах, а зазоры между гребнями-выступами и дополнительной пластиной загерметизированы. 3. The multi-nozzle hydrogen-oxygen burner according to claim 2, characterized in that on the nozzle plate there are one or more ridges-protrusions passing through the corresponding grooves in the additional plate, the capillary tube nozzles are hermetically fixed in through holes made in the ridges protrusions, and the gaps between the ridges-protrusions and the additional plate are sealed.
RU2013139098/06A 2013-08-23 Multinozzle oxydric torch RU2575516C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013139098/06A RU2575516C2 (en) 2013-08-23 Multinozzle oxydric torch

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013139098/06A RU2575516C2 (en) 2013-08-23 Multinozzle oxydric torch

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013139098A RU2013139098A (en) 2015-02-27
RU2575516C2 true RU2575516C2 (en) 2016-02-20

Family

ID=

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2677322C1 (en) * 2017-11-28 2019-01-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) Method for stabilizing diffusion combustion of hydrogen in gas microburner (options)
RU2680534C1 (en) * 2017-11-28 2019-02-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) Hydrogen in the gas micro burner diffusion combustion stabilization method

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1725021A1 (en) * 1990-04-18 1992-04-07 Научно-Технический Внедренческий Центр "Газэнергоэффект" Burner
US20110076628A1 (en) * 2009-09-30 2011-03-31 Hitachi, Ltd. Combustor
US20130029277A1 (en) * 2011-07-27 2013-01-31 Hitachi, Ltd. Combustor, Burner, and Gas Turbine
RU2483247C2 (en) * 2008-01-28 2013-05-27 Тетра Лаваль Холдингс Энд Файнэнс С.А. Gas burner

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1725021A1 (en) * 1990-04-18 1992-04-07 Научно-Технический Внедренческий Центр "Газэнергоэффект" Burner
RU2483247C2 (en) * 2008-01-28 2013-05-27 Тетра Лаваль Холдингс Энд Файнэнс С.А. Gas burner
US20110076628A1 (en) * 2009-09-30 2011-03-31 Hitachi, Ltd. Combustor
US20130029277A1 (en) * 2011-07-27 2013-01-31 Hitachi, Ltd. Combustor, Burner, and Gas Turbine

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2677322C1 (en) * 2017-11-28 2019-01-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) Method for stabilizing diffusion combustion of hydrogen in gas microburner (options)
RU2680534C1 (en) * 2017-11-28 2019-02-22 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН) Hydrogen in the gas micro burner diffusion combustion stabilization method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3204682A (en) Oxy-gas blowpipe
US10359213B2 (en) Method for low NOx fire tube boiler
EP1211459B1 (en) Combustion apparatus
CN102692017B (en) Solid-oxide fuel cell (SOFC) power generation system and burner thereof
CN102506428B (en) Flat-flamed burner
JP5331713B2 (en) Porous hydrogen burner without premixing
KR20040002502A (en) Microcombustion heater having heating surface which emits radiant heat
US10670261B2 (en) Burner panels, submerged combustion melters, and methods
JP5857502B2 (en) Combustion heater
RU2575516C2 (en) Multinozzle oxydric torch
JP2007155216A (en) Two-layer type combustor
KR101479603B1 (en) Diluted combustion
US10858278B2 (en) Combustion burner
EP2899463B1 (en) Flame screen burner assembly
US20150128647A1 (en) Glass furnace forehearth heating
CN114278935B (en) Burner, burner module comprising same and heating device
CN211782735U (en) Tube furnace
CN204629485U (en) Gold hoop rod
CN219389773U (en) Plasma excitation nuclear energy fuel gas composite combustion torch
RU2315909C1 (en) Gas burning arrangement
JP2009008315A (en) Flue integrated burner
JP2018009721A (en) Compact-sized vortex combustor
US9726372B2 (en) Burner nozzle, burner and a surface treatment device
CN116658912A (en) Plasma excitation nuclear energy fuel gas composite combustion torch
KR101227717B1 (en) Steam plasma torch