RU2575516C2 - Multinozzle oxydric torch - Google Patents
Multinozzle oxydric torch Download PDFInfo
- 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
Links
- 235000010599 Verbascum thapsus Nutrition 0.000 title abstract 3
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 210000001736 Capillaries Anatomy 0.000 claims abstract description 3
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 16
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 9
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 7
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 4
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 3
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N oxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 102220431762 UQCC1 F23D Human genes 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 239000000498 cooling water Substances 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
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
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
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
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
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)
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)
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)
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)
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)
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 |