SU1017504A1

SU1017504A1 - Flame-jet torch

Info

Publication number: SU1017504A1
Application number: SU813320650A
Authority: SU
Inventors: Евгений Константинович Ястребов; Борис Казимирович Стырон; Борис Федорович Шерстюк
Original assignee: Казахский политехнический институт им.В.И.Ленина
Priority date: 1981-07-27
Filing date: 1981-07-27
Publication date: 1983-05-15

Abstract

ОГНЕСТРУЙНАЯ ГОРЕЛКА, включающа камеру сгорани , кожух, образованную между камерой и кожухом коль цевую полость, форсунку, закрепленную у внешнего конца кожуха крышку с центральным соплом и размеш,енными вокруг последнего наклонными каналами, отличающа с тем, что, с целью повышени эффективности сжигани топлива и разрушени каменных материалов, камера сгорани выполнена с перфорированной стенкой, а наклонные каналы соединены с. кольцевой полостью, причем отношение площадей суммарного поперечного сечени каналов и критического сечени сопла составл ет 0,2-0,3, а оси каналов пересекаютс с осью сопла за пределами его среза на рассто нии, равном 3-6 диаметрам критического сечени сопла. (Л СПREFRACTORY BURNER, including a combustion chamber, a casing, an annular cavity formed between the chamber and the casing, a nozzle, a lid with a central nozzle fixed at the outer end of the casing, and inclined channels arranged around the latter, so as to increase fuel efficiency and the destruction of stone materials, the combustion chamber is made with a perforated wall, and the inclined channels are connected with. an annular cavity, the ratio of the areas of the total cross section of the channels and the critical section of the nozzle is 0.2-0.3, and the axes of the channels intersect with the axis of the nozzle beyond its cutting edge at a distance of 3-6 diameters of the critical section of the nozzle. (L SP

Description

Изобретение относитс к термическому разрушению минеральных материалов, в частности к огнеструйным устройствам, и может быть использовано в горном и геологоразведочном деле, в строительной промышленности дл бурени , резки и разработки мерзлых грунтов и горных пород.The invention relates to the thermal destruction of mineral materials, in particular to fire-fighting devices, and can be used in mining and geological exploration, in the construction industry for drilling, cutting and mining frozen soils and rocks.

Известна горелка дл сжигани жидкого топлива, включаюш а корпус с патрубком дл воздуха, размещенную в корпусе с зазором камеру сгорани с отверсти ми в ее цилиндрической стенке и выходным каналом , форсунку, установленную в торцевой части корпуса, и запальник 1.A known burner for burning liquid fuel includes a housing with an air inlet, a combustion chamber with openings in its cylindrical wall and an outlet channel located in the housing with a gap, a nozzle installed in the end part of the housing, and a igniter 1.

Наиболее близкой к предлагаемой вл етс огнеструйна горелка, включающа камеру сгорани , кожух, образованную между камерой и кожухом кольцевую полость, форсунку, закрепленную у внешнего конца кожуха крь1шку с центральным соплом и размещенными вокруг последнего наклонными каналами 2.Closest to the present invention, there is a fire jet burner comprising a combustion chamber, a casing, an annular cavity formed between the chamber and the casing, a nozzle fixed at the outer end of the casing with a central nozzle and inclined channels 2 around the latter.

Однако указанные устройства характеризуютс недостаточно полным использованием энергии сжигани топлива, что снижает эффективность их работы при разрушении каменных и подобным им материалов.However, these devices are characterized by insufficient use of the energy of burning fuel, which reduces the efficiency of their work in the destruction of stone and similar materials.

Цель изобретени - повышение эффективности сжигани топлива и разрушени каменных материалов.The purpose of the invention is to increase the efficiency of fuel combustion and the destruction of stone materials.

Поставленна цель достигаетс тем, что в горелке, включающей камеру сгорани , кожух, образованную между камерой и кожухом кольцевую полость, форсунку, закрепленную у внешнего конца кожуха крышку с центральным соплом и размещенными вокруг последнего наклонными каналами, камера сгорани выполнена с перфорированной стенкой, а наклонные каналы соединены с кольцевой полостью, причем отношение площадей суммарного поперечного сечени каналов и критического сечени сопла составл ет 0,2-0,3, а оси каналов пересекаютс с осью сопла за пределами его среза на рассто нии, равном 3-6 диаметрам критического сечени сопла. .The goal is achieved by the fact that in a burner that includes a combustion chamber, a casing formed between the chamber and the casing annular cavity, a nozzle, a cover with a central nozzle fixed at the outer end of the casing and inclined channels placed around the latter, the combustion chamber is made with a perforated wall and inclined the channels are connected to the annular cavity, the ratio of the areas of the total cross-section of the channels and the critical section of the nozzle is 0.2-0.3, and the axes of the channels intersect with the axis of the nozzle beyond the limits its cut at a distance equal to 6/3 the diameter of the critical section of the nozzle. .

Такое конструктивное выполнение огнеструйной горелки позвол ет получить факел с высокими термодинамическими параметрами и более полно дожечь непрореагировавшее в камере горючее непосредственно в зоне его торможени при воздействии на материал, что приводит к снижению энергоемкости и ускорению разрушени обрабатываемого материала.Such a constructive execution of a fire-jet burner allows to obtain a torch with high thermodynamic parameters and more fully burn unreacted fuel in the chamber directly in its braking zone when exposed to the material, which leads to a decrease in energy intensity and accelerated destruction of the material being processed.

На чертеже изображена огнеструйна горелка , частичный разрез.The drawing shows a fire burner, partial cut.

Огнеструйна горелка содержит камеру сгорани 1 с перфорированной стенкой и охватывающим ее кожухом 2, которые одной стороной креп тс на распределительной головке 3 с форсункой 4, а с другой - закрыты крышкой 6, в теле которой выполнены сквозные наклонные каналы 6, и соединенную с головкой 3 удлинительную штангу 7.The fire burner contains a combustion chamber 1 with a perforated wall and a housing 2 enclosing it, which are fixed to the distribution head 3 with the nozzle 4 with one side, and with the cover 6 on the other side, which has through inclined through channels 6 in its body. extension rod 7.

Огнеструйна горелка работает следующим образом.Fire burner works as follows.

По газомагистрал м (не показаны), проложенным в полости удлинительной штанги 7, горючее и окислитель поступают в распределительную головку 3 и далее через форсунку 4 и образованную между камерой сгорани 1 и кожухом 2 кольцевую полость 8 внутрь камеры сгорани 1.Gas mains (not shown), laid in the cavity of the extension rod 7, fuel and oxidant enter the distribution head 3 and then through the nozzle 4 and formed between the combustion chamber 1 and the casing 2 annular cavity 8 into the inside of the combustion chamber 1.

Поступающий по кольцевой полости 8 окислитель охлаждает стенки камеры сгорани 1. Часть нагретого окислител по каналам 6 в сопловой крышке 5 вводитс в факел 9 продуктов сгорани . Горючее в камеру сгорани 1 подаетс форсункой 4 в количестве , обеспечивающем получение обогащенной топливной смеси с коэффициентом избытка окислител 0,6-0,8. Избыток горючего испар етс , нагреваетс до температуры сгорани и вместе с факелом 9 выбрасываетс из сопла 10 Л авал .The oxidant entering through the annular cavity 8 cools the walls of the combustion chamber 1. A portion of the heated oxidizer through the channels 6 in the nozzle cover 5 is introduced into the flame 9 of the combustion products. The fuel to the combustion chamber 1 is supplied by the nozzle 4 in an amount that ensures the production of an enriched fuel mixture with an oxidizer excess ratio of 0.6-0.8. The excess fuel evaporates, is heated to the combustion temperature and, together with the torch 9, is ejected from the nozzle of a 10 L aval.

Дл поддерживани оптимального соотношени между поступлением окислител в камеру сгорани 1 и факел 9 суммарна In order to maintain an optimal ratio between the supply of oxidant to the combustion chamber 1 and the torch 9, the total

площадь поперечного сечени каналов 6 должна составл ть 0,2-0,3 площади критического сечени 11 сопла 10. При этом 60-70% окислител поступает в камеру 1, а остальное - в факел 9 дл дожигани избытков горючего. The cross-sectional area of the channels 6 should be 0.2-0.3 of the critical section area 11 of the nozzle 10. At the same time, 60-70% of the oxidizer enters chamber 1, and the rest is in the flare 9 to burn off excess fuel.

0 Вывод каналов 6 в торец крышки 5 за пределы вьгходного сечени сопла 10 преп тствует смещению струй окислител с факелом 9 и до иганию топлива в непосредственной близости от сопла 10. Каналы 6 наклонены к оси сопла 10 так, что обеспечивают пересечение струй с осью сопла 10 в точке, удаленной от его среза на рассто ние равное 3-6 диаметрам критического сечени 11. При этом смещение окислител с избытком горючего в факеле 9 и дожигание образующейс смеси протекает на ра ,бочем участке факела 9 в зоне 12 его торможени в разрушаемую среду.0 Output of the channels 6 to the end face of the cover 5 beyond the inlet section of the nozzle 10 prevents the oxidizer jets from the torch 9 from displacing and before the fuel in the immediate vicinity of the nozzle 10. The channels 6 are inclined to the axis of the nozzle 10 so that they intersect the jets with the nozzle axis 10 at a point remote from its slice for a distance equal to 3-6 diameters of the critical section 11. In this case, the oxidizer is displaced with an excess of fuel in torch 9 and the afterburning of the resulting mixture proceeds on the raft of the torch 9 in zone 12 of its inhibition in a destructible medium.

Увеличение суммарной .площади сечени каналов 6 дл ввода воздуха в факел 9 более 0,3 диаметра критического сечени Increasing the total area of the cross section of the channels 6 for introducing air into the flare 9 by more than 0.3 of the critical section diameter

г 11 приводит к заметному снижению внутрикамерного давлени и создает значительный избыток непрореагировавшего в камере 1 горючего. Термодинамические параметры факела 9 при этом снижаютс настолько , что дополнительна энерги и ин0 Ленсификаци теплообмена в области 12 (газ-порода) за счет дожигани в факеле 9 несгоревщего горючего не может компенсировать 5ти потери и эффективность разрущени забо ,13 скважины снижаетс . Уменьшение площади каналов 6 менее11 g leads to a noticeable decrease in intracameral pressure and creates a significant excess of unreacted fuel in chamber 1. The thermodynamic parameters of torch 9 are reduced so much that additional energy and heat transfer in area 12 (gas-rock) due to afterburning of non-combustible fuel in torch 9 cannot compensate for 5 losses and downhole destruction efficiency, 13 wells decrease. Reducing the area of channels 6 less

5 0,2 диаметра критического сечени сопла 11 увеличивает количество поступающего в камеру 1 воздуха, повышает полноту сгорани горючего и тбгрмодинамические параметры факела 9, снижает количество дожигаемой топливной смеси в зоне 12 торможени факела 9. Эффективность разрушени минеральной среды ниже, чем при соотношении площадей каналов б и критического сечени II, равного 0,2-0,3, которое обеспечивает не только сравнительно высокие термодинамические параметры факела 9, но и максимальную активность реакций дожигани .5 0.2 diameter of the critical section of the nozzle 11 increases the amount of air entering the chamber 1, increases the completeness of fuel combustion and tbgrmodynamic parameters of the torch 9, reduces the amount of fuel mixture being burned in the torch 12 braking zone 9. The destruction efficiency of the mineral medium is lower than at the ratio of the areas of the channels b and critical section II, equal to 0.2-0.3, which provides not only the relatively high thermodynamic parameters of torch 9, but also the maximum activity of afterburning reactions.

Перемещение зоны дожигани по длине факела 9 достигаетс изменением угла ввода струй воздуха. При вводе воздуха в факел 9 на сверхзвуковом участке сопла 10 Л авал , энерги от реакции дожигани выдел етс выще зоны 12 торможени факела 9 в забой скважины 13 и не оказывает существенного вли ни на эффективность разрущени .Moving the afterburning zone along the length of the flare 9 is achieved by varying the angle of entry of air jets. When air is introduced into the plume 9 at the supersonic section of the 10 L aval nozzle, the energy from the afterburning reaction is released above the deceleration zone 12 of the torch 9 into the bottom of the borehole 13 and does not have a significant effect on the destruction efficiency.

Когда реакци дожигани заканчиваетс выще зоны торможени , т. е. когда оси каналов 6 с осью сопла 10 пересекаютс у его среза, эффективность разрущени также снижаетс .When the afterburning reaction ends above the stagnation zone, i.e., when the axes of the channels 6 with the axis of the nozzle 10 intersect at its cut, the destruction efficiency also decreases.

Наибольша эффективность дожигани достигаетс в том случае, когда точка пересечени осей каналов 6 и сопла 10 удалена от его среза на рассто ние, равное 3-6 диаметрам критического сечени 11 сопла 10.The highest afterburning efficiency is achieved when the point of intersection of the axes of the channels 6 and the nozzle 10 is removed from its cut for a distance equal to 3-6 diameters of the critical section 11 of the nozzle 10.

Поскольку процесс дожигани топлива носит вибрационный характер, в зоне 12 торможени факела 9 в забое 13 происходит периодическое увеличение 1,3-1,5 раза удельных тепловых потоков на разрущаемую поверхность. Эффективность использовани энергии горючего при этом возрастает в 1,2-2,0 раза в зависимости от свойств разрущаемой поверхности обрабатываемого материала.Since the afterburning process of the fuel is of a vibratory nature, in the zone 12 of braking of the torch 9 at the bottom 13 there is a periodic increase of 1.3-1.5 times the specific heat fluxes to the surface to be destroyed. The efficiency of using the energy of the fuel increases 1.2-2.0 times, depending on the properties of the material to be destroyed.

Предлагаема огнеструйна горелка снижает энергоемкость разрущени при бурерении скважин в горных породах и мерзлых грунтах до 0,9-4,9 кДж/см, повыщает производительность на 15-20%, а также снижает в 1,2-1,3 раза удельные затраты топлива на единицу объема разрущаемого материала.The proposed fire burner reduces the energy consumption of destruction during drilling of wells in rocks and frozen soils to 0.9-4.9 kJ / cm, improves productivity by 15-20%, and also reduces the specific fuel consumption by 1.2-1.3 times per unit volume of material being destroyed.

Claims

FIREBURNER, including a combustion chamber, a casing, an annular cavity formed between the chamber and the casing, a nozzle, a lid fixed at the outer end of the casing with a central nozzle and inclined channels arranged around the latter, characterized in that, in order to increase the efficiency of fuel combustion and destruction of stone materials, the combustion chamber is made with a perforated wall, and the inclined channels are connected to. an annular cavity, and the ratio of the total cross-sectional area of the channels and the ‘critical section of the nozzle is 0,

2-0.3, and the axis of the channels intersect with the axis of the nozzle outside its edge at a distance equal to

3-6 diameters of the critical section of the nozzle.

and