Устройство для термического разрушения горных пород

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ CCCP}

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1 (21) 5004511/03 (22} 17,07.91 (46) 30.04.93. Бюп. М 16 (76) H.rt.ÁYT, С,Н.Палых и С.Н.Акулов (56) Авторское свидетельство СССР

t4 789658, кл. Е 21 В 7/14, 19?8.

Авторское свидетельство СССР

М 1048102, кл. Е 21 В 7/ t4, 1982. (54} УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО

РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД (57) Сущность изобретения: устройство для термического разрушения горных пород соИзобретение относится к устройствам для термического разрушения горных пород и может найти применение в горной промышленности и при обработке поверхности различных изделий высокотемпературной газовой струей.

На фиг.1 показан продольный разрез устройства; на фиг.2 — разрез А — А на фиг.1; на фиг.3 — сечение 5-Б на фиг.1, Устройство содержит корпус 1, распределительную головку 2 с полостью для подвода окислителя, сопловай аппарат 3 с полостью 4 охлаждения и соплом 5 для йстечения продуктов сгорания, размещенный между корпусом 1и жаровой трубой 7 дефлектор 8, образующий с корпусом 1 кольцевой канал 9 и с жаровой рубай 7 кольцевой канал

10. Со стороны головки 2 к устройству подведены магистраль 11 для подвода окислителя и магистраль 12 для подвода топлива. 8 головке 2 выполнена сообщенная с магистралью

11 полость 13 для подвода окислителя и выполнен ряд радиальных отверстий 14, сообщающих полость 13 для подвода окислителя с кольцевым каналом 9. Выполненный в нйж„„Я „„1813164 А3 (я)з Е 21 В 7/14, Е 21 С 37/16 держит корпус, жаровую трубу, распределительную головку, cowosoA аппарат, дефлекmp, магистраль для подвода окислителя, завихритель, шток, магистраль для подвода топлива, форсунку для запуска устройства и дополнительный завихритель. Магистраль для подвода топлива сообщена с внутренней полостью глухого гнезда в штоке. Шток и стенки полости для размещения завихритвля образуют смесительную камеру, Смесительная камера сообщена с полостью для подвода окислителя в распределительной головке. 4 з.п. ф-лы, 3 ил..

Ф

Ф ней части дефлектора 8 лопаточный завихритель 6 сообщает тангенциальными каналами 15 кольцевой канал 9 с полостью 4 и через нее с кольцевым каналом 10, Совмеетно с головкой 2 в виде единой детали выполнен корпус 16 пневматической форсунки с сопловым отверстием 17, Жаровая труба

7, сопловой аппарат 3 и нижний торец кор- О© пуса 16 ограничивают полость камеры сгорания 18. В корпусе 16 форсунки вмонтирован (д завихритепь 19 с винтовыми каналами 20 и а шток 21 е осевым глухим гнездом со смещен- О ными друг относительно друга радиальными ф каналами 30, вход каждого из которых pacr оложен на его внутренней полости глухого гнезда, и с расположенным на наружной поверхности корпуса 16 выступом 28 кольце- Ы вой формы.

Жаровая труба 7 имеет входную обечайку 22, которая 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 сечения ка1813164 нала 23 составляет 1,0...1,2 площади критического сечения сопла 5. Равномерность кольцевого канала 23 по окружности обеспечивается радиальными вставками 25.

Шток 21 совместно с корпусом 16 образует смесительную камеру 26, которая через образованную выступом на штоке и торцом корпуса 16 форсунки кольцевую щель 27 сообщена с полостью для подвода окислителя 13, а винтовые канавки на боковой поверхности завихрителя 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 имеется осевой канал 29, соединенный с магистралью подвода топлива 12 и несколько радиальных, каналов 30, сообщающих осевой канал 29 с камерой 26 смешения. При этом оси радиальных каналов 30 расположены равномерно по окружности перед входной кромкой 28 корпуса 16, проходят свободно через кольцевую щель

27 и смещены относительно друг друга в направлении продольной оси устройства.

Суммарная площадь винтовых каналов 20 эавихрителя 19 составляет 0,03...0,05 площади проходного сечения кольцевого канала 23.

Устройство работает следующим образом.

На пусковом режиме к головке 2 по магистрали 11 окислителя и магистрали 12 топлива подводят сжатый воздух и жидкое топливо, Расходы воздуха и топлива составляют 0,05...0,10 номинальных расходов, Сжатый воздух проходит из магистрали 11 в воздухоподводящую полость 13 головки 2, через отверстия 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 сгорания.

Часть сжатого воздуха, составляющая

5-8 g, о т о б6щ е г о р а с х о д а, подается из воздухоподводящей полости 13 в камеру 18 сгорания через пневматическую форсунку, йри этом воздух проходит через кольцевую щель 27, камеру 26 смешения, винтовые каналы 30 и сопловое отверстие 17, Топливо из магистрали 12 по каналу 29 штока 21 и через радиальные отверстия 30 поступает в камеру 26 смешения. Так как расход топлива на пусковом режиме значительно меньше номинальных расходов, то истечение топлива через радиальные отверстия 30 в камеру 26 смешения происходит с малой скоростью при ламинарном режиме течения, Капли топлива уносятся воздушным потоком из камеры 26 смешения через винтовые каналы 20 эавихрителя 19 и через сопловое отверстие 17 в камеру 18 сгорания.

Таким образом, на пусковых расходах топливо подается в камеру 18 сгорания не5 посредственно через пневматическую форсунку, минуя тракт охлаждения соплового аппарата 3 и жаровой трубы 7, при этом в пневматической форсунке происходит дробление капель топлива, смешение топлива с

10 воздухом и истечение топливо-воздушной смеси в камеру 18 сгорания закрученным потоком, что стабилизирует пламя после воспламенения смеси. Воспламенение смеси производится от свечи зажигания или от

15 внешнего источника путем втягивания пламени внутрь камеры сгорания. После воспламенения смеси производится вывод устройства на рабочий режим путем синхронного увели .чения расходов сжатого воздуха и топлива.

20 При увеличении расхода топлива происходит увеличение скорости истечения топлива из радиальных отверстий 30 в камеру

26 смешения, при этом скоростной напор топливных струй увеличивается и деформация струй воздушным потоком уменьшается, топливные струи выпрямляются и истекают через кольцевую щель 27 в воздухоподводящую полость 13 головки 2, где дробятся и уносятся воздушным потоком в

30 кольцевой канал 9. Так как радиальные отверстия 30 смещены относительно друг друга в направлении продольной оси устройства, то расход топлива через пневматическую форсунку при выходе устройства на рабочий ре35 жим уменьшается постепенно, беэ резких изменений, что уменьшает возможность срыва пламени.

На рабочем режиме практически все топливо выбрасывается из камеры 26 сме40 шения в воэдухоподводящую полость 13, где, смешиваясь с потоком воздуха, поступает через отверстия 14 в кольцевой канал

9. Из этого канала топливо-воздушная смесь проходит через лопаточный завихритель 6, 45 в котором ей сообщается окружная составляющая скорости, в кольцевой канал 10, по которому поднимается вверх до головки 2, Сообщение закрутки топливо-воздушной смеси в завихрителе 6 приводит к ин50 тенсивному перемешиванию топлива с воздухом, дроблению капель топлива и выравниванию концентрации топлива по поперечному сечению кольцевого канала 10, интенсивному испарению топлива и нагре55 ву топливо-воздушной смеси в этом канале.

Все тепло, затраченное на нагрев смеси и испарение топлива, снимается со стенок наиболее нагретых элементов устройства — соплового аппарата 3 и жаровой трубы 7, Особенно интенсивно охлаждаются стенки

1813164

15

25

55 соплового аппарата и нижней части жаровой трубы, где теплоперепад между стенками и топливо-воздушной смесью наибольший. По мере движения топливовоздушной смеси по каналу 10 к головке 2 температура смеси повышается и охлаждение жаровой трубы ухудшается, Иэ кольцевого канала 10 топливо-воздушная смесь через торцевой зазор 24 и кольцевой канал 23 вводится в камеру 18 сгорания в виде кольцевой струи с высокой скоростью, равной 100...150 м/с. Высокая скорость истечения топливо-воздушной смеси из кольцевого канала 23 обеспечивается тем, что площадь проходного сечения канала

23 принята равной 1,0...1,2 площади критического сечения сопла 5, Скорость топливо-воздушной смеси в кольцевой струе значительно выше скорости распространения пламени, составляющей не более 15„.20 м/с. поэтому кольцевая струя является защитным экраном для жаровой трубы со стороны камеры сгора ния. Особенно эффективна защита для передней части жаровой трубы: на этом участке кольцевая струя не размыта продуктами сгорания, Кольцевая струя топливо-воздушной смеси эжектирует продукты сгорания и топливо-воздушную смесь из центральной зоны камеры сгорания и приводит к образованию в центральной части камеры сгорания интенсивных обратных токов. Наличие зоны обратных токов обеспечивают стабилизацию фронта пламени непосредственно за торцом корпуса 16 пневматической форсунки.

Используя известные зависимости, можно установить, что длина зоны обратных токов составляет около 1/3 длины камеры сгорания, а максимальная скорость потока у стенки жаровой трубы в конце зоны обратных токов составляет около 50 м/с.

Таким образом, можно сделать вывод, что передняя часть жаровой трубы надежно защищена от теплового воздействия кольцевым потоком топливо-воздушной смеси, Часть сжатого воздуха, составляющая около 5...7ь от общего расхода воздуха. вводимого в камеру сгорания, проходит из воздухоподводящей полости 13 через кольцевую щель 27, винтовые каналы 20 и сопловое отверстие 17 в камеру 18 сгорания. При этом холодный воздух, проходя через винтовые каналы 20, приобретает окружную составляющую скорости и при выходе из сопла 17 под действием центробежных сил образует конический закрученный воздушный поток, Закрученный конический лоток холодного воздуха надежно защищает торец корпуса 16 пневматической форсунки от теплового потока со стороны камеры 18 сгорания.

Предлагаемая конструкция газоструйного устройства обеспечивает повышение надежности запуска и эксплуатации устройства. Дополнительным преимуществом предлагаемого устройства является возможность работы на низкосортных топливах при высокой полноте сгорания топлива эа счет качественной подготовки топливной смеси.

Формула изобретения

1. Устройство для термического разрушения горных пород, включающее корпус, установленную коэксиально внутри корпуса жаровую трубу, распределительную головку с полостью для подвода окислителя, сопловый аппарат с полостью для его охлаждения и с соплом для истечения продуктов сгорания из внутренней полости камеры сгорания, размещенный между корпусом и жаровой трубой и образующий с последними кольцевые каналы дефлектор, образованную жаровой трубой, сопловым аппаратом и распределительной головкой камеры сгорания, соединенную с распределительной головкой магистраль для подвода окислителя, которая последовательнб через полость для подвода окислителя в распределительной головке, каналы для прохода окислителя в распределительной головке, кольцевой канал между корпусом и дефлектором, полость для охлаждения соплового аппарата и кольцевой канал между дефлектором и жаровой трубой сообщена с внутренней полостью камеры сгорания, расположенный по продольной оси устройства завихритель с винтовыми канавками на

его боковой поверхности, шток с осевым 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 наружной поверхности выступом кольцевой формы, и магистраль для подвода топлива, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что оно снабжено расположенной в распределительной головке форсункой для запуска устройства с расположенной в ее корпусе полостью для размещения зэвихрителя и с сопловым отверстием для подачи топливной смеси во внутреннюю полость камеры сгорания и установленным в полости для охлаждения соплового аппарата дополнительным завихрителем с тангенциально расположенными к продольной оси устройства каналами, а магистраль для подвода топлива сообщена с внутренней полостью глухого гнезда в штоке, при этом наружная боковая поверхность штока и стенки полости для размещения завихрителя в корпусе фор1813164

5 6 сунки образуют смесительную камеру, которая через образованную выступом на штоке и торцом корпуса форсунки кольцевую щель сообщена с полостью для подвода окислителя в распределительной головке, а винтовые канавки на боковой поверхности основного завихрителя образуют со стенками полости для его размещения в корпусе форсунки винтовые каналы, вход которых сообщен со смесительной камерой, а выход — с сопловым отверстием в корпусе форсунки,- причем выход радиальных каналов в штоке расположен в кольцевой щели равномерно по периметру штока.

2, Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что корпус форсунки расположен коаксивльно внутри жаровой трубы и образует своей боковой поверхностью с жаровой трубой кольцевой канал, а жаровая труба установлена с торцевым зазором относительно распределительной головки, при этом кольцевой канал между жаровой трубой и дефлектором сообщен с внутренней полостью камеры сгорания через торцевой зазор между торцом жаровой трубы и распределительной головкой и кольцевой ка5 нал между жаровой трубой и боковой поверхностью корпуса форсунки.

3. Устройство по пп.1 и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что площадь проходного сечения кольцевого канала между жаровой

10 трубой и боковой поверхностью корпуса форсунки составляет 1,0 — 1,2 площади критического сечения сопла.

4. Устройство по пп.1-3, о т л и ч а ющ е е с я тем, что корпус форсунки выполнен

15 за одно целое с распределительной головкой.

5. Устройство по пп.2 и 3, отл и ч а ющ е е с я тем, что суммарная площадь винтовых каналов составляет 0,03-0,05 площа20 ди проходного сечения кольцевого канала между жаровой трубой и боковой поверхностью корпуса форсунки, Г9