Способ термической разработки твердых материалов и термический инструмент для его осуществления

 

Изобретение относится к способу и устройству для термической разработки твердых материалов и может быть использовано для производства шурфов в термобуримых породах и мерзлых грунтах, термический способ разработки материалов включает подачу горючего и окислителя по стволу термического инструмента, завихрение окислителя и горючего в камере сгорания, воздействие продуктов сгорания на разрабатываемый материал, причем окислитель от места его подачи в ствол до камеры сгорания предварительно завихряется. Продукты сгорания подают на разрабатываемый материал через винтовое сопло. Термический инструмент для разработки твердых материалов содержит ствол, форсунку, камеру сгорания, узлы подачи горючего и окислителя, винтовое сопло. Ствол выполнен в виде трубы с равнодеформированными на определенный угол участками относительно центральной оси. Изобретение позволяет повысить кинетическую энергию, температуру воздействия газовой струи на разрушаемый материал и упростить конструкцию устройства. 2 с.п. и 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к способу и устройству для термической разработки твердых материалов и может быть использовано для производства шурфов в термобуримых породах и мерзлых грунтах, а также для резки пород.

Известен способ термической разработки твердых материалов, включающий подачу горючего окислителя по стволу, завихрение окислителя и горючего, окисление последнего в камере сгорания и воздействие продуктов сгорания на разрабатываемый материал, а также термический инструмент, включающий ствол с форсункой, соплом и камерой сгорания, а также узлами подачи горючего и окислителя (см. а.с. СССР N 404924, E 02 F 5/30, 1974 г.).

Недостатками известного способа и устройства является то, что продукты сгорания, разрушающие твердые материалы, имеют невысокую кинетическую энергию и температуру газовой струи, вследствие чего способ и устройство обеспечивают недостаточную эффективность разработки.

В основу изобретения поставлена задача повышения кинетической энергии и температуры воздействия газовой струи на разрушаемый материал и упрощения конструкции устройства путем обеспечения закручивания продуктов сгорания с более равномерным распределением кинетической энергии по сечению сопла, что позволяет увеличить производительность работ.

Поставленная задача решается тем, что в термическом способе разработки твердых материалов, включающем: подачу горючего и окислителя по стволу термического инструмента, завихрение окислителя и горючего, окисление последнего в камере сгорания, воздействие продуктов сгорания на разрабатываемый материал согласно изобретения предварительно производят завихрение окислителя от места подачи его в ствол до камеры сгорания, а продукты сгорания подают на разрабатываемый материал через винтовое сопло, причем перед подачей горючего в камеру сгорания производят его преобразование в газообразное состояние, а перед подачей продуктов сгорания в винтовое сопло их могут направлять в аккумулятор-успокоитель.

Выполнение этих операций производят инструментом, содержащим ствол с форсункой, соплом и камерой сгорания, а также узлами подачи горючего и окислителя, в котором ствол выполнен в виде трубы с равнодеформированными участками относительно центральной оси, каждый из которых скручен на определенный угол относительно предыдущего участка таким образом, что ее поверхности представляют собой винтовые поверхности с заданным шагом скручивания, сопло выполнено винтовым, причем между форсункой и винтовым соплом может быть размещен испаритель, аккумулятор-успокоитель или диафрагма.

В связи с тем, что в способе термической разработки твердых материалов предусмотрены предварительное завихрение окислителя от места его подачи в ствол до камеры сгорания, а продукты сгорания подают на разрабатываемый материал через винтовое сопло и может произведено преобразование горючего в газообразное состояние перед подачей его в камеру сгорания, а перед подачей продуктов сгорания в винтовое сопло их предварительно направляют в аккумулятор-успокоитель, повышается кинетическая энергия и температура воздействия газовой струи на разрушаемый материал с одновременным упрощением конструкции термического инструмента, который включает ствол с форсункой, соплом и камерой сгорания, а также узлами подачи горючего и окислителя, ствол выполнен в виде трубы с равнодеформированными участками относительно центральной оси, каждый из которых скручен на определенный угол относительно предыдущего участка таким образом, что их поверхности представляют собой винтовые поверхности с заданным шагом скручивания, и с винтовым соплом, причем между форсункой и винтовым соплом размещен испаритель для преобразования жидкого горючего в газообразное, аккумулятор-успокоитель размещен между форсункой и винтовым соплом, а диафрагма расположена между форсункой и соплом.

На фиг. 1 изображен общий вид в продольном сечении, а на фиг. 2 - поперечное сечение термического инструмента.

Термический инструмент для разработки твердых материалов состоит из ствола 1, выполненного в виде трубы с равнодеформированными участками 10 относительно центральной оси, каждый из которых скручен на определенный угол относительно предыдущего участка таким образом, что ее поверхности представляют собой винтовые поверхности с определенным шагом скручивания, с камерой сгорания 2 и встроенной в последней диафрагмой 3, винтовой форсункой 4, аккумулятора-успокоителя 5, представляющего собой, например, уширение тороидального профиля, винтового сопла 6 и узлов подачи горючего 8 и окислителя 9.

Термический способ разработки твердых материалов осуществляется следующим образом: - в ствол 1 подают горючее и окислитель, - производят завихрение окислителя от места его подачи в ствол 1 до камеры сгорания 2, - направляют завихренную горючую смесь в камеру сгорания 2, из которой продукты сгорания пропускают через винтовое сопло 6 с последующим воздействием на разрабатываемый материал.

Перед подачей горючего в камеру сгорания 2 может производиться его преобразование в газообразное состояние с целью получения качественной смеси. А перед подачей продуктов сгорания в винтовое сопло 6 их могут направлять в аккумулятор - успокоитель 5 для равномерного истечения продуктов сгорания через винтовое сопло 6.

Термический инструмент работает следующим образом: через узел подачи 9 окислитель подается в ствол 1, в котором происходит его завихрение от узла 9 до камеры сгорания 2, одновременно через узел 8 подается горючее, которое через форсунку 4 поступает в ствол 1, захватывается вихревым потоком окислителя и направляется в камеру сгорания 2, в которой производится воспламенение известными способами горючей смеси. Поскольку сопло 6 выполнено винтовым, происходит дальнейшее завихрение продуктов сгорания с последующим их воздействием на разрабатываемый материал. Завихрение окислителя от места подачи 9 в ствол 1 происходит за счет выполнения последнего в виде трубы с равнодеформированными участками 10 относительно оси трубы, причем каждый из которых скручен на определенный угол относительно другого так, что поверхности с заданным шагом скручивания представляют собой винтовые поверхности. Для преобразования жидкого горючего в газообразное состояние между форсункой 4 и винтовым соплом может быть установлен испаритель 7, таким образом в камеру сгорания будет поступать горючая смесь. Для повышения кинетической энергии продуктов сгорания и предотвращения их пульсации при выходе из камеры сгорания между форсункой 4 и соплом 6 в стволе 1 может быть размещен аккумулятор-успокоитель 5. Для исключения возможности прерывания горения смеси в камере сгорания 2 между форсункой 4 и винтовым соплом 6 устанавливают диафрагму 3.

Формула изобретения

1. Термический способ разработки твердых материалов, включающий подачу горючего и окислителя по стволу термического инструмента, завихрение окислителя и горючего и окисление последнего в камере сгорания, воздействие продуктов сгорания на разрабатываемый материал, отличающийся тем, что предварительно производят завихрение окислителя от места его подачи в ствол до камеры сгорания, а продукты подают на разрабатываемый материал через винтовое сопло.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед подачей горючего в камеру сгорания производят его преобразование в газообразное состояние.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед подачей продуктов сгорания в винтовое сопло их направляют в аккумулятор-успокоитель.

4. Термический инструмент, включающий ствол с форсункой, соплом и камерой сгорания, а также узлами подачи горючего и окислителя, отличающийся тем, что ствол выполнен в виде трубы с равнодеформированными участками относительно центральной оси, каждый из которых скручен на определенный угол относительно предыдущего участка таким образом, что их поверхности представляют собой винтовые поверхности с заданным шагом скручивания, при этом сопло выполнено винтовым.

5. Инструмент по п.4, отличающийся тем, что между форсункой и винтовым соплом размещен испаритель для преобразования жидкого горючего в газообразное.

6. Инструмент по п.4, отличающийся тем, что между форсункой и винтовым соплом размещен аккумулятор-успокоитель.

7. Инструмент по п.4, отличающийся тем, что между форсункой и соплом расположена диафрагма.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2