Устройство для термоабразивной обработки поверхности, преимущественно каменной облицовки зданий

 

Изобретение относится к области обработки и очистки поверхностей облицовок зданий, сооружений и различных объектов в строительстве и других областях народного хозяйства. Устройство для термоабразивной обработки поверхности преимущественно каменной облицовки зданий состоит из цилиндрического корпуса с полостью, разделенной концентрично основной диафрагмой со сквозными радиальными отверстиями на кольцевую полость предварительного разогрева и подачи газообразного окислителя и охватываемую ею камеру сгорания. Соосно с камерой сгорания расположена сообщающаяся с ней через имеющий расположенные по окружности наклонные к центральной оси корпуса каналы основной завихритель смеси жидкого топлива с газообразным окислителем форкамера. Вдоль центральной оси камеры сгорания и форкамеры размещен трубчатый теплообменник динамического разогрева и подачи взвеси измельченного абразива в газообразном рабочем теле в диффузор сопла-насадка. Передний торец конфузора сопла-насадка соединен с задним по ходу движения горячих газообразных продуктов горения и взвеси измельченного абразива в газообразном рабочем теле торцом камеры сгорания. В камере сгорания установлена дополнительная диафрагма, разделяющая камеру сгорания на основную и вспомогательную секции. Между задним торцом задней части распределительного кольцевого коллектора и наружной поверхностью дополнительной диафрагмы установлен дополнительный завихритель, сообщающийся с полостью предварительного разогрева и подачи газообразного окислителя и форкамерой. Основная секция камеры сгорания выполнена со вспомогательным завихрителем, установленным последовательно с основным. Кольцевая полость предварительного разогрева и подачи газообразного окислителя выполнена с последовательно установленными на ее внешней поверхности регистрами. Газообразный окислитель подается под давлением из коллектора корпуса в камеру полость предварительного разогрева и подачи газообразного окислителя и форкамеру. Жидкое топливо подается в форкамеру через имеющий запорный вентиль шпуцер, соединенный с источником подачи под давлением жидкого топлива. Технический результат - повышение скорости обработки поверхности при одновременном снижении расхода жидкого топлива, обеспечение возможности регулировать в широких пределах скорость обработки поверхности и расход рабочего вещества. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение может быть использовано для обработки и очистки поверхностей облицовок зданий, сооружений и различных объектов в строительстве и других областях народного хозяйства.

Известно из авторского свидетельства СССР № 1101538, кл.⁷ Е 21 В 7/14, 1984 г. устройство для термоабразивной обработки поверхности, содержащее кожух с патрубками подвода жидкого топлива и газообразного окислителя, вдоль продольной оси которого установлена камера сгорания со сквозными радиальными отверстиями и завихригелем для закручивания потока топливной смеси, размещенным со стороны входа потока аэросмеси, имеющая каналы и сопло для истечения высокотемпературной струи, и трубчатый элемент для подачи аэросмеси, проходящий через центральное отверстие завихрителя и сообщенный с камерой сгорания, выходной конец которого расположен в критическом сечении сопла.

Недостатками известного устройства термоабразивной очистки поверхности являются значительный расход абразивного материала и недостаточная скорость очистки, что особенно важно при очистке поверхностей значительной площади и обуславливает быстрый износ поверхности сопла рабочего органа.

Наиболее близким по своей технической сущности к предложенному устройство для термоабразивной обработки поверхности, преимущественно каменной облицовки зданий, является известное из Международной заявки WO 88/05711, кл.⁷ В 24 С 1/00, опубликованной 06.11.88 г., устройство для термоабразивной обработки поверхности, преимущественно каменной облицовки зданий, содержащее соединенный посредством патрубков с источниками подачи под давлением жидкого топлива и газообразного окислителя цилиндрический корпус с полостью, разделенной концентрично диафрагмой со сквозными радиальными отверстиями на кольцевую полость предварительного разогрева и подачи газообразного окислителя и охватываемые ею камеру сгорания, и сообщающуюся с последней через завихритель смеси жидкого топлива с газообразным окислителем, соосную с ней форкамеру, вдоль центральной оси которых размещен трубчатый теплообменник динамического разогрева и подачи взвеси измельченного абразива в газообразном рабочем теле в диффузор сопла-насадка, полость конфузора которого соединена с задним по ходу движения горячих газообразных продуктов горения и взвеси измельченного абразива с газообразным рабочим телом торцом камеры сгорания.

Недостатками известного устройства термоабразивной обработки поверхности, преимущественно каменной облицовки зданий, является большой расход рабочего вещества и недостаточная скорость обработки поверхности, что особенно важно при большой величине обрабатываемой поверхности.

Задачей изобретения является повышение скорости обработки поверхности при одновременном снижении удельного расхода жидкого топлива, увеличение коэффициента полезного действия, а также обеспечение возможности регулировать в широких пределах скорость обработки поверхности и расход рабочего вещества.

Указанная цель достигается тем, что устройство для термоабразивной обработки поверхности, преимущественно каменной облицовки зданий, содержащее соединенный посредством патрубков газообразного окислителя цилиндрический корпус с полостью, разделенной концентрично диафрагмой со сквозными радиальными отверстиями на кольцевую полость предварительного разогрева и подачи газообразного окислителя и охватываемые ею камеру сгорания, и сообщающуюся с последней через имеющий расположенные по окружности наклонные к центральной оси корпуса каналы завихритель смеси жидкого топлива с газообразным окислителем, соосную с ней форкамеру, вдоль центральной оси которых размещен трубчатый теплообменник динамического разогрева и подачи взвеси измельченного абразива в газообразном рабочем теле в диффузор сопла-насадка, передний торец конфузора которого соединен с задним по ходу движения горячих газообразных продуктов горения и взвеси измельченного абразива в газообразным рабочим телом торцом камеры сгорания, снабжено дополнительной диафрагмой со сквозными радиальными отверстиями, разделяющей камеру сгорания на концентричные основную и вспомогательную секции, кольцевая полость предварительного разогрева и подачи газообразного окислителя - охватывающими основную диафрагму и установленными последовательно на её внешней поверхности регистрами, корпус выполнен с контактирующим с передним торцом дополнительной диафрагмы и установленным передним торцом на передней части на передней части трубчатого теплообменника распределительным кольцевым коллектором газообразного окислителя с дополнительным завихрителем, сообщающимся через внешние и внутренние концентрично расположенные под углом к центральной оси корпуса каналы соответственно с полостью предварительного разогрева и подачи газообразного окислителя и форкамерой, основная секция камеры сгорания выполнена со вспомогательным завихрителем, установленным последовательно с основным завихрителем, при этом патрубок, соединенный с источником подачи под давлением газообразного окислителя, соединен с распределительным кольцевым коллектором, длина “L₁” корпуса превышает его диаметр “D₁” в 4,5-7,5 раз, а диаметр “D_кр” критического сечения сопла-насадка меньше диаметра “D₂” поперечного сечения камеры сгорания в 1,5-3,5 раза, угол закрытия “β” конфузора меньше угла раскрытия “α” диффузора сопла-насадка в 1,2-3,5 раза, причем величина радиуса “R” сопряжения конфузора и диффузора и длина “L₂” сопла-насадка равны соответственно 0,95-2,3 и 1,3-3,5 диаметра “D_кр” критического сечения сопла-насадка.

Кроме того, устройство для термоабразивной обработки поверхности, преимущественно каменной облицовки зданий, может быть снабжено электрофакельным приспособлением для зажигания смеси жидкого топлива с газообразным окислителем, сквозные радиальные отверстия основной и дополнительной диафрагм могут быть выполнены с направляющими козырьками, а патрубок, соединенный с источником подачи под давлением газообразного окислителя - в виде упора, расположенного под углом 50-90° к центральной оси корпуса, при этом сквозные каналы основного и дополнительного завихрителей могут быть наклонены под углом 15-45° к их продольной оси.

Техническая сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 схематично изображено устройство для термоабразивной обработки поверхности, преимущественно каменной облицовки зданий; на фиг.2 - разрез по А-А на фиг. 1; на фиг.3 - разрез по Б-Б на фиг. 1; на фиг.4 - разрез по В-В на фиг. 1; на фиг.5 - разрез по Г-Г на фиг. 1; на фиг.6 - разрез по Д-Д на фиг. 1 и на фиг. 7 - продольный разрез сопла-насадка.

Устройство для термоабразивной обработки поверхности, преимущественно каменной облицовки зданий состоит из цилиндрического корпуса 1 с полостью, разделенной концентрично основной 2 диафрагмой со сквозными радиальными отверстиями 3 на кольцевую полость 4 предварительного разогрева и подачи газообразного окислителя и охватываемую ею камеру сгорания. Соосно с камерой сгорания расположена сообщающаяся с ней через имеющий расположенные по окружности наклонные к центральной оси корпуса 1 каналы 5 основной 6 завихритель смеси жидкого топлива с газообразным окислителем форкамеру 7. Вдоль центральной оси камеры сгорания и форкамеры 7 размещен трубчатый теплообменник 8 динамического разогрева и подачи взвеси измельченного абразива в газообразном рабочем теле в диффузор 9 сопла-насадка 10. Передний торец конфузора 11 сопла-насадка 10 соединен с задним по ходу движения горячих газообразных продуктов горения и взвеси измельченного абразива в газообразном рабочем теле торцом камеры сгорания. В камере сгорания установлена дополнительная 12 диафрагма со сквозными радиальными отверстиями 13, разделяющая камеру сгорания на концентричные основную 14 и вспомогательную 15 секции, установленные на передней части трубчатого теплообменника 8. Кольцевая полость 4 предварительного разогрева и подачи газообразного окислителя выполнена с охватывающими основную 2 диафрагму и установленными последовательно на её внешней поверхности регистрами 16. Патрубок 17, соединенный гибким шлангом 18 с источником подачи под давлением газообразного окислителя (на чертеже условно не показано), соединен с распределительным кольцевым коллектором 19 для газообразного окислителя, закреплен на переднем торце корпуса 1. Распределительный кольцевой коллектор 19 установлен передним торцом на передней части трубчатого теплообменника 8 и контактирует с передним торцом дополнительной 12 диафрагмы. Между задним торцом задней части распределительного кольцевого коллектора 19 и наружной поверхностью дополнительной 12 диафрагмы установлен контактирующий с передним торцом основной 2 диафрагмы дополнительный 20 завихритель, сообщающийся через внешние 21 и внутренние 22 концентрично расположенные под углом к центральной оси корпуса 1 каналы соответственно с полостью 4 предварительного разогрева и подачи газообразного окислителя и форкамерой 7. Основная 14 секция камеры сгорания выполнена со вспомогательным 23 завихрителем, установленным последовательно с основным 6 завихрителем. Передний конец трубчатого теплообменника 8 соединен посредством гибкого шланга 24 с источником подачи взвеси измельченного абразива в газообразном рабочем теле (на чертеже условно не показан). Патрубок, соединенный с источником подачи под давлением жидкого топлива (на чертеже условно не показанном), выполнен в виде штуцера 25 с запорным вентилем 26, соединенного с форкамерой 7. В качестве, установленного на корпусе 1 и сообщающегося с передней частью основной 14 секции камеры сгорания, приспособления 27 для зажигания смеси жидкого топлива может быть использована автомобильная свеча зажигания или электрофакельное приспособление (на чертеже условно не показано). Для удобства работы оператора с предлагаемым устройством для термоабразивной обработки поверхности, преимущественно каменной облицовки зданий, ручка 28 установлена на задней части цилиндрического корпуса 1. Длина “L₁” корпуса 1 превышает его диаметр “D₁” в 4,5-7,5 раз. Диаметр “D_кр” критического сечения сопла-насадка 10 меньше диаметра “D₂” поперечного сечения камеры сгорания в 1,5-3,5 раза. Угол закрытия “β” конфузора меньше угла раскрытия “α” диффузора 11 сопла-насадка 10 в 1,2-3,5 раза. Величина радиуса “R” сопряжения конфузора 11 и диффузора 9 и длина “L₂” сопла-насадка 10 равны соответственно 0,95-2,3 и 1,3-3,5 диаметра “D_кр” критического сечения сопла-насадка 10.

Работает устройство для термоабразивной обработки поверхности, преимущественно каменной облицовки зданий следующим образом.

После подачи под давлением газообразного рабочего тела в бункер, заполненный измельченным абразивом (на чертежах условно не показано), взвесь последнего в газообразном рабочем теле под давлением поступает по гибкому шлангу 24 в трубчатый теплообменник 8 динамического разогрева, при этом одновременно из источников жидкого топлива и газообразного окислителя (на чертежах условно не показано) последние под давлением поступают соответственно в форкамеру 7 и газораспределительный коллектор 19. Из газораспределительного коллектора 19 газообразный окислитель поступает через дополнительный 20 завихритель, сообщающийся через внешние 21 и внутренние 22 концентрично расположенные под углом к центральной оси корпуса 1 каналы, соответственно в полость 4 предварительного разогрева и форкамеру 7, в которые он поступает в закрученном виде благодаря наклонному расположению описанных выше каналов. В форкамере 7 газообразный окислитель смешивается с поступающим из штуцера 25 жидким топливом и образует топливовоздушную смесь, которая затем гомогенизируется и дополнительно закручивается при проходе через наклонные каналы 5 основного завихрителя 6 в основную 14 секцию камеры сгорания, то есть приобретает однородность состава. В основной 14 секции камеры сгорания гомогенизированная топливовоздушная смесь зажигается приспособлением 27 посредством, например, искрового электрического разряда, инициируемого на электродах электрозапальной свечи. В процессе горения топливовоздушной смеси в основную 14 секцию камеры сгорания из полости 4 предварительного разогрева и подачи газообразного окислителя через радиальные отверстия 3 в основной диафрагме 2, дополнительно поступает нагретый в ней газообразный окислитель, который интенсифицирует процессы горения, увеличивает давление и скорость истечения газообразных продуктов горения из основной секции 14 камеры сгорания в конфузор 11 сопла-насадка 10, при этом через радиальные отверстия 13 в дополнительной 12 диафрагме часть газообразных продуктов горения поступает во вспомогательную 15 секцию камеры сгорания и отдает тепло горячих продуктов горения трубчатому теплообменнику 8. Подаваемая в трубчатый теплообменник 8 взвесь измельченного абразива в газообразном рабочем теле нагревается и расширяется, что обуславливает резкое повышение давление в трубчатом теплообменнике 8, а следовательно, и скорость его истечения. Количество подаваемого жидкого топлива в форкамеру 7 регулируется давлением газообразного окислителя в топливной ёмкости (на чертежах условно не показана) и величиной открытия запорного вентиля 26 штуцера 25. Образующиеся в камере сгорания продукты сгорания жидкого топлива, смешиваются с поступающим в камеру сгорания из полости 4 предварительного разогрева и подачи газообразного окислителя и нагревают при этом последний, что обуславливает его расширение, т.е. резкое повышение давления в камере сгорания. Благодаря повышенному давлению в камере сгорания горячие газы на выходе из конфузора 11 сопла-насадка 10 образуют сверхзвуковую струю, воздействующую в диффузоре 9 сопла-насадка 10 на взвесь измельченного абразива в газообразном рабочем теле, поступающую из трубчатого теплообменника 8 в диффузор 9 сопла-насадка 10. В диффузоре благодаря разности температур и скоростей истечения соответственно из конфузора 11 смеси газообразных продуктов горения с газообразным окислителем и из трубчатого теплообменника 8 взвеси измельченного абразива в газообразном рабочем теле происходит турбулентное перемешивание компонентов, формирующейся в диффузоре 9 и воздействующей на обрабатываемую поверхности сверхзвуковой струи, в которой при этом повышается давление, вследствие ее расширения, что обуславливает увеличение давления и скорости истечения сверхзвуковой струи, т.е. её кинетической энергии.

Заявленное устройство для термоабразивной обработки поверхности, преимущественно каменной облицовки зданий, позволяет очищать поверхности со скоростью 3-5 м²/мин при расходе частиц измельченного абразива до 10 кг/м² очищаемой поверхности, в то время как производительность известных установок не превышает 0,03 м²/мин при расходе частиц измельченного абразива около 30 кг/м². Преимущество заявленного устройства заключается в возможности регулировать в широких пределах производительность работы и расход частиц измельченного абразива, удобство эксплуатации и снижение его энергоемкости.

Формула изобретения

1. Устройство для термоабразивной обработки поверхности, преимущественно каменной облицовки зданий, содержащее соединенный посредством патрубков с источниками подачи под давлением жидкого топлива и газообразного окислителя цилиндрический корпус с полостью, разделенной концентрично диафрагмой со сквозными радиальными отверстиями на кольцевую полость предварительного разогрева и подачи газообразного окислителя и охватываемые ею камеру сгорания и сообщающуюся с последней через имеющий расположенные концентрично наклонные к центральной оси корпуса каналы завихритель смеси жидкого топлива с газообразным окислителем, соосную с ней форкамеру, вдоль центральной оси которых размещен трубчатый теплообменник динамического разогрева и подачи взвеси измельченного абразива в газообразном рабочем теле в диффузор сопла-насадка, передний торец конфузора которого соединен с задним по ходу движения горячих газообразных продуктов горения и взвеси измельченного абразива с газообразным рабочим телом торцом камеры сгорания, отличающееся тем, что оно снабжено дополнительной диафрагмой со сквозными радиальными отверстиями, разделяющей камеру сгорания на концентричные основную и вспомогательную секции, кольцевая полость предварительного разогрева и подачи газообразного окислителя - охватывающими основную диафрагму и установленными последовательно на ее внешней поверхности регистрами, корпус выполнен с контактирующим с передним торцом дополнительной диафрагмы и установленным передним торцом на передней части трубчатого теплообменника распределительным кольцевым коллектором газообразного окислителя с дополнительным завихрителем, сообщающимся через внешние и внутренние концентрично расположенные под углом к центральной оси корпуса каналы соответственно с полостью предварительного разогрева и подачи газообразного окислителя и форкамерой, основная секция камеры сгорания выполнена со вспомогательным завихрителем, установленным последовательно с основным завихрителем, при этом патрубок, соединенный с источником подачи под давлением газообразного окислителя, соединен с распределительным кольцевым коллектором, длина L₁ корпуса превышает его диаметр D₁ в 4,5-7,5 раза, а диаметр D_кp критического сечения сопла меньше диаметра D₂ поперечного сечения камеры сгорания в 1,5-3,5 раза, угол закрытия β конфузора меньше угла раскрытия α диффузора сопла-насадка в 1,2-3,5 раза, причем величина радиуса R сопряжения конфузора и диффузора и длина L₂ сопла-насадка равны соответственно 0,95-2,3 и 1,3-3,5 диаметра “D_кр” критического сечения сопла-насадка.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что снабжено электрофакельным приспособлением для зажигания смеси жидкого топлива с газообразным окислителем.

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что сквозные радиальные отверстия основной и дополнительной диафрагм выполнены с направляющими козырьками.

4. Устройство по любому из пп.1-3, отличающееся тем, что патрубок, соединенный с источником подачи под давлением газообразного окислителя, выполнен в виде упора, расположенного под углом 45-90° к центральной оси корпуса.

5. Устройство по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что сквозные каналы основного и дополнительного завихрителей наклонены под углом 15-45° к их продольной оси.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7