Схема инжекторной горелки. Инжекционные горелки низкого давления. Недостаток инжекторной горелки
Горелки являются основным рабочим инструментом для газовой сварки, пайки, наплавки и нагрева. Существует два основных класса:
- горелки инжекторные,
- безинжекторные (рис. 1).
В инжекторные горелки подача горючего газа низкого давления (ниже 1 кПа) в смесительную камеру осуществляется инжектированием его струей кислорода, вытекающего из инжектора. В безынжекторных горелках горючий газ и кислород подаются примерно под одинаковым давлением (50... 100 кПа).
Применяют преимущественно ручные инжекторные горелки универсального и специализированного назначения. Наиболее распространены универсальные горелки инжекторного типа, работающие на ацетилене: горелки малой мощности Г2-05 (рис. 2) и горелки средней мощности ГЗ-06. Они имеют аналогичную конструкцию и отличаются, главным образом, числом и номерами комплектуемых наконечников. к универсальным горелкам, работающим на газах-заменителях ацетилена, относятся горелки ГЗУ-3-02 и ГЗУ-4.
Рисунок 1. Сварочные горелки:
инжекторная - а; безинжекторная - б; 1 - мундштук; 2 - трубка наконечника; 3 - смесительная камера; 4 инжектор; 5, 6 - регулировочные вентили; 7- ствол; 8 - трубка; 9, 10- ниппели
Рисунок 1. Горелка инжекторная Г2-05 малой мощности
В отличие от универсальных горелок специализированные горелки предназначены для выполнения одной технологической операции (наплавки, пайки, резки).
Другие материалы относящиеся к темам "
Горелки: инжекторные и безинжекторные
Газовая сварка, наплавка, резка, пайка" :
Разместив объявление в
Сварочная горелка является основным инструментом газосварщика при сварке и наплавке. Сварочной горелкой называется устройство, служащее для смешивания горючего газа с кислородом и получения сварочного пламени. Каждая горелка имеет возможность регулировать мощность, состав и форму сварочного пламени.
Инжекторная горелка
Инжекторная горелка - это горелка, в которой подача горючего газа в
смесительную
камеру осуществляется за счет подсоса его струей кислорода, вытекающего с
большой
скоростью из отверстия инжектора.
Этот процесс подсоса газа более низкого давления струей кислорода, подводимового с более высоким давлением, называется инжекцией, а горелки данного типа - инжекторными.
Рис. 65. Инжекторная горелка (18)
1-сварочная дюза;
2-смесительная трубка
(наконечник
);
3-смешивающая дюза;
4-накидная гайка;5-область инжектора;
6-вентиль кислорода;
7-подсоединение шланга с кислородом, правая резьба
R
1\4;
8-вентиль для ацетилена;
9-подсоединение шланга с ацетиленом, левая резьба
R
3\8
Кислород из баллона под рабочим давлением через ниппель, трубку и вентиль 6 поступает в сопло инжектора 5. Выходя из сопла инжектора с большой скоростью, кислород создает разряжение в ацетиленовом канале, в результате этого ацетилен проходя через ниппель 9, трубку и вентиль 8 подсасывается в смесительную камеру 3. В этой камере кислород смешивается с горючим газом, образует горючую смесь. Горючая смесь, выходя через мундштук, поджигается и сгорая, образуется сварочное пламя. Подача газов в горелку регулируется кислородным вентилем 6 и ацетиленовым вентилем 8, расположенными на корпусе горелки. Сменные наконечники подсоединяются к корпусу горелки накидной гайкой.
Нагрев наконечника горелки уменьшает инжекцию кислорода и снижает разрежение в камере инжектора, что уменьшает поступление ацетилена в горелку. Так как поступление кислорода в горелку при этом остается постоянным, то уменьшается содержание ацетилена в газовой смеси и, следовательно, усиливается окислительное действие сварочного пламени. Для восстановления нормального состава сварочного пламени сварщик по мере нагревания наконечника горелки должен увеличивать поступление ацетилена в горелку, открывая ацетиленовый вентиль горелки.
При засорении мундштука горелки увеличивается давление горючей смеси в смесительной камере, горючая смесь обогащается кислородом, что ведет к усилению окислительного действия сварочного пламени.
Преимущество инжекторной горелки:
- горелка работает на горючем газе как среднего, так и низкого давления
Недостаток инжекторной горелки:
- непостоянство состава горючей смеси
Безинжекторная горелка
Безинжекторная горелка - это такая горелка, в которой горючий газ и кислород подаются примерно под одинаковым давлением. В них отсутствует инжектор, который заменен простым смесительным соплом, ввертываемым в трубку наконечника горелки.
Рис. 66. Безинжекторная горелка (18)
Для образования нормального сварочного пламени горючая смесь должна вытекать из канала мундштука горелки с определенной скоростью. Эта скорость должна быть равна скорости горения. Если скорость истечения больше скорости горения, то пламя отрывается от мундштука и гаснет. Когда скорость истечения газовой смеси меньше скорости горения, горючая смесь загорается внутри наконечника.
Недостаток безинжекторной горелки:
- горелки менее универсальны, так как работают только на горючем среднего давления
Сварка с помощью газа - это сварка с применением расплавленного металла. При этом процессе происходит нагрев краев металлических частей деталей до температуры плавления пламенем газовой горелки.
Высокая температура, при которой происходит плавление металла, образуется от воспламенения газа-кислородной смеси. Чтобы заполнить пустоты, которые возникают при совмещении краев металла, используют расплавленную присадочную проволоку.
Горелки для газовой сварки.
Чтобы получить сварочное пламя, необходимое для работы с металлами, применяется горелка. С ее помощью можно контролировать мощность, объем пламени в установленных пределах. Несмотря на всю внешнюю простоту изделия, горелка - это сложный и значимый элемент при сварке.
На рисунке № 1 изображено пламя газовой горелки с температурными показателями.
По своей конструкции горелки для газовой сваркиподразделяются на:
- инжекторные;
- безинжекторные.
По применяемому горючему:
- ацетиленовые;
- для других газов и жидкого горючего.
По порядку использования могут быть:
- ручными,
- машинными.
Инжекторные и безинжекторные горелки для газовой сварки.
Конструктивное наличие струйного насоса в горелке обусловлено уровнем давления, при котором в неё подаётся горючее. Если оно высокое, то дополнительного нагнетания не требуется, топливо подается под своим собственным. При низком давлении нужно большее количество газа, поэтому используется принудительная подача с помощью инжектора. Для создания сварочного пламени нужно получить качественную смесь кислорода и топлива в камере смешивания горелки.
Горелка без инжектора имеет более простое устройство. Топливо и кислород подаются в смеситель одновременно с помощью системы подачи, состоящей из шлангов, необходимого количества кранов (вентилей), ниппелей. В смесителе происходит образование однородной смеси.
Однородная смесь поступает по трубке наконечника на мундштук, воспламеняется и создает пламя для сварки. Чтобы процесс горения соответствовал необходимым требованиям, давление, с которым подается смесь из мундштука, должно быть в строго определенных пределах. Если скорость будет выше установленной, пламя, отрываясь от среза горелки, будет тухнуть. Если ниже, то смесь, попадая вовнутрь горелки, будет взрываться в ней. Скорость подачи горючей смеси (ацетилено-кислородной) варьируется от 70 до 160 м/сек, она зависит от вида мундштука, размеров канала, процентного состава смеси.
В горелках высокого давления может применяться водород или метан. Она проста в использовании и устройстве. Но, в сравнении с инжекторными горелками низкого давления, используются намного реже.
Работа горелки низкого давления.
Кислород под высоким давлением (около 4 атмосфер) поступает в горелку через систему подачи, состоящую из ниппеля, регулировочного крана. Проходит через инжектор с высокой скоростью. Под действием струи кислорода в камере струйного насоса создается давление ниже атмосферного и происходит засасывание горючего газа. Он поступает через ниппель и вентиль в камеру инжектора, а затем в камеру смешивания, соединяется с кислородом, и со скоростью в строгих пределах поступает по каналу на мундштук.
Расход кислорода не меняется, на него не влияют внешние факторы, в отличие от расхода применяемого газа. Повышение температуры мундштука и наконечника горелки, изменение давления, увеличение сопротивления повышают расход ацетилена.
Другие виды горелок.
В некоторых отраслях промышленности нашли применение горелки для газовой сварки, работающие на жидких горючих, таких как бензин или керосин. В основе принципа лежит распыление керосинно-кислородной смеси и испарение мелкокапельного горючего от нагрева с мундштука.
Используемые в настоящее время горелки в целях безаварийной эксплуатации должны соответствовать требованиям безопасности:
- сварочное пламя должно быть определенной формы;
- регулировка пламени в нужных пределах;
- устойчивость к внешним воздействиям и безопасность эксплуатации;
- удобство в применении.
В таких горелках образование газовоздушной смеси происходит путем подсасывания внутрь горелки первичного воздуха за счет энергии струи газа. Это явление называется инжекцией. В зависимости от объема инжектируемого первичного воздуха горелки бывают частичного и полного смешения.
В горелках частичного (неполного) смешения инжектируется только часть необходимого для сгорания воздуха, а остальной воздух поступает в зону горения из окружающего пространства. Такие горелки еще называют атмосферными или факельными. Они наиболее распространены и используются для газовых плит, водонагревателей, секционных котлов, мелких отопительных приборов.
Устройство инжекционной атмосферной горелки показано на рис. 2.6. Основными частями инжекционной горелки являются регулятор первичного воздуха 7, газовое сопло, или форсунка 1, смеситель и коллектор 6.
Рис. 2.6. Инжекционные атмосферные газовые горелки: а - низкого давления; б -для чугунного котла; I- форсунка, 2- инжектор;
3- конфузор; 4- диффузор; 5- отверстия; 6- коллектор; 7- регулятор первичного воздуха
Регулятор первичного воздуха представляет собой вращающийся диск или шайбу и служит для регулирования количества первичного воздуха, поступающего в горелку.
Газовое сопло, или форсунка, служит для придания газовой струе скорости, которая обеспечивает инжекцию необходимого воздуха.
Смеситель горелки состоит из трех частей - инжектора 2, конфузора 3 и диффузора 4. Инжектор служит для подсоса воздуха и создания разрежения. Конфузор служит для выравнивания струи газовоздушной смеси. В диффузоре происходит окончательное перемешивание газовоздушной смеси и повышение его давления за счет снижения скорости. Из диффузора газовоздушная смесь поступает в коллектор 6, который распределяет газовоздушную смесь по отверстиям. Форма коллектора и расположение отверстий зависят от типа горелок и их назначения.
Важными характеристиками инжекционных горелок неполного смешения являются коэффициент инжекции - отношение объемов инжектируемого воздуха и воздуха, необходимого для полного сгорания газа, и кратность инжекции - отношение объема первичного воздуха к расходу газа горелкой.
Достоинством инжекционных горелок является свойство их саморегулирования - поддержание постоянной пропорции между объемами подаваемого в горелку газа и инжектируемого воздуха.
Однако пределы устойчивости инжекционных горелок ограничены возможностями отрыва и проскока пламени. Это значит, что увеличить или уменьшить давление газа в горелке можно только в определенных пределах.
Горелки полного смешения инжектируют весь воздух, необходимый для сжигания газа, что обеспечивается использованием газа повышенных давлений. Наиболее распространенные конструкции горелок полного смешения газа работают в диапазоне давления от 5 кПа до 0,5 МПа.
Горелка типа ИГК (инжекционная горелка конструкции Казанцева) состоит из регулятора первичного воздуха, форсунки, конфузора, смесителя, насадки и пластинчатого стабилизатора.
Регулятор первичного воздуха горелки одновременно выполняет функции глушителя шума, который создается за счет повышенных скоростей движения газовоздушной смеси.
Пластинчатый стабилизатор обеспечивает устойчивую работу горелки без отрыва и проскока пламени в горелку в широком диапазоне нагрузок. Стабилизатор состоит из стальных пластин толщиной 0,5 мм и расстоянием между ними 1,5 мм. Пластины стабилизатора стягиваются между собой стальными стержнями, которые на пути движения газовоздушной смеси создают зону обратных токов горячих продуктов сгорания и непрерывно поджигают газовоздушную смесь. Такое устройство стабилизатора исключает отрыв пламени.
В других конструкциях горелок отрыв пламени предотвращается за счет снабжения горелок керамическими тоннелями или устройством в топке горок из огнеупорных материалов, которые нагреваются до высоких температур (больше температуры воспламенения газа), обеспечивая непрерывное воспламенение газовоздушной смеси.
Горелки, в которых образование газовоздушной смеси происходит за счет энергии струи газа, называют инжекционными . Основной элемент инжекционной горелки - инжектор, подсасывающий воздух из окружающего пространства внутрь горелок.
В зависимости от количества инжектируемого воздуха горелки могут быть с неполной инжекцией воздуха и с полным предварительным смешением газа с воздухом.
Горелки с неполной инжекцией воздуха. К фронту горения поступает только часть необходимого для сгорания воздуха, остальной воздух поступает из окружающего пространства. Такие горелки работают при низком давлении газа. Их называют инжекционными горелками низкого давления (рис. 3, а).
Основными частями инжекционных горелок являются регулятор первичного воздуха, форсунка, смеситель и коллектор (см. рис. 3).
Рис. 3. Инжекционные атмосферные газовые горелки:
а - низкого давления; б - горелка для чугунного котла; 1 - форсунка; 2 - инжектор; 3 - конфузор; 4 - диффузор; 5 - коллектор; 6 - отверстия; 7 - регулятор первичного воздуха
Регулятор первичного воздуха 7 представляет собой вращающийся диск или шайбу и регулирует количество первичного воздуха, поступающего в горелку. Форсунка 1 служит для превращения потенциальной энергии давления газа в кинетическую, т. е. для придания газовой струе такой скорости, которая обеспечивает подсос необходимого воздуха. Смеситель горелки состоит из трех частей: инжектора, конфузора и диффузора. Инжектор 2 создает разрежение и подсос воздуха. Самая узкая часть смесителя - конфузор 3, выравнивающий струю газовоздушной смеси. В диффузоре 4 происходят окончательное перемешивание газовоздушной смеси и увеличение ее давления за счет снижения скорости.
Из диффузора газовоздушная смесь поступает в коллектор 5, который и распределяет ее по отверстиям 6. Форма коллектора и расположение отверстий зависят от типа горелок и их назначения.
Распределительный коллектор горелок емкостных водонагревателей имеет форму окружности; у горелок проточных водонагревателей коллектор состоит из параллельно расположенных трубок; у агрегатов, имеющих удлиненную топку, коллектор удлиненной формы; у горелок для чугунного котла (рис. 3, б) коллектор в виде прямоугольника с большим числом мелких отверстий.
Инжекционные горелки низкого давления имеют ряд положительных качеств, благодаря которым их применяют в бытовых газовых приборах, а также в газовых приборах для предприятий общественного питания и других коммунально-бытовых потребителей газа. Инжекционные горелки используют также в чугунных отопительных котлах.
Основные преимущества инжекционных горелок низкого давления: простота конструкции, устойчивая работа горелок при изменении нагрузок; надежность и простота обслуживания; бесшумность работы; возможность полного сжигания газа и работа на низких давлениях газа; отсутствие подачи воздуха под давлением.
Важная характеристика инжекционных горелок неполного смешения - коэффициент инжекции - отношение объема инжектируемого воздуха к объему воздуха, необходимого для полного сгорания газа. Так, если для полного сгорания 1 м3 газа необходимо 10 м3 воздуха, а первичный воздух составляет 4 м3, то коэффициент инжекции равен 4: 10 = 0,4.
Характеристикой горелок является также кратность инжекции - отношение первичного воздуха к расходу газа горелкой. В данном случае, когда на 1 м3 сжигаемого газа инжектируется 4 м3 воздуха, кратность инжекции равна 4.
Достоинство инжекционных горелок - это их свойство саморегулирования, т.е. поддержание постоянной пропорции между количеством подаваемого в горелку газа и количеством инжектируемого воздуха при постоянном давлении газа.
Пределы устойчивой работы инжекционных горелок ограничены возможностями отрыва и проскока пламени. Это значит, что увеличить или уменьшить давление газа перед горелкой можно только в определенных пределах.
Горелки с полным предварительным смешением газа с воздухом . Инжекция всего воздуха, необходимого для полного сгорания газа, обеспечивается повышенным давлением газа. Горелки полного смешения газа работают в диапазоне давлений от 5000 Па до 0,5 МПа. Их называют инжекционными горелками среднего давления и применяют в основном в отопительных котлах и для обогрева промышленных печей. Тепловая мощность горелок обычно не превышает 2 МВт. Основные трудности повышения их мощности - сложность борьбы с проскоком пламени и громоздкость смесителей.
Эти горелки дают малосветящийся факел, что уменьшает количество радиационной теплоты, передаваемой нагреваемым поверхностям. Для увеличения количества радиационной теплоты эффективно применение в топках котлов и печей твердых тел, которые воспринимают теплоту от продуктов горения и излучают ее на тепловоспринимающие поверхности. Эти тела называют вторичными излучателями. В качестве вторичных излучателей используют огнеупорные стенки тоннелей, стенки топок, а также специальные дырчатые перегородки, установленные на пути движения продуктов сгорания.
Горелки с полным предварительным смешением газа с воздухом подразделяют на два типа: с металлическими стабилизаторами и огнеупорными насадками.
Инжекционная горелка конструкции Казанцева (ИГК) состоит из регулятора первичного воздуха, форсунки, конфузора, смесителя, насадка и пластинчатого стабилизатора (рис. 4).
Рис. 4. Инжекционная горелка ИГК:
1 - стабилизатор; 2 - насадок; 3 - конфузор; 4 - форсунка; 5 - регулятор первичного воздуха
Регулятор первичного воздуха 5 горелки одновременно выполняет функции глушителя шума, который создается за счет повышенных скоростей движения газовоздушной смеси. Пластинчатый стабилизатор и проскока пламени в широком диапазоне 7 обеспечивает устойчивую работу горелки без отрыва и проскока пламени в широком диапазоне нагрузок. Стабилизатор состоит из стальных пластин толщиной 0,5 мм при расстоянии между ними 1,5 мм. Пластины стабилизатора стягивают между собой стальными стержнями, которые на пути движения газовоздушной смеси создают зону обратных токов горячих продуктов сгорания и непрерывно поджигают газовоздушную смесь.
В горелках с огнеупорными насадками природный газ сгорает с образованием малосветящегося пламени. В связи с этим передача теплоты излучением от факела горящего газа оказывается недостаточной. В современных конструкциях газовых горелок значительно повысилась эффективность использования газа. Малая светимость факела газа компенсируется излучением раскаленных огнеупорных материалов при сжигании газа методом беспламенного горения.
Газовоздушная смесь у этих горелок приготовляется с небольшим избытком воздуха и поступает в раскаленные огнеупорные каналы, где она интенсивно нагревается и сгорает. Пламя не вы ходит из канала, поэтому такой процесс сжигания газа называется беспламенным. Это название условное, так как в каналах пламя имеется.
Газовоздушная смесь подогревается от раскаленных стенок канала. В местах расширения каналов и вблизи от плохо обтекаемых тел создаются зоны задержки горячих продуктов сгорания. Такие зоны - устойчивые источники постоянного подогрева и зажигания газовоздушной смеси. На рис. 5 показана беспламенная панельная горелка. Поступающий в сопло 5 из газопровода 7 газ инжектирует необходимое количество воздуха, регулируемое регулятором первичного воздуха 6. Образовавшаяся газовоздушная смесь через инжектор 4 поступает в распределительную камеру 3, проходит по ниппелям 2 и поступает в керамические тоннели 1. В этих тоннелях происходит сжигание газовоздушной смеси. Распределительная камера 3 от керамических призм 8 теплоизолирована слоем диатомовой крошки, что сокращает теплоотвод из реакционной зоны.
Беспламенное сжигание газа имеет следующие преимущества: полное сгорание газа; возможность сжигания газа при малых избытках воздуха; возможность достижения высоких температур горения; сжигание газа с высоким тепловым напряжением объема горения; передача значительного количества теплоты инфракрасными лучами.
Существующие конструкции беспламенных горелок с огнеупорными насадками по конструкции их огневой части подразделяют на горелки с насадками, имеющие каналы неправильной геометрической формы; горелки с насадками, имеющие каналы правильной геометрической формы; горелки, у которых пламя стабилизируется на огнеупорных поверхностях топки.
Рис. 5. Беспламенная панельная горелка:
1 - тоннель; 2 - ниппель; 3 - распределительная камера; 4 - инжектор; 5 - сопло; 6 - регулятор воздуха; 7 - газопровод; 8 - керамические призмы
Наиболее распространены горелки с насадками правильной геометрической формы. Огнеупорные насадки таких горелок состоят из керамических плиток размером 65 х 45 х 12 мм. Беспламенные горелки называют также горелками инфракрасного излучения.
Все тела - источники теплового излучения, возникающего за счет колебательного движения атомов. При излучении тепловая энергия веществ превращается в энергию электромагнитных волн, которые распространяются от источника со скоростью, равной скорости света. Эти электромагнитные волны, распространяясь в окружающем пространстве, наталкиваются на различные предметы и легко превращаются в тепловую энергию. Величина ее зависит от температуры излучающих тел. Каждой температуре соответствует определенный интервал длин волн, излучаемых телом. В данном случае передача теплоты излучением происходит в инфракрасной области спектра, а горелки, работающие по этому принципу, называются горелками инфракрасного излучения (рис. 6).
Через сопло 4 (см. рис. 6, а) газ поступает в горелку и инжектирует весь воздух, необходимый для полного сгорания газа. Из горелки газовоздушная смесь поступает в сборную камеру 6 и далее направляется в огневые отверстия керамической плитки 2. Во избежание проскока пламени диаметр огневых отверстий должен быть меньше критической величины и составлять 1,5 мм. Выходящая из огневых камер газовоздушная смесь поджигается при малой скорости ее вылета, чтобы избежать отрыва пламени. В дальнейшем скорость вылета газовоздушной смеси можно увеличить (полностью открыть кран), так как керамические плитки нагреваются до 1000°С и отдают часть теплоты газовоздушной смеси, что приводит к увеличению скорости распространения пламени и предотвращению его отрыва.
Рис. 6. Горелки инфракрасного излучения:
а - схема горелки: 1 - рефлектор; 2 - керамическая плитка; 3 - смеситель; 4 - сопло; 5 - корпус; 6 - сборная камера; б, в и г - соответственно горелки ГИИ-1, ГИИ-8 и ПС-1-38
Керамические плитки имеют около 600 огневых цилиндрических каналов, что составляет около 40 % поверхности плиток.
Плитки соединяют друг с другом специальной замазкой, состоящей из смеси шамотного порошка с цементом.
Если инфракрасные горелки работают на газе среднего давления, то применяют специальные плиты из пористых жаропрочных материалов. Вместо цилиндрических каналов у них узкие искривленные каналы, которые заканчиваются расширяющимися камерами сгорания.
При сжигании газа в многочисленных каналах различных насадок происходит нагрев их внешних поверхностей до температуры около 1000 °С. В результате поверхности приобретают оранжево-красный цвет и становятся источниками инфракрасных лучей, которые поглощаются различными предметами и вызывают их нагрев.
На рис. 6, б... г показаны наиболее распространенные типы инфракрасных горелок. У горелок ГИИ-1 имеются 21 керамическая плитка, рефлектор и распределительная коробка. С помощью горелок ГИИ можно обогревать помещения и различное оборудование. Горелки используют и для обогрева открытых площадок (спортивные площадки, кафе, помещения летнего типа и т.д.).
Горелку ГК-1-38 успешно применяют для подогрева строящихся стен и штукатурки, обогрева людей, работающих в зимних условиях. Горелка может работать на природном и сжиженном газах.
