2.3 Горелки

Горелка — это устройство, предназначенное для получения пламени необходимых тепловой мощности, размеров и формы. Все существующие конструкции газопламенных горелок можно классифицировать следующим образом:

1) по способу подачи горючего газа в смесительную камеру — инжекторные и безынжекторные;

2) по мощности пламени — микромощности (10—60 дм³/ч ацетилена); малой мощности (25—400 дм³/ч ацетилена); средней мощности (50—2800 дм³/ч ацетилена) и большой мощности (2800— 7000 дм³/ч ацетилена);

3) по назначению — универсальные (сварка, резка, пайка, наплавка, подогрев); специализированные (только сварка или только подогрев, закалочные и пр.);

4) по числу рабочих пламен — одноплеменные и многопламенные;

5) по способу применения — для ручных способов газопламенной обработки; для механизированных процессов.

Инжекторные горелки. Кислород через ниппель / инжекторной горелки проходит под избыточным давлением 0,1—0,4 МПа (1 — 4 кгс/см²) и с большой скоростью выходит из центрального канала инжектора 8 (рис. 2.3). При этом струя кислорода создает разреже­ние в ацетиленовых каналах рукоятки 3, за счет которого ацетилен подсасывается (инжектируется) в смесительную камеру 10, откуда образовавшаяся горючая смесь направляется в мундшук 13 и на выходе сгорает. Инжекторные горелки нормально работают при из­быточном давлении поступающего ацетилена 0,001 МПа (0,01 кгс/см²) и выше.

Повышение давления горючего газа перед горелкой облегчает работу инжектора и улучшает регулировку пламени, хотя при этих условиях приходится прикрывать вентиль горючего газа на горелке, что может привести к возникновению хлопков и обратных ударов пламени. Поэтому при использовании инжекторных горелок реко­мендуется поддерживать перед ними давление ацетилена (при ра­боте от баллона) в пределах 0,02—0,05 МПа (0,2—0,5 кгс/см²).

1 — кислородный ниппель; 2 — ацетиленовый ниппель; 3 — рукоятка; 4 — кислородная трубка; 5 — вентиль для кислорода; 6 — корпус; 7 — вентиль для ацетилена; 8 — ин­жектор; 9 — накидная гайка; 10 — смесительная камера; 11 — наконечник; 12 — соеди­нительный ниппель; 13 — мундштук

Рисунок 2.3. Инжекторная горелка:

Инжекторные горелки рассчитывают таким образом, чтобы они обеспечивали некоторый запас ацетилена, т. е. при полном открытии ацетиленового вентиля горелки расход ацетилена увеличивался бы по сравнению с паспортным для инжекторных горелок — не менее чем на 15%; для инжекторных резаков — не менее чем на 10% максимального паспортного расхода ацетилена.

На рис. 2.4 показаны в качестве примера конструкции инжекторных горелок средней мощности ГС-3 и малой мощности ГС-2 для сварки металлов. Горелки снабжают набором сменных наконечни­ков, различающихся расходом газа и предназначаемых для сварки металлов разной толщины. Номер требуемого наконечника выбирают в соответствии с требуемой тепловой мощностью пламени, выраженной в дм³/ч ацетилена. К рукоятке горелки ГС-3 можно присоединять и другие наконечники, например многопламенные для подо­грева, для пайки, вставные резаки для резки металла

а)— типа ГС-3; б) — типа ГС-2; 1 — трубка наконечника; 2 — смесительная камера; 3 и 5 — уплотнительные кольца из масло термостойкой резины; 5 — маховичок; 6 — шариковый клапан; 7 — пластмассовая рукоятка; 8 — ацетиленовый ниппель; 9 — корпус; 10 — инжектор; 11 — накидная гайка; 12 — мундштук

Рисунок 2.4-Конструкции инжекторных горелок

Для сварки и наплавки металлов большой толщины, нагрева и других работ, требующих пламени большой мощности, используют инжекторные горелки ГС-4 с наконечниками № 8 и 9:

№ наконечника 8 9

Расход газов, дм³/ч:

ацетилена...... 2800—4500 4500—7000

кислорода...... 3100—5000 5000—8000

Толщина свариваемой

стали, мм....... 30—50 50—100

В наконечниках ГС-4 инжектор и смесительная камера установ­лены непосредственно перед мундштуком. Горючий газ подается в инжектор по трубке, расположенной внутри трубки подачи кислорода. Этим предупреждается нагревание горючего газа и смеси отраженной теплотой пламени, что снижает вероятность обратных ударов пламени и хлопков при использовании пламени большой мощности. Горелка ГС-4 может работать на пропан бутане, для чего снабжена двумя наконечниками с сетчатыми мундштуками, рассчитанными на расходы: № 8 — пропан бутана 1,7—2,7, кислорода 6—9,5 м³/ч; № 9 — пропан бутана 2,7—4,2, кислорода 9,5— 14,7 м³/ч.

1 — мундштук; 2 — подогревающая камера; 3 — подогреватель; 4 — сопла подогревателя; 5 — трубка горючей смеси; 6 — подогревающие пламена.

Рисунок 2.5-Наконечник с подогревателем для сварки на пропан бутане

Мундштуки горелок малой мощности или имеющих водяное охла­ждение изготовляют из латуни ЛС59-1. В горелках средней мощности мундштуки для лучшего отвода теплоты изготовляют из меди МЗ или хромистой бронзы БрХ0,5, к которой не так пристают брызги расплавленного металла. Для получения пламени правильной формы и устойчивого его горения выходной канал не должен иметь заусен­цев, вмятин и других дефектов, а внутренняя поверхность канала должна быть чисто обработана. Снаружи мундштук рекомендуется полировать.

Горелки для газов заменителей отличаются от ацетиленовых тем, что снабжены устройством для дополнительного подогрева и перемешивания газовой смеси до выхода ее из канала мундштука. Серийно выпускаемые горелки ГЗУ-2-62 и ГЗМ-2-62М для этого имеют подогреватель и подогревательную камеру, расположенные на наконечниках между трубкой подвода горючей смеси и мундштуком (рис. 2.5). Часть потока смеси (5—10%) выходит через дополнительные сопла подогревателя и сгорает, образуя факелы, по­догревающие камеру из коррозионно-стойкой стали. Температура смеси на выходе из мундштука повышается на 300—350° С и соответственно возрастает скорость сгорания и температура основного сварочного пламени. Горелки могут работать на пропан-бутан-кислородной и метан-кислородной смеси; ими можно сваривать стали толщиной до 5 мм (в отдельных случаях до 12 мм) с удовлетворительными показателями по производительности и качеству сварки. Наконечники этих горелок рассчитаны на следующие расходы газов:

№ наконечника 0 1 2 3

Расход, дм³/ч:

пропан-бутана 15—40 30-70 70—140 140-240

кислорода 50—140 105—260 260—540 520-840

№ наконечника 4 5 6 7

Расход, дм³/ч:

пропан-бутана 240—400 400—650 650—1050 1650—1700

кислорода........ 840—1400 1350—2200 2200—3600 3500—5800

При переводе на пропан-бутан горелок, рассчитанных для ра­боты на ацетилене, следует брать наконечник, на два номера боль­ший, и ввертывать в него мундштук, на один номер больший, а инжектор — на один номер меньший, чем при сварке металла той же толщины на ацетиленокислородной смеси.

Специальные наконечники. Для сварки в тяжелых условиях нагрева, например крупных чугунных отливок с подогревом, при­меняют специальные теплоустойчивые наконечники НАТ-5-6 и НАТ-5-7. В этих наконечниках мундштук и трубка снабжены теп­лоизоляционной прослойкой из асбеста, разведенного на воде или жидком стекле, и покрыты сверху кожухом из стали Х25Т. Они могут длительно работать без хлопков и обратных ударов. Для этих работ используют также обычные наконечники, снабженные дополнительной трубкой для подвода охлаждающего воздуха.

Безынжекторные горелки. В отличие от инжекторных в данных горелках сохраняется постоянный состав смеси в течение всего времени работы горелки, независимо от ее нагрева отраженной теплотой пламени. В, инжекторных же горелках нагрев мундштука и смеси­тельной камеры ухудшает инжектирующее действие струи кисло­рода, вследствие чего поступление ацетилена уменьшается и смесь обогащается кислородом. Это приводит к хлопкам и обратным уда­рам пламени, — приходится прерывать сварку и охлаждать на­конечник.

Безынжекторные горелки, в которых ацетилен и кислород по­ступают в смесительное устройство под равными давлениями, при нагревании не меняют состава смеси, поскольку при нагревании мундштука если и уменьшается поступление газов в горелку, то оно одинаково как для кислорода, так и для ацетилена. Следовательно, относительное содержание их в смеси, т. е. состав смеси, остается постоянным. На рис. 2.6, а показана схема безынжекторной горелки, на рис. 2.6, б — схема устройства для питания безынжекторной горелки ГАР (равного давления).кислородом и ацетиленом через постовой беспружинный регулятор ДКР. Горелка ГАР комплектуется семью наконечниками на расходы ацетилена 50—2800 дм³/ч. Каждый наконечник имеет смесительную камеру с двумя калиброванными отверстиями: центральным для кислорода и боковым для ацетилена.

1 — мундштук; 2 — трубка наконечника; 3 — вентиль кислорода; 4 — ниппель кислорода; 5 — ниппель ацетилена; 6 — вентиль ацетилена; 7 — редуктор кислородный; 8 — редуктор ацетилено­вый; 9 — регулятор ДКР; 10 — шланги; 11 — горелка ГАР

Рисунок 2.6.-Безынжекторная горелка

Камерно-вихревые горелки. Для некоторых процессов газопла­менной обработки — нагрева, пайки, сварки пластмасс и т. п. не требуется высокой температуры ацетиленокислородного пламени. Для этих процессов можно использовать камерно-вихревые горелки, работающие на пропано-воздушной смеси. В этих горелках вместо мундштука имеется камера сгорания, в которую поступают пропан и воздух под давлением 0,05—0,2 МПа (0,5—2 кгс/см²). Пропан подается в камеру через центральный канал, а воздух, вызывающий также вихреобразование, поступает по многозаходной спирали, обеспечивающей «закрутку» газовой смеси в камере сгорания. Про­дукты сгорания выходят через концевое сопло камеры сгорания с большой скоростью, образуя пламя достаточно высокой темпера­туры (1500—1600° С). Горелки позволяют получать пламя с темпе­ратурой 350—1700° С.

Горелки специальные. К таким горелкам относятся, например, многопламенные для очистки металла от ржавчины и краски; газо-воздушные для пайки и нагрева, работающие на ацетилене газах заменителях; керосино кислородные для распыленного жидкого горючего; многопламенные кольцевые для газопрессовой сварки; для поверхностной закалки; для пламенной наплавки; для сварки термопластов и многие другие.

Принципы устройства и конструкции их во многом аналогичны используемым для сварочных горелок. Отличие состоит в основном; в тепловой мощности и размерах пламени или суммы пламен (при многопламенных горелках), а также размерах и форме мундштука.