Устройство для термического разрушения горных пород

(51) 28 1/00 (2006.01) Е 21 В 7/14 (2006.01) Е 21 С 37/16 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ камнеобрабатывающей и горной промышленности,а также при очистке и напылении материалов. Повышение эффективности достигается за счет последовательного возбуждения мощных стационарных скачков уплотнения (ударных волн) в начале основных участков струй в каждом насадке,начиная с первого и далее. Такое каскадное выведение факела на рабочий режим позволяет получить факел заданной мощности с более полным использованием его энергетических характеристик без использования громоздкого компрессорного оборудования и крупногабаритных горелок. Устройство новой конструкции, состоит из огнеструйной горелки с соплом Лаваля для формирования струи газа и соосных соплу нескольких последовательно расположенных цилиндрических насадок с эжектирующими окнами. Отличием каждого насадка (каскада) в устройстве является только большой диаметр.(72) Москалев Александр НиколаевичПоветкин Виталий ВасильевичАлипов Куанышкали СагидоллиевичАлтынов Жаркын ЛесовичПоветкин Алексей Витальевич(73) Республиканское государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Казахский национальный технический университет им. К.И. Сатпаева Министерства образования и науки Республики Казахстан(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗРУШЕНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД(57) Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для направленного воздействия на горные породы при их разрушении раскаленными газовыми струями в 20976 Изобретение относится к горному делу и может быть использовано для направленного воздействия на горные породы при их разрушении раскаленными газовыми струями в камнеобрабатывающей и горной промышленности,а также при очистке и напылении материалов. Известны устройства для термического разрушения горных пород с использованием эффекта детонации ударных волн, образующихся в высокотемпературном факеле, истекающем из камеры сгорания через сопло при введении в его основание горючего компонента. Известно устройство для термического разрушения горных пород А.с. СССР 166292,принятое автором за прототип, состоящее из камеры сгорания, сопла, отражающего экрана, имеющего форму параболлоида вращения и отверстия для подвода недостающего компонента. Процесс непрерывного генерирования детонационных импульсов происходит следующим образом. К основанию факела, истекающего из камеры сгорания, поступает через отверстия в стенке экрана горючий компонент, мгновенно вступающий в химическую реакцию. В результате образуется ударная волна и область высокого давления, которая прекращает поступление компонента из отверстий. Как только давление снизится, недостающий компонент вновь поступает к основанию факела и процесс повторяется. Недостатком его является низкая эффективность, т.е. процесс несколько интенсифицируется, но качественного скачка прироста производительности не удается получить. Задача изобретения состоит в повышении мощности факела горелки путем более полного использования его энергетических характеристик. Решение задачи достигается тем,что возбуждают скачки уплотнения вдоль вновь образованных струй факела после вывода каждого предыдущего факела на полную мощность и в них последовательно подают горючее для реакции с эжектируемым воздухом. Осуществление нового способа обуславливается применением устройства новой конструкции,состоящего из огнеструйной горелки с соплом Лаваля и соосного соплу цилиндрических насадок с эжекционными окнами на его выходе. Отличием устройства является то, что соосно соплу выполнены с возрастанием диаметров последовательно первый, второй и последующий насадки с эжекционными окнами, а места сочленения насадок образуют каналы для подвода дополнительного горючего. Предлагаемый способ отличается от известных тем,что эффект достигается за счет последовательного возбуждения мощных стационарных скачков уплотнения (ударных волн) в начале основных участков струй в каждом насадке,начиная с первого и далее. В первом насадке дожигается горючее, которое подается с избытком в камеру сгорания, в последующих сжигают дополнительное горючее, которое нагнетается через каналы между насадками. Каждый последующий насадок позволяет увеличить мощность факела 2 использованием стационарного скачка уплотнения каждого предыдущего насадка (каскада), т.е. энергетических характеристик факела в качестве смесителя и реактора горения. При этом вывод на оптимальный режим каждого насадка осуществляется отдельно, последовательно, т.е. от первого насадка ко второму и так далее. Такое каскадное выведение факела на рабочий режим позволяет получить факел заданной мощности с более полным использованием его энергетических характеристик без использования громоздкого компрессорного оборудования и крупногабаритных горелок. На фиг. 1 представлено предполагаемое устройство. Устройство состоит из горелки 1, имеющей камеру сгорания 2 с соплом Лаваля 3. За соплом Лаваля выполнен удлиненный цилиндрический насадок 4, расположенный соосно с соплом Лаваля 3, в котором выполнены эжекционные окна 5, под углом к оси насадка. Конец насадка 4 сочленен с насадком 6 большего диаметра, имеющего также эжекционные окна 7. Место сочленения насадков 4 и 6 образует канал 8 для подвода горючего,имеющий отверстия 9 для разбрызгивания горючего под давлением. Устройство может состоять из нескольких насадок (каскадов), отличием которых является только большой диаметр. Устройство работает следующим образом. В горелку 1 через форсуночный аппарат (не показано) подается под давлением и распыляется горючее, а через отверстия в камере сгорания нагнетается сжатый атмосферный воздух. Горение в горелке 1 горючих компонентов сопровождается выбросом раскаленной газовой струи из камеры сгорания 2 через сопло Лаваля 3 и насадки 4, 6 на объект разрушения горнуюпороду. Для повышения эффективности работы горелки, в частности по разрушению горных пород производят покаскадное наращивание ее мощности. В первый насадок 4 факел подают из камеры сгорания 2 обогащенным,через форсуночный аппарат горелки, горючим. За счет трения струи о шероховатости внутренней стенки насадка 4, а также встречи с холодным эжектируемым через эжекционные окна 5 атмосферным воздухом, в этом месте возбуждается мощный стационарный скачок уплотнения. Этим достигается быстрое (детонационное) горение и полное дожигание горючего, повышение мощности струи, а также дальнейший разгон струи в цилиндрическом насадке 4. Струя повышенной мощности и увеличенного диаметра из насадка 4 попадает в насадок 6, где у нее также возбуждается скачок уплотнения вблизи эжекционных окон 7 насадка 6. В этот момент подают дополнительное горючее через отверстия 9 кольцевого канала 8, к которому горючее подводится магистралью 10. В скачке уплотнения происходит смешивание поданного горючего с воздухом, эжектируемым по окнам 7, быстрое (детонационное) сгорание горючего, затем струя вновь разгоняется в цилиндрической части насадка. Таким образом 20976 может быть осуществлено несколько каскадов,каждый из которых увеличит мощность струи. Пример. Бензовоздушная горелка с двумя насадками имеет длину 0,35 м при диаметре 0,06 м. Критический диаметр сопла Лаваля 0,01 м. Максимальная развиваемая только горелкой без насадков, первоначальная мощность составляет 120 кВт при расходе воздуха от компрессора 5 м 3/мин под давлением 0,60,7 МПа. При этом расход горючего (бензина) 12 кг/ч. Увеличивают расход горючего через форсунку горелки до 1416 кг/ч. Факел увеличивается в длине в 1,51,7 раза, при этом диаметр его также заметно возрастает, что свидетельствует о выводе на режим горелки с первым насадком. Мощность факела уже возрастает до 170200 кВт. После стабилизации работы горелки с первым насадком подают горючее в факел через дополнительную магистраль и добиваются стабилизации режима работы горелки. Длина факела около 0,35 м, при диаметре около 0,03 м, т.е. близком внутреннему диаметру второго насадка. Второй насадок обеспечил мощность горелки до 300 кВт. Для сравнения мощность 300 кВт развивала бы бензовоздушная горелка без насадков с критическим сечением сопла 0,0220,025 м, расходом воздуха 20 м 3/мин при давлении 0,60,7 МПа. Габариты такой горелки длина 0,5 м, диаметр 0,090,1 м. Использование предлагаемого изобретения позволит снизить трудоемкость изготовления огнеструйных горелок, их металлоемкость, а главное получать необходимые мощности факелов без использования дополнительного громоздкого компрессорного оборудования и этим улучшить технико-экономические показатели термоинструмента. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Устройство для термического разрушения горных пород, включающее огнеструйную горелку с камерой сгорания и соплом Лаваля для формирования истекающей струи газа,отличающийся тем, что соосно соплу выполнены с возрастанием диаметров последовательно несколько цилиндрических насадок с эжектирующими окнами,а места сочленения насадок образуют каналы для подвода дополнительного горючего.