§ 44. Сварочные горелки

Горелки разделяются на инжекторные и безынжекторные, однопламенные и многопламенные, для газообразных горючих (ацетиленовые и др.) и жидких (пары керосина). Наибольшее применение имеют инжекторные горелки, работающие на смеси ацетилена с кислородом.

Схема и принцип работы инжекторной горелки. Горелка состоит из двух основных частей - ствола и наконечника (рис. 64). Ствол имеет кислородный 1 и ацетиленовый 16 ниппели с трубками 3 и 15 , рукоятку 2 , корпус 4 с кислородным 5 и ацетиленовым 14 вентилями. С правой стороны горелки (если смотреть по направлению течения газов) находится кислородный вентиль 5 , а с левой стороны - ацетиленовый вентиль 14 . Вентили служат для пуска, регулирования расхода и прекращения подачи газа при гашении пламени. Наконечник, состоящий из инжектора 13 , смесительной камеры 12 и мундштука 7 , присоединяется к корпусу ствола горелки накидной гайкой.

Инжектор 13 представляет собой цилиндрическую деталь с центральным каналом малого диаметра - для кислорода и периферийными, радиально расположенными каналами - для ацетилена. Инжектор ввертывается в смесительную камеру наконечника и находится в собранной горелке между смесительной камерой и газоподводящими каналами корпуса горелки. Его назначение состоит в том, чтобы кислородной струей создавать разреженное состояние и засасывать ацетилен, поступающий под давлением не ниже 0,01 кгс/см 2 . Разрежение за инжектором достигается благодаря высокой скорости (порядка 300 м/с) кислородной струи. Давление кислорода, поступающего через вентиль 5, составляет от 0,5 до 4 кгс/см 2 .

Инжекторное устройство показано на рис. 65.

В смесительной камере кислород перемешивается с ацетиленом и смесь поступает в канал мундштука. Горючая смесь, выходящая из мундштука со скоростью 100 - 140 м/с, при зажигании горит, образуя ацетилено-кислородное пламя с температурой до 3150°С.

В комплект горелки входит несколько номеров наконечников. Для каждого номера наконечника установлены размеры каналов инжектора и размеры мундштука. В соответствии с этим изменяется расход кислорода и ацетилена при сварке.

Конструкция пропан-бутан-кислородных горелок отличается от ацетилено-кислородных горелок тем, что перед мундштуком имеется устройство 10 (рис. 64) для подогрева пропан-бутан-кислородной смеси. Дополнительный нагрев необходим для повышения температуры пламени. Обычный мундштук заменяется мундштуком измененной конструкции.

Техническая характеристика инжекторных горелок. В настоящее время промышленность выпускает сварочные горелки средней мощности - "Звезда", ГС-3 и малой мощности - "Звездочка" и ГС-2. В эксплуатации находятся также горелки "Москва" и "Малютка", выпускавшиеся до 1971 г.

Горелки "Москва", "Звезда" и ГС-3 предназначены для ручной ацетиленокислородной сварки стали толщиной 0,5 - 30 мм.

В комплект горелки средней мощности входит ствол и семь наконечников, присоединяемых к стволу горелки накидной гайкой (табл. 15), Обязательный комплект включает наконечники № 3, 4 и 6, чаще всего необходимые при выполнении сварочных работ, остальные наконечники поставляются по требованию потребителя. Горелки "Звездочка", ГС-2 и "Малютка" поставляются с наконечниками № 0, 1, 2, 3. В горелках "Звезда", ГС-3, "Звездочка" мундштуки изготовляются из бронзы Бр.Х 0,5, металла более стойкого, чем медь МЗ, применявшаяся для изготовления мундштуков горелок "Москва" и "Малютка". По этой причине срок службы выпускаемых горелок повышен по сравнению с выпускавшимися ранее.

Горелки типа ГС-3 работают с рукавами диаметром 9 мм. Горелки малой мощности "Малютка", "Звездочка" и ГС-2 предназначены для сварки сталей толщиной 0,2 - 4 мм. Горелки ГС-2 работают с резиновыми рукавами диаметром 6 мм.

Для пропан-бутан-кислородной смеси промышленность выпускает горелки типов ГЗУ-2-62-I и ГЗУ-2-62-II; первая предназначена для сварки стали толщиной от 0,5 до 7 мм, вторая - для подогрева металла. Для пламенной очистки поверхности металла от ржавчины, старой краски и т. д. выпускается ацетиленокислородная горелка Г АО (горелка ацетиленовая, очистка). Ширина поверхности, обрабатываемой горелкой за один проход, составляет 100 мм.

Для закалки металла выпускаются наконечники НАЗ-58 к стволу горелки ГС-3.

Сварку и другие виды обработки металлов пропан-бутан-кислородным пламенем можно производить горелкой ГЗМ-2-62М с четырьмя наконечниками.

Нарушение работы инжекторного устройства приводит к обратным ударам пламени и снижению запаса ацетилена в горючей смеси. Запас ацетилена представляет собой увеличение его расхода при полностью открытом ацетиленовом вентиле горелки по сравнению с паспортным расходом для данного номера мундштука. Причинами этих неполадок могут быть засорение кислородного канала, чрезмерное увеличение его диаметра вследствие износа ацетиленовых каналов, смещение инжектора по отношению к смесительной камере и наружные повреждения инжектора. Для нормальной работы горелки диаметр выходного канала мундштука должен быть равен диаметру канала смесительной камеры, а диаметр канала инжектора - в 3 раза меньше.

Посадочное место инжектора отрегулировано для инжекторов, входящих в комплект горелки.

Инжекторы горелки "Москва" можно использовать в горелке "Звезда", а инжекторы горелки "Малютка" - в горелке "Звездочка".

Проверка горелки на инжекцию (разрежение) проводится каждый раз перед началом работы и при смене наконечника. Для этого с ниппеля снимается ацетиленовый рукав и открывается кислородный вентиль. В ацетиленовом ниппеле исправной горелки должен создаваться подсос, обнаруживаемый прикосновением пальца к отверстию ниппеля.

Поддержание мундштука в надлежащем состоянии обеспечивает нормальное пламя по форме и размерам (см. гл. X). Мундштуки работают в условиях высокой температуры, подвергаются механическому разрушению от брызг при сварке и требуют ухода за ними (чистка, охлаждение и т. д.). Риски, задиры, нагар на стенках отверстия выходного канала мундштука снижают скорость выхода горючей смеси и способствуют образованию хлопков и обратных ударов, искажают форму пламени. Эти недостатки устраняют подрезкой торца мундштука на 0,5 - 1 мм, калибровкой и полировкой выходного отверстия.

После каждого ремонта детали горелок обязательно обезжиривают бензином марки Б-70.

Безынжекторные горелки работают под одинаковым давлением кислорода и ацетилена, равным от 0,1 до 0,8 кгс/см 2 . Эти горелки обеспечивают более постоянный состав горючей смеси в процессе работы. Безынжекторные горелки можно питать ацетиленом, либо от баллонов, либо от генераторов среднего давления.

Специальные горелки. Для газопламенной обработки материалов иногда целесообразно применять специальные горелки. Промышленностью выпускаются горелки для нагрева металла с целью термической обработки, удаления краски, ржавчины, горелки для пайки, сварки термопластов; пламенной наплавки и др. Принципиальное устройство специальных горелок во многом аналогично горелке, используемой для сварки металлов. Отличие состоит в форме и размерах мундштуков, а также в тепловой мощности, форме и размерах пламени. Специальные горелки выпускают для любого горючего газа.

Контрольные вопросы

1. Почему для газовой сварки из горючих газов употребляют главным образом ацетилен?

2. Расскажите о классификации ацетиленовых генераторов.

3. Какую роль выполняет в горелке инжектор?

4. Какое влияние оказывает инжекторное устройство и устройство мундштука на работу горелки?

5. Какие бывают специальные горелки?

Инжекционная газовая горелка низкого давления по принципу организации смешения газа с воздухом относится к газовым горелкам с частичным предварительным смешением.

Инжекционная газовая горелка низкого давления
1 - сопло, 2 - конфузор, 3 - горловина, 4 - диффузор,
5 - огневой насадок, 6 - регулятор первичного воздуха,

Принцип работы

Струя газа в горелке под давлением выходит из сопла 1 с большой скоростью и за счет своей энергии захватывает в конфузоре 2 воздух, увлекая его внутрь горелки. Смешение газа с воздухом происходит в смесителе, состоящем из конфузора 2, горловины 3 и диффузора 4.

Разрежение, создаваемое инжектором, возрастает с увеличением давления газа в горелке. При этом изменяется количество подсасываемого первичного воздуха (от 30 до 70%), необходимого для полного сгорания газа.

Особенности эксплуатации

Количество воздуха, поступающего в газовую горелку, можно изменять при помощи регулятора первичного воздуха 6, представляющего собой шайбу, вращающуюся на резьбе. При вращении регулятора изменяется расстояние между шайбой и конфузором и таким образом регулируется подача воздуха.

Для обеспечения полного сгорания топлива в газовой горелке часть воздуха поступает за счет разрежения в топке. Регулирование расхода вторичного воздуха производится путем изменения разрежения в топке.

Инжекционные газовые горелки обладают свойством саморегулирования, т.е. возможностью обеспечения постоянства соотношения между количеством поступающего в горелку газа и количеством подсасываемого ими первичного воздуха. При этом, если подача воздуха в горелку при помощи шайбы отрегулирована по цвету пламени или показанию газоанализатора на полное сгорание газа и газовая горелка работает спокойно без шума, то дальнейшее изменение ее нагрузки можно проводить, увеличивая или уменьшая только расход газа, не меняя положения воздушной шайбы.

Изменяя режим работы газовой горелки, необходимо следить за устойчивостью ее пламени, так как на характер горения газа влияют не только количество подаваемого в нее первичного воздуха, но и количество вторичного воздуха, поступающего в топку.

Инжекционная горелка среднего давления ИГК конструкции Казанцева относится к горелкам с полным предварительным смешением.

Инжекционная горелка ИГК среднего давления конструкции Казанцева
1 - пластинчатый стабилизатор горения 2 - смеситель
3 - регулятор подачи воздуха 4 - газовое сопло 5 - гляделка

Газ, поступающий в газовую горелку горелку через газовое сопло 4, инжектирует воздух в необходимом для сжигания количестве. В смесителе 2, состоящем из конфузора, горловины и диффузора, осуществляется полное перемешивание газа с воздухом.

В конце диффузора в газовой горелке установлен пластинчатый стабилизатор 1, который обеспечивает устойчивую работу горелок без отрыва и проскока пламени в широком диапазоне нагрузок.

Стабилизатор горения состоит из тонких стальных пластин, расположенных на расстоянии примерно 1,5 мм одна от другой. Пластины стабилизатора стянуты между собой стальными стержнями, которые на пути движения газовоздушной смеси создают зону обратных токов горячих продуктов горения, за счет теплоты которых происходит непрерывное поджигание газовоздушной смеси. Фронт пламени удерживается на определенном расстоянии от устья горелки.

Регулирование подачи воздуха производится с помощью регулятора 3. На внутренней его поверхности укреплен клеем шумопо-глощающий материал. В регуляторе выполнено смотровое окно - гляделка 5 для наблюдения за целостностью стабилизатора.

Вследствие хорошего перемешивания газа с воздухом инжекционные горелки обеспечивают создание малосветящегося факела с полным сгоранием газа при малых коэффициентах избытка воздуха.

Преимущества инжекционных горелок:

• простота конструкции;
• устойчивая работа горелки при изменении нагрузок;
• надежность работы и простота обслуживания;
• отсутствие вентилятора, электродвигателя для его привода, воздухопроводов к горелкам;
• возможность саморегулирования, т. е. поддержания постоянного соотношения газ-воздух.

Недостатки инжекционных горелок:

• значительные габариты горелок по длине, особенно горелок увеличенной производительности (например, горелка ИГК-250-00 номинальной производительностью 135 м?/ч имеет длину 1 914 мм);
• высокий уровень шума у инжекционных горелок среднего давления при истечении газовой струи и инжектировании воздуха;
• зависимость поступления вторичного воздуха от разрежения в топке (для инжекционных горелок низкого давления), плохие условия смесеобразования в топке, приводящие к необходимости увеличения общего коэффициента избытка воздуха доос=1,3...1,5 и даже выше для обеспечения полного сгорания топлива.

Горелка газовая инжекционная ИГК
1 - корпус, 2 - стабилизатор, 3 - сопло, 4 - глушитель шума

Таблица размеров

Обозначение	Размеры, мм						Масса, кг
	L	H	c	d	a	b
ИГК1-15	650	110	G 1/2	4,3	d 57	90	3,3
ИГК1-25	910		G 3/4	6	d 76	119	7
ИГК1-35	980	130	G 3/4	6,6	d 89	134	9
ИГК4-50	1198	200	G 1	4,4	d 85	160	15,2
ИГК4-100	1465	280	G 1 1/4	6,2	d 118	204	29,2
ИГК4-150	1926	330	G 2	7,5	d 144	264	35,1

Технические характеристики

Наименование показателей	ИГK 1-15	ИГK 1-25	ИГK 1-35	ИГK 4-50	ИГK 4-100
Номинальная тепловая мощность, кВт	220	425	500	820	1570
Номинальное давление газа, кПа	70	70	70	70	70
Kоэффициент избытка воздуха при номинальном режиме	1,02	1,08	1,03	1,05	1,04
Габаритные размеры, мм:
- длина	650	810	980	1180	1480
- высота	180	220	290	360	505
- ширина (диаметр)	140	200	200	320	450
Масса, кг	6	7	9	16	25

Инжекторные горелки. Сварочная горелка - основной инструмент при газовой сварке. Наибольшее применение находят инжекторные горелки, работающие на ацетилене низкого и среднего давления (рис. 80, а).

Кислород под давлением поступает по трубке 5 через вентиль 6 в сопло инжектора 3. При истечении кислорода из сопла с большой скоростью создается разрежение в трубке 4, в которую через вентиль 7 засасывается ацетилен. Кислород и ацетилен далее поступают в смесительную камеру 2, где образуют горючую смесь, выходящую из мундштука 1 и дающую при сгорании сварочное пламя. Разрез инжекторного устройства горелки показан на рис. 80, б.

Для нормальной работы инжекторной горелки давление поступающего в нее кислорода должно быть 2-4 кгс/см 2 . Давление ацетилена может быть значительно ниже - от 0,01 до 0,1 кгс/см 2 (от 100 до 1000 мм вод. ст.).

Инжекторные горелки могут работать и при среднем давлении (от 0,1 до 1,5 кгс/см 2) ацетилена. Более высокое давление облегчает работу инжектора и регулирование пламени, однако при слишком высоком давлении приходится сильно прикрывать вентиль горючего газа на горелке, что увеличивает возможность хлопков и обратных ударов пламени. Поэтому при работе от баллона давление ацетилена перед горелкой должно поддерживаться в пределах 0,2-0,5 кгс/см 2 .

Диаметр канала инжектора определяют по формуле

где d u — диаметр канала инжектора, мм; V K — расход кислорода, м 3 /ч; р— давление кислорода, кгс/см 2 .

Пример. Расход кислорода V к = 4 м 3 /ч, давление р=3 кгс/см 2 . Подставляя эти значения в формулу, определяем диаметр канала инжектора

Зная диаметр канала инжектора (d и), определяют диаметр входного канала смесительной камеры (d c м) и выходного канала мундштука (d M) из соотношения

Для нормальной величины подсоса (т. е. разрежения в ацетиленовых каналах) в горелке имеет значение расстояние а между концом сопла инжектора и входом в смесительную камеру (см. рис. 80, а). При увеличении этого расстояния до некоторого предела подсос возрастает, а при уменьшении — падает.

Устойчивое горение пламени при нормальном составе смеси для ацетилено-кислородных горелок и мундштуков обеспечивается при скорости истечения смеси из сопла мундштука в пределах от 50 до 170 м/сек (для мундштуков с диаметром выходного канала d M от 0,6 до 3,5 мм) при этом избыточное давление смеси в трубке перед мундштуком должно быть в пределах 0,03—0,27 кгс/см 2 . При скорости истечения 20—40 м/сек возникают хлопки и обратные удары пламени, а при скорости 140—240 м/сек возможен отрыв пламени от мундштука горелки.

Для лучшего отвода тепла мундштуки изготовляют из теплостойких, высокотеплопроводных материалов - меди М3 или хромистой бронзы Брх0,5 (ЦМТУ3299-53), к которой в меньшей степени прилипают брызги расплавленного металла. Мундштуки горелок малой мощности и имеющие водяное охлаждение изготовляют из латуни ЛC59-1. Для устойчивого горения и правильной формы пламени требуется тщательная обработка поверхности выходного канала мундштука; недопустимы заусенцы, вмятины и другие повреждения, могущие вызвать отрыв, хлопок или обратный удар пламени. Снаружи мундштуки полируют для предупреждения налипания брызг металла.

В соответствии с ГОСТ 1077-69 и 5191-69 инжекторные ацетилено-кислородные сварочные горелки и резаки должны обеспечивать запас ацетилена не менее: горелки - 15%, резаки - 10% от максимального расхода газа.

На рис. 81 показаны инжекторные горелки средней мощности ГС-3 и малой мощности ГС-2. Горелки снабжаются сменным набором наконечников различных номеров, отличающихся расходом газа и предназначенных для сварки металла различной толщины. Номер наконечника подбирается в соответствии с толщиной свариваемого металла (стали) или требуемым удельным расходом ацетилена в дм 3 /ч на 1 мм толщины по данным табл. 9.

Промышленностью выпускались также горелки ГС-53 и «Москва» с характеристикой, аналогичной горелке ГС-3, и горелка «Малютка», соответствующая горелке ГС-2.

Для сварки и наплавки черных и цветных металлов большой толщины, заварки дефектов в крупногабаритных чугунных деталях, нагрева при правке, гибке и выдавливании металла и других подобных работах применяют горелки большой мощности ГС-4.

Они имеют два наконечника: № 8 для металла толщиной 30- 50 мм, на расход ацетилена 2,8-4,5 и кислорода 3,1-5 м 3 1ч, № 9 для толщин 50-100 мм, на расход ацетилена 4,5-7, кислорода 5-8 м 3 /ч. В этих наконечниках инжектор и смесительная камера установлены непосредственно перед мундштуком, а горючий газ подается в инжектор по трубке, расположенной внутри трубки для подачи кислорода. Этим предупреждается нагревание горючего газа и смеси отраженным теплом пламени, что уменьшает возможность обратных ударов и хлопков при работе в тяжелых условиях нагрева. Для работы на пропан-бутане горелка ГС-4 имеет два наконечника с сетчатыми мундштуками на расходы: № 8 - пропан-бутана 1,7-2,7, кислорода 6-9,5 л* 3 /ч; № 9 - пропан-бутана 2,7-4,2, кислорода 9,5-14,7 м 3 /ч.

К рукоятке (стволу) универсальных горелок ГС-3 можно присоединять также наконечники специального типа: многопламенные, для подогрева, паяния и др.

При сварке крупных деталей (например, заварке чугуна с подогревом и др.) применяются специальные теплоустойчивые наконечники НАТ-5-6 и НАТ-5-7, снабженные теплоизоляционной прослойкой из асбеста и экранирующим кожухом из жаростойкой стали Х25Т, отличающейся повышенной теплоустойчивостью и сопротивляемостью окислению при высоких температурах. Такие наконечники могут длительное время выдерживать сильный нагрев, не давая при этом хлопков и обратных ударов пламени. Для этих же работ на Бежицком сталелитейном заводе используются обычные наконечники, но снабженные дополнительной трубкой для подвода к ним охлаждающего воздуха. Такой наконечник № 6 требует для своего охлаждения 90 м 3 /ч воздуха при давлении 5 кгс/см 2 и может работать непрерывно в течение 15-20 мин.

Горелки ГС-2 применяют для сварки металла малых толщин от 0,3 до 4 мм. Эти горелки имеют вес 360-400 г и комплект наконечников № 0; 1; 2 и 3. Для них используют шланги с внутренним диаметром 6 мм.

Техническая характеристика наконечников № 1, 2 и 3 горелок ГС-2 такая же, как у соответствующих номеров наконечников нормальной горелки (см. табл. 9). Наконечник № 0 применяют для сварки металла толщиной от 0,3 до 0,6 мм, он рассчитан на расход ацетилена от 25 до 60 дм 3 /ч, кислорода от 28 до 70 дм 3 /ч, давление кислорода от 0,8 до 4 кгс/см 2 . Диаметры каналов наконечника следующие: инжектора - 0,18 мм, смесительной камеры - 0,6 мм, мундштука - 0,6 мм.

Для сварки, пайки и нагрева металлов очень малой толщины (0,1-0,6 мм) применяют горелки микромощности ГС-1 с наконечниками № 00 и 0. Наконечник № 00, предназначенный для толщин 0,1-0,25 мм, рассчитан на расход ацетилена 10-25 дм 3 /ч, кислорода 13-34 дм 3 /ч. Характеристика наконечника № 0 дана выше.

Безынжекторные горелки. В инжекторных горелках при сильном нагревании мундштука инжектирующее действие струи кислорода, вытекающей из сопла инжектора, ухудшается. В этом случае в инжекторной горелке состав горючей смеси изменяется и в ней появляется избыток кислорода, из-за чего приходится прерывать сварку и охлаждать мундштук.

Более постоянный состав горючей смеси дают безынжекторные горелки, в которые оба газа - кислород и ацетилен - поступают под одинаковым давлением - 0,5 - 1,0 кгс/см 2 . Горелки большой мощности и многопламенные, работающие в тяжелых условиях и при высокой температуре, обычно делаются безынжекторными и снабжаются устройствами для водяного охлаждения мундштука.

Схема безынжекторной горелки изображена на рис. 82, а. Кислород и ацетилен поступают в горелку под равными давлениями, а количество газов регулируют вентилями горелки.

ВНИИАвтогенмаш разработана газосварочная аппаратура, состоящая из постового беспружинного регулятора ДКР, автоматически обеспечивающего равенство рабочих давлений кислорода и ацетилена в безынжекторной горелке ГАР (равного давления). Горелка ГАР укомплектована семью наконечниками, рассчитанными на расход ацетилена от 50 до 2800 дм 3 /ч. Каждый наконечник имеет смесительную камеру с двумя калиброванными отверстиями: боковыми для ацетилена и центральным для кислорода. Кислород и ацетилен поступают в горелку из регулятора под одинаковыми давлениями (рис. 82,6). Регулирующим газом является ацетилен; при изменении давления ацетилена регулятор соответственно изменяет давление кислорода так, что оно всегда остается равным давлению ацетилена, поступающего в горелку. Поэтому состав горючей смеси в горелке остается постоянным.

Для повышения скорости сгорания и температуры пламени в пропан-бутан-кислородных горелках с односопловыми наконечниками применяется дополнительный подогрев и перемешивание газов до выхода их из мундштука. С этой целью в горелках ГЗУ-2-62 и ГЗМ-2-62М, разработанных ВНИИАвтогенмаш, имеются специальный подогреватель и подогревающая камера, располагаемые между трубкой горючей смеси и мундштуком наконечника (рис. 83, а).

Поступающая в мундштук 1 по трубке 5 смесь пропан-бутан-кислород проходит подогреватель 3 и направляется в камеру 2. Часть (5—10%) потока смеси поступает в каналы сопел 4 и образует факелы 6, нагревающие камеру 2. В камере 2 смесь подогревается до 300—360° С и, сгорая на выходе из мундштука 1, образует острое, резко очерченное ядро и факел пламени. Температура пламени в этом случае повышается примерно на 300—330° С. Подогревающие камеры изготовляют из нержавеющей стали IX18H9, так как латунные быстро выходят из строя вследствие выгорания цинка.

Горелками с подогревателями можно выполнять сварку стали толщиной до 5 мм пропан-бутан-кислородным пламенем при всех положениях шва в пространстве, а также сваривать чугун. Вместо пропан-бутана могут использоваться и другие газы-заменители: метан, природный и городской газы. Горелка ГЗУ-2-62 имеет четыре односопловых наконечника (№ 1, 2, 3 и 4) для сварки и три (№ 5, 6 и 7) сетчатых для подогрева. Сетчатые наконечники не имеют подогревателей и подогревающих камер. Горелка ГЗМ-2-62М снабжена только четырьмя односрпловыми наконечниками: № 0, 1, 2 и 3.

Расход газов для наконечников различных номеров составляет (в дм 3 /ч):

Для сварки и наплавки пропан-бутан-кислородным пламенем на Копейском машиностроительном заводе им. С. М. Кирова успешно применяют мундштуки, конструкция которых показана на рис. 83, б. Размеры мундштуков (мм) следующие:

Камерно-вихревые горелки. Для ряда процессов (нагрева, пайки, сварки пластмасс и др.) не требуется высокая температура, даваемая ацетилено-кислородным пламенем. Для этих процессов могут применяться камерно-вихревые горелки, работающие на пропано-воздушной смеси, разработанные и исследованные Ю. И. Некрасовым во ВНИИАвгогенмаше. Эти горелки имеют вместо мундштука камеру сгорания, в которую раздельно подаются пропан и воздух под давлением от 0,5 до 2 кгс/см 2 . Пропан подается в камеру через центральный канал сопла, а воздух, являющийся также вихреобразующим газом, поступает по многозаходным ленточным винтовым каналам, обеспечивающим «закрутку» газовой смеси в камере сгорания. Смесь пропана и воздуха сгорает в камере и выходит через ее концевое сопло с большой скоростью, образуя пламя необходимой температуры. Длина рабочей части пламени в зависимости от расхода газов равна от 5 до 25 мм. Регулируя коэффициент избытка воздуха в смеси от 1 до 4 можно получить пламя с температурой (соответственно) от 1700 до 350° С. Камера сгорания изготовляется из теплостойкой стали.

Администрация Общая оценка статьи: Опубликовано: 2011.05.31

Обозначения.
   Тип горелки обозначается посредством букв и цифр:
  Г -горелка;
  ГМ - газомазутная;
  Д -с удлиненной газовой частью
  Р - ротационная;
   В зависимости от места установки на топочной камере, горелки изготавливаются правого и левого вращения:
  правого вращения
  П - правого вращения- направление вращения ротора форсунки против часовой стрелки (смотреть на торец стакана из топки);
  Л - левого вращения - направление вращения ротора форсунки по часовой стрелке.
   Числом обозначается номинальная производительность котла, для которого первоначально была спроектирована горелка (Гкал/час).

Классификация горелок по виду топлива.   ГАЗОВЫЕ ГОРЕЛКИ   Газовая горелка - это устройство для смешения кислорода с газообразным топливом с целью подачи смеси к выходному отверстию и сжигания её с образованием устойчивого факела. В газовой горелке газообразное топливо, подаваемое под давлением, смешивается в смесительном устройстве с воздухом (кислородом воздуха) и образовавшаяся смесь поджигается на выходе из смесительного устройства с образованием устойчивого постоянного пламени.   Газовые горелки обладают широким спектром достоинств. Конструкция газовой горелки очень проста. Ее запуск занимает доли секунды и работает такая горелка практически безотказно. Газовые горелки используются для отопительных котлов или промышленного применения.   Газ является самым удобным, обладающим чрезвычайно высокими потребительскими качествами видом органического топлива, поэтому устройства, работающие на нем, пользуются особой популярностью. Почти все они оснащаются системами автоматики, благодаря чему достигается высокая безопасность и безотказность их работы.   Сегодня существует два основных вида газовых горелок, их разделение ведется в зависимости от используемого метода образования горючей смеси (состоящей из топлива и воздуха). Различают атмосферные (инжекторные) и наддувные (вентиляционные) устройства. В большинстве случаев первый вид является частью котла и входит в его стоимость, второй же вид чаще всего приобретается отдельно. Наддувная горелка газовая в качестве инструмента горения более эффективна, поскольку в них подача воздуха осуществляется специальным вентилятором (встроенным в горелку).

  ЖИДКОТОПЛИВНЫЕ ГОРЕЛКИ (Дизельные, Мазутные, и т.п.)
  Жидкотопливная горелка – устройство, предназначенное для сжигания жидкого топлива. В жидкотопливной горелке жидкое топливо, подаваемое под высоким давлением, распыляется в виде паров и мельчайших частиц. В смесительном устройстве образовавшиеся пары топлива смешиваются с воздухом (кислородом воздуха) и образовавшаяся топливовоздушная смесь поджигается на выходе из смесительного устройства с образованием устойчивого постоянного пламени.
  Применение дизельного топлива для отопления помещения актуально, если нет возможности подведения газа. Дизельные горелки прекрасно подходят для помещений различных масштабов. Самым важным их преимуществом считается возможность работы в достаточно тяжелых климатических условиях, например, при низкой температуре воздуха.
  Мощность дизельных горелок находится приблизительно на одном уровне с газовыми горелками.
  Одним из вариантов жидкотопливной горелки является горелка на отработанном масле. Горелка на отработанном масле позволяет существенно экономить на отоплении, хотя следует отметить, что в России данный тип горелок не слишком распространен (а о многих странах Европы и вовсе – запрещен). Тем не менее такие горелки выпускаются и в Европе, примером могут служить горелки на отработанном масле Kroll , производство - Германия. Горелки на отработанном масле популярны в США, в Росии их используют для отопления промышленных предприятий (например – небольших автосервисов).
  В загородных домах использовать такие горелки проблематично (могут возникнуть сложности с поставками топлива).
  Новейшие горелки на отработанном масле устроены так, что при сгорании в них топлива в окружающую среду практически не выделяются дым и запахи - они полностью безопасны. Все это рождает высокий спрос на горелки на отработанном масле
  КОМБИНИРОВАННЫЕ ГОРЕЛКИ (Газ-Дизель, Газ-Мазут)
  Комбинированная горелка – устройство, предназначенное для сжигания более чем одного вида топлива. Конструктивно комбинированная горелка представляет собой устройство, в котором соединена газовая и жидкотопливная горелка. Таким образом, комбинированная горелка сочетает в себе достоинства газовых и жидкотопливных горелок.
  Главные из них:
   - компактность устройства («два в одном»),
   - не требуется работ по смене горелок.
  Однако есть и недостатки:
   - высокая стоимость котла в сборе с комбинированной горелкой из-за более сложного устройства самой горелки;
   - снижение КПД вследствие работы горелки с разными типами топлива;
   - более высокие требования к техническому обслуживанию т.к. переход с одного вида топлива на другой всегда сопряжён с определенными трудностями. Серия горелок итальянской компании Cib Unigas включает в себя все три вышеописанных типа горелок (газовые, жидкотопливные, комбинированные).

Классификация горелок по типу работы.
  Горелки вентиляторные.
  Вентиляторные горелки (их же называют дутьевыми, наддувными) имеют следующее свойство: воздух в них поступает благодаря встроенному вентилятору принудительно. Уже в самой горелке он смешивается с каким-либо топливом, после чего образованная смесь нагнетается в топку.Вентиляторные горелки могут работать на газе или на жидком топливе (дизеле, отработанном масле). При работе на газе, вентиляторные горелки менее всего зависят от того, газ какого давления будет поступать, даже при падении давления на 50%, котел будет нагревать теплоноситель.
  Вентиляторые горелки намного дороже, чем газовые, но менее зависимы от давления газа в сети: даже если оно упадет на 50%, то котел все равно будет нагревать теплоноситель, правда, с потерей мощности. Вместе с тем вентиляторные горелки достаточно шумные (до 60 дБ). Шумит не столько вентилятор, сколько факел, под давлением выходящий из сопла горелки. Для защиты от шума производители котлов предлагают ряд мер, в том числе глушитель, который устанавливается в месте соединения дымохода с котлом.
  Вентиляторые горелки большинстве случаев, не являются частью котла, а поставляются отдельно и присоединяются («навешиваются») к котлу.

  Диффузионные горелки и горелки промежуточного типа.
  В диффузионных горелках, необходимый для сгорания топлива воздух доставляется их окружающего пространства непосредственно к фронту горения за счет диффузии.
  Диффузионные газовые горелки характеризуются более равномерной температурой по длине факела. Однако эти газовые горелки требуют повышенного коэффициента избытка воздуха (по сравнению с инжекционными), создают более низкие тепловые напряжения топочного объёма и худшие условия для догорания газа в хвостовой части факела, что может приводить к неполному сгоранию газа.
  Диффузионные газовые горелки применяют в промышленных печах и котлах, где требуется равномерная температура по длине факела. В некоторых процессах диффузионные газовые горелки незаменимы. Например, в стекловаренных, мартеновских и др. печах, когда идущий на горение воздух подогревается до температур, превышающих температуру воспламенения горючего газа с воздухом. Успешно применяются диффузионные газовые горелки и в некоторых водогрейных котлах.
  В мощных топочных камерах газ вполне успешно сжигается при помощи диффузионных горелок с малым сопротивлением по газу и воздуху. Эти последние не требуют предварительного смешения газа и воздуха и допускают большие скорости выхода газа и воздуха в топку. При применении таких горелок отпадают огнеупорные туннели значительного суммарного сечения, требующие при высококалориином газе огнеупора высокого качества и сравнительно частого ремонта. Наконец, диффузионные горелки легко конструируются как смешанные газомазутные, допускающие эффективное сжигание и газообразного и жидкого топлива (а если это нужно, и пылевидного твердого).
  Поэтому в мощных котлоагрегатах, сжигающих либо природный газ, либо доменный газ и угольную пыль, применяют обычно горелки диффузионного или смешанного типа. В диффузионных горелках газ и воздух подаются в топку раздельно и смешение газа и воздуха происходит в самой топочной камере. При этом обычно воздух до смешения с газом успевает подогреться до температуры, достаточной для интенсивного горения, поэтому процесс горения происходит весьма быстро и фронт горения, т. е. зона диффузионного горения, разделяющая области смеси горючего с окислителем (воздухом) и смеси продуктов горения с избыточным воздухом, является весьма тонким слоем. В горелках промежуточного типа смешение частично осуществляется в самой горелке и из нее в топку входит поток воздуха, пронизанный отдельными струями смеси, богатой газом.
  Диффузионные горелки обычнр работают на газе низкого и среднего давления.
  В котлах получили распространение т. н. подовые газовые горелки , являющиеся разновидностью диффузионных газовых горелок, которые размещаются внутри топки, в нижней её части. Подовая газовая горелка состоит из одной или нескольких газораспределительных труб, в которых просверлены отверстия. Труба с отверстиями устанавливается на колосниковой решётке или поду топки в щелевом канале, выложенным из огнеупорного кирпича. Через огнеупорный щелевой канал поступает требуемое количество воздуха. При таком устройстве горение струек газа, выходящих из отверстий в трубе, начинается в огнеупорном канале и заканчивается в топочном объёме. Подовые горелки создают малое сопротивление прохождению газа, поэтому они могут работать без принудительного, дутья.
  Для наблюдения за процессом горения и розжига газовой горелки служит смотровое окно. Подовые горелки могут работать на низком и среднем давлении газа и используются в секционных котлах, котлах ТВГ, КВ-Г, ДКВР.

  Мазутные горелки.
  Применение мазута, то есть тяжелой фракции, остающейся после того, как будет переработана нефть, в промышленности встречается отнюдь не редко. Главным образом, мазутные горелки, как автономные, так и промышленные, применяются для того, чтобы преобразовать мазут в тепловую энергию, причем осуществляется это путем сжигания. По большей части в мазутных горелках используется система механического распыления топлива, с применением либо пара, либо сжатого воздуха. Некоторые из модификаций мазутных горелок оснащаются соплами низкого давления, направлено это на эффективное снижение расхода топлива. Кроме того, такой вид мазутного горелочного устройства изнашивается медленнее своих аналогов, а это, в свою очередь, снижает как себестоимость процесса, так и расходы на техническое обслуживание.
  Мазутные горелки, выпускающиеся в наше время, оснащаются таким оборудованием, как электрощиты, система регулирования, двигательно-насосная группа подачи топлива. Горелочное устройство на мазуте, имеющее подобную комплектацию, автоматически очистит сопло, как только можно будет говорить об окончании работы, что также ведет к снижению необходимости в техническом обслуживании оборудования.
  В мазутных горелках применяется система подогрева топлива. Делается это для того, чтобы мазут постоянно поддерживался в вязком состоянии. Распыление же горючего происходит при помощи сжатого воздуха или пара под давлением 8 Бар. Существуют и такие модификации, в которых газовая горелка разжигается за счет запальной газовой горелки.
  Мазутные горелки по праву считаются экономичными и практичными. В виду этих свойств мазутные горелочные устройства применяются повсеместно и широко, причем и как основной источник тепловой энергии, и как вариант-подстраховка, если вдруг будут перебои с подачей другого топлива. Промышленная мазутная горелка нашла свое применение в производственных целях и в городских теплоцентралях, обеспечивая централизованное отопление жилых домов. В заключение можно сказать, что на выбор потребителя представлен большой ассортимент мазутных горелочных устройств. Покупая такое оборудование, можно выбирать и по мощности, и по модификации, и по иным параметрам – рынок это позволяет. Ну и, разумеется, мазутные горелки отличаются своей надежностью и качеством, находящимся на высоте.

  Газо-мазутные и пыле-газовые горелки.
  Для оперативного перехода с одного вида топлива на другой (особенно в зимние месяцы), а также для совместного сжигания различных видов топлива используют комбинированные горелки: газо-мазутные и пыле-газовые. Комбинированные горелки применяют также, когда требуется создать светящееся пламя или когда на газе невозможно обеспечить нужную темп-ру в топке.
  Газо-мазутная горелка состоит из газовой, возд. и жидкостной частей, обеспечивающих соответственно подвод необходимых для сжигания количества газа, воздуха и мазута.
  В пыле-газовой горелке для сжигания природного газа в крупных котлах электрич. станций газ поступает через периферийные отверстия и направляется к центру, смешиваясь по пути с закрученным потоком воздуха. Горелка снабжена телескопич. устройством с винтовым приводом, позволяющим убирать внутрь трубу, по к-рой подаётся в топку воздушно-пылевая смесь при работе котлов на газовом топливе. Телескопич. устройство препятствует попаданию пыли в щели между передвижной и стационарной частями трубы.
  Пример газо-мазутных горелок:
   горелки газомазутные ПГМГ-10; 30; 40 ,
   горелки газомазутные РГМГ

  Инжекционные горелки
  В инжекционных горелках воздух для горения засасывается (инжектируется) за счёт энергии струи газа и их взаимное смешение происходит внутри корпуса горелки. Иногда в инжекционных газовых горелках подсасывание необходимого количества горючего газа, давление которого близко к атмосферному, осуществляется энергией струи воздуха. В горелках полного смешения (с газом перемешивается весь необходимый для горения воздух), работающих на газе среднего давления, образуется короткий факел пламени, а горение завершается в минимальном топочном объёме. В инжекционные газовые горелки частичного смешения поступает только часть (40-60%) требующегося для горения воздуха (т. н. первичный воздух), который и смешивается с газом. Остальное количество воздуха (т. н. вторичный воздух) поступает к факелу пламени из атмосферы за счёт инжектирующего действия газо-воздушных струй и разрежения в топках. В отличие от инжекционных газовых горелок среднего давления, в горелках низкого давления образуется однородная газо-воздушная смесь с содержанием газа больше верхнего предела воспламенения; эти газовые горелки устойчивы в работе и имеют широкий диапазон тепловой нагрузки.
  Инжекционные горелки различают: по давлению - низкого и среднего давления; по виду факела - многофакельные (с распределительным коллектором) и однофакельные; по количеству сопел - односопловые и многосопловые; по расположению сопел - с центральным и периферийным расположением. Объемные соотношения газа и воздуха, засасываемого инжекционной горелкой, определяются коэффициентом инжекции и коэффициентом избытка воздуха. Чем выше теплота сгорания газа, тем больше требуется воздуха для его сгорания и тем больше при одном и том же коэффициенте избытка воздуха должен быть коэффициент инжекции, т. е. тем больше воздуха должен подсасывать 1 м3 газа.
  В интервале давления газа от 2000 до 9000 кгс/м2 инжекционная способность горелки почти не меняется при изменении Давления газа перед горелкой и разрежения в топке. При давлениях ниже 2000 и особенно ниже 1000 кгс/м2 коэффициент избытка воздуха возрастает с уменьшением давления и с увеличением разрежения в топке. Для обеспечения нормального процесса горения большое значение имеет постоянство состава газового топлива. Изменение плотности приводит к изменению инжектирующей способности горелки, а изменение теплоты сгораниятребует соответствующего изменения количества подаваемого для горения воздуха. При небольших колебаниях указанных характеристик газового топлива (числа Воббе) необходимый коэффициент избытка воздуха можно поддерживать изменением давления перед горелкой и степени открытия воздушно-регулировочной заслонки.
  Достоинства инжекционных горелок: использование энергии газа для подсоса воздуха; хорошее перемешивание газа и инжектируемого воздуха и поддержание, в определенных диапазонах, расчетного соотношения их количеств при изменении тепловой мощности горелки. Основными недостатками горелок с одним газовым соплом являются значительная длина, особенно при больших тепловых мощностях: необходимость строгого совпадения оси сопла с осью горелки; высокий уровень шума, а горелок низкого давления - значительная длина факела и зависимость поступления вторичного воздуха от разрежения в топке.
  Пример инжекционных горелок: Инжекционные газовые горелки Казанцева

Горелки обычно размещаются в два и более рядов с одной или двух противоположных сторон топки. Число горелок выбирается значительным, чтобы иметь возможность регулировать нагрузку выключением части горелок, так как обычно применяемые в стационарных котлах форсунки с нерегулируемым выходным сечением плохо работают при сниженных нагрузках. Скорости воздуха в узком сечении амбразур, которые имеют горелки, - порядка 20-35 м/сек. Минимальная глубина топки при фронтальном расположении горелок должна быть не менее 3 м для малых горелок и 4 м для крупных.

Классификация горелок по типу регулирования.
  Одноступенчатые горелки работают лишь в одном диапазоне мощности, работают м тяжелом для котла режиме. При работе одноступенчатых горелок происходит частые включения и отключения горелки, которыми регулирует автоматика котлоагрегата.

  Двухступенчатые горелки имеют две ступени мощности. Первая ступень, как правило, обеспечивает 40% мощности, а вторая – 100%. Переход с первой ступени на вторую происходит в зависимости от контролируемого параметра котла (температуры теплоносителя или давления пара), режимы включения/выключения зависят от автоматики котла.

  Плавно-двухступенчатые горелки позволяют осуществлять плавный переход с первой ступени на вторую. Этот тип горелок занимает промежуточное положение между двухступенчатыми и модулируемыми горелками.

В качестве примера трех вышеописанных типов горелок может служить серия горелок Max Gas фирмы Ecoflam (Экофлам).

  Модулируемые горелки нагревают котёл непрерывно, по мере необходимости повышая или снижая мощность. Диапазон изменения режима горения - от 10 до 100% номинальной мощности.
   Модулируемые горелки подразделяются на три типа по принципу работы модулирующих устройств:
   - горелки с механической системой модуляции;
   - горелки с пневматической системой модуляции;
   - горелки с электронной модуляцией.
  В отличие от горелок с механической и пневматической модуляцией, горелки с электронной модуляцией позволяют обеспечить максимально возможную точность регулирования, поскольку исключаются механические погрешности в работе горелочных устройств.
  Модулируемые горелки имеют перед ступенчатыми целый ряд преимуществ. Механизм плавного регулирования мощности позволяет свести цикличность включения-выключения котлов к минимуму, что значительно снижает механические напряжения на стенках и в узлах котла, а значит, продлевает его «жизнь». Экономия топлива при этом составляет не менее 5%, а при грамотной настройке можно добиться 15% и выше. И, наконец, установка модулируемых горелок не требует замены дорогостоящих котлов, если они исправно функционируют, при этом повышая КПД котла.
  Пример горелок с модуляцией мощности - Max Gas Blu фирмы Ecoflam.
  С другой стороны, модулируемые горелки дороже ступенчатых моделей.

  МАЗУТ ГОРИТ ГОЛУБЫМ ПЛАМЕНЕМ
  Запасы мазута исчисляются сотнями миллионов тонн, поэтому очень важно добиться эффективного и безопасного использования этого горючего. С учетом современных экологических требований ряд швейцарских фирм работает над созданием отопительных установок с мазутными горелками, дающими голубое пламя, как на газовом топливе. В привычных мазутных горелках, дающих желтое пламя, процессы смешивания мазута с воздухом, испарения и горения идут одновременно.
  В горелках новой системы сперва мазут испаряется и смешивается с воздухом, а лишь затем возникшая газовая смесь воспламеняется. Благодаря этому образуется меньше сажи и окиси углерода. Кроме того, в конструкции таких горелок предусмотрена рекуперация отходящих газов, в результате чего снижается температура пламени и выделяется меньше окислов азота. Для лучшего перемешивания воздуха и отходящих газов с мазутом применяются горелки с вращающимися головками.
  Industrie + Technique № 22, 1989.