Konstrukcja i dobór końcówki/dyszy palnika tlenowo-paliwowego

Konstrukcja i dobór końcówki/dyszy palnika tlenowo-paliwowego

Wskazówki dotyczące konstrukcji/doboru końcówki palnika tlenowo-paliwowego

Część 1 z 2

Przy projektowaniu lub doborze dyszy/końcówki do palnika maszyny tlenowo-paliwowej należy wziąć pod uwagę kilka czynników. W tym artykule omówimy niektóre z kluczowych czynników, które należy wziąć pod uwagę przy doborze odpowiedniej końcówki palnika tlenowo-paliwowego.

Poniżej przedstawiamy kilka z czynników, które należy wziąć pod uwagę

  1. grubość ciętej stali
  2. typ otworu tnącego (otwór cylindryczny lub otwór szybki/rozbieżny)
  3. gaz stosowany do podgrzewania wstępnego
  4. rodzaj wykonywanego cięcia (cięcie kształtowe, cięcie ukosowe itp.) oraz
  5. właściwości ciętego materiału (skład materiału, zagruntowana płyta, zgorzelina walcownicza itp.).

Należy wziąć pod uwagę również inne parametry, ale powyższe mają kluczowe znaczenie. Spośród wszystkich czynników związanych z cięciem płomieniowym, dysza i strumień wychodzącego z niej tlenu są zdecydowanie najważniejszymi elementami. Palnik i związane z nim urządzenia kontrolujące ciśnienie nie mają wiele wspólnego z samym cięciem.

Grubość płyty

Dzisiejsze zasady cięcia stwierdzają, że wraz ze wzrostem grubości płyty konieczne jest zwiększenie średnicy otworu dyszy tnącej. Główną przyczyną tego wzrostu jest fakt, że jakość/prędkość strumienia tnącego maleje wraz ze wzrostem odległości od wylotu dyszy. Prędkość tnącego strumienia tlenu ma zawsze co najmniej wartością dźwiękową (Mach=1) i rośnie do naddźwiękowej w dyszy lub za dyszą.

Termin „laminarny” jest czasami używany do opisania takiego strumienia, przy czym nie jest odpowiednim określeniem dla strumienia naddźwiękowego. „Dobra” długość strumienia zależy od średnicy otworu. W przypadku strumienia naddźwiękowego istnieje zależność L/d między długością dobrego strumienia tnącego (L) a średnicą dyszy (d). Dlatego rzeczywista długość tego strumienia wzrasta wraz ze wzrostem średnicy otworu.

Mimo że dopuszcza się użycie „przewymiarowanej” dyszy do cięcia „cienkiego” materiału, zwykle powoduje to obniżenie jakości, a także wzrost zużycia tlenu. Wraz ze wzrostem średnicy otworu wzrasta również ilość tlenu tnącego. Przy stałym ciśnieniu roboczym natężenie przepływu/ilość tlenu tnącego wzrasta wraz z kwadratem średnicy, d2, dlatego niewielkie przyrosty średnicy otworu powodują duży wzrost natężenia przepływu.

Dlatego przewymiarowanie nie jest dobrym pomysłem, ponieważ powoduje znaczny wzrost kosztów operacyjnych. Poważne „przewymiarowanie” zmniejsza również prostopadłość cięcia. Zazwyczaj cięcie przybiera kształt odwróconej litery „V”, a dolna część cięcia jest szersza niż górna.

Konstrukcje otworów tlenu tnącego

Obecnie istnieją dwie podstawowe konstrukcje otworów

  1. otwór cylindryczny i
  2. otwór rozbieżny (zwany także otworem szybkim) (patrz rysunek 1).

Otwór cylindryczny jest najczęściej używany do cięcia ręcznego i cięcia maszynowego cienkich materiałów, 0,3–1,0 cm (1/8–3/8 cala), natomiast otwór rozbieżny jest zwykle używany do materiału grubszego niż 1,0 cm (3/8 cala). Ponieważ większość dzisiejszych maszyn do cięcia CNC jest wyposażona zarówno w cięcie plazmowe, jak i gazowe, większość klientów tnie cienki materiał za pomocą plazmy i przełącza się z plazmy na gaz przy grubości materiału 1,9 – 2,5 cm (3/4 – 1 cala). Punkt przełączenia jest zwykle określany przez liczbę zainstalowanych palników plazmowych, moc tych palników oraz liczbę zainstalowanych palników tlenowo-paliwowych.

Różnicę w działaniu w tych dwóch rodzajach otworów tlenowych stanowi ciśnienie wymagane do optymalnej pracy. Otwór cylindryczny działa najlepiej przy około 40 psig, natomiast otwór rozbieżny działa najlepiej przy ciśnieniu w zakresie 75 – 100 psig. Rzeczywiste ciśnienie optymalne zależy od stosunku rozmiaru wylotu do rozmiaru gardła, dlatego ciśnienie jest określane przez producenta końcówki w zależności od wybranego przez niego stosunku. Jest to ciśnienie mierzone na wlocie palnika. Końcówki tnące zazwyczaj działają odpowiednio przy ciśnieniu +/- 10 psig ciśnienia projektowego. Niektórzy operatorzy identyfikują te specjalne warunki oceniając ich szczególne warunki. Należy zauważyć, że szerokość szczeliny zwiększa się wraz ze wzrostem ciśnienia tlenu tnącego.

Skuteczne dysze z otworem rozbieżnym mają większą prędkość cięcia w porównaniu z dyszami z otworem cylindrycznym i, pomimo wyższego ciśnienia roboczego, zużywają mniej tlenu na odcinek cięcia. Poniższa tabela przedstawia ogólne porównanie prędkości cięcia dla tych dwóch typów dysz.

Wykres prędkości cięcia płomieniowego – kliknij, aby powiększyć

Chociaż rzeczywiste prędkości nie są imponujące w porównaniu do standardów plazmy, procentowa różnica między tymi dwoma stylami jest znaczna. Ponieważ całe cięcie płomieniowe odbywa się z prędkością mniejszą niż 50 cm/min (20 ipm), wzrost o 2,5 cm/min (1 ipm) powoduje znaczny procentowy wzrost produkcji.

W części 2 tego artykułu omówimy konstrukcje podgrzewania dyszy dla różnych gazów oraz wymagania dotyczące ukosowania w porównaniu do cięcia kształtowego. Omówimy również kilka warunków, które mogą powodować problemy z jakością cięcia.