Из чего состоит газовая горелка. Принцип работы газовой горелки

Газовая горелка представляет собой аппарат, задачей которого является обеспечение горения (в данном случае) газообразного топлива. В качестве сжигаемого сырья чаще используют натуральный газ (например метан), либо сжиженный газ (например пропан-бутановая смесь). Весь процесс работы горелки можно разделить на 3 принципиальных этапа:
1. Подготовительный этап.
2. Этап смешения.
3. Этап горения.

Основной принцип работы газовых горелок можно рассмотреть на примере стандартной атмосферной горелки. На первом этапе происходит подготовка топлива и воздуха с приданием им необходимых характеристик: скорость, направление и т.д. При необходимости происходит предварительный нагрев. Затем наступает этап смешения топлива и воздуха с образованием горючей смеси. Следует заметить, что для инжекторного вида горелок важное значение на данном этапе занимает эффект «засасывания»: после прохождения под давлением струи газа через трубку, в ней достигается разрежение. Это приводит к тому, что воздух через специальные перфорации в трубке засасывается вовнутрь и смешивается с газом. И, наконец, на третьем этапе происходит непосредственно горение, т.е. реакция окисления горючих элементов топлива посредством кислорода. Образующаяся в итоге горючая смесь воспламеняется с помощью устройства на конце трубки.
Для мониторирования уровня давления, стабилизации газового потока и контроля подаваемого на горелку топлива используют редуктор. Согласно принципу работы выделяют два вида редукторов: обратного и прямого действия. Кроме вышеупомянутой, т.н., инжекторной горелки существует и безинжекторная горелка . В наконечник трубки такой горелки монтируется смесительная ёмкость — сопло. Принципом работы такого аппарата и его основным преимуществом является то, что и газ и подогреваемый кислород подаются одновременно и под одинаковым давлением (в среднем от 0.5 до 1.0 кгс/см2). Подаваемый воздух на входе может быть холдным (если поступает от обычного вентилятора) или подогретым (если проходит регенеративный воздухонагреватель). В зависимости от назначения и мощности , горелки могут обладать функцией отслеживания и изменения коэфициента избытка воздуха (т. е. соотношения воздух-топливо). Такой особенностью обладают, например, установки на крупных промышленных предприятиях. Если же горелка используется, например, в котлах небольшой мощности, то она не обладает способностью изменять этот параметр.
Важной характеристикой и классифицирующим признаком горелки является возможность создания прямолинейного или закрученного (разомкнутого и не разомкнутого) факела. В последнем случае в области оси факела имеется зона
с постоянно циркулирующими продуктами сгорания. А также способность изменять характеристики факела, например его протяжённость, крутку.
Также, рассматривая принцип работы газовой горелки , не стоит забывать про управление процессом работы аппарата, возможность автоматизации процесса подачи топлива.
Так, выделяют 3 основных степени автоматизации:
1. Ручное управление — все манипуляции проводятся под непосредственным контролем человека.
2. Полуавтоматическое — в этом случе манипуляции оператора сведены к минимуму, однако требуют от него постоянного контроля.
3. Автоматическое — запуск, выполнение операций и остановка аппарата происходит одним только нажатием кнопки.

Эта статья для тех, кто применяет лабораторные газовые горелки или планирует работать с ними. Рассмотрено устройство 24-х моделей горелок для природного и сжиженного газа, представленных на отечественном рынке компанией ООО "ФИРМА БСТ-3". Приведена их классификация. Даны рекомендации по применению горелок для различного вида работ.

Статья разбита на отдельные разделы, к которым можно непосредственно перейти из оглавления. По тексту статьи с правой стороны имеются вертикальные стрелки, щелкнув на которых можно вновь вернуться к оглавлению.

Назначение и области применения горелок

Лабораторные газовые горелки предназначены для нагрева материалов и изделий открытым пламенем при работе сидя.

Области применения:

• ■ пайка деталей;
• ■ подогрев и плавление материалов;
• ■ стерилизация в открытом пламени инструментов;
• ■ фламбирование в медицине;
• ■ проведение испытаний на огнестойкость, воспламеняемость, на нераспространение горения, термостойкость и пожаробезопасность материалов;
• ■ нагрев стеклянной и фарфоровой посуды при химико-лабораторных и биологических работах;
• ■ огранка камней при ювелирных работах;
• ■ изготовление зубных протезов;
• ■ изгибание пластика и пластмассовых трубок;
• ■ работы с мягкими легкоплавкими стеклами (натрий-кальций-силикатное стекло и др.);
• ■ другие работы, связанные с применением высокотемпературного пламени небольшой тепловой мощности.

Применяются в химических и школьных лабораториях, ювелирных мастерских, микробиологических, цитологических, биотехнических лабораториях, медицинских учреждениях, испытательных технических центрах и зуботехнических лабораториях, а также везде, где необходимо применение настольных горелок с открытым пламенем.

Устройство горелок

Горелка обеспечивает сгорание смеси горючего газа с кислородом и регулирование процесса горения. Чем больше подается в горелку газа, тем больше требуется кислорода и тем больше тепла выделяется в пламени горелки.

Лабораторные горелки используются для процессов нагрева, не требующих большего количества тепла. Большинство из них имеют малый расход газа, для горения которого достаточно кислорода, содержащегося в окружающей атмосфере. Поэтому они относятся к классу атмосферных горелок.

Фиг.1 Горелка Бунзена 1 - инжектор
2 -втулка
3 -стабилизатор пламени
4 -отверстия

Наиболее широко применяются горелки Бунзена, Теклю и Мекера. Однако используются и настольные горелки других конструкций, в которые воздух подается под давлением от внешнего источника сжатого газа.

Имеет инжектор, установленный в металлической трубке с отверстиями для поступления в трубку атмосферного воздуха, которая закреплена на подставке с боковым вводом для подачи газа. Площадь проходного сечения этих отверстий может меняться подвижной заслонкой, которая установлена на трубке горелки.

Фиг.2 Пламя горелки Бунзена

При работе горелки газ с большой скоростью выходит из сопла инжектора (поз. 1 Фиг.1), создавая разрежение в трубке.

В результате, воздух засасывается (инжектируется) в трубку из атмосферы через отверстия (Фиг.1, поз.4), образуя горючую смесь из газа и воздуха, которая поджигается на выходе горелки. Приток воздуха в горелку регулируется втулкой (Фиг.1, поз.2), которая выполняет роль подвижной заслонки, изменяющей площадь проходного сечения этих отверстий.

На Фиг.2 показано изменение температуры пламени горелки Бунзена в град. Цельсия.

Более подробная информация о пламени горелки Бунзена представлена в приложении 1.

О структуре пламени

В горелке Бунзена топливо и воздух предварительно перемешиваются. Газ выходя из сопла инжектора внутри горелки засасывает воздух. Смесь газа и воздуха поступает к выходу из трубки, где сгорает, образуя стационарное ламинарное пламя.

Количество засасываемого воздуха обычно невелико, его не хватает для полного сгорания газа. Однако в горении газа участвует и окружающий воздух, поступающий внутрь пламени за счет диффузии, что и обеспечивает полное сгорание газа.

Рис.1.1 Пламя горелки Бунзена 1 - внутренний конус
2 - средний конус
3 - наружный конус пламени

Как видно на рис.1.1 пламя бунзеновской горелки имеет вид вытянутого вверх конуса, состоящий из трех частей.

Внутренний конус голубого цвета (поз.1), расположен у края трубки горелки. Имеет низкую температуру и в нем происходит разложение горючей смеси на две составные части несгоревшего газа и воздуха.

Далее располагается средний внутренний светящийся конус (поз.2). Этот конус окружен более бледной оболочкой, которую называют наружным конусом (поз.3). Между средним и наружным конусом находится промежуточная зона (поз.4).

Средний внутренний конус пламени горелки полый. Его поверхность образована тонкой зоной толщиной не более несколько десятых мм., в которой и происходит реакция горения. По существу, это фронт пламени, распространяющийся в горящей смеси навстречу потоку газа. В стационарном состоянии скорость распространения этого фронта пламени равна скорости истечения газа с воздухом из горелки.

В промежуточной зоне горения не происходит.

На внешней поверхности наружного конуса идет дополнительное горение молекул окиси углерода CO и водорода Н 2 , поступающих в него из среднего конуса в результате реакции горения. Необходимый для горения кислород диффундирует из окружающей атмосферы, и горение носит диффузионный характер.

В итоге продукты горения превращаются в углекислый газ CO 2 и пары воды Н 2 О, которые поступают в окружающую атмосферу.

Высота конуса зоны горения зависит от скорости подачи газовой смеси (газ+воздух). При чрезмерном увеличении этой скорости пламя отрывается (отрыв пламени), а при слишком малой скорости произойдет втягивание пламени в горелку (проскок пламени).

О фактической температуре пламени

Теперь о температуре пламени. Картинки распределения температуры, которые приводятся в публикациях (в том числе и в настоящей статье), весьма условны. Практически всегда приводятся данные об адиабатической температуре пламени т.е. при отсутствии потерь тепловой энергии в окружающую среду или внешние объекты. А такие потери составляют в зависимости от условий горения не менее 30-40%.

Кроме того, температура пламени зависит от состава газа (пропан дает температуру пламени на 12-13% выше), температуры воздуха, полноты сгорания и др. факторов.

Важное значение имеет и методика измерения температуры термопарой или оптическими методами измерения.

Что касается измерения термопарой, то полученные данные не могут быть точными, так как введение в пламя термопары может привести к нарушению структуры пламени. Кроме того термопара выдает температуру на 100-200 град. Цельсия меньше. Это происходит от того, что при измерении термопарами неизбежны погрешности за счет теплоотвода в холодные концы термопар, потерь тепла, идущего на разогрев самой термопары и др. тепловые потери.

В конце концов, пользователя горелки интересует не температура в различных частях пламени, а какую температуру он может получить при использовании горелки для конкретных технологических операций. Так прямые измерения термопарой максимальной температуры пламени горелки Бунзена (натуральный газ) дают значение 935 град. Цельсия, а пламени горелки Мекера 1180 град. Цельсия. Прибавьте 100-200 град.(см. выше) и вы получите реальную температуру пламени.

Использованные термины

Пламя - светящиеся зона, образующиеся в ходе горения.

Ламинарное пламя - образуется при небольших скоростях течения газовой смеси из горелки.

Стационарное пламя - образуется, когда скорость течения газовой смеси из газовой горелки равна скорости распространения пламени.

Диффузионное пламя - образуется когда поток топлива и воздух необходимый для горения смешиваются между собой путем диффузии через поверхность пламени.

На прилагаемом видеоролике демонстрируются приемы работы с горелкой Бунзена.

Работа с горелкой Бунзена

Справка: БУНЗЕН РОБЕРТ ВИЛЬГЕЛЬМ (Bunsen Robert Wilhelm) (1811-1899), немецкий химик. В 1855 г. разработал конструкцию газовой горелки, которая позже была названа его именем. Подробно история создания горелки Бунзена изложена в статье .

Фиг.3 Горелка Теклю мод.62 (63)1 -диск

На Фиг.3 показана конструкция горелки Теклю . Отличается от горелки Бунзена устройством подачи воздуха в горелку. Воздух поступает в щель (зазор) между расширенной к низу частью трубки и диском (шайбой) с внутренней резьбой (Фиг.3, поз.1). Вращением шайбы вверх или вниз, изменяют ширину щели (зазора), уменьшая или увеличивая приток воздуха. Температура пламени в этой горелке несколько выше, чем в горелке Бунзена.

Совет: Если необходимо иметь пламя по форме и размерам аналогичное пламени горелке Бунзена, но с более высокой температурой используйте горелку Теклю.

Почему надо следовать этому совету подробно изложено в приложении 2.

Устройство горелки Теклю

На рис.2.1 показано внутреннее устройство горелки Теклю

Рис.2.1 Устройство горелки Теклю1 - подставка (основание)
2 - шланг подачи газа
3 - канал входного штуцера
4 - вентиль подачи газа
5 - регулировочный диск (шайба)
6 - вход инжектора
7 - выходное сопло инжектора
8 - трубка металлическая
9 - выходное отверстие горелки

Горелка имеет подставку (1). Посредством шланга (2) в горелку подается горючий газ. Шланг закреплен на входном штуцере горелки, который имеет внутренний канал (3). С правой стороны горелки имеется рукоятка регулировочного вентиля подачи газа (4). Горелка имеет регулировочный диск (шайбу) (5), для изменения подачи воздуха в горелку. Горелка имеет инжектор, посредством которого засасывается воздух из окружающей атмосферы. Входное отверстие (6) инжектора перекрывается вентилем (4), а выходное сопло (7) его расположено в нижней части металлической трубки (8), которая на конце имеет выходное отверстие (9).

Горелка работает следующим образом. В исходном положении вентиль (4) перекрывает поступление газа на вход инжектора (6). Регулировочная шайба (5) находится в верхнем положении (первый левый рисунок). Далее открывают вентиль (4), входной канал инжектора открывается и газ поступает в инжектор и покидает его через сопло (7). При этом в нижней части трубки (8) создается разряжение (центральный рисунок). Переводят шайбу (5) в нижнее положение (рисунок справа). Атмосферный воздух начинает засасываться в трубку горелки и перемешивается с горючим газом. Образовавшиеся газовоздушная смесь выходит из отверстия (9) и поджигается.

В горелке Теклю имеются только два элемента управления: вентиль подачи газа и регулировочный диск (шайба). Возможно только четыре взаимных положения этих элементов управления. На рис, 2.2 показана работа горелки Теклю в этих четырех положениях. Вентиль подачи газа открыт (газ открыт), вентиль подачи газа закрыт (газ закрыт), диск (шайба) регулировки подачи воздуха в нижнем положении (воздух открыт), диск (шайба) регулировки подачи воздуха в верхнем положении (воздух закрыт). На рисунке шланг подачи газа не показан.

Рис.2.2 Работа горелки Теклю при различных режимах1 - вентиль подачи газа закрыт, свободная подача воздуха
2 - вентиль подачи газа открыт, свободная подача воздуха
3 - вентиль подачи газа открыт, подача воздуха перекрыта
4 - вентиль подачи газа закрыт, подача воздуха перекрыта

На рынке имеются и конструкции горелок Теклю, в котором отсутствует вентиль подачи газа. В этом случае регулировку подачи газа следует производить запорным вентилем установленным в системе подачи газа непосредственно перед штуцером, к которому присоединен газовый шланг.

Однако вентиль подачи газа, установленной на горелке, позволяет с микронометрической точностью перекрывать входное отверстие инжектора горелки и в результате плавно регулировать ее тепловую мощность. Запорным вентилем в системе подачи газа таких результатов достичь невозможно.

Совет: Избегайте приобретения горелок Теклю без вентиля регулировки подачи газа.

О температуре горелки Теклю

Теперь о том, почему пламя горелки Теклю имеет более высокую температуру в сравнение с пламенем горелки Бунзена.

Рис.2.3 Газовая трубка горелки Теклю

Как видно из рис.2.3, воздух в трубку горелки Теклю поступает через ее нижние отверстия снизу вверх т.е по направлению потока газа.

В горелке Бунзена воздух поступает в горелку через боковые отверстия на трубке горелки поперек направлению потока газа и поэтому часть "энергии всасывания" затрачивается на искривление движения потока воздуха с поперечного на продольное по направлению потока газа.

Проще говоря, сопротивление всасывающей линии горелки Бунзена больше сопротивления этой же линии в горелке Теклю. Поэтому в горелку Теклю при всех прочих равных условиях в единицу времени поступает больше воздуха, чем в горелку Бунзена.

А с большим количеством воздуха в горелку поступает и большее количество кислорода, что и приводит к повышению температуры пламени.

На прилагаемом видеоролике можно увидеть работу горелки Теклю

Обратите внимание, что в нижней части пламени этой горелки температура пламени настолько мала, что невозможно зажечь спичку. Это же наблюдается и в пламени горелки Бунзена.

Также хорошо видно, как меняется форма пламени при изменении подачи воздуха в горелку.

Работа с горелкой Теклю

Справка: ТЕКЛЮ НИКОЛАЕ (Teclu Nikolae) (1839-1916), румынский химик. В 1890 г. получил патент на изобретение горелки, которая была названа в честь его имени «Горелка Теклю».

Недостатком горелок Бунзена и Теклю является то, что в них возможен проскок пламени (о чем будет сказано ниже).

Этот недостаток устранен в горелке Мекера , которая аналогично горелкам Бунзена и Теклю, имеет инжектор, установленный в металлической трубке с отверстиями. Отличие горелки Мекера в том, что эта горелка имеет рассекатель потока газовоздушной смеси, выполненный в виде вставки с перфорацией, как показано на Фиг.4 (поз.1). Чтобы иметь возможность установить вставку с большим количеством отверстий, трубка горелки Мекера имеет расширение в своей верхней части.

Фиг.4 Горелка Мекера1 -вставка с перфорацией

В пламени горелки Мекера нет внутреннего конуса. Пламя этой горелки образуется за счет множества параллельных друг другу отдельных факелов и общая температура пламени этой горелки выше на 10-15% чем у горелок Теклю и Бунзена.

Визуально эти горелки отличить очень легко. Горелка Бунзена имеет трубку одинакового размера по всей длине горелки. Горелка Теклю имеет трубку с конусом в нижней части. Горелка Мекера имеет расширение по всей трубке к верхней части.

Следует обратить внимание и на отличия в распределение температуры по высоте пламени у этих горелок.

Фиг.5 Пламя горелки Мекера

Пламя горелки Бунзена или Теклю имеет несколько температурных зон от 350 до 1550 град. Цельсия. В нижней части пламени температура не превышает 350... 520 град. В верхней части пламени достигается наиболее высокая температура, достигающая 1550 град у горелки Бунзена и 1600 град. у горелки Теклю. Поэтому нагреваемый предмет надо размещать в верхней части пламени этих горелок.

Пламя у горелки Мекера имеет совершенно другую структуру.

Пламя в этой горелке практически имеет одну температурную зону. Наибольшая температура находится в нижней части пламени на расстоянии примерно 5 мм над перфорированной вставкой. Далее температура пламени монотонно уменьшается. Поэтому нагреваемый предмет в этой горелке, в отличие от горелок Бунзена и Теклю, надо размещать в нижней части пламени.

Распределение температуры в град. Цельсия по высоте пламени горелки Мекера показано на Фиг.5.

Справка: МЕКЕР ДЖОРЖ (Maker Georges) (ум. 1914), французский химик. В 1905 г. с описанием горелки, получившей потом название «Горелка Мекера».

На прилагаемом видеоролике показано пламя горелки Мекера и выполнение с ее помощью некоторых стеклодувных работ.

Работа с горелкой Мекера

Совет: Если необходимо иметь пламя большой площади с более высокой температурой, чем у горелки Бунзена, применяйте горелку Мекера.

Подробно о преимуществах горелки Мекера изложено в приложении 3.

Устройство горелки Мекера

На рис.3.1 показано внутреннее устройство горелки Мекера

Рис.3.1 Устройство горелки Мекера1 - подставка (основание)
2 - штуцер подачи газа3 - инжектор
4 - сопло инжектора
5 - отверстия для воздуха
6 - трубка металлическая (головная часть)
7 - насадка решетчатая
8 - вид насадки сверху

Горелка имеет подставку (1). Через штуцер (2) газ поступает в инжектор (3). Выходя из сопла (4) инжектора газ создает разряжение в горелке над соплом и через отверстия (5) атмосферный воздух засасывается в горелку. Образовавшаяся газовоздушная смесь поступает в головную часть (6) трубки горелки. Далее газовоздушная сеть проходит через насадку с каналами (7) и выходя из отверстий (8) этой насадки при поджигании образует пламя, состоящее из множества отдельных факелов, равных по числу количеству отверстий в насадке.

Насадка может быть выполнена из металла или керамики. Длина внутренних каналов в насадке может достигать 8 мм.

Об отсутствии проскока пламени

Для каждого газа существует критическая величина отверстий, через которое пламя газа не распространяется. Для натурального газа (метана) эта величина равна Ø2,9 мм, для пропана Ø2,2 мм.

В горелке Мекера выходные отверстия каналов насадки выполняются обычно такими, чтобы не превысить вышеуказанные критические значения и если это соблюдается, то проскока пламени в горелку не будет.

Обычно размеры выходных отверстий выполняют равными не более Ø2 мм, что исключает проскок пламени в горелку как для метана, так и для пропана.

Необходимо отметить, что исключение проскока пламени в горелку в основном зависит от выходных размеров каналов насадки и гораздо меньше от их длины. Вот почему нашли широкое применение в горелке Мекера перфорированные насадки из тонкого металлического листа. Возможно и использование металлической сетки. Однако вследствие малой механической прочности использование сеток не получило широкого распространения в современных конструкциях этой горелки.

Таким образом отсутствие проскока пламени в горелку Мекера является одним из важных ее достоинств

Однако на этом ее достоинства не заканчиваются и поэтому мы пойдем дальше и подробно рассмотрим другие преимущества этой уникальной горелки.

Подробно о преимуществах горелки Мекера

Для того чтобы понять в чем преимущества горелки Мекера, например перед горелкой Бунзена, обратимся к рис.2. На этом рисунке видно, что максимальная температура пламени наблюдается только в малой по площади зоне на узком конце пламени. Понятно, что для того, чтобы увеличить площадь пламени с максимальной температурой, необходимо увеличить и размеры факела. Но встает вопрос, как это сделать. Размер факела зависит от выходного отверстия горелки. Если нам надо увеличить площадь пламени в 10 раз то и внутренний размер трубки горелки надо увеличить в 10 раз. А если в 50 раз. Ясно, что таким способом увеличить площадь пламени с высокой температурой нереально.

Другой способ увеличить площадь пламени это группировать несколько горелок Бунзена (например, 4 штуки) в единый блок. При этом располагают трубки горелок как можно ближе друг к другу. Такие конструкции имеются на рынке. Однако, такая конструкция выглядит громоздкой и стоимость такого блока горелок пропорциональна количеству горелок, объединенных в такой блок.

Изящно решена эта задача в горелке Мекера. В этой горелке создаются несколько десятков небольших по размеру факелов. Так как максимальная температура в головной части факела не зависит от его размера, то образуется большая по площади зона максимальной температуры, состоящая из множества небольших отдельных факелов.

Этим и объясняется, почему в горелке Мекера нагрев изделий производят практически рядом с выходным отверстием горелки. Все дело в том что отдельные факелы имеют размеры небольшие по высоте, но в совокупности образуют большую площадь интенсивного нагрева.

По существу, в горелке Мекера горят столько отдельных горелок сколько каналов имеет насадка.

Ниже показано пламя горелки Мекера.

Рис.3.2 Пламя горелки Мекера

Если сравнить пламя горелок Бунзена и Мекера, то горелка Бунзена образует большой синий конус. В горелке Мекера такого конуса нет, а имеется большее количество отдельных небольших факелов ярко синего цвета, при этом каждый факел соответствует одной из множества ячеек насадки горелки. Каждый отдельный факел имеет высоту около 2-5 мм. в зависимости от диаметра каналов в насадке.

Так как отдельные факелы горелки Мекера имеют небольшие размеры, то проводить какую-либо регулировку этих отдельных языков пламени практически невозможно. Поэтому в горелке Мекера отсутствуют как устройства регулировки подачи воздуха, так и вентиль плавной регулировки подачи газа. Правда у некоторых горелок Мекера, предлагаемом на отечественном рынке, имеются установленные на горелке вентили подачи газа, но эти вентили скорее предназначены для перекрытия потока газа в горелку, а не для проведения каких-либо регулировочных операций.

И последнее по этой теме. Горелка Мекера является многофакельной горелкой, а в многофакельных горелках, как известно, стабильность горения повышается за счет взаимного влияния пламени от отдельных факелов. Под стабильностью горения понимается и наличие условий, предотвращающих отрыв пламени.

Таким образом в горелке Мекера исключается и проскок пламени и предотвращается его отрыв. А это очень важно для практики.

О температуре пламени в горелке Мекера

Теперь о том, почему пламя горелки Мекера имеет более высокую температуру, чем пламя горелки Бунзена.

В горелке Бунзена имеется одиночное пламя большего размера, через боковые поверхности которого отводится до 40% тепла, выделяемого при сгорании газа. Тепло отводится в окружающую атмосферу.

В пламени горелки Мекера через боковую поверхность каждого отдельного факела нет такой значительной потери тепла, так как, во первых, площадь каждого факела значительно меньше и, во вторых, к поверхности каждого факела поступает тепло от соседних факелов, расположенных в непосредственной близости. Это позволяет уменьшить тепловые потери при горении в горелке Мекера примерно на 25% в сравнении с пламенем горелки Бунзена.

Кроме того, после начала работы горелки, насадка нагревается и газовоздушная смесь, проходя по каналам насадки, увеличивает свою температуру. По существу осуществляется подогрев газовой смеси, что ведет к повышению энтальпии горящего газа, а с ней и повышение температуры горения газа, и как следствие повышение скорости горения.

Практически это означает, что с увеличением температуры газовоздушной среды скорость химической реакции горения возрастает и количество выделяемого тепла, образующегося в единицу времени, также увеличивается. При этом понятно, что чем длиннее канал в насадке, тем больше тепла передастся газовоздушной среде.

В результате (меньшие потери тепла и увеличение скорости горения) температура пламени в горелке Мекера выше, чем в горелке Бунзена.

Конечно общее количество тепла, которое выделяется от сгорания газа, что в горелке Бунзена, что в горелке Мекера не зависит от конструкции горелки, а определяется только расходом газа в единицу времени и теплотой его сгорания. Но эффективность использования получаемого тепла от сгорания газа в горелке Мекера выше.

Или говоря техническим языком кпд горелки Мекера выше, чем у горелки Бунзена.

О фактической температуре в пламени горелки Мекера см. на этой странице сайта.

Подробно о химической реакции горения и количестве выделяемого при этом тепла можно ознакомиться в обзоре "Горелки стеклодувные. Классификация, устройство и принцип действия" настоящего сайта.

Масса горелок Бунзена, Теклю и Мекера обычно не превышает 0,5 кг, а высота - не более 200 мм.

Виды топлива для горелок

Все лабораторные горелки в качестве топлива используют природный или сжиженный газ.

Природный газ не имеет цвета, запаха и вкуса и в основном состоит из метана (82…98%) и других углеводородов. Для определения наличия природного газа в воздухе, быстрого и точного обнаружения мест его утечки природный газ одорируют (дают запах).

Для одоризации используют этилмеркоптан (С 2 Н 5 SH). При наличии в воздухе 1% природного газа запах газа легко ощущается.

Сжиженные газы это пропан, бутан и смесь из пропана и бутана, которые при нормальных условиях находятся в газообразном состоянии, а при относительно небольшом повышении давления (без снижения температуры) переходят в жидкое состояние. При снижении давления эти углеводородные жидкости испаряются и переходят в паровую фазу. Это позволяет хранить сжиженные углеводороды как жидкости, а сжигать как природные или другие горючие газы.

Поэтому при использовании сжиженных газов надо тщательно следить за герметичностью аппаратуры и коммуникаций. Предельно допустимая концентрация в воздухе сжиженных газов 300 мг/куб.м.

Важно: Сжиженный газ тяжелее воздуха и при утечках может скапливаться в нижней части помещений с образованием взрывоопасной смеси с воздухом.

В лабораторных горелках происходит горение природного газа по химической реакции

СН 4 + 2О 2 = СО 2 + 2Н 2 О

Кислород (О 2) берется из окружающего воздуха. Горение бывает полным и неполным . Полное горение происходит при достаточном поступлении в горелку кислорода из воздуха. Для полного сгорания 1 л метана нужно 10 л воздуха, в котором находится 2 л кислорода. Полноту сгорания газа можно определить визуально – по цвету и характеру пламени горелки: прозрачно-голубоватое – сгорание полное; красный или желтый цвет пламени – сгорание неполное.

При неполном сгорании природного газа выделяется меньшее количество тепла, чем при полном сгорании, а также выделяется окись углерода (СО) «угарный газ».

Аналогично происходит и сгорание сжиженного газа пропана (С 3 Н 8). Однако для полного сгорания 1 литра пропана требуется в 2,5 раза больше воздуха, чем для природного газа.

Отсюда становится понятным, почему горелки для природного газа (метана) не всегда удается использовать для сжиженного газа (пропана, бутана). Может получиться так, что количество инжектируемого, в этом случае, в горелку воздуха будет недостаточно для полного горения.

Параметры горения топлива

Основными параметрами горения топлива являются:

• температура горения
• температура воспламенения
• отрыв пламени
• проскок пламени
• тепловая мощность, выделяемая при горении
• расход топлива (газа)

Температурой горения называется максимальная температура, которая может быть достигнута при полном сгорании газа. Для лабораторных горелок она колеблется в пределах 1100…1700 град. Цельсия.

Температура воспламенения – это минимальная начальная температура, при которой начинается горение газа. Для природного газа она составляет 645 град. Цельсия, а для пропана - 466 град. Цельсия.

Газовоздушная смесь, в которой природного газа находится: до 5% - не горит; от 5 до 15% - взрывается; больше 15% - горит при подаче воздуха. Для пропана эти цифры соответственно составляют до 2,1%; от 2,1 до 9,5% и более 9,5%.

Скорость распространения пламени для природного газа (метана) - 0,67 м/сек. Нарушение соотношения между скоростью газовоздушной смеси на выходе из горелки и скоростью распространения пламени приводит к отрыву или проскакиванию пламени в горелках.

Отрыв пламени имеет место, когда скорость газовоздушной смеси на выходе из горелки больше скорости распространения пламени. При этом происходит перемещение факела горелки по направлению течения газовоздушной среды от горелки.

Проскок пламени - перемещение факела против направления течения газовоздушной среды внутрь горелки, когда скорость газовоздушной смеси меньше скорости распространения пламени. Обычно проскок пламени имеет место, когда в газовоздушной среде воздуха значительно больше чем газа. При отрыве или проскоке пламени надо немедленно погасить горелку и потом зажечь ее вновь.

Важной характеристикой горелок является тепловая мощность горелки, т.е. количество тепла, образующегося в результате сгорания газовоздушной смеси, подводимой к горелке в единицу времени. Тепловая мощность горелки измеряется в киловаттах или в ваттах.

Тепловая мощность горелок прямо пропорциональна расходу и теплоте сгорания применяемого в горелке газа и колеблется для лабораторных горелок в пределах 0,28…1,30 кВт в зависимости от конструкции горелки.

Имеет значение и для лабораторных горелок и расход газа , максимальное значение которого обычно составляет для сжиженного газа не более 200 г/час, а для природного не более 150 л/час.

Тепловая мощность горелки

Тепловая мощность горелки вычисляется как произведение часового расхода газа на его теплоту сгорания.

Расчет производится по формуле:

N квт = (0,278) х V n х Q

V n - номинальный объемный расход газа в м 3 /час;
Q - теплота сгорания газа в мДж/м 3

Практически значение объемного расхода газа для конкретной горелки можно получить путем прямых измерений при помощи ротаметра (счетчика расхода).

Тепловую мощность горелки можно вычислить и по формуле:

N квт = (0,278) х V и х Q

где N квт - мощность горелки в квт.;
V n - номинальный массовый расход в кг/час;
Q - теплота сгорания газа, в мДж/кг.

Теплота сгорания газа

Теплота сгорания газа определяется как количество теплоты, которое может выделиться при полном сгорании в воздухе определенного количества этого газа таким образом, что давление, при котором протекает реакция горения, остается постоянным, и все продукты сгорания принимают ту же температуру, что и температура реагентов. При этом все продукты сгорания находятся в газообразном состоянии.

Теплота сгорания для газов, используемых в газовых горелках, приведена в нижеследующей таблице (по ГОСТ 31369-2008).

Теплота сгорания горючих сухих газов при 20°С
и 760 мм.рт.ст

Вид газа	Формула реакции горения	Теплота сгорания (Q), Мдж/м 3	Теплота сгорания (Q), МДж/кг
Водород	H 2 + 0,5O 2 = H 2 O	241,56	119,83
Метан	CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O	802,82	50,04
Этан	C 2 H 6 + 3,5O 2 = 2CO 2 + 3H 2 O	1429,12	47,53
Пропан		2043,71	46,35
Бутан	C 4 H 10 + 6,5O 2 = 4CO 2 + 6H 2 O	2658,45	45,74
Ацителен	С 3 Н 8 +5O 2 = 3СО 2 +4H 2 O	1256,79	48,27

Теплота сгорания сложных газов, состоящих из нескольких компонентов, определяется по химическому составу газа и теплоте сгорания компонентов, выраженных в мДж/м 3 или мДж/кг:

Для определения теплоты сгорания сложного газа, содержащего несколько компонентов, выраженных в объемных долях, применяется формула:

Q = (1/100)(r 1 Q 1 + r 2 Q 2 + . . . + r n Q n)

где r 1 , r 2 + . . . + r n - процентное содержание компонентов в сложном газе.

Пример: Определим теплоту сгорания сухого природного газа следующего состава:
CH 4 -97%, C 2 H 6 - 2%, C 3 H 8 - 0,3%, C 4 H 10 - 0,2%, CO 2 - 0,2% и N 2 - 0.3% и вычислим мощность горелки при расходе этого газа 150 л/час

a) Определим теплоту сгорания газа.

Q = 0,36⋅ 97 + 0,64⋅ 2 + 0,91⋅ 0.3 + 1,18⋅ 0,2 = 36,71 мДж/м 3 .

б) Вычисляем мощность горелки.

N квт = (0,278) х 150/1000 х 36,71 = 1,53 кВт

Иногда в расчетах расходов газов необходимо перевести единицы объема газа в единицы массы газа.

В нижеследующей таблице указаны плотности газов, т.е масса газа в единице его объема.

Особенности расчетов с пропаном

Некоторые особенности имеются при проведении расчетов с пропаном.

Надо учитывать, что пропан находится в баллонах в сжиженном виде.

При этом в баллонах не бывает чистого пропана (хотя для простоты на заправочных станциях и называют его пропаном). Это всегда пропан-бутановая смесь. А она выпускается заводами двух видов зимняя (90% пропана+ 10% бутана) с плотностью 506 кг/м 3 и летняя (50 на 50%) с плотностью 536 кг/м 3 .

Как перевести пропан-бутан из килограммов в литры?

Для этого надо определить какой объем при нормальных условиях занимает 1 кг смеси (например, 90% пропана+ 10% бутан).

Расчет проводится по общеизвестной формуле курса физики:

V об = V н х m/М

Где
V об - объем газа;
V н - oбъем газа, который занимает 1 моль вещества (число Авагадро);
m - заданная масса пропан-бутановой смеси, равная 1 кг;
М - молярная масса пропан-бутановой смеси.

В этой формуле m/M - количество молей в заданной массе вещества.

a) Определяем малярную массу пропан бутановой смеси.
Молярная масса пропана С 3 Н 8 равна 12 х 3 + 1 х 8 =44 г/моль.
Молярная масса бутана C 4 H 10 равна 12 х 4 + 1 х 10 =58 г/моль.
Молярная масса пропан-бутановой смеси указанного выше состава 44г/моль х 0,9 + 58 г/моль х 0,1 = 45,4 г/моль.

б) Объем газа при нормальных условиях, который занимает 1 кг пропан-бутановой смеси равен:

V об = 22,4 л/моль х 1000 г /45,4 г/моль = 493,38 литра.

Для этого нужно использовать соотношение: Объем = Масса/Плотность

Например, известно, что в баллон емкостью 50 литров находится 21 кг сжиженного газа, у которого плотность равна 0,506. Чтобы посчитать сколько в баллоне находится литров сжиженного газа, нужно 21 разделить на 0,506. Получится 41.5 литра сжиженного газа.

Условия эксплуатации

Горелки должны эксплуатироваться в помещении при температуре от +10 до +35 градусов Цельсия и относительной влажности до 80% при температуре +25 градусов Цельсия.

Питание горелки для природного газа должно осуществляться от газовой сети с природным газом (метаном) по ГОСТ 5542-87 с номинальным давлением 1274 Па (130 мм вод. ст.).

Питание горелки для сжиженного газа должно осуществляться от баллона со сжиженным газом (газы углеводородные сжиженные по ГОСТ 20448-90). Баллоны для сжиженного газа должны соответствовать требованиям ГОСТ 15860-84.

Фиг.6 Баллоны для пропана

Применять можно баллоны вместимостью от 5 до 50 л.

На Фиг.6 показан внешний вид баллонов для пропана емкостью 50, 27, 12 и 5 литров. Баллоны с пропан-бутаном можно использовать при температурах от -40° С до +40° С.

Баллон со сжиженным газом должен быть снабжен редуктором. Редуктор требуется для оптимизации расхода газа из баллона, контроля давления на выходе из баллона и создания стабильного газового потока в подводящей магистрали.

Фиг.7 Редукторы газовые

Применять следует редуктор пропановый БПО-5-2 (ГОСТ 13861-89). Допускается для горелок, которые имеет на входе регулировочный вентиль для газа, применение баллонного пропанового бытового редуктора типа РДСГ-1-1,2. Этот редуктор на выходе имеет давление газа в пределах 2...3,6 кПа.

На Фиг.7 изображены (слева направо) редуктор БПО-5-2 и редуктор РДСГ-1-1,2.

В табл. 1 приведены усредненные значения количества газообразного пропан-бутанового топлива, которое можно получить от баллонов со сжиженным газом различной емкости (после редуктора). Рабочее давление газа (пропана) в линии подачи газа от баллона к горелке не должно превышать 2200 Па (356 мм вод. ст.) а для бутана соответственно 1760 Па (280 мм вод. ст.).

Рукава (шланги) для подачи в горелку природного или сжиженного газа должны соответствовать технических условиям или государственным стандартам, предусматривающих возможность их применения для этих газов. Рекомендуется использовать резиновые рукава (шланги) соответствующие ГОСТ 9356-75. Рукава, изготовленные по этому документу, для природного газа и пропана должны иметь красный цвет и могут использоваться при температурах от -25°С до 70°С.

В табл. 2 приведены данные по резиновым рукавам, применяющимся для газовых горелок.

Классификация горелок

Все лабораторные газовые горелки можно классифицировать по следующим параметрам:

1. По способу поступления в горелку газа.
   • 1.1 горелки с внешним источником газа
   • 1.2 горелки с внутренним источником газа (автономные)
2. По способу поступления в горелку воздуха
   • 2.1 горелки атмосферные (инжекционные)
   • 2.2 горелки с принудительной подачей воздуха (двухпроводные)
3. По виду применяемого газа
   • 3.1 горелки для природного газа
   • 3.2 горелки для сжиженного газа
   • 3.3 горелки универсальные (без ограничения по виду газа)
4. По рабочему положению горелки
   • 4.1 горелки вертикальные
   • 4.2 горелки наклонные
   • 4.3 горелки с произвольным положением
5. По конструкции устройства для стабилизации пламени.
   • 5.1 горелки с рассекателем пламени
   • 5.2 горелки с поджигающим факелом
   • 5.3 горелки с дополнительным кольцевым пламенем
   • 5.4 горелки с комбинированной стабилизацией пламени
6. По способу регулировки состава газовоздушной среды.
   • 6.1 горелки с регулировкой подачи воздуха
   • 6.2 горелки с регулировкой подачи газа
   • 6.3 горелки регулировкой подачи воздуха и газа
   • 6.4 горелки с постоянным газовоздушным потоком

Горелка с внешним источником газа (поз. 1.1) соединена с последним посредством газоподводящего шланга (рукава). В качестве внешнего источника газа могут использоваться стационарные газовые сети или баллоны с газом.

Автономная горелка (поз. 1.2) имеет баллон с газом, встроенный в конструкцию горелки. Это позволяет избежать применения газовых рукавов, штуцеров, редукторов и манометров. Основным преимуществом автономной горелки является ее мобильность. Эту горелку можно использовать в любом месте без привязки к источнику газа, в том числе в домашних и полевых условиях. В этой статье данный вид горелок не рассматривается. Подробные сведения об автономных газовых горелках приведены на странице сайта .

Атмосферная горелка (поз. 2.1) засасывает (инжектирует) воздух из окружающей среды за счет энергии струи газа. Это рассмотренные выше горелки Бунзена, Теклю и Мекера, в которых воздух через отверстия в горелке инжектируется газом, поступающим в горелку под избыточным давлением.

Горелка с принудительной подачей воздуха (поз. 2.2) имеет два входных штуцера один для газа, а второй - для воздуха, поступающего в горелку под избыточным давлением от внешнего источника сжатого воздуха. Это так называемые газовоздушные (двухпроводные) паяльные горелки (Фиг.10).

Горелка для природного газа (поз. 3.1), применяется для подключения к централизованной газовой сети.

Горелка для сжиженного газа (поз. 3.2), применяется в случаях, когда невозможно, по тем или иным причинам, подключиться к газовой сети. Конструктивно эта горелка отличается от горелки для природного газа размерами отверстия сопла инжектора, установленного в горелке. Для горелок для сжиженного газа проходное сечение сопла инжектора меньше, чем у горелок для природного газа

Горелка универсальная (поз. 3.3), имеет устройство для изменения размера проходного сечения сопла инжектора, что позволяет работать как с природным, так и со сжиженным газом.

Горелки вертикальные с вертикальным рабочим положением (поз. 4.1) наиболее широко применяемый вид горелок. Пламя в этих горелках направлено вертикально вверх, что удобно для проведения большинства технологических операций.

Горелка наклонная (поз. 4.2) применяется для нагрева материалов с низкой температурой плавления (ниже 100 град. Цельсия). Используются, в основном, в зуботехнических лабораториях, чтобы исключить попадание расплавленного воска в трубку горелки. Эти горелки выполнены с наклоном ствола порядка 30 град. (Фиг. 8).

Горелка с произвольным положением (поз. 4.3) имеет устройство, позволяющее устанавливать трубку горелки как вертикально, так и под углом.

Горелка с рассекателем пламени (поз. 5.1) имеет вставку с отверстиями на срезе выходного отверстия горелки (Фиг. 3 поз. 1). Это способствует разбиению факела на множество отдельных факелов, что обеспечивает стабильность пламени и исключению его «проскоков».

Горелка с поджигающим факелом (поз. 5.2) имеет вспомогательную стационарную (жестко соединенную с основной горелкой) запальную горелку для зажигания пламени основной горелки.

Запальная горелка может быть расположена либо снаружи основной горелки (Фиг.9, поз.1), либо внутри ее. Последний вариант имеет преимущество в том, что облегчается, поджог основного пламени, так как вспомогательное пламя находится внутри газового потока основного пламени. Кроме того, постоянное пламя запальной горелки, которая расположена внутри основного пламени, повышает тепловую мощность горелки, так как тепловой поток от вспомогательное пламени непосредственно складывается с тепловым потоком основного пламени.

Все запальные горелки имеют устройство для регулировки подачи в них газа. Обычно эти устройства выполнены в виде винта, цилиндрическая головка которого имеет либо шлиц под отвертку, либо накатку для ручного вращения винта. Запальная горелка также препятствует отрыву и проскоку пламени.

Горелка с дополнительным кольцевым пламенем (поз. 5.3) имеет в верхней части трубки цилиндрическую насадку. Эта насадка расположена соосно с зазором относительно наружной верхней части трубки основного пламени и закреплена на последней. (Фиг.1, поз.3). В насадку поступает горючий газ (5-10 %) через боковые отверстия, выполненные в трубке основного пламени. В результате возникает дополнительное спокойное кольцевое пламя, окружающее основной поток горючего газа, в котором скорость потока газа несколько меньше, чем скорость потока основного пламени. Стабилизирующее действие этого устройства основано на предотвращении разбавления основного потока в корне факела избыточным воздухом, а также на подогреве и поджигании основной струи по всей ее периферии. Указанная цилиндрическая насадка препятствует отрыву пламени.

Все современные модели лабораторных горелок Бунзена или Теклю обязательно имеют стабилизаторы с кольцевым пламенем (см.,например, модели горелок в табл.3 и табл.4)

Горелка с комбинированной стабилизацией пламени (поз. 5.4) содержит комбинацию устройств для стабилизации пламени, указанных выше. Например, имеет одновременно как запальную горелку, так и стабилизатор кольцевого пламени.

Горелка без стабилизации пламени (поз. 5.5) не имеет устройств стабилизации, указанных выше. Такие горелки не рекомендуются нами для профессионального использования и поэтому в настоящей статье не рассматриваются.

Замечание: Для исключения проблем, связанных с отрывом или проскоком пламени, избегайте применения горелок без устройств стабилизации пламени.

Горелка с регулировкой подачи воздуха (поз. 6.1) имеет устройство, служащее для частичного перекрытия отверстий в трубке основного пламени горелки, через которые в нее поступает воздух. Конструктивно это может быть выполнено различными устройствами.

В одних горелках применяются втулка с одним или несколькими отверстиями, установленная на скользящей посадке, на трубке основного пламени горелки (Фиг. 1 поз. 3). Вращая втулку, совмещают полностью или частично отверстия во втулке и горелке. В результате площадь входных отверстий для воздуха изменяется вследствие чего и меняется его подача.

В ряде горелок втулка связана с трубкой горелки посредством резьбового соединения. В этом случае втулка может быть выполнена без отверстий и регулировка подачи воздуха осуществляется за счет плавного перекрытия втулкой отверстий горелки.

Имеются конструкции, когда основная трубка основного пламени горелки выполнена из двух частей. В этом случае каждая из частей горелки имеет отверстия. Навинчивая верхнюю часть трубки на нижнюю, добиваются частичного или полного совмещения отверстий.

Особняком стоит способ регулировки подачи воздуха в горелке Теклю, о котором было сказано выше.

Горелка с регулировкой подачи газа (поз. 6.2) имеет для перекрытия подачи газа краны, шаровые вентили или игольчатые затворы.

Горелка с регулировкой подачи воздуха и газа (поз. 6.3) имеет одновременно устройства регулировки, как подачи воздуха, так и подачи газа.

Горелка с постоянным газовоздушным потоком (поз. 6.4) не имеет регулировки состава газовоздушной среды. Например, горелка Мекера (Фиг. 3) имеет постоянное (фиксированное) значение величины подачи воздуха и газа в горелку.

Технические характеристики горелок

В табл. 3 и табл. 4 приведены технические характеристики некоторых горелок, представленных ООО ФИРМА БСТ-3 на отечественном рынке. Щелкнув мышью на номере модели можно перейти по гиперссылке к подробному ее техническому описанию.

Таблица 3. Горелки для природного газа (метана) 14, 2 9, 411, 013, 013, 08, 015, 912, 69,424, 030, 0 13, 09, 50,330 24

Наименование горелок	Модель	Диаметр трубки основного пламени, наружный мм	Диаметр трубки основного пламени, внутренний мм	Высота, мм	Вес, кг	Расход газа, л/час	Выходная мощность, Вт
Бунзена		14, 2	12, 3	150	0,208	135	1100
		12, 3	125	0,215	135	1100
	8, 0	115	0,330	128	1275
		8, 5	126	0,345	57	620
		12, 3	145	0,287	148	1470
		9, 5	150	0,325	108	1070
		6, 3	88	0,275	27	270
		13,5	155	0,220	58	580
		9, 6	115	0,473	135	1350
		8,0	155	0,4	72	720
Мекера
		20,5	162	0.375	63	630
		25,0	192	0.440	107	1070
Теклю	145	108	1070
Газовоздушные
		22	9,5	80	0.420	-	150
		4,7;6,5(сопло)	162	2,15	320	3200

Давление природного газа на входе в горелку не должно превышать 20 миллибар. Питание горелок для природного газа должно осуществляться от газовой сети с природным газом по ГОСТ 5542-87 с номинальным давлением 1274 Па (130 мм вод. ст.).

Таблица 4. Горелки для сжиженного газа (пропан, бутан) 14,214,211,08,513,013,08,015,912,69,424,030,0

Наименование горелок	Модель	Диаметр трубки основного пламени, наружный мм	Диаметр трубки основного пламени, внутренний мм	Высота, мм	Вес, кг	Расход газа, л/час	Выходная мощность, Вт
Бунзена
		12,3	150	0,208	59	1490
		12,3	125	0,215	59	1490
		126	0,345	26	670
		9,5	145	0,287	67	1690
		9,5	150	0,325	48	1220
		6,3	88	0.275	13	320
		13,5	155	0,220	27	690
		9,6	115	0.473	66	1550
		8,0	155	0.4	33	830
Мекера
		20,5	162	0.375	30	750
		25,0	192	0.440	50	1280
Теклю		13,0	9,5	145	0.330	48	1220
Газовоздушная
	9,5	7,5	80	0.420	-	150
	22	4,7;6,5(сопло)	164	2.15	-	4000

Давление газа на входе в горелку для пропана не должно превышать 35 миллибар, а для бутана - 28 миллибар. Питание горелки для сжиженного газа должно осуществляться от баллона со сжиженным газом (газы углеводородные сжиженные по ГОСТ 20448-90). Баллоны для сжиженного газа должны соответствовать требованиям ГОСТ 15860-84. Баллон с газом должен быть снабжен редуктором. Рабочее давление газа (пропана) в линии подачи газа от баллона к горелке не должно превышать 2200 Па (356 мм вод. ст.) а для бутана соответственно 1760 Па (280 мм вод. ст.).

Особенности конструкции горелок

Горелка мод. 46 является универсальной по отношению к типу применяемого газа. Эта горелка может работать как на природном, так и на сжиженном газе. Такая универсальность обеспечивается тем, что диаметр выходного сопла инжектора горелки выполнен регулируемым. При вращении трубки основного пламени в отверстие инжектора входит или выходит коническая игла, которая соответственно уменьшает или увеличивает выходное отверстие сопла инжектора. Кроме того, эта горелка снабжена устройством, изменяющим проходное сечение и внутреннего канала трубки основного пламени. Это позволяет обеспечить полное сгорание применяемого газа как сжиженного, так и природного (т.е. получить прозрачно голубое пламя с высокой температурой).

Горелка мод. 101 также может работать и на природном и на сжиженном газе. Однако использованный в горелке игольчатый клапан позволяет осуществлять тонкую регулировку размера факела горелки и температуры в нем при относительно большой тепловой мощности. Это является важным преимуществом указанной горелки в сравнении с другими моделями бунзеновских горелок.

Горелки мод. (37, 38, 46, 56, 57 и 101) это горелки с минимальным, но достаточным для надежной работы набором конструктивных элементов. Они не имеют регулятора расхода газа и поэтому эти горелки работают с постоянной выходной тепловой мощностью, указанной в табл. 2 и 3 Изменение состава газовоздушной среды в них либо вообще не предусмотрено (горелки мод. 56, 57,), либо осуществляется только регулировкой подачи воздуха. Запальные устройства в этих горелках не применяются. Запорный вентиль для газа в этих горелках отсутствует. Поэтому для этих горелок обязательным является наличие запорного вентиля на подводящей газовой магистрали, который необходимо использовать для пуска и прекращения подачи газа.

Фиг.8 Горелка Бунзена мод.191 - горелка основная
2 -горелка запальная
3 -рукоятка запорного крана

Горелки мод. (2610, 2611, 13, 19, 20, 53 и 54) имеют более сложную конструкцию. Все они снабжены регулятором расхода газа (Фиг. 9 поз. 2), который может устанавливаться в любом положении между максимальным и минимальным рабочим положением.

Поэтому эти горелки относятся к горелкам с плавным регулированием тепловой мощности, максимальное значение которой приведено в табл. 2 и 3.

Регулировка состава газовоздушной среды осуществляется комбинированным способом, т.е. регулировкой, как подачи воздуха, так и подачи газа. Регулятор расхода газа в этих горелках используется и как запорный вентиль (при установке его в крайнее положение).

Горелки мод. (2610, 2611, 19, и 20) снабжены дополнительными (запальными) горелками (Фиг.9, поз.1) для вспомогательного пламени.

Фиг.9 Горелка Бунзена мод.2610 (2611)1 - горелка запальная
2 -рукоятка запорного крана

В горелках мод. 19, 20 входной запорный газовый кран (Фиг.8, поз. 3) обеспечивает подачу газа либо в запальную горелку (Фиг.8, поз.2), либо в основную горелку (Фиг.8, поз.1). При работе этих горелок вначале газ подается в запальную горелку. Затем рукоятка крана перебрасывается в другое положение, при этом пламя в запальной горелке гаснет, но одновременно происходит пуск горелки с основным пламенем. При возврате рукоятки крана в первоначальное положение основное пламя гаснет, но одновременно поджигается пламя в запальной горелке.

За счет исключения одновременного горения пламени в запальной и основной горелках уменьшается расход газа в сравнении с другими горелками, у которых запальное пламя горит всегда постоянно вместе с основным.

В газовоздушной горелке с принудительной подачей воздуха (мод.118, Фиг.10) имеются два регулировочных вентиля для обеспечения необходимой подачи, как горючего газа, так и воздуха.

Это позволяет обеспечить тонкую регулировку размера факела горелки и температуру пламени в нем. Эта горелка может работать как на природном, так и на сжиженном газе.

Все модели горелок указанные в табл.2 и 3 имеют вертикальное расположение трубок основного пламени. Однако в горелках мод. 19, 20 предусмотрено комбинированное расположение этих трубок. В них трубки могут устанавливаться не только вертикально, но и под углом (с наклоном), что как указывалось выше, делает их весьма удобными при работе с восками. При этом имеется возможность устанавливать наклон трубки горелки влево или вправо.

Важно: При использовании горелок без запорного вентиля (крана), последний необходимо обязательно установить на подводящей газовой магистрали.

Что надо учитывать при выборе горелки

При выборе горелок в первую очередь надо определиться с типом горелки.
Горелки Бунзена и Теклю применяются в случаях, когда надо иметь узкое высокое пламя. Эти горелки незаменимы для нагрева небольших сосудов, колб, пробирок и т.п. изделий, а также материалов соизмеримых с размерами факела.

Горелки Теклю имеют температуру факела на 200 град выше, чем у горелок Бунзена и рекомендуются для обработки изделий, требующих более высокой температуры нагрева.

Горелки Мекера применяются в случаях, когда надо иметь широкое по размерам пламя с очень высокой температурой (до 1750 град.Цельсия). Температура пламени в горелке Мекера выше, чем в горелке Теклю.

Важно: В горелках Бунзена и Теклю нагреваемый предмет надо размещать в верхней части пламени, а в горелке Мекера - в нижней.

Газовоздушные горелки с принудительной подачей воздуха применяются, когда надо получить узкое высокое пламя с температурой выше, чем у горелок Бунзена и Теклю.

Чтобы избежать проблем, связанных с отрывом или проскоком пламени, необходимо выбирать горелки со стабилизатором пламени.

Немаловажным будет решение о необходимости иметь в горелке регуляторы подачи газа. Однако надо иметь в ввиду, что горелка с такими регуляторами (краны, вентили, игольчатые затворы и т.п.) имеет более высокую цену.

И, наконец, надо обратить внимание на массогабаритные характеристики горелки, так как чем больше масса горелки, тем более устойчива горелка на рабочем столе и поэтому более удобна в работе.

Поскольку газовые горелки по нормам техники безопасности попадают под действие нормативных документов, действующих в газовом хозяйстве, и определяющих правила ее эксплуатации, то при покупке горелки необходимо обязательно получить от продавца технический паспорт на горелку. В паспорте должны быть указаны сведения о назначении горелки, ее технических характеристиках, условий эксплуатации, а также гарантийные обязательства поставщика. Приобретать горелку без технического паспорта не рекомендуется.

Замечание: Избегайте приобретения горелок без технического паспорта.

Горелки Бунзена мод. 37, 38 обеспечивают большинство технологических процессов нагрева изделий в лаборатории. Имеют тепловую мощность до 1200 Вт, а также защитное никелевое покрытие, просты в использовании и сравнительно дешевы. Могут быть использованы при проведении технических испытаний на стойкость к горению материалов, на воспламеняемость материалов, на нераспространение горения и огнестойкость на термостойкость.

Горелки Бунзена мод. 2610, 2611 (Фиг. 5) это горелки широкого применения. Снабжены полным набором вспомогательных технических устройств, облегчающих работу персонала, имеют большую мощность (до 1200 Вт) и сравнительно невысокую стоимость. Все внешние компоненты этих горелок имеют гальваническое никелевое покрытие, что гарантирует максимальную стерильность при работах в микробиологических, цитологических и биотехнических лабораториях, а также при процессах фламбирования (обжигание металлических и стеклянных предметов в пламени горелки) в медицинских учреждениях.

Горелки Бунзена мод. 19, 20 рекомендуются для зубных техников при работе с восками, так как могут устанавливаться в наклонном положении. При этом горелку можно установить с наклоном либо в правую, либо в левую сторону. Имеют достаточную тепловую мощность (до 670 Вт). Имеют полный набор вспомогательных технический устройств, облегчающих работу персонала.

Горелки Теклю мод. 62, 63 применяются в случаях, когда требуется иметь высокую температуру пламени (до 1750 град. Цельсия) при большой тепловой мощности (до 1200 Вт). Используются при проведении испытаний на стойкость материалов к горению, на воспламеняемость материалов, на нераспространение горения и огнестойкость, при испытаниях на термостойкость. Могут быть использованы для работы с легкоплавкими стеклами платиновой группы.

Горелки Мекера мод. 56, 57, 59, 60 применяют, когда для выполнения работ не требуется наличие корневого конусообразного пламени, а необходимо большое по площади пламя с высокой температурой, состоящее из множества отдельных факелов (что, например, удобно для работ связанных с нагревом изделий и материалов с большой теплоемкостью). Эти горелки создают равномерное пламя с постоянной интенсивностью нагрева. Идеальны для нагрева лабораторных сосудов (тиглей, колб и т.п.) в химических лабораториях при плавке, сплавливании и прокаливании различных веществ и нагрева жидких реагентов. При этом надо иметь в виду, что у горелок мод. 59, 60 тепловая мощность на 80% выше, чем у горелок мод. 56, 57.

Горелка БУНЗЕНА мод.101 применяется при термической обработке материалов и изделий когда необходим мониторинг пламени горелки. Может быть использована в технических испытательных центрах и лабораториях при проведении испытаний на стойкость материалов к горению, при испытаниях на воспламеняемость материалов, на нераспространение горения и огнестойкость. Важным достоинством горелки является тонкая регулировки размера факела горелки и температуры пламени при относительно большой тепловой мощности.

Фиг.10 Горелка газовоздушная мод.118

Газовоздушная горелка мод.118 (Фиг. 10) применяется при работах с деликатной техникой. Рекомендуется для использования в медицине, при изготовлении и ремонте ювелирных изделий, при прецизионных работах с изделиями из металла, ремонте музыкальных инструментов, а также при иных применениях, где требуется точная регулировка факела и температуры пламени горелки.

Относится к классу паяльных горелок. Требует подвода сжатого воздуха с избыточным давлением не менее 0,3 бара. Интенсивность подачи газа и воздуха подбирается индивидуально ручками регулировки расхода, что позволяет обеспечить мониторинг пламени.

Важным достоинством горелки является возможность регулировки в широких пределах, как температуры факела горелки, так и тепловой мощности последней за счет регулирования подачи газа и соответственно кислорода воздуха.

Фиг.11 Горелка Бунзена мод.186

Горелка Бунзена мод.186 (Фиг. 11) универсальная и может работать с любым видом газа. рекомендуется для использования в лабораториях, где требуется повышенная безопасность работ (например. в лабораториях при учебных заведениях).

Отличительной особенностью этой горелки является то, что она оборудована системой "газ-контроль", что обеспечивает ее высокую безопасность при работе и отвечает современным европейским требованиям по обеспечению безопасности работ с горелками.

Система безопасности «Газ-контроль» прекращает подачу газа, если пламя случайно гаснет, и включает в себя термопару и устройство блокировки газа.

Благодаря тепло-чувствительности, термопара позволяет определить наличие пламени. При отсутствии пламени термопара посредством магнитного клапана автоматически блокирует поступление газа в горелку.

В заключение дадим сводную таблицу применения лабораторных горелок при различных технологических операциях. В таблице приведены только рекомендуемые назначения горелок. При этом надо иметь в виду, что каждая из указанных моделей может иметь и более широкое применение, определяемое условиями конкретного технологического процесса.

Таблица 5. Горелки для различного вида работ

технологическая операции и работы	модель горелки
Пайка деталей	Материал для данной статьи предоставлен компанией ООО "ФИРМА БСТ-3" () Copyrigt 2008-2017 Все права защищены. При частичном или полном использовании материалов данного сайта ссылка на компанию ООО "ФИРМА БСТ-3" или на автора публикации обязательна.

Такое устройство, как газовая горелка имеет широкое применение в строительных и ремонтных роботах. Как правило, газовые горелки используют для наплавления кровельных материалов, выпаливания краски на различных поверхностях, сварке и пайке различных металлов. Горелки есть разных типов конструкций для различных видов работ.

Что такое газовая горелка?

Конструкция горелки представляет собой держатель с регуляторами подачи газа, с которого выходит металлическая магистраль с диффузором на конце. Подключается горелка резиновым шлангом к газовому баллону пропан-бутан через редуктор давления.

В основном ручные газовые горелки применяются для нагрева поверхности и наплавления различных материалов. Газовые горелки есть двух типов с принудительной подачей воздуха и непринудительной.

Эти типы горелок имеют следующие отличительные технические характеристики:

• Подача воздуха в газовой горелке с принудительной подачей происходит следующим образом, кислород подаётся с помощью вентилятора или компрессора.
  Преимущество такой горелки возможность точной настройки факела. Из минусов сложность конструкции устройства.
• В горелках, которые не имеют принудительной подачи воздуха , кислород подаётся через отверстия в диффузоре произвольно в зависимости от количества подачи газа.
  Несложная конструкция позволяет изготовить её самостоятельно. К минусам можно отнести невозможность точной настройки факела.

Запускается газовая горелка подпалом потока газа, который выходит из диффузора, в некоторых моделях предусмотрен автоподжог.

Устройство и принципы работы газовой горелки

Газовая горелка является устройством, которое позволяет, контролировано сжигать газообразное топливо, смешивая его с воздухом, и при этом формирует огненный факел.

Горелка работает по принципу подачи под давлением газового топлива в смеситель, где смешивается с кислородом. После чего образованная смесь поджигается на выходе диффузора, образовывая огненный факел.

Конструкция газовой горелки состоит из следующих деталей:

• Металлический стакан с круглыми отверстиями по бокам.
• Форсунка для распыления газа.
• Пластиковый или деревянный держатель.
• Резиновый шланг для подвода газа к корпусу горелки.
• Вентиль регулировки подаваемого газа и длины пламени.

В зависимости от модели горелки имеют следующие отличия:

• Подача топлива инжекторная и безынжекторная.
• Мощность и расход газа.
• Количество подаваемого пламени. Есть однопламенные и многопламенные.
• Способ применения устройства ручной и механизированный.

Длина горелки в зависимости от её конструкции составляет от 0,8 до 1 метра вес около 1,5 килограмма. Также в зависимости от модели газовые горелки могут быть оснащены различными режимами экономии топлива.

Модели газовых горелок для кровли

Для работ по укладке кровли используют определённый тип устройства следующих моделей:

• ГГ-2 пропановая горелка для подготовки и проведения гидроизоляционных работ. Хорошо подходит для кровельных работ небольшого масштаба. Рекомендовано использовать начинающим мастерам. Преимущественно низкая стоимость.
• ГГ-2У аналог предыдущей модели отличается укороченной газовой магистралью. Предпочтительно используется в труднодоступных местах при кровле.
• ГГ-2С является профессиональной горелкой, и также работает на пропане. Имеет два вентиля для точной регулировки режима работы и возможность эксплуатации в сильно ветреную погоду.
• ГГС1-1,7 имеет небольшой вес, и размер является универсальной. Применяется для сушки и наплавления материалов на кровлю. Позволяет прогревать поверхность до 400 градусов.
• ГГК-1 воздушно-пропановая горелка оснащена тяжёлым стакан и рычагом подачи газа. Применяется для удаления краски методом обжигания на деревянных поверхностях и гидроизоляции кровли.
• ГГС1-1,0 имеет лёгкий вес и небольшие размеры , что позволяет применять её для гидроизоляции кровель с большим скатом.
• ГГС1-0,5 в основном применяется для незначительных ремонтов кровли и есть экономичной в плане потребления газа.
• ГГС4-1,0 имеет четыре стакана подачи пламени. Является экономичной и позволяет одному человеку обрабатывать значительный участок кровли за короткий промежуток времени.
• ГВ-3 применяется предпочтительно для прогрева металлов их сварки или пайки.
• ГВ-111Р применяется для наплавления на кровлю битумных рулонных материалов. Также используют для обжига старой краски на различных поверхностях.
• ГВ-550, ГВ-900 удобные и лёгкие в эксплуатации, отличаются длиной факела.
• ГВ-500 использую для наплавления битумных материалов. Позволяет прогреть нагреваемую поверхность до 300 градусов.
• ГВ-850 имеет инжекторный тип подачи топлива. Горелка оснащена вентилем для точной настройки подачи газа и рычагом регулировки длины факела.

Покупая газовую горелку, следует обратить внимание на такие показатели, как:

• Расход топлива.
• Длина огненного факела.
• Тепловая мощность.
• Длина и вес горелки.

Ценообразование газовых горелок зависит от марки производителя, и материалов из которых они изготовлены.

Применение горелок для кровли

Для ремонта и устройства кровли битумными материалами предпочтительно используют газовую горелку. При качественной горелке за 8 часов рабочего времени можно уложить около 600 квадратных метров наплавляемого материала.

Совершение работ по устройству и ремонту кровли любых типов с применением газовой горелки должно проводиться по всем правилам пожарной безопасности.

Для работ по укладке различных площадей кровли с применением газовой горелки есть определённые ограничения такие как:

• Позволяется зараз укладывать не более 500 метров квадратных.
• При укладе свыше 500 метров квадратных требуется наличие пожарных шлангов с водой.
• Доступ к пожарным кранам должен быть с четырёх сторон покрываемой кровли.
• Подача воды через пожарный шланг должна доставать в любую точку укладываемой поверхности.

Кроме кровельных работ, газовые горелки применяются в бытовых и производственных целях.

Этапы работы при укладке материала с использованием кровельной горелки

Процесс укладки битумных или так называемых мягких наплавляемых материалов с применением газовой горелки состоит из следующих этапов :

• Очистка поверхности кровли от мусора .
• Размотка рулонов на поверхности кровли с нахлестом друг на друга не менее 10 см для разметки. После чего рулоны нужно смотать и пронумеровать.
• Грунтование поверхности праймом для удаления микротрещин, сколов и связки пыли.
• Совершив разметку поверхности и её грунтование , рулоны постепенно разматываются и прогреваются газовой горелкой для наплавления на поверхность.
• На завершительной стадии процесса укладки требуется прогреть горелкой швы наплавленного материала.

После наплавления материалов для избежания складок покрытую поверхность нужно раскатать катком.

Изготовление газовой горелки собственноручно

Газовую горелку можно изготовить самостоятельно в домашних условиях для этого потребуются следующие комплектующие:

1. Вентиль с редуктором давления для регулировки подачи газа. Взять его можно от кислородного баллона.
2. Заглушка, которая используется при транспортировке газовых баллонов.
3. Топливный жиклёр с диаметром сопла 0,8 мм. Взять его можно от бензиновой паяльной лампы.
4. Кусок металлической магистрали виде трубки длиной один метр с диаметром 10 мм и толщиной стенок 2 мм.
5. Рукоятка из плохо теплопроводного материала. Предпочтительно из дерева.
6. Корпус и рассекатель горелки (стакан). Выточить их можно из латунного прутка диаметром 20 мм.

Дальнейший процесс сборки газовой горелки состоит из следующих этапов:

• В изготовленную рукоятку вставляется магистраль и фиксируется клеем.
• В выточенном корпусе требуется просверлить два радиальных отверстия диаметром 5 мм. Также в корпусе нужно просверлить четыре отверстия диаметром 1 мм в стержне рассекателя.
• Следующим этапом изготовления горелки будет зарисовка рассекательного стержня в корпус. Готовый корпус нужно закрепить на металлическую магистраль.
• В магистрали с установленным корпусом нужно метчиком нарезать резьбу и вкрутить форсунку.
• На другой конец магистрали подсоединяется газовый шланг и фиксируется хомутом.

После сборки газовой горелки нужно открутить установленный кислородный вентиль и подождать пока газ вытеснит воздух в шланге. После чего пожечь спичками выходящий поток газа из корпуса (стакана).

Правила безопасности при работе с газовыми горелками для кровли

Работая с газовой горелкой требуется строгое соблюдение правил безопасности:

Правила безопасности работы с газовой горелкой, должны соблюдаться все и безоговорочно, так как это залог целостности работающего человека и окружающих его людей.

Газовая горелка является неотъемлемым помощником при укладке кровли мягкими материалами. Использование газовой горелки для укладки кровли позволяет значительно сэкономить финансовые и временные затраты