Обратный удар пламени. Обратным ударом называется проникновение фронта горения пламени внутрь каналов сопла горелки или резака и распространение его навстречу потоку горючей смеси. Возможность обратного удара пламени в основном определяется соотношением между скоростью истечения смеси w и так называемой нормальной скоростью u воспламенения смеси.
Нормальной скоростью воспламенения или скоростью горения называется скорость распространения пламени, направленная перпендикулярно поверхности фронта пламени в данной точке. На рис. 31 дана принципиальная схема поверхности воспламенения пламени (ядра), рассеченная по оси струи газокислородной смеси, вытекающей из сопла мундштука.
Поверхность ядра имеет форму, представляющую собой приблизительно гиперболоид вращения. При выходе из мундштука смесь воспламеняется в нижней части, прилегающей к кромке выходного отверстия сопла. Этот участок выполняет роль непрерывного кольцевого источника поджигания свежей смеси. Непосредственно у выходной кромки находится тонкий слой смеси, где горения не происходит («мертвая зона»).


В дальнейшем горение осуществляется на поверхности фронта пламени. Выделив на этой поверхности элементарную площадку df и обозначив через а угол между направлением скорости потока газа и касательной к поверхности фронта пламени, получим необходимое условие устойчивого горения смеси:


По рис. 31 в системе координат z, р находим следующую зависимость:


откуда


Подставляя вместо sin²_а его значение из формулы (10), получим



Длина ядра пламени L возрастает с увеличением отношения wlu. При какой-то величине wlu наступает отрыв пламени от сопла. При уменьшении отношения wlu длина ядра L уменьшается и при wlu=1 имеем L=0. В этом случае фронт пламени превращается в плоскость, и горение может пройти внутрь канала сопла, что соответствует начальному моменту обратного удара пламени. Как показывает практика, при температуре смеси 250°С скорость воспламенения резко возрастает, и обратный удар пламени может наступить при более высоких скоростях истечения смеси из сопла. Увеличение содержания кислорода в горючей смеси также повышает нижний предел средней скорости истечения смеси, при котором возможны обратный удар пламени или хлопки.
Предохранительные затворы. Средством защиты ацетиленового генератора или трубопровода горючего газа от проникновения в них обратного удара пламени служат предохранительные затворы, включаемые между горелкой или резаком и источником поступления горючего газа (генератором, трубопроводом).
Применяют различные предохранительные затворы: гидравлические (водяные) и сухие (огнепреградители); постовые и центральные; низкого и среднего давления.


На рис. 32 показана конструкция водяного затвора низкого давления постового типа. Ацетилен поступает в затвор по трубке 1, вытесняя своим давлением воду в наружную трубку 3, и выходит через ниппель 6 в горелку. Давление определяется высотой столба жидкости в затворе, находящейся на уровне контрольного вентиля 7, и верхним ее уровнем в кольцевом пространстве между трубками 1 и 3. При обратном ударе пламени вода из корпуса затвора вытесняется в трубку 1 и частично в воронку 5, заполняя собой всю трубку 1; этим создается гидравлический столб, препятствующий прохождению пламени через предохранительный затвор. По окончании обратного удара вода стекает в корпус затвора и он снова готов к работе. Максимальное давление для такого затвора определяется высотой трубок 1 и 3 и обычно не превышает 0,01 МПа (1000 мм вод. ст.).



Для генераторов и сварочных постов среднего давления до 0,15 МПа (1,5 кгс/см²) используют гидравлические затворы закрытого типа. При нормальной работе затвора ЗСП-7-67 (рис. 33) ацетилен проходит по трубке 1 через клапан 2 в корпус 3, заполненный водой до уровня контрольного крана 6, и через ниппель 5 идет в горелку. При обратном ударе пламени давление в затворе резко повышается, вода давит на клапан 2 и закрывает его, отключая трубопровод подвода газа. Одновременно волна взрыва гасится при прохождении ее через узкую щель между стенкой корпуса затвора и краем диска 4.


Сухие затворы (огнепреградители) устанавливают на баллонах и газопитающих сетях (рис. 34). Они состоят из корпуса, обратного клапана и пламягасящей пористой вставки. Для газов-заменителей используют затворы, в которых пламягасящая вставка отсутствует и функции защиты газопровода выполняет шариковый обратный клапан.