用於切割噴槍的氣體混合裝置的製作方法
2023-04-26 10:54:46
專利名稱：用於切割噴槍的氣體混合裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及關於燃燒氣體的噴槍的技術，特別是涉及一種用於切割噴槍頭部的、經過改進的燃料氣體和氧氣的混合裝置。
用燃料氣體-氧氣進行切割的噴槍當然是眾所周知的，該種噴槍一般包括一個具有與噴嘴相連通的出口通道的噴槍頭部，通過該噴槍頭部，可燃燒的氣態混合物可以流動並且被點燃，然後被導向工件。該種噴槍還包括連接於相應的燃料氣體和氧氣供給源的燃料氣體和氧氣的供氣管，以及裝在噴槍頭部的用來控制燃料氣體和氧氣的流動的閥。該種噴槍具有一種預熱工作方式，其中燃料氣體和氧氣在混合裝置中混合以提供可燃燒的混合氣，該混合氣流到噴槍頭部出口管道和噴嘴中並且在那裡被點燃以形成預熱火焰，該預熱火焰用來把工件加熱到可以支持燃燒的溫度。該種噴槍還具有一種切割工作方式，其中，在預熱操作之後，用來切割的氧氣被輸送到噴槍噴嘴以從噴嘴噴出並切割預熱過的工件，其中切割氧氣是與預熱可燃混合氣分開的。
燃料氣體-氧氣混合裝置的作用是把分別供入其中的燃料氣體組份和氧氣組份進行混合併將混合氣體送到噴槍噴嘴，以在由噴嘴處可燃混合氣體燃燒導致的點燃期間達到均勻的燃燒效果。對於燃料氣體-氧氣混合裝置，更高的性能要求是防止由反點火(backfire)導致的逆燃(flashback)的發生，比如，當噴槍噴嘴接觸工件時就可能發生。眾所周知，這種反點火會導致在噴槍內部發生爆炸，爆炸發生在燃料氣體與氧氣的混合處和燃燒混合氣體的噴槍噴嘴處之間。一旦這種反點火在噴槍內部導致了持續的燃燒，該持續的燃燒被定義為逆燃。逆燃會很快毀掉噴槍，因此，燃料氣體-氧氣混合裝置必須能應付逆燃以避免反點火或將防止反點火的作用發揮到最佳限度。現有的各種混合裝置的設計結構複雜，製造成本又很高，並且製造和安裝起來既麻煩又耗時。再者，考慮到改變混合裝置的尺寸周邊而不喪失結構穩定性和對逆燃的阻抗這一情況，以前的混合裝置設計具有局限性。設法簡化結構的設計在解決前述問題，尤其是保持或加強適度的對逆燃的阻抗方面不能令人滿意。
本發明提供了一種燃氣-氧氣混合裝置其具有結構簡單，經濟實惠，易於製造且能有效地阻止逆燃。更特別的是本混合裝置是單一的嵌入件，它可在單一的生產操作中容易地加工，因此降低了加工混合裝置的費用。再有，混合裝置嵌入件適於被容易地安放在噴槍頭的腔內且可活動地由噴槍噴嘴固定或用類似銅焊的辦法固定。再者，嵌入件和腔的結構有利於將嵌入件導入腔內而不必考慮與到那裡或與噴槍噴嘴有關的特殊的定向問題，因此使裝配噴槍頭、混合裝置和噴嘴變得容易。根據本發明，更進一步，混合裝置嵌入件具有燃氣和氧氣在其中混合併輸送到噴嘴的混合凹槽，並具有混合凹槽通道和燃氣和氧氣入口通道，這些通道在結構上是相關的以達到優化對逆燃的阻抗。更特別的是，嵌入件的結構與燃氣和氧氣入口通道相關的導向具有窄的通路以流通燃氣與氧氣至混合凹槽和一個從燃氣、氧氣入口通道到噴嘴的具有方向突變的流通途徑，其中混合凹槽最好也是窄的。在逆燃發生時，窄的氣流通道和流通途徑內的方向的突變限制了氣流朝燃氣和氧氣入口通道方向逆流，因此優化了對逆燃的阻抗。
因此本發明的最主要的目的是提供一種用於燃氣噴槍的改進的燃氣和氧氣混合裝置。
另外一個目的就是提供一種具有前述特點的混合裝置，其具有承接在噴槍頭內腔裡的嵌入件的形式，被以能提高對逆燃的阻抗的方式構造且與供向噴槍頭的燃氣和氧氣的通道相關。
更進一步的目的是提供一種具有前述特點的混合裝置，其是單一的構件，可由噴嘴活動地固定在噴槍頭裡，且相對於燃氣、氧氣入口通道與噴嘴具有萬向定向，因此可很容易地裝配這些零部件。
還有一個目的就是提供一種具有前述特徵的混合裝置，嵌入件具有一個混合凹槽，且嵌入件在結構上與燃氣與氧氣的入口通道相關並形成窄的通向混合凹槽的氣流通道和一條從燃氣、氧氣入口通道到噴嘴的具有方向突變的途徑以提高對逆燃的阻抗。
再有一個目的就是提供一種具有前述特點的混合裝置，其結構簡單，易於生產及在噴槍頭裝配，且對於優化對逆燃的阻抗上行之有效。
通過對一個本發明優選實施例的書面描述，前述目的及其它方面將得以部分明確及部分地充分指明。本發明的優先實施例由附圖所示
圖1是根據本發明具有一混合裝置的燃氣噴槍的部分剖開的正視圖，圖2是由圖1所示的噴槍頭和混合裝置嵌入件的放大正剖圖；以及圖3是沿圖2中3-3線的混合裝置的截面圖。
附圖僅供闡明本發明的優先實施例而不是為了限制本發明。較為詳細地參照圖紙，一個燃氣噴槍10由圖1所示，其中包括一個氣閥罩12和一個噴槍頭14，噴槍頭14通過燃氣供應管16、預熱供應管18和切割氧氣供應管20與氣閥罩相連。噴槍還具有一個噴頭22和一個氣閥操縱杆24，該操縱杆鉸接於罩12上以控制氣閥的開關(圖中未示出)進而達到控制流經管20到噴槍頭14和噴嘴22的切割氧氣的氣流。罩12具有連接的部件26和28以分別接通噴槍到燃氣和氧氣的供氣源，流向管16的燃氣氣流和流向管18的預熱氧氣氣流可通過手動調節氣閥得以控制，圖中未示出手動調節氣閥。在某些噴槍中，手動調節氣閥裝在罩12上，在一些其它的噴槍中，該氣閥安裝在通過聯接件26和28連到噴槍10上的噴槍手柄部件上。
噴槍頭14具有一個管頭30和一從管頭向內的圓腔，該腔在管頭30處有內螺紋以安裝具有外螺紋的噴嘴螺母32，通過螺母32噴槍噴嘴22可活動地固定在噴槍頭部。根據本發明，且最好由圖2、圖3所示，該圓腔具有軸A及同軸的內端，內端包一個腔室34，徑向呈階梯式的環形內表面36和38，及在表面36與38之間的沿徑向延伸的臺肩39。該腔還包含一同軸的外端，與管頭30在內部相鄰，其具有內環面40和介於腔的內外兩端之間的中間腔部分，該部分包括內環面42和沿圓周分布的向內的開口槽44，其表面及凹槽的作用將在此後得以展現。該腔還具有一個介於表面38和42之間的沿徑向延伸的壁46和介於表面40和凹槽44之間的沿徑向延伸的臺肩48。切割氧氣通路50沿徑向開向腔室34，以供應切割氧氣到噴嘴22，這將在此後更為詳盡地展示，預熱氧氣通道52沿徑向開向腔內與表面42的內端相鄰的部位，燃氣通道54沿徑向開向環狀凹槽44。預熱氧氣和燃氣在噴槍頭14內混合併輸送到噴槍噴嘴22，其工作方式將在此後一目了然。
再者就是根據本發明，單一的圓的混合裝置嵌入件56與軸A共軸地安裝在腔內，且其有一個與腔的表面38密封銜接且軸向頂在臺肩39上的軸向內端58。嵌入件56還有一軸狀外端，該端具有一個與腔的表面40密封銜接且沿軸向頂在臺肩48上的環狀凸緣60。臺肩39和48將腔內的嵌入件軸向定位且與腔的表面38和40一起達到密封效果以防止氣體通過嵌入件相應的端部沿軸向洩漏。最好可以通過在臺肩39和48的外角放置銀釺焊環61且在與噴槍頭14裝配的過程中使嵌入件融合到位，達到增強密封的效果。噴槍噴嘴22的內端具有一個頂在嵌入件56的沿軸方向的外端壁的凸緣62。混合嵌入件56具有一個從凸緣60內部沿軸向伸出的圓的外表面66和一個從表面66的內端到嵌入件內端58的沿軸向會聚且徑向向內的錐面68。腔的表面42、46和嵌入件68共同在靠近嵌入件內端部位形成了一個環狀的預熱氧氣管路70，且腔的表面42與嵌入件的外表面66在徑向間隔開，以在其間形成一個徑向的窄的限流通道72。限流通道72在其上端和預熱氧氣管路70相通，在其下端與具有一個鄰近嵌入件外端的環狀的燃氣管路的凹槽44相通。嵌入件56還有一個徑向朝外的開口，軸向狹窄的具有外圍呈凹道或狹縫形式的氣體混合凹槽74，該凹槽具有平行的沿軸向間隔開的壁，未標號。凹槽74位於與軸A垂直的截面上，具有一個沿軸向介於環狀管路44和70之間的開口朝向限流通道72的氣體入口端76，因此軸向位於預熱氧氣和燃氣通道52與54之間。因此，可以理解為限流通道72具有兩部分，一部分介於管路70和凹槽74的氣體入口端76之間，另一部分則位於管路44和凹槽74的氣體入口端76之間。限流通道的兩部分沿軸向的長度都比凹槽的氣體入口端76的軸向寬度長，且燃氣部分較預熱氧氣部分沿軸向長度長。
混合嵌入件56還具有多個沿軸向伸展的排氣或出氣通道78，該通道與軸A沿徑向間隔開，且互相之間沿周向間隔開，都具有一上端80貫穿混合凹槽74且因此與凹槽氣流相通。嵌入件56的凸緣60的外端壁64具有沿軸向向內伸展的環狀的混合氣管路82，每個排氣通道78都有一開向管路82的外端84。最後，嵌入件56包含一個位於軸心的沿軸向伸展的切割氧氣排氣通道86，該通道具有一個與腔室34通氣的上端和從凸緣60的端壁64開通的下端。噴嘴22是一種眾所周知的方式，具有繞軸線沿周向間隔開的各個預熱排氣通道88和一個切割氧氣通道90。通道88開向與混合氣管路82相對齊的一個管路89，切割氧氣通道90與貫穿嵌入件56的切割氧氣通道86同軸。在外端包含有環狀混合氣管路82的混合嵌入件56的結構使得利於嵌入件與噴槍頭14內腔之間的裝配而不必考慮任何特別的嵌入件沿腔的周向定位問題，且同理，不必考慮任何特別的與嵌入件相關的噴嘴的定位，因為管路82和89是沿徑向對齊的。因此，拆裝嵌入件和與噴槍頭相關的噴嘴大為簡易。況且，正如由圖2將表明的和這裡所描述的，嵌入件56的構造可通過一單一的機加工操作快速、容易地生產出，比如在一個多重旋轉床子上進行，這種工具機在單一的操作工序內可完成外圓加工、徑向切槽，軸向切槽和鑽孔操作。
在操作過程中，當噴槍操作者打開燃氣和氧氣氣源，預熱氧氣通過輸送管18和通道52流進預熱氧氣管路70，且通過介於管路70到氣體混合凹槽74的入口端76之間的環狀限流通道得以限流。同時，燃氣通過輸送管16和通道54流入燃氣管路44，且通過介於管路44和混合凹槽的入口端76之間的環狀限流通道得以限流。燃氣與預熱氧氣進入混合凹槽74且在該處混合，在該處流動，混合氣體從混合凹槽流向輸送通道78且在該通道進一步混合。輸送通道78在徑向的內端與外端之間貫穿氣體混合凹槽74，以及通道78的內端80延伸至氣體混合凹槽內或更上部的位置。這些結構特徵有助於進入氣體混合凹槽74內的預熱氧氣和燃氣的摻混以在流入輸送通道78之前優化氣體的混合效果。混合氣從通道78流入混合氣管路82，在此管路混合氣分流進預熱輸送孔88到噴嘴22出口端，在該出口端混合氣被點燃以形成預熱火焰加熱工件到一定的切割溫度。當達到切割溫度時，操作者壓下氣閥操縱柄24，隨後切割氧氣通過輸送管20和通道50進入腔室34並流經嵌入件56上的切割氣體通道86，與可燃的混氣分開的噴嘴22的切割氣體孔90，從噴嘴吹出去切割加熱的工件。
正如將在圖2中所示的及前述的那樣，燃氣和預熱氧氣的從輸送管16和18到嵌入件56的輸送通道78的氣流途徑具有氣流在軸向與徑向間的突然方向的改變，加上徑向狹窄的限流通道72和軸向狹窄的氣流混合凹槽74，這就提高了對逆燃的阻抗。考慮到後者的尺寸特徵，在所示的實施例中，環狀的限流通道72的徑向尺寸大約0.002英寸，氣體混合凹槽74軸向寬約0.015英寸，徑向深度約0.120英寸。因此，雖然為了清楚起見，限流通道72的徑向尺寸在圖2中作了放大，可以理解，後者與氣體混合凹槽74的尺寸加上氣流途徑上方向突變提供了對由逆燃引起的氣流的足夠的限制，因而提供了對逆燃的阻抗。同時可知，該嵌入件56的結構有利於尺寸的變化而不會失去其整體性或穩定性，或失去對逆燃的阻抗。
雖然在此對燃氣和預熱氧氣混合裝置的優先實施例的零部件結構及其間的結構上的關係作了重點強調，可以理解的是本發明還有其它實施例和對優選實施例進行許多改變而不脫離本發明的原理。因此，顯而易見的是前述的描述性的內容僅為了使本發明明了，而不是做的限制。
權利要求
1．在一種具有一個管頭以連接一個噴嘴的氣體噴槍頭中，混合裝置用以輸送燃氣和氧氣的混合物到上述的噴嘴，燃氣通道裝置用以輸送燃氣到上述的混合裝置，和氧氣輸送裝置用以輸送氧氣到上述的混合裝置，改進之處包括上述混合裝置包含一個從上述管頭伸向上述噴槍頭內的且具有一個軸線及與上述管頭在軸向彼此隔開的內端的腔，上述燃氣通道裝置和上述氣體通道裝置在軸向間隔開的位置開向腔內，一個與上述腔同軸的嵌入件具有對著上述管頭的出口端，從上述出口端沿軸向伸向上述嵌入物的出氣通道裝置和一個與上述出氣裝置氣連通及位於上述位置之間的上述腔氣連通的上述嵌入物的混合凹槽。
2．如權利要求1所述的改進，其中上述凹槽包含一個與上述軸線橫交的周緣切縫。
3．如權利要求2所述的改進，其中上述切縫具有沿軸向的外端和內端，且上述出氣通道裝置於上述外端和內端之間貫穿上述切縫。
4．如權利要求3所述的改進，其中上述出氣通道裝置包含多個圍繞軸線沿徑向隔開且沿周向間隔開的通道。
5．如權利要求4所述的改進，其中上述嵌入件具有從其上述的出口端沿軸向向內伸展的環狀凹槽裝置，上述通道具有朝上述環狀凹槽開口的出氣端。
6．如權利要求3所述的改進，其中上述切縫具有沿軸向間隔開的側面，上述沿徑向內外兩端間隔開的距離大於上述側面間的距離。
7．如權利要求1所述的改進，其中上述的凹槽具有一個沿徑向伸進上述嵌入物的軸向狹窄的周向切縫。
8．如權利要求7所述的改進，其中上述的出氣通道裝置具有多個圍繞軸線沿徑向隔開且沿周向間隔開的通道。
9．如權利要求8所述的改進，其中上述切縫具有沿徑向的外端和內端，上述通道於所述兩端之間貫穿上述切縫。
10．如權利要求9所述的改進，其中上述嵌入件包含了從上述出口端沿軸向向內伸展的環狀凹槽裝置，上述通道具有朝上述環狀凹槽開口的出口端。
11．如權利要求1所述的改進，其中上述腔具有一個內表面，上述嵌入件具有面向上述內表面的外表面，上述混合凹槽具有開向上述外表面的入氣端，上述燃氣通道裝置和氧氣通道裝置在上述腔的上述內表面開通，上述內、外表面在上述入氣端和上述燃氣通道裝置間徑向分隔開以提供一個燃氣限流通道和在上述入口端和上述氧氣通道裝置間分隔開以提供一個氧氣限流通道，以對燃氣和氧氣從相應的上述燃氣通道裝置和氧氣通道裝置流向上述混合凹槽的氣流分別進行限流。
12．如權利要求11所述的改進，其中上述凹槽的上述入氣端軸向比靠近上述的燃氣通道裝置更靠近上述的氧氣通道裝置。
13．如權利要求11所述的改進，並且在上述內外表面間形成燃氣管路裝置的裝置，上述燃氣限流通道介於上述燃氣管路裝置與上述凹槽的上述入口端之間。
14．如權利要求13所述的改進，其中上述燃氣管路裝置位於上述腔的上述內表面。
15．如權利要求11所述的改進，並且上述內、外表面間形成的氧氣管路裝置的裝置，上述的氧氣限流通道介於上述氧氣管路裝置與上述凹槽的上述入口端之間。
16．如權利要求15所述的改進，和在上述內、外表面間形成燃氣管路裝置的裝置，上述燃氣限流通道介於上述燃氣管路裝置與上述凹槽的上述入口端之間。
17．如權利要求11所述的改進，其中上述混合凹槽包含一個在上述嵌入件的上述外表面上的外圍切縫，該切縫具有沿軸向隔開一定距離的相對的兩個側面和具有沿徑向的提供上述入口端的外端，且上述燃氣限流通道和氧氣限流通道沿軸向的長度長於上述給定的距離。
18．如權利要求17所述的改進，其特徵在於上述燃氣限流通道具有比上述氧氣限流通道的軸向長度長的軸向長度。
19．如權利要求18所述的改進，其中上述腔的上述內表面具有一個沿徑向向內開口的環狀凹槽，其與上述嵌入件的外表面的第一部分共同形成一個環狀的燃氣管路，上述嵌入件的上述外表面包含第二部分，該第二部分與上述腔的上述內表面的一個部分共同形成一個環狀的氧氣管路，上述的燃氣管路和上述氧氣管路可分別地與上述的燃氣限流通道和上述氧氣限流通道氣連通。
20．如權利要求19所述的改進，其中上述氧氣通道裝置是第一氧氣通道裝置，上述的噴槍頭具有開向上述腔的上述內端的第二氧氣通道裝置，上述嵌入件具有沿軸向的一個內端和一個從上述內端到上述出氣端的沿軸向延伸的氧氣出氣通道以便把氧氣從上述的第二氧氣通道輸送到上述出氣端。
21．在一種具有一個管頭以連接一個噴嘴的氣體噴槍頭中，混合裝置以便輸送燃氣和氧氣的混合物到上述的噴嘴，燃氣通道裝置以便輸送燃氣到上述的混合裝置和氧氣輸送裝置以輸送氧氣到上述的混合裝置，改進之處包括上述的混合裝置具有一個從上述管頭延伸至上述噴槍頭內的圓腔和具有一條軸線和一個沿軸向與上述管頭間隔開的內端，一個在上述腔內並與之同軸的圓形氣體混合嵌入件具有一個與上述腔的上述內端在徑向密封銜接的沿軸向的內端和一個間隔開上述內端和上述噴槍頭的上述管頭的與上述腔沿徑向密封銜接的外端，上述嵌入件的上述外端包含對著上述管頭的端壁，上述嵌入件在上述內外端之間具有一個外表面以及在一個上述外表面的部分沿徑向開口朝外的環狀的氣體混合凹槽，上述腔具有表面部分，該表面部分沿軸向與上述的凹槽的面相對且在徑向與上述嵌入件的上述外表面部分間隔開以提供與上述氣體混合凹槽氣連通的第一和第二環狀氣流限流通道，上述燃氣通道裝置沿徑向開口進入上述腔內以便通過上述的第一限流通道將燃氣輸送到混合凹槽，上述氧氣通道裝置沿徑向開口進入上述腔內以便通過上述的第二限流通道將氧氣輸送到混合凹槽，以及多個在上述嵌入件內的出氣通道、從上述的混合凹槽貫穿到上述嵌入件的上述端壁以便將上述的燃氣和氧氣的混合物從上述混合凹槽輸送到上述嵌入件的上述出氣端。
22．如權利要求21所述的改進，其中上述腔和上述嵌入件具有徑向相對的表面，這些表面形成了第一、第二環狀氣體管路通道，上述第一和第二限流通道都具有一個沿軸向與上述混合凹槽間隔開的入口端且可分別地與第一、第二管路通道氣連通。
23．如權利要求22所述的改進，其中上述第二限流通道的上述入口端比靠近上述第一限流通道更靠近上述氣體混合凹槽。
24．如權利要求21所述的改進，其中上述混合凹槽具有沿徑向延伸和沿軸向間隔開的壁，使得上述凹槽具有大約0.015英寸的軸向尺寸和大約0.120英寸的徑向尺寸。
25．如權利要求21所述的改進，其中上述第一、第二限流通道具有相同的徑向尺寸。
26．如權利要求25所述的改進，其中上述徑向尺寸大約在0.002英寸。
27．如權利要求26所述的改進，其中上述混合凹槽具有沿徑向延伸和沿軸向間隔開的壁，使得上述凹槽具有大約0.015英寸的軸向尺寸和大約0.120英寸的徑向尺寸。
28．如權利要求27所述的改進，其中上述腔和上述嵌入件具有相對的表面，這些表面形成了第一、第二環狀氣體管路通道，上述第一和第二限流通道都具有一個沿軸向與上述混合凹槽間隔開的入口端且可分別地與第一、第二管路通道氣連通。
29．如權利要求21所述的改進，其中上述的嵌入件的上述端壁具有一個沿軸向向內延伸的環狀凹槽，上述出氣通道具有開向上述環狀凹槽內的出氣端。
30．如權利要求29所述的改進，其中上述的氧氣通道裝置是第一氧氣通道裝置，上述的噴槍頭包含開口至上述腔的上述內端裡的第二氧氣通道裝置，和一個從上述嵌入件的上述內端沿軸向穿通上述的嵌入件到上述的出氣端的氧氣出氣通道，以便將氧氣從上述的第二氧氣通道裝置輸送到上述的出氣端。
全文摘要
一種在噴槍噴頭內包含一個腔的燃氣和預熱氧氣混合裝置,腔內裝有一個氣體混合嵌入件,該嵌入件具有沿軸向狹窄的外緣的氣體混合凹槽,該凹槽容接來自橫切沿徑向狹窄的限流通道的相應管路區域的預熱氧氣和燃氣。氣體在混合凹槽內混合併通過輸送通道輸送到噴槍噴嘴,輸送通道與混合凹槽及限流通道一起提供了具有方向突變的氣體流路,在使用噴槍時所有的這些共同阻止逆燃。
文檔編號B23K7/00GK1217963SQ9712315
公開日1999年6月2日 申請日期1997年11月20日 優先權日1997年11月20日
發明者蘭迪·C·伊登菲爾德 申請人:林肯電氣公司