CN103591583A - 一种射吸式防回火抗爆割炬 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种射吸式防回火抗爆割炬，属于焊割设备领域。现有的射吸式割炬常会产生回火现象，存在安全隐患。本发明主要在预热氧管内位于割嘴接头的端部安装有喷嘴，喷嘴通道由两段锥形的通道连接而成，且喷嘴通道的直径两端大中间小，所述的预热氧管内的流体经过喷嘴通道进入割嘴接头，在喷嘴的外周面上开设有与喷嘴通道相通的气孔，所述的燃气管位于割嘴接头的端部具有连接管且燃气管通过连接管与所述的气孔连接。本发明采用上述结构后，将混合气流的流速提升至超音速，并迅速稳定地进入割嘴接头到达割嘴，不仅有效防止混合气流回流，从而提高安全性，而且结构简单不增加整体重量，另外还具有抗爆的特点。

Description

一种射吸式防回火抗爆割炬

技术领域

本发明属于焊割设备领域，具体涉及一种射吸式防回火抗爆割炬。

背景技术

在进行焊、割操作时，普通射吸式割炬常会产生回火现象，致使混合管内的燃气被点燃而引发爆管，或蔓延到燃气瓶引发爆炸，轻则器材损坏，重则危及生命，而产生回火现象的主要原因在于：高压氧大部分用于助燃，加上混合气体压力小，流速慢而不稳，使得靠近割嘴的熔融金属不能及时被吹散，从而割嘴四周阻力增大，割炬内混合气体难于流出，压力升高，将部分混合气体压进乙炔系统；割嘴被熔化金属或飞溅火星填塞，混合气体不够压力将杂物排出割嘴，导致混合气难于喷出而倒流进乙炔系统。

通过上述分析可知，一把具有良好安全性的割炬必须具备两个条件：1、混合气具有绝对优势的流速，而且该流速稳定，以保持混合气流动顺畅，从而消除回流现象；2、防止火焰进入混合气管。

公开号为102297428A的中国发明专利公开了一种射吸式焊割炬，其主要包括内设有气道的主体、与主体气道连通的混合管以及安置在主体中的调节阀，其特征在于，所述射吸式焊割炬还包括文丘里管，所述文丘里管一端与所述混合管密封连通，另一端与所述主体中的相应的气道导通相连通，从而使所述混合管通过所述文丘里管与上述主体中相应的气道导通。该割炬以普通的射吸式割炬为基础，在射吸管与混合管的连接处增设了文丘里管，利用文丘里的特点将此处预热氧压缩并提升至亚音速，预热氧进入混合管的同时将燃气吸走进行混合，由于预热氧的流速被提升至亚音速，使得混合气的流速较原来有了明显提升，对混合气的回流现象有一定的遏制，但是该割炬混合气形成的区域较大，在实际应用中，此处会造成混合气的停滞缓冲，使具有亚音速的初始混合气的速度下降，而且混合气还须经过直筒式的混合管才能到达割嘴，这样就使得混合气形成后在通过混合管时，气流与气流发生碰撞或者气流与混合管内壁发生碰撞，进一步降低了混合气的流速，因此该割炬的混合气流速非但不稳定还无绝对优势，仍然具有回火爆炸的可能性。

另外，公开号为2662082的中国实用新型专利还公开了一种等压式射吸汽油、燃气两用焊割炬，该割炬虽不受燃料的限制，而且无混合管，使得混合后的燃料能很快到达割嘴，但是混合燃料的流速受到了限制，无半点优势，加上混合区域也较大，在实际应用中，火焰还是很容易进入到混合区和燃气管。

由此可见，如何实现具备上述两个条件的割炬已成为困扰人们的一大难题。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种将混合气的流速提升至超音速从而消除混合气回流现象的射吸式割炬。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种射吸式防回火抗爆割炬，包括切割氧管、燃气管、预热氧管以及内部具有气道的割嘴接头和中部主体，在中部主体上安装有调节阀，在割嘴接头上安装有割嘴，切割氧管的两端分别与割嘴接头和中部主体上的相应气道连接，预热氧管的两端分别与割嘴接头和中部主体上的相应气道连接，燃气管的一端与中部主体上的相应气道连接，另一端固定安装在割嘴接头上，在预热氧管内位于割嘴接头的端部安装有喷嘴，喷嘴通道由两段锥形的通道连接而成，且喷嘴通道的直径两端大中间小，所述的预热氧管内的流体经过喷嘴通道进入割嘴接头，在喷嘴的外周面上开设有与喷嘴通道相通的气孔，所述的燃气管位于割嘴接头的端部具有连接管且燃气管通过连接管与所述的气孔连接。

喷嘴通道由两段锥形的通道连接而成，且喷嘴通道的直径两端大中间小，喷嘴通道的前半段为收缩段，即位于喷嘴通道进口端的一段，喷嘴通道的后半段为扩张段，即位于喷嘴通道出口端的一段，收缩段的直径从进口端至出口端由大变小，收缩到喷嘴通道的中部形成一个窄喉，窄喉之后就是扩张段，直径又由小变大。气流从前半段进入，穿过窄喉后由后半段逸出。这一架构可使气流的速度因通道截面积的变化而变化，当气流在一定压力推动下进入前半段，此处遵循“截面小处流速大，截面大处流速小”的原理，使气流不断加速，从亚音速到音速，直至加速至跨音速，当到达窄喉时，流速已经超过了音速，当跨音速的气流进入后半段时却不再遵循“截面小处流速大，截面大处流速小”的原理，而是恰恰相反，截面越大，流速越快。

通过在预热氧管内位于割嘴接头的端部设置喷嘴，并将喷嘴通道设置成由两段锥形的通道连接而成，一方面充分利用上述的特性，使喷嘴具有流速增大器的作用，在此作用下，预热氧管内的气流在经过喷嘴后被提升至超音速，另一方面使得高速的气流能第一时间进入割嘴接头，然后由割嘴喷出。

在喷嘴的外周面上开设有与喷嘴通道相通的气孔，所述的燃气管位于割嘴接头的端部具有连接管且燃气管通过连接管与所述的气孔连接，此设计结合上述的喷嘴具有流速增大器的作用，使该割矩具备超强的射吸能力，即预热氧管内的气流高速通过喷嘴通道时，使气孔和连接管处形成超强真空，燃气管内的气流在真空作用下，源源不断地向连接管和气孔处流动，直至进入喷嘴通道与预热氧管内的高速气流进行混合，此过程也使得喷嘴通道成为预热氧管内的气流和燃气管内的气流的混合区，混合后的气流到达超音速后就能进入割嘴接头，然后由割嘴喷出。

在上述的一种射吸式防回火抗爆割炬中，所述的喷嘴通道的内壁延轴向呈弧形，且延气流前进方向依次形成压缩段、膨胀段和稳定过渡段，所述的压缩段的进口端直径大于压缩段的出口端直径，所述的膨胀段的进、出口端直径与压缩段的出口端直径相同，膨胀段的中部直径略小于膨胀段的进、出口端直径，所述的稳定过渡段的进口端直径与膨胀段的出口端直径相同，稳定过渡段的出口端直径大于稳定过渡段的进口端直径且小于压缩段的进口端直径。

将喷嘴通道设置成压缩段、膨胀段和稳定过渡段，增速原理基本同上述的压缩段和扩张段式，压缩段即气流首先进入的部分，气流在压缩段不断加速形成当地音速，气流形成当地音速后进入膨胀段，膨胀段为两头宽中间窄，加上内壁呈弧形，气流在膨胀段中继续压缩加速，形成超音速，形成超音速的气流进入稳定过渡段，稳定过渡段的内壁由窄缓慢变大且呈弧形，因此进入稳定过渡段的超音速气流并没有得到彻底释放，而是在稳定过渡段内得到稳定过渡，最后由喷嘴射出均直射流。

在上述的一种射吸式防回火抗爆割炬中，所述的气孔与喷嘴通道的中部相通。此设计使得气流形成超音速的区域成为预热氧管内的气流和燃气管内的气流的混合区，即混合后的气流具备超音速。

在上述的一种射吸式防回火抗爆割炬中，所述的压缩段长度为3-5mm，所述的膨胀段长度为2-4mm，所述的稳定过渡段长度为2-4mm。

在上述的一种射吸式防回火抗爆割炬中，在喷嘴的外周面上具有第一环形凸起和第二环形凸起，第一环形凸起和第二环形凸起的外周面与预热氧管的内壁密封连接，且在第一环形凸起与第二环形凸起之间形成缓冲区，所述的连接管经缓冲区与所述的气孔相通。此设计使得燃气管内的气流可在缓冲区内形成聚集，这样，燃气管内的气流在缓冲区内的压力始终大于处于喷嘴通道处的压力，一方面结合上述超强的射吸能力，在喷嘴通道处形成稳定的，源源不断的混合气流，另一方面，当预热氧管内的气流停止流动或流速下降时，燃气管内的气流也不易从喷嘴通道回流至缓冲区。

在上述的一种射吸式防回火抗爆割炬中，所述的喷嘴位于缓冲区的外周面上开设有环形凹槽，在喷嘴的外周面上开设有两个对称分布的气孔且均位于所述环形凹槽内。此设计使得燃气管内的气流聚集到缓冲区后，顺势均匀分布到环形凹槽内，而且均匀进入两气孔到达喷嘴通道。

在上述的一种射吸式防回火抗爆割炬中，所述的连接管向中部主体倾斜设置。此设计使得连接管与燃气管在气流走势上形成折返，增大了气流的回流阻力，从而防止气流的回流。

在上述的一种射吸式防回火抗爆割炬中，所述的割嘴接头整体采用铜材料制成。此材料具有抗爆的特性。

与现有技术相比，本发明采用上述结构后，将混合气流的流速提升至超音速，并迅速稳定地进入割嘴接头到达割嘴，不仅有效防止混合气流回流，从而提高安全性，而且结构简单不增加整体重量，另外还具有抗爆的特点。

附图说明

图1是本发明局部剖视图。

图2是图1中I处放大图。

图3是本发明喷嘴通道的结构示意图。

图4是本发明喷嘴通道另一结构示意图。

图中，1、切割氧管；2、燃气管；3、预热氧管；4、割嘴；5、割嘴接头；6、中部主体；7、切割氧通道；8、混合气通道；9、切割氧气道；11、燃气气道；13、切割氧调节阀；14、喷嘴；141、第一环形凸起；142、第二环形凸起；143、缓冲区；144、环形凹槽；145、气孔；15、连接管；A、压缩段；B、膨胀段；C、稳定过渡段；D、扩张段。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一：如图1、图2和图3所示，一种射吸式防回火抗爆割炬主要包括切割氧管1、燃气管2、预热氧管3、割嘴4、割嘴接头5、中部主体6，割嘴4安装在割嘴接头5上，割嘴4和割嘴接头5内部均有切割氧通道7和混合气通道8，且相应连通，中部主体6内部具有切割氧气道9、预热氧气道（结构同切割氧气道9，为割炬后部氧气总管一分为二，图中未显示）和燃气气道11，且在中部主体6上安装有预热氧调节阀（结构与切割氧调节阀13相同，图中未显示）和切割氧调节阀13，切割氧管1的两端分别与割嘴接头5上的切割氧通道7和中部主体6上的切割氧气道9连接，预热氧管3的两端分别与割嘴接头5上的混合气通道8和中部主体6上的预热氧气道连接（预热氧管3与中部主体6上的预热氧气道连接同切割氧管1与中部主体6上的切割氧气道9连接结构，图中未显示），燃气管2的一端与中部主体6上的燃气气道11连接，另一端固定安装在割嘴接头5上。

在预热氧管3内位于割嘴接头5的端部安装有喷嘴14，喷嘴14通道由两段锥形的通道连接而成，且喷嘴14通道的直径两端大中间小，在喷嘴14的外周面上具有第一环形凸起141和第二环形凸起142，第一环形凸起141和第二环形凸起142的外周面与预热氧管3的内壁密封连接，在第一环形凸起141与第二环形凸起142之间形成缓冲区143，喷嘴14位于缓冲区143的外周面上开设有环形凹槽144，在喷嘴14的外周面上开设有两个对称分布的气孔145且均位于环形凹槽144内，两气孔145均与喷嘴14通道的中部相通，在燃气管2位于割嘴接头5的端部具有连接管15，连接管15向中部主体6倾斜设置并与缓冲区143相通。

喷嘴14具有流速增大器的作用。喷嘴14通道由两段锥形的通道连接而成，且喷嘴14通道的直径两端大中间小，喷嘴14通道的前半段为收缩段，即位于喷嘴14通道进口端的一段，长度为7mm，喷嘴14通道的后半段为扩张段D，即位于喷嘴14通道出口端的一段，长度为5mm,收缩段的直径从进口端至出口端由大变小，收缩到喷嘴14通道的中部形成一个窄喉，窄喉之后就是扩张段D，直径又由小变大。气流从前半段进入，穿过窄喉后由后半段逸出。这一架构可使气流的速度因通道截面积的变化而变化，当气流在一定压力推动下进入前半段，此处遵循“截面小处流速大，截面大处流速小”的原理，使气流不断加速，从亚音速到音速，直至加速至跨音速，当到达窄喉时，流速已经超过了音速，当跨音速的气流进入后半段时却不再遵循“截面小处流速大，截面大处流速小”的原理，而是恰恰相反，截面越大，流速越快。在此作用下，在经过喷嘴14后被提升至超音速，而且能第一时间进入割嘴接头5，然后由割嘴4喷出。

喷嘴14通过外周面的第一环形凸起141和第二环形凸起142与预热氧管3的内壁密封连接安装在预热氧管3内，一方面使喷嘴14得到有效的固定，而且使预热氧必须经过喷嘴14通道才能进入割嘴接头5，另一方面，第一环形凸起141和第二环形凸起142与预热氧管3的内壁以及喷嘴14的外周面形成可容纳燃气的缓冲区143。

打开切割氧调节阀13，切割氧从中部主体6内的切割氧气道9进入切割氧管1，再由切割氧管1进入割嘴接头5内部的切割氧通道7，最后由割嘴4喷出；打开预热氧调节阀，预热氧从中部主体6内的预热氧气道进入预热氧管3，在到达预热氧管3位于割嘴接头5的端部后，进入喷嘴14通道，预热氧通过喷嘴14通道被提升至超音速后，再进入割嘴接头5内部的混合气通道8，最后由割嘴4喷出；燃气从中部出体的燃气气道11进入燃气管2，再由连接管15到达缓冲区143，处于缓冲区143的燃气分别通过两个气孔145进入喷嘴14通道的中部，并与上述的具有超音速的预热氧进行混合后进入割嘴接头5内部的混合气通道8，最后由割嘴4喷出。

由此可见，喷嘴14通道的中部既是燃气与预热氧的混合区又是混合气的加速区，缓冲区143的作用则在于燃气的聚集，即气孔145与喷嘴14通道之间的燃气在很快被高速的预热氧带走后，处于缓冲区143的燃气能及时给予补充，避免出现断流现象，结合环形凹槽144和位于环形凹槽144内且对称分布的气孔145设置，使燃气能稳定有序地进入到喷嘴14通道与预热氧混合，而且混合气经过加速后直接进入割嘴接头5内部的混合气通道8，迅速由割嘴4喷出。

这样就能保证由割嘴4喷出的混合气始终稳定不断，而且流速保持在超音速，可有效消除回流现象，即便在特殊情况下发生回火，火焰也只能到达喷嘴14通道的中部后熄灭，因为一方面喷嘴14通道的中部较窄，火焰在狭小的空间得不到充分燃烧，另一方面，火焰接触不到位于缓冲区143内的燃气。

实施例二：如图4所示，整体结构与实施例一相同，不同的在于，喷嘴14通道的内壁延轴向呈弧形，且延气流前进方向依次形成压缩段A、膨胀段B和稳定过渡段C，压缩段A长度为4mm，压缩段A的进口端直径大于压缩段A的出口端直径，膨胀段B长度为3mm，膨胀段B的进、出口端直径与压缩段A的出口端直径相同，膨胀段B的中部直径略小于膨胀段B的进、出口端直径，稳定过渡段C长度为3mm，稳定过渡段C的进口端直径与膨胀段B的出口端直径相同，稳定过渡段C的出口端直径大于稳定过渡段C的进口端直径且小于压缩段A的进口端直径。

预热氧从预热氧管3进入喷嘴14通道的压缩段A，预热氧延着压缩段A的弧形内壁逐渐向通道中心聚集，并不断提速至当地音速，在预热氧出压缩段A到达膨胀段B中部这一过程中，预热氧顺着膨胀段B的弧形内壁依然在压缩提速，此时预热氧被提升至超音速，通过膨胀段B中部时对两侧气孔145至喷嘴14通道内的燃气进行吸合，并延喷嘴14通道中心线形成两股混合气流，两股混合气流分别延膨胀段B后半部的弧形内壁流向稳定过渡段C，两股混合气流进入稳定过渡段C后，依然延着稳定过渡段C相应的弧形内壁向前推进，并没有出现分散或者乱流，反而得到了有序的引导和释放，因此形成均直射流，相较于实施例一更为集中、稳定。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种射吸式防回火抗爆割炬，包括切割氧管、燃气管、预热氧管以及内部具有气道的割嘴接头和中部主体，在中部主体上安装有调节阀，在割嘴接头上安装有割嘴，切割氧管的两端分别与割嘴接头和中部主体上的相应气道连接，预热氧管的两端分别与割嘴接头和中部主体上的相应气道连接，燃气管的一端与中部主体上的相应气道连接，另一端固定安装在割嘴接头上，在预热氧管内位于割嘴接头的端部安装有喷嘴，喷嘴通道由两段锥形的通道连接而成，且喷嘴通道的直径两端大中间小，所述的预热氧管内的流体经过喷嘴通道进入割嘴接头，在喷嘴的外周面上开设有与喷嘴通道相通的气孔，所述的燃气管位于割嘴接头的端部具有连接管且燃气管通过连接管与所述的气孔连接。

2.根据权利要求1所述的一种射吸式防回火抗爆割炬，其特征在于，所述的喷嘴通道的内壁延轴向呈弧形，且延气流前进方向依次形成压缩段、膨胀段和稳定过渡段，所述的压缩段的进口端直径大于压缩段的出口端直径，所述的膨胀段的进、出口端直径与压缩段的出口端直径相同，膨胀段的中部直径略小于膨胀段的进、出口端直径，所述的稳定过渡段的进口端直径与膨胀段的出口端直径相同，稳定过渡段的出口端直径大于稳定过渡段的进口端直径且小于压缩段的进口端直径。

3.根据权利要求1或2所述的一种射吸式防回火抗爆割炬，其特征在于，所述的气孔与喷嘴通道的中部相通。

4.根据权利要求2所述的一种射吸式防回火抗爆割炬，其特征在于，所述的压缩段长度为3-5mm，所述的膨胀段长度为2-4mm，所述的稳定过渡段长度为2-4mm。

5.根据权利要求3所述的一种射吸式防回火抗爆割炬，其特征在于，在喷嘴的外周面上具有第一环形凸起和第二环形凸起，第一环形凸起和第二环形凸起的外周面与预热氧管的内壁密封连接，且在第一环形凸起与第二环形凸起之间形成缓冲区，所述的连接管经缓冲区与所述的气孔相通。

6.根据权利要求5所述的一种射吸式防回火抗爆割炬，其特征在于，所述的喷嘴位于缓冲区的外周面上开设有环形凹槽，在喷嘴的外周面上开设有两个对称分布的气孔且均位于所述环形凹槽内。

7.根据权利要求1或2或4或5或6所述的一种射吸式防回火抗爆割炬，其特征在于，所述的连接管向中部主体倾斜设置。

8.根据权利要求7所述的一种射吸式防回火抗爆割炬，其特征在于，所述的割嘴接头整体采用铜材料制成。

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