CN103975198A - 改进的涡旋燃烧空气燃料焊炬 - Google Patents

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Abstract

焊炬(100)被提供有焊炬本体(103)、嘴孔口(107)结构以及管(101)。所述焊炬本体(103)具有上游腔(110)、混合腔(113)以及管连接部分(102)，所述混合腔(113)具有通过混合腔的侧壁的多个圆锥孔(104)来允许空气流进入混合腔。所述嘴孔口(107)结构被插入到上游腔(110)并且具有通过嘴孔口结构的中央的孔。所述孔具有第一直径并且将燃料引导到混合腔(113)。所述管连接部分(102)将所述燃料/空气混合物从所述混合腔(113)输送到所述管(101)来在所述管的出口处建立火焰。对于乙炔作为燃料而言，孔的所述第一直径与所述管(101)的所述内径(iD)的比例在5％至7％的范围内，或者对于丙烷或丙烯作为燃料而言，所述比例在2％至3％的范围内。

Description

改进的涡旋燃烧空气燃料焊炬
背景技术
与本发明权利要求1和6相符的设备、系统和方法涉及焊炬，并且更特别地涉及改进的涡旋燃烧空气燃料焊炬。
气体焊炬被用来将空气与燃烧性燃料混合。焊炬意图将空气与燃料混合来创建合适的混合物比例，以提供加热或切割火焰，所述加热或切割火焰于是被用来加热或切断材料(例如金属)。然而，由于各种因素，例如不同的燃料类型和密度、流率等，提供优化燃料/空气混合物的焊炬来提供稳定的且最佳的火焰可能是困难的。
简要发明内容
在这种背景下，本发明的目的是克服前面提及的问题。根据本申请的问题由根据权利要求1和6所述的焊炬来解决。本发明进一步的实施方案是从属权利要求的主题。在本发明的示例性实施方案是一种焊炬，所述焊炬具有焊炬本体，所述焊炬本体具有上游腔、混合腔和在所述混合腔下游的管连接部分。所述混合腔具有通过所述混合腔的侧壁的多个圆锥孔来允许空气流进入所述混合腔，并且所述管连接部分具有孔来接收来自所述混合腔的流并且将所述流引导到所述管连接部分的出口。嘴孔口结构被插入到所述上游腔，并且所述嘴孔口结构具有通过所述嘴孔口的中央的孔。所述孔具有第一直径并且所述孔将燃料引导到所述混合腔。管被耦合到所述管连接部分，所述管接收来自所述管连接部分的所述流并且具有内径。所述管将所述流递送到火焰，并且对于乙炔焊炬而言，所述第一直径与所述管的所述内径的比例在5％至7％的范围内，而对于丙烷和丙烯焊炬而言，所述比例在2％至3％的范围内。
附图简要说明
参照附图，通过具体描述本发明的示例性实施方案，本发明的上述和/或其他方面将更加明显，在附图中：
图1A图示说明根据本发明的示例性实施方案的焊炬的图解表征；
图1B图示说明根据本发明的示例性实施方案的嘴孔口的视图的图解表征；以及
图2图示说明根据本发明的示例性实施方案的焊炬本体的图解表征。
具体实施方式
下面参考附图来描述本发明的示例性实施方案。所描述的示例性实施方案旨在帮助理解本发明，并非旨在以任何方式限制本发明的范围。类似的标号在整个附图中表示类似的要素。
图1A/1B是根据本发明的示例性实施方案的焊炬100的图解表征。焊炬100由许多部件构成，主要包括嘴管101、焊炬本体103、嘴孔口107以及涡旋嘴插入件112。这些部件中的每个将被依次讨论。
嘴孔口107是要被插入到焊炬本体103中的腔110中的黄铜插入件。孔口107由例如黄铜的金属材料制成。嘴孔口107还可以具有螺纹段108，所述螺纹段108允许孔口107被牢固地插入到本体103中。入口孔109通过嘴孔口107的中心线而被提供。孔109具有沿其长度的恒定的直径和圆柱形形状。基于针对焊炬100的应用，所述孔可以具有不同的直径。即，对于一些操作而言需要较小的孔109，而对于其他操作而言需要较大的孔109。所述孔应当被制作得尽可能平滑，从而确保平稳的气体流过孔109。在示例性实施方案中，所述孔可以具有0.007至0.04英寸范围内的直径。
本体103还可以由黄铜制成并且具有腔110，所述腔110允许嘴孔口107的适当就位(seating)。这种就位应该是这样的，即没有气体可以从所述连接处溢出。O形环可以被用来确保提供充分的密封。沿着本体103的中心线的是孔114，所述孔114允许来自嘴孔口107的气体流穿过本体103到本体103中的内腔113并且进入管101。孔114包括由腔113隔开的上游部分114A和下游部分114B。在本发明的示例性实施方案中，上游部分114A具有第一直径，并且下游部分114B具有第二直径，所述第二直径大于所述第一直径。在示例性实施方案中，上游部分114A具有与所述嘴孔口中的孔109的直径相同的直径。在进一步的示例性实施方案中，上游部分114A具有比孔109的直径略大的直径。然而，直径差不应太大以至于不利地影响从孔109进入腔113的气体流。
在使用乙炔燃料的本发明的示例性实施方案中，孔109具有在0.01至0.04英寸范围内的恒定的直径。在使用丙烷或者丙烯的本发明的示例性实施方案中，孔109具有0.007至0.02英寸范围内的恒定的直径。
在另一示例性实施方案中，腔113被这样定尺寸，即嘴孔口107的孔109直接将所述燃料递送到腔113，即在所述腔113中没有孔114的上游部分114A。更确切地说，腔110和113被这样定尺寸，即嘴孔口107的下游嘴直接接触腔113。
本体103具有第一连接件端106，所述第一连接端106连接到气体供应线路(未示出)，所述气体供应线路典型地被连接到气体供应源(未示出)。第一连接件106可以具有任何已知种类的连接件来允许本体103适当地被固定到气体供应线路。在本发明的示例性实施方案中，连接件106是“快接型”连接端，所述连接件106允许所述本体的快速松开和连接。这样的连接件使用可滑动的套环和压力配件(fitting)，以至于当端106被插入到所述供应线路时提供气密密封来防止气体流过接合处。这样的连接类型是公知的，并且不需要在本文中详细描述。在本体103的二个或更多个侧上是至少四个圆锥形成形的孔104，所有所述孔104从本体103的外表面延伸到内腔113。在所述实施方案中有四个孔104，所述四个孔104每个被安置为在径向上彼此间90度。内腔113将孔114的上游部分和下游部分114A/114B与本体103的二个或更多个侧上的以圆锥形方式成形的孔104耦合。
图2描绘根据本发明的示例性实施方案的本体103的剖视图。在所示的实施方案中没有孔114的上游部分114A(如上所讨论的)，但是腔110被直接耦合到腔113。同样在此实施方案中示出的是位于管连接部分102的出口处的扩张区域116。扩张区域116允许混合物随着扩张区域接近管101而逐步地扩张，从而从本体103至管101的过渡对所述流不构成明显的破坏，如涡流或类似物。扩张区域116通过使下游部分分114B的内表面成角度形成，从而创建圆锥出口。在本发明的示例性实施方案中，圆锥段的角度A在3至30°的范围内。已被发现的是，在规定范围内的角度在从本体103过渡到管101方面提供最佳性能。
在焊炬100的使用期间，燃料气体从源通过软管被提供至本体103。所述气体于是流过嘴孔口107中的孔109进入本体103的孔114的上游部分114A。接着随着所述气体朝孔114的下游部分114B流进腔113，气体在圆锥孔104处创建文丘里效应，使得大气被抽入通过圆锥孔并且进入腔113。因此，燃料和大气的混合物在腔113中被创建。这种混合物接着穿过孔114的下游部分114B并且进入管101。本体103具有管连接部分102，所述管连接部分102允许本体103和管101之间的连接。这种连接可以任何数量的方式构成，包括摩擦配合、螺纹连接等。然而，所述连接还应当是气封的，以至于燃料和大气的混合物不从连接处溢出。下游部分114B应当具有足够的直径来递送大气和燃料的混合体积而不限制混合物的流动。在所述本体中的所有所述孔和腔将尽可能平滑，从而为燃料和大气流提供平滑的表面。
管101可以由不锈钢材料制成，也可以由能够承受高温的其他金属制成。管101具有内径ID，所述内径ID针对合适的操作而被选择。即，较高的混合物流率将要求较大的直径ID。内径ID沿管101的长度将是恒定的，并且应当是平滑的表面来提供最佳的流动。直径ID可以在0.2至0.7英寸的范围内。
如图1A中示出的，管101可以被弯曲。然而，本发明的实施方案不限于此，并且还可以具有直的构造。到管101被弯曲到一定程度，所述弯曲应当不会如此剧烈以至于不利地影响通过管101的所述混合物的流动或明显地影响管101的直径ID。在管101内、端115附近提供涡旋插入件112。涡旋插入件112可以由黄铜、不锈钢或类似的材料制成，并且在其中具有一系列螺旋状的通道或凹槽(未示出)，所述一系列螺旋状的通道或凹槽在混合物离开嘴115之前使气体和大气的混合物打旋。在本发明的示例性实施方案中，通道/凹槽的数量可以在3至5个的范围内。所述通道/凹槽应当这样被定尺寸，即它们不会导致通过管101的混合物的流动的任何可观的阻塞。另外，所述凹槽的螺旋状样式应当是这样的，即，燃料和大气被充分混合来在所述混合物离开嘴115之后实现最佳燃烧。插入件112可以具有外径，所述外径允许插入件被压配合或摩擦配合到管101中。用来固定插入件112的其他装置也可以被采用。
出乎意料的是，已被发现的是，嘴孔口107中的孔109的直径与管101的内径ID的比例对焊炬100的最佳操作而言是重要的。这个比例在先前并未被理解或明白。另外，已被发现的是，这个比例取决于操作所采用的燃料种类。例如，这个比例取决于所使用的燃料是否是乙炔或丙烷和丙烯。这将在下文被更充分的说明。
在本发明的示例性实施方案中，已被发现的是，如果焊炬100要与乙炔燃料一起被使用，孔109直径与所述管的所述内径的比例应当在5％至7％的范围内。在要与乙炔一起使用的进一步的实施方案中，已被发现的是，所述比例应当在5.4％至6.6％的范围内。然而，对于要与丙烷或丙烯燃料一起使用的焊炬而言，示例性实施方案将具有2％至3％范围内的比例。在使用丙烷或丙烯的进一步的实施方案中，所述比例在2.5％至3％的范围内。已被发现的是，对于合适的燃料而言，这些比例提供出人意料地改进了的性能。同样已被发现的是，如上所表明的，所述比例取决于要被使用的燃料的类型。
例如，如果示例性焊炬100被用来与乙炔燃料一起使用并且管101的内径ID是1/4’’，在所述嘴孔口中的孔109的直径应当在0.0125’’至0.0175’’(5％至7％)的范围内。然而，如果所述示例性焊炬要与丙烷或丙烯一起使用，孔109的直径将在0.005’’至0.0075’’(2％至3％)的范围内。对于所述焊炬而言，通过保持这些各自的比例，最佳性能可以被实现。
使用这些比例，与乙炔一起使用的焊炬100的示例性实施方案可以提供在14PSI的燃料压力的在2至30SCFH(标准立方英尺每小时)范围内的总的混合物流率，同时仍提供最佳的火焰。类似地，在与丙烷或丙烯一起使用的示例性实施方案中，可以被实现为在28PSI的燃料压力的2至12SCFH的范围内的流率，而仍提供最佳的火焰。当然，可以理解的是，通过使用较大直径的管101和孔109，较大的流率被实现。上面讨论的比例允许最佳的流动并且允许将大气(例如，空气)与所述燃料混合来实现最佳的火焰。
尽管已经参照本发明的示例性实施方案特别地示出和描述了本发明，但是本发明并不限于这些实施方案。本领域技术人员将理解，可以在其中进行形式和细节上的各种改变，而不偏离如所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。
参考标号
100 焊炬
101 管
102 管连接部分
103 焊炬本体
104 孔
106 连接件
107 嘴孔口
108 螺纹段
109 孔
110 腔
112 涡旋嘴插入件
113 内腔
114 孔
114A 上游部分
114B 下游部分
115 端
116 扩张区域
A 角度
iD 内径

Claims (15)

1.一种焊炬(100)，所述焊炬(100)包括：
焊炬本体(103)，所述焊炬本体(103)具有上游腔、混合腔以及在所述混合腔下游的管连接部分(102)，其中所述混合腔具有通过所述混合腔的侧壁的多个圆锥孔(104)来允许空气流进入所述混合腔，并且所述管连接部分(102)具有孔来从所述混合腔接收流并且将所述流引导到所述管连接部分(102)的出口；
嘴孔口(107)结构，所述嘴孔口(107)结构被插入到所述上游腔，所述嘴孔口结构具有通过所述嘴孔口结构的中央的孔，所述孔具有第一直径并且其中所述孔将燃料引导到所述混合腔；以及
管(101)，所述管(101)被耦合到所述管连接部分(102)，所述管(101)从所述管连接部分(102)接收所述流并且具有内径(iD)，其中所述管(101)将所述流递送到在所述管的出口处的火焰；其中所述第一直径与所述管(101)的所述内径(iD)的比例在5％至7％的范围内，并且
其中所述燃料是乙炔。
2.如权利要求1所述的焊炬(100)，其中所述比例在5.4％至6.6％的范围内。
3.如权利要求1或2所述的焊炬(100)，其中所述第一直径在0.01至0.04英寸的范围内。
4.如权利要求1至3中的任一项所述的焊炬(100)，其中所述第一直径在0.01至0.04英寸的范围内并且所述管的所述内径(iD)在0.2至0.7英寸的范围内。
5.如权利要求1至4中的任一项所述的焊炬，其中所述焊炬(106)可以提供在14磅每平方英寸的乙炔燃料压力的2至30标准立方英尺每小时的流率。
6.一种焊炬(100)，所述焊炬(100)包括：
焊炬本体(103)，所述焊炬本体(103)具有上游腔、混合腔以及在所述混合腔下游的管连接部分(102)，其中所述混合腔具有通过所述混合腔的侧壁的多个圆锥孔(104)来允许空气流在此期间进入所述混合腔，并且所述管连接部分(102)具有孔来从所述混合腔接收流并且将所述流引导到所述管连接部分(102)的出口；
嘴孔口(107)结构，所述嘴孔口(107)结构被插入到所述上游腔，所述嘴孔口结构(107)具有通过所述嘴孔口结构的中央的孔，所述孔具有第一直径并且其中所述孔将燃料引导到所述混合腔；以及
管(101)，所述管(101)被耦接到所述管连接部分(102)，所述管(101)从所述管连接部分(102)接收所述流并且具有内径(iD)，其中所述管将所述流递送到在所述管的出口处的火焰；
其中所述第一直径与所述管的所述内径(iD)的比例在2％至3％的范围内，并且
其中所述燃料是丙烷或丙烯。
7.如权利要求3至6中的任一项所述的焊炬(100)，其中所述比例在2.5％至3％的范围内。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的焊炬(100)，其中所述管连接部分(102)中的所述孔在所述管连接部分(102)中的所述孔的下游部分(114B)中具有扩张腔。
9.如权利要求1至8中的任一项所述的焊炬(100)，其中所述扩张腔包括成角度的表面，所述成角度的表面具有在3至30度范围内的角度(A)。
10.如权利要求1至9中的任一项所述的焊炬(100)，还包括涡旋插入件(112)，所述涡旋插入件(112)被安置于邻近所述火焰的所述管中。
11.如权利要求1至10中的任一项所述的焊炬(100)，其中所述内径(iD)在0.2至0.7英寸的范围内。
12.如权利要求6至11中的任一项所述的焊炬(100)，其中所述第一直径在0.007至0.02英寸的范围内。
13.如权利要求6至12中的任一项所述的焊炬(100)，其中所述第一直径在0.007至0.02英寸的范围内，并且所述管的所述内径(iD)在0.2至0.7英寸的范围内。
14.如权利要求1至13中的任一项所述的焊炬(100)，其中所述多个圆锥孔(104)的数量在3至5个的范围内。
15.如权利要求6至14中的任一项所述的焊炬(100)，其中所述焊炬(100)可以提供在28磅每平方英寸的乙炔燃料压力的2至12标准立方英尺每小时的流率。
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