CN106714976A - 灰尘气体喷射阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及从工作范围移除由加工工具在正在加工的材料上的动作而产生的灰尘气体混合物。本灰尘气体阀旨在被安装在用于加工材料的装置中。该灰尘气体阀包括：壳体，适于容纳加工工具并进而连接到用于吸入所产生的灰尘气体混合物的系统；以及用于将灰尘气体混合物引导到壳体中的装置。根据本发明，所述装置包括：用于将压缩空气有方向地供应到工作范围的单元；以及灰尘气体混合物导流元件，具有安置在工作范围周围且为了灰尘气体混合物流而呈流线型的下表面。

Description

灰尘气体喷射阀
技术领域
本发明涉及从工作范围移除由加工工具在正在加工的材料上的动作而产生的灰尘和气体混合物。本发明特别适用于制造用于航空、铁路、造船、装甲运输和汽车工业的电加热玻璃中的导电母线的设置，并且还可以被用于需要从多种材料的工作范围移除灰尘或灰尘气体混合物的其它范围。
背景技术
已知多种吸气系统被用于工业生产的各种技术工艺，其中连接到灰尘气体混合物吸气系统的阀被安装在用于加工材料的装置中，从而覆盖装置的加工工具。
这种阀的一个示例是DE 3800050 A1中公开的技术方案，其中阀被制造为安装在切削工具的主轴上的罩的形状，并包括用于将压缩空气供应到工作范围的系统和用于将灰尘气体混合物引导到吸入系统的通道。但是，在这个装置中，将压缩空气供应到工作范围的系统仅用来生成防止灰尘气体混合物释放到工作范围外的气幕，因此不是喷射装置。
还已知灰尘气体阀被用于材料的激光加工中的多种设备。这种设备的一个示例是US 4,942,284中公开的灰尘气体阀。在这个设备中，壳体(被称为“喷射器”)被安装在激光喷管上且连接到用于吸入所产生的灰尘气体混合物的系统。壳体还包括一单元，该单元用于将压缩空气从工作范围的周边区域的侧面以与工作范围成锐角的形式而有方向地供应。压缩空气经过按圆形排列的多个开口被注入。而且，应该注意的是，压缩气体流的倾斜布局在喷射器的下周边下方生成真空，从而组织空气从外界朝向喷射器且在喷射器下方流动的循环。
但是，现有技术的装置都不能解决在它们的远端区域中加工材料的问题，即这些装置都不能排除灰尘气体混合物通过阀壳体与材料边缘外的空间之间。
发明内容
因此，本发明的主要目的是提供一种灰尘气体射出阀，其能够在操作中移除表面的边缘及中心的灰尘气体混合物。
另一目的是提供一种灰尘气体阀，在被安装在气动喷射的装置中时能够采用该装置的超音速射流(supersonic jet)作为需要吸入的射出加工产品的辅助装置。
上述目的通过根据本发明的灰尘气体阀来实现，该灰尘气体阀可安装在用于加工材料的装置中，该灰尘气体阀包括：
壳体，适于容纳加工工具并进而连接到用于吸入所产生的灰尘气体混合物的系统；以及
用于将灰尘气体混合物引导到壳体中的装置，包括：
一单元，用于将压缩空气从工作范围的周边区域的侧面有方向地供应到工作范围；以及
灰尘气体混合物导流元件，具有布置在工作范围周围且为了灰尘气体混合物流而呈流线型的下表面。
优选实施例提供了本发明的阀的以下附加区别特征。
灰尘气体混合物导流元件的下表面优选地具有翼型轮廓，其前点指向工作范围，而翼弦以预定角度指向工作范围。
灰尘气体混合物导流元件优选地与加工工具同轴，并且悬挂在弹簧上，由于灰尘气体混合物流与翼型轮廓的相互作用下而在其中产生的提升力，而具有自定位在距正在加工的表面一预定距离的能力。
在实施例中，灰尘气体混合物导流元件可以是机翼的形状，其中上表面和下表面均具有翼型轮廓。
灰尘气体混合物导流元件还可以安装有调节高度的能力。
灰尘气体阀还可以包括：管道部件(confuser，管道片)，其被布置在壳体内形成在壳体的下部的混合室上方。
灰尘气体混合物导流元件优选地为环形。
壳体优选地包括至少两个部件：主部件以及安装在主部件外侧的辅助部件，这些部件被设置为具有调节主部件的位置的能力。
用于将压缩空气从工作范围的周边区域的侧面有方向地供应到工作范围的单元可以包括：环形喷管或者多个周边喷管，它们形成在壳体的主部件与辅助部件之间。
环形喷管或多个周边区域优选地具有可变横截面。
壳体的辅助部件优选地包括外吸气夹套，通道优选地被限定在吸气夹套与主体之间，用于将压缩空气供应到管道部件的外表面与壳体的内表面之间限定的空间中。
管道部件优选地是Laval(拉瓦尔)喷管，并且可以被形成为固定在壳体的内侧且具有调节其位置的能力的单独部件，或者可以与灰尘气体混合物导流元件一体形成。
根据本发明的灰尘气体阀提供以下技术优势。
设置灰尘气体阀，其中不同射出流在加工材料的不同阶段中(表面的边缘或者表面的中心两处的操作中)可以交替地具有优先级、或者交替地作为主要的射出流。
设置灰尘气体阀，其确保射出流与具有流线型表面的元件的工作组合，并根据被喷射产品类型而安装在阀的特定地方。
设置灰尘气体阀，其用于气动喷射装置中，其中超音速射流在满足其基础加工指定(basic process designation)时同时为需要吸走的加工产品喷射。
根据本发明的气动阀被设计成操作为需要吸走由加工产生的灰尘气体混合物的系统的一部分。还可以被用在将细粉末气动喷射在各种材料的各种平面和曲面的过程中，特别是设置导电母线的过程中喷射在电加热玻璃的低辐射表面的过程中。阀提供了吸走没有粘附到表面的粉末的细灰尘云(其在技术过程中的分配可以高达所使用的粉末的总重量的70％)，从而提供了不使用特殊空间和吸入室就能在工业厂房中实施喷射过程的可能性。本发明还适用于使用从喷管排出的超音速流和亚音速流的所有过程中、用作喷射并包括吸走技术过程中产生的悬浮气态燃烧产品的过程中。例如，在切断并制造三重件(triplex)时通过激光束切削聚乙烯醇缩丁醛夹层膜的过程中，其中所聚集的激光束使膜材料蒸发，以及经与激光束同轴的Laval喷管供给的压缩空气不仅执行保护光学部件的功能并吹过切削通道，而且还参与用于吸入膜分解的气态产品的射出流。
本申请中使用的术语“射出”指的是“混合两种不同流体(蒸气和水、水和沙等)的过程，其中保持在压力下的一种流体作用于另一种流体，并夹带着另一种流体而将流体推向期望方向”(Dictionary of Foreign Words，M.，2008)。
射出的原理在于，以高速从喷管离开的注入气体的射流生成真空并携带被射出的气体远离周围空间。
而且，本说明书中使用的“流线型表面”的概念指的是具有流线型形状的表面，根据2010年出版的释义海军词典(Explanatory Naval Dictionary)，该表面是“固体物体的外表面的轮廓，其通过水、气体(空气)的入射流提供了物体的未失速包络(nonstallenveloping)。具有流线型形状的物体对物体的运动施加最小的阻力”。
根据词典，“翼型表面”是“飞机的表面(机翼、尾翼、舵等)，其与运动中的空气的相互作用产生提升装置并引导其飞行的力”。
本申请还使用“科恩达效应(Coanda effect)”的概念，根据墨西哥1998年出版的大百科词典(Great Encyclopedic Dictionary)，该效应表示水空气动力效应，引起包络固体物体的射流的分离和粘附的效应。
附图说明
在下文中，将通过结合附图描述特定实施例来更详细地说明本发明，在附图中：
图1是根据本发明的灰尘气体阀的示意图。
图2是用于气动喷射的装置的示意图，其中可以使用根据本发明的灰尘气体阀。
图3是示出自由悬挂在弹簧上的灰尘气体混合物导流元件的实施例的示意图。
图4-图6是示出在根据本发明的灰尘气体阀的操作中灰尘及灰尘气体混合物流的方向和相互作用的视图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的灰尘气体阀的一个实施例。灰尘气体阀优选地与加工工具、例如气动喷射系统的超音速气动喷管同轴地安装，该加工工具供应多种成分的细粉末的空气混合物。阀包括阀壳体1，在一个实施例中，该阀壳体1由两个部件组成：主(可移动)部件2以及静止部件4(外部吸气夹套)。
壳体1适于被附接到用于加工材料的装置，以此覆盖布置在壳体的内部通路内的该装置的加工工具(在这种情况中，图1将这个工具示出为气动喷射系统的可变横截面输出喷管)。这里，阀壳体可以连接到用于吸走加工所产生的灰尘气体混合物的吸走系统(下文中将说明该系统)。管道部件3可以被设置在壳体1中混合室9(例如，Laval喷管的形式)的端部，以增加吸气流从壳体的混合室9的进口处到吸走系统的管道的速度。
灰尘气体阀还包括用于将灰尘气体混合物引导到壳体1中的装置，其包括：将压缩空气从工作范围的周边区域的侧面有方向地供应到工作范围的单元；以及引导灰尘气体混合物流动的单元7，其具有布置在工作范围周围且为了灰尘气体混合物的流动而呈流线型的下表面。
将压缩空气有方向地供应到工作范围的单元包括可连接到压缩空气源的开口5，在一个示例中，压缩空气在5-6个大气压的压力作用下被供应到开口5中，并且该单元还包括以锐角引导到工作范围的可变横截面喷管8，压缩空气经过该喷管被引导到工作范围。可变横截面喷管8可以是设置在壳体1中的一环形喷管，或多个喷管，因而这些喷管绕周边均匀间隔开，从而具有从工作范围的周边区域供应压缩空气的能力。为了通过玻璃表面与阀壳体的下边缘之间的间隙10进入空气，从一个或多个喷管8供应的压缩空气射出。
灰尘气体混合物导流元件7还可以具有不同实施例，只要其确保将灰尘气体混合物从工作范围引导到壳体1，更具体地引导到壳体的混合室9。目前设备中实施的工程解决方案基于空气动力学和气体流出的物理原理，特别是伯努利定律和科恩达效应。例如，将这个元件的下表面设置为流线型形状不仅提供了对灰尘气体混合物流动的无障碍引导，而且由于科恩达效应还提供其对元件7的表面的偏离和粘附。此外，为了片材边缘外侧的周围空气，使得沿元件7的流线型表面引导的灰尘气体混合物流射出。因此，通过使用具有流线型下表面的元件7，通过两步射出方案来实现灰尘气体的移除。此外，当在片材的边缘(即喷管8不能确保引导灰尘气体混合物的位置)进行加工时，防止灰尘气体漏入周围空间。
在图1所示的实施例中，灰尘气体混合物导流元件7与管道部件3一体形成，管道部件3通过螺接被安装在壳体1的内部通路中。在外部吸气夹套4与壳体的主部件2之间可以形成一附加通道，以将压缩空气供应到管道部件的外锥面(背向工作范围)与壳体的主部件的内表面之间限定的空间中。
优选地，灰尘气体混合物导流元件7的流线型下表面具有翼形轮廓，翼形轮廓的前点指向工作范围，而其翼弦以一角度指向工作范围。选择将流线型下表面定位在处理表面上方的高度，使得来源于工作范围的灰尘气体混合物流可以在下表面周围流动，并由于科恩达效应而粘附到元件7的下表面。
在一个实施例中，灰尘气体混合物导流元件7可以优选地悬挂在弹簧24(见图3)上，由于与灰尘气体混合物流25的相互作用而出现对翼形轮廓的提升力，该弹簧具有自定位在与处理表面相距预定距离处的能力。在一个实施例中，元件7可以具有两个表面为翼形轮廓的环形机翼的形状。在这种情况中，轮廓的中心线相对于加工表面或相对于水平方向的倾斜角可以在大约6°到60°的范围内，例如20°，轮廓水平投影的长度可以是大约13.5mm，而灰尘气体阀的内部通路的直径是44mm。
图2示意性地示出用于气动喷射的装置的示例，该装置能够使导电母线12设置在低辐射玻璃11的表面上的期望位置，并优选假设使用所发明的灰尘气体阀。该装置包括喷射器13、两个进料装置14(A、B)，进料装置装有粉末15且经由安装有气动阀17、18的进料管16连接到喷射器13。喷射器13包括空气加热器19、Laval喷管20和出口可变横截面喷管21，优选地喷管21设置在加工表面上方10-18mm的高度处。替代性地，每个进料装置14借助T型接头(tee)22、经由管16连接到出口喷管21。
灰尘气体阀8被安装在出口喷管21上且位于工作范围上方，或者在这种情况中，在导电母线12设置到低辐射玻璃11的表面上的区域的上方，优选地在该表面上方1.0-1.5mm的高度处，并且连接到吸气系统的软管23。
应该注意的是，当根据本发明的灰尘气体阀被用于气动喷射装置中时，射出流是这样的喷射粉末的射流。而且，除了所执行的加工功能(喷射粉末、吹净切削通道)之外，沿阀的轴线出现的气体或颗粒气体流的音速(或超音速)射流继而射出，以从工作范围移除(吸走)没粘附的细粉末燃烧品进入与气动翼相互作用的中央吸走系统中，其中气动翼特别地相对于反射射流的散布角(R)定位。还设置为可以使翼的位置能够关于每个特定反射流来调节。
将以奥布宁斯克粉末喷射中心(Obninsk Powder Spraying Center)供应的“DIMET”气动喷射系统(Model 423)作为示例来描述灰尘气体阀的操作。
6个大气压力下的压缩空气通过开口5供应，且通过可变横截面喷管8而被引导到工作范围，并从此处进入混合室9。如上所述，为了流经玻璃表面与阀壳体的下边缘之间的间隙10的空气，压缩空气射出。
此外，选择射出的和被射出的空气的部分，以确保最大射出系数，并因此提供从工作范围吸入的高流速空气，且最大限度地降低有害物质的浓度。喷管8被设计有可变横截面。在这种情况中是“音速”，所以空气以小于声速的速度从其离开。喷管的截面的选择受到阀的尺寸受限的制约，并且为了射出及被射出的空气与灰尘气体混合物的更完整且有效混合，射出流的边界在阀内必须更“模糊”，这确保了与被射出流的更好的混合并增大了射出系数。
通过超音速喷管6(见图1)，被加热到300℃的细粉末的灰尘空气混合物被从喷管排出并碰撞玻璃的表面，而仅有大约30％的混合物被固定在表面上。处于散布颗粒的角度(R)的剩余灰尘气体混合物根据科恩达效应(图4)而在机翼7周围流动(“粘附到翼”)，并进入混合室9。此外，其对翼的附加压力由经喷管8出来的射出流和流经间隙10的被射出空气来提供，特别是在阀的截面部分(高达50％)位于玻璃的边缘上方时。翼的端部生成的高压区域为失去能量且正在玻璃表面附近移动(图4-6)的粉末提供“锁定效应”。
而且，在本发明中，射出喷管8提供了使灰尘气体混合物最有效远离玻璃边缘(当阀的100％截面被布置在加工表面的平面上方时)，当被射出空气的流速被限制时，以及由于经超音速喷管6的射出流与经间隙10被射出空气的已有截面比(图1、图6)使喷管6的超音速射流的射出能力不足时，因在“DIMET”系统的操作中，超音速喷管的下边缘与玻璃的表面之间的距离应该在10-15mm的范围内。同时，当阀部分在玻璃的边缘处时(当它没有被全部安置在表面上方时)，提供有效分离的主射出流是在超音速喷管的作用下反射的射流(图4、图5)，根据科恩达效应而在气动翼周围流动并另外通过大气压下推翼。
混合室9(图1)优选地被设计为，射出超音速喷管6的部分与其横截面的关系(射出系数a＝F1/F2)提供了被射出空气(气体、灰尘悬浮物等)的最大容积。管道部件3(图1)可以具有入口段和出口段的截面(Fin/Fout)，以此增加在吸气系统的软管23的入口处的吸入流的速度，从而确保经外部吸气夹套4的射出过程，外部吸气夹套4生成另一个辅助吸气回路。
本领域技术人员应该理解的是，基于所述发明，在本发明的上述实施例和其它实施例中可以作出很多更改和修改，这些更改和修改在所附权利要求书中限定的范围内。
因此，优选实施例的具体说明应该被认为是说明性的，而非限制性的。

Claims (14)

1.一种灰尘气体阀，能安装在用于加工材料的装置中，包括：
壳体，适于容纳加工工具，并被连接到用于吸入所产生的灰尘气体混合物的系统；以及
用于将所述灰尘气体混合物引导到所述壳体中的装置，包括：
用于将压缩空气从工作范围的周边区域的侧面有方向地供应到所述工作范围的单元；以及
灰尘气体混合物导流元件，具有布置在所述工作范围周围且为了灰尘气体混合物流而呈流线型的下表面。
2.根据权利要求1所述的阀，其中所述灰尘气体混合物导流元件的下表面具有翼型轮廓，所述翼型轮廓的前点指向所述所述工作范围，而所述翼型轮廓的翼弦以预定角度指向所述工作范围。
3.根据权利要求2所述的阀，其中所述灰尘气体混合物导流元件与所述加工工具同轴布置，并且悬置在弹簧上，由于所述灰尘气体混合物流与所述翼型轮廓的相互作用在其中产生的提升力，所述弹簧具有自定位在距正在加工的表面一预定距离的能力。
4.根据权利要求3所述的阀，其中所述灰尘气体混合物导流元件被制作为机翼的形状，其中上表面和下表面均具有翼型轮廓。
5.根据权利要求1所述的阀，其中所述灰尘气体混合物导流元件被安装为具有高度调节能力。
6.根据权利要求1或5所述的阀，还包括管道部件，其被布置在所述壳体内，位于形成在所述壳体的下部中的混合室的上方。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的阀，其中所述灰尘气体混合物导流元件为环形。
8.根据权利要求1所述的阀，其中所述壳体包括至少两个部件：主部件以及安装在所述主部件外侧的辅助部件，所述至少两个部件被设置为具有调节所述主部件的位置的能力。
9.根据权利要求8所述的阀，其中所述用于将压缩空气从工作范围的周边区域的侧面有方向地供应到所述工作范围的单元包括：形成在所述壳体的所述主部件与所述辅助部件之间的一环形喷管、或者多个周向喷管。
10.根据权利要求9所述的阀，其中所述环形喷管或所述多个周向喷管具有可变横截面。
11.根据权利要求8所述的阀，其中所述壳体的辅助部件包括外吸气夹套，并在所述吸气夹套与所述壳体的所述主体之间限定一通道，供压缩空气进入到在所述管道部件的外表面与所述壳体的内表面之间限定的空间中。
12.根据权利要求6所述的阀，其中所述管道部件是Laval喷管。
13.根据权利要求6所述的阀，其中所述管道部件被形成为在所述壳体的内侧固定的且具有位置调节能力的单独部件。
14.根据权利要求6所述的阀，其中所述管道部件与所述灰尘气体混合物导流元件一体形成。
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