KR20150091464A - 절단 노즐 및 상기 절단 노즐을 가진 절단 토치 - Google Patents

Abstract

적어도 하나의 가열산소 관(2), 적어도 하나의 가열가스 관(3), 수렴부(6)와 분기부(7)가 형성되어 있는 드 라발 노즐(5)을 가진 절단산소 관(4)과 노즐 헤드(8)를 포함하고 노즐 헤드(8)가 가열산소 관(2), 가열가스 관(3)과 절단산소 관(4)의 드 라발 노즐(5)과 연통되어 있는 방출부(9)를 가진 절단 토치 및 절단 노즐(1)이 개시되어 있다. 안정하면서 효율이 개선된 후혼합형 절단 노즐(1)을 제공하기 위해서 노즐 헤드(8)의 방출부(9)에 연통되어 있는 드 라발 노즐(5)을 평행 분사 노즐로서 구성하는 것이 제시되어 있다.

Description

절단 노즐 및 상기 절단 노즐을 가진 절단 토치{CUTTING NOZZLE AND CUTTING TORCH HAVING SAID CUTTING NOZZLE}

본 발명은 적어도 하나의 가열산소 관, 적어도 하나의 가열가스 관, 수렴부와 분기부가 형성되어 있는 드 라발 노즐(de Laval nozzle)을 가진 절단산소 관과 노즐 헤드를 포함하고 상기 노즐 헤드가 가열산소 관, 가열가스 관과 절단산소 관의 드 라발 노즐과 연통되어 있는 방출부를 가진 절단 토치 및 절단 노즐에 관한 것이다.

절단 노즐의 절단 성능과 절단 품질을 높이기 위해 절단산소 관의 드 라발 노즐을 평행 분사 노즐로서 제공하는 가스 혼합("선혼합형(premixing)") 절단 노즐이 공지되어 있다(DE680158A). 그러나 가스 혼합 절단 노즐은 노즐 헤드의 온도가 높아지는 단점이 있어 이러한 노즐에 요구되는 안정성을 확보하기 위해서는 상당한 구성 비용이 필요하다.

단부 쪽에 원통형 방출부를 형성하는 슬리브("덮개")가 절단 노즐의 노즐 헤드에 마련되어 있는 후혼합형("postmixing") 절단 노즐이 공지되어 있다(US5700421B, WO2011/042044A1, WO2011/103923A1). 상기 방출부에는 가열산소 관, 가열가스 관과 절단산소 관이 연통되어 있고, 상기 방출부의 바닥에서는 가열가스와 가열산소의 혼합이 증가하고 농축될 수 있다. 이에 따라, 가스 혼합("선혼합형") 절단 노즐에서와 마찬가지로 절단 노즐의 절단 품질과 절단 속도가 향상될 수 있다. 드 라발 노즐을 통해 절단산소 관에도 연통되는 노즐 헤드의 이러한 방출부는 절단산소 분사 또는 가열가스와 가열산소의 혼합을 방해하는 단점이 있어 절단 속도를 감소시킬 수 있다.

따라서 본 발명의 과제는 상술한 형태의 후혼합형 절단 노즐을 구조는 단순하지만 높은 절단 품질과 절단 속도를 달성할 수 있도록 개선하는 데 있다.

본 발명의 상기 과제는 노즐 헤드의 방출부에 연통되어 있는 드 라발 노즐을 평행 분사 노즐로서 구성함으로써 해결된다.

상기 노즐 헤드의 방출부에 연통되어 있는 드 라발 노즐을 평행 분사 노즐로서 구성하면, 예를 들면 가스 혼합 절단 노즐에 공지되어 있는 바와 같이(DE680158A) 절단 노즐이 과열되는 것을 고려할 필요 없이 절단 노즐의 절단 품질과 절단 속도를 크게 높일 수 있다. 즉, 상기 노즐 헤드의 방출부에 실질적으로 평행하게 유입되는 절단산소 분사물은 노즐 헤드 쪽에서 가열가스와 가열산소의 혼합을 개선하는데 기여하는바, 이는 방출부 영역에서 압축 충격의 위험을 감소시킬 수 있기 때문인 것으로 밝혀졌다. 이에 따라, 가열가스와 가열산소의 농축을 위해 노즐 헤드의 단부 쪽에 있는 방출부의 공지된 장점을 이용할 수 있고 이들의 혼합을 개선하는데, 이는 절단 품질과 절단 속도에 긍정적으로 작용할 수 있다. 또한 방출부 영역에서 절단산소 분사물과 가열가스, 가열산소 또는 이들 반응가스의 혼합물은 비교적 적게 유지할 수 있음을 알 수 있다. 이는 절단산소 분사물의 분사 경계가 세분화되어 압력 손실을 방지할 수 있을 뿐 아니라 동시에 높은 반응속도를 위한 절단산소 분사물의 순도를 유지하게 할 수 있다. 이는 절단 노즐의 절단 품질과 절단 속도를 더욱 향상하는데 기여함으로써 공지의 후혼합형 절단 노즐에 비해 더 높은 효율로 나타날 수 있다. 이에 따라, 후혼합형 절단 노즐에 공지되어 있는 드 라발 노즐에 대한 본 발명의 변형 형태는 비교적 단순한 구성 형태를 유지할 수 있음을 알 수 있다. 따라서 이러한 안출을 통해 구조적으로 단순하고 안정하면서 효율이 개선된 후혼합형 절단 노즐을 얻을 수 있다.

상기 절단산소 분사와 가열가스, 가열산소 또는 이들 반응가스의 혼합은 방출부를 원통형으로 구성할 때 더욱 감소할 수 있다. 또한 이러한 방출부는 비교적 적은 구성 비용으로 예를 들면 천공에 의해 노즐 헤드에 형성함으로써 비교적 경제적으로 절단 노즐을 제작할 수 있다.

상기 절단 노즐이 가열산소 관, 가열가스 관과 절단산소 관이 제공되어 있는 노즐 몸체를 포함하고 상기 노즐 몸체에 노즐 헤드를 연결함으로써 구조적으로 단순화될 수 있다. 상기 노즐 몸체는 일체형으로 구성하는 것이 상기 관들을 안내하는데 있어 안정성을 크게 높일 수 있어 바람직하다.

상기 노즐 몸체에 끼워진 노즐 헤드가 절단 노즐을 절단 토치의 다른 부분과 연결할 수 있는 수나사를 가짐으로써 절단 토치를 용이하게 제작할 수 있다. 이는 상기 노즐 헤드와 노즐 몸체 사이의 중첩되는 부분이 노즐 몸체의 턱에 의해 한정될 때 특히 유리하다. 이러한 방법으로 상기 절단 토치의 노즐 헤드와 노즐 몸체를 안정하게 유지할 수 있는 물리적 결합부 또는 파지부를 형성할 수 있다. 또한 이를 통해 상기 절단 토치의 절단 노즐을 매우 쉽게 교체할 수 있다.

상기 노즐 몸체를 노즐 헤드와 일체형으로 구성함으로써 작동시 응력에 대해 특히 안정적인 절단 노즐을 제공할 수 있다.

상기 노즐 헤드를 슬리브로 구성하면, 절단 노즐의 제작을 위한 구성 요건을 더욱 단순화할 수 있다.

평행 분사를 구현하기 위한 구성 형태는 드 라발 노즐의 수렴부 및/또는 분기부의 종단면 형상이 곡선형일 때 단순화될 수 있다.

곡선형 수렴부가 전환부를 통해 드 라발 노즐의 곡선형 분기부에 연결되면, 구조적으로 단순하게 구성된 평행 분사 노즐이 얻어질 수 있다.

노즐 헤드의 개방 공간에서 가열산소와 가열가스의 혼합을 개선하기 위해서 다수 개의 가열산소 관과 가열가스 관을 제공하되 드 라발 노즐이 중앙에 배치되고 가열산소 관과 가열가스 관이 드 라발 노즐을 중심으로 동심원 형태로 배치된 개구부를 방출부에 연통시킨다.

특히 바깥쪽에 위치되어 있는 가열산소 관의 개구부의 직경이 교호적으로 서로 다를 때 절단 품질은 더욱 개선되고 절단 속도가 증가될 수 있다.

상기 가열가스 관의 개구부가 가열산소 관의 개구부에 대해 소정 간격으로 배치되면, 가열가스와 가열산소의 혼합을 더욱 개선할 수 있어 절단 노즐의 효율과 이용 가능성에 대해 긍정적으로 작용한다.

본 발명은 본 발명에 따른 후혼합형 절단 노즐을 절단 토치용으로 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 절단 토치가 절단 노즐에 연결되어 가열산소 공급관을 절단 노즐의 가열산소 관과 연결하고 가열가스 공급관을 절단 노즐의 가열가스 관과 연결하며 산소 공급관을 절단 노즐의 절단산소 관과 연결하는 연결부를 포함하면, 절단 토치의 연결관으로부터 절단 노즐의 관들까지 밀봉성이 있는 안정한 이음부가 제공될 수 있다.

상기 연결부가 슬리브의 수나사와 맞물려 연결부에서 절단 노즐을 교체 가능하게 체결하는 암나사를 가질 때 절단 노즐의 교체가 용이해질 수 있다.

이하, 도면에서 실시예를 참조하여 본 발명의 요지를 예시하기로 한다. 도면에서,
도 1은 절단 노즐의 정면도이고,
도 2는 도 1의 II-II선에 따른 단면도이고,
도 3은 도 1의 III-III선에 따른 단면도이고,
도 4는 도 1 내지 3에 따른 절단 노즐을 포함하고 있는 절단 토치의 부분 단면도이다.

도면에 예시되어 있는 절단 노즐(1)은 가열산소 관(2), 가열가스 관(3)과 절단산소 관(4)을 포함하고 있다. 도 2와 3에 따른 단면도에서 알 수 있는 바와 같이, 절단산소 관(4)은 수렴부(6)와 분기부(7)가 형성되어 있는 드 라발 노즐(5)에 이어져 있다.

통상적으로 드 라발 노즐(5)의 수렴부(6)와 분기부(7) 이외에도 도면에 자세히 도시되어 있지 않은 부분, 예를 들면 부분(6 또는 7) 사이에 원통형 병목부 및/또는 분기부(7)에 연결되는 원통형 연장부 등을 더 형성하는 것도 생각할 수 있다.

절단산소 관(4) 및 다른 관들(2, 3)은 절단 노즐(1)의 노즐 헤드(8)의 원통형 방출부(9)에 연통되어 있다. 방출부(9)에서는 가열산소 관(2)과 가열가스 관(3)으로부터 안내되는 가스가 적어도 약간 혼합된다. 상기 영역에서 또한 일어나는 절단산소 분사(10)에 의해 이루어지는 혼합의 단점을 줄이기 위해서, 본 발명에서는 절단산소 관(4)의 드 라발 노즐을 평행 분사 노즐로서 구성한다. 따라서 압축 충격에 의한 방해가 적어도 방출부(9)의 영역에서 방지된다. 뿐만 아니라, 실질적으로 평행한 절단산소 분사(10)에 의해 가열산소와 가열가스를 위한 혼합 영역이 방출부(9)의 개방 단부(11)를 향해 바깥쪽으로 좁아지는 것을 방지할 수 있다. 게다가 종래기술(US5700421B, WO2011/042044A1 및 WO2011/103923A1)에서와 같이 절단산소 분사(10)가 원뿔 형태로 넓어지는 것에 의해 불가피한 가열산소 관(2)과 가열가스 관(3)의 가스가 농축되는 것이 방해되지 않는다.

도 2로부터 드 라발 노즐(5)의 수렴부(6)와 분기부(7) 각각의 종단면 형상은 곡선형인 것을 알 수 있다. 2개의 부분(6, 7)은 전환부(12)를 통해 서로 연결되어 있다.

드 라발 노즐(5)은 가열산소 관(2)과 가열가스 관(3)에 대해 중앙에 배치되어 있다. 개구부(13, 14, 15)는 드 라발 노즐(5)을 중심으로 동심원 형태로 방출부(9)에 연통 배치되어 있다.

드 라발 노즐(5)과 가열가스 관(3)의 개구부(13)에 대해 바깥쪽에 위치해 있는 가열산소 관(2)의 개구부(14, 15)는 직경에 있어 교호적이다. 이에 따라, 가열산소가 방출부(9)에 유리하게 도입된다.

가열가스 관(3)의 개구부(13)가 가열산소 관(2)의 개구부(14, 15)에 대해 소정 간격으로 배치되어 있기 때문에 유리한 유동비와 혼합비가 얻어진다.

도 2와 3에서 알 수 있는 바와 같이, 절단 노즐(1)은 일체형 노즐 몸체(16)와 노즐 헤드(8)로 구성되어 있다. 노즐 헤드(8)는 노즐 몸체(16)에 대해 유극(18)을 가지며 턱(19)에 의해 끼움 방향으로 한정되며 노즐 몸체(16)에 끼워지는 슬리브(17)로서 구성되어 있어 노즐 헤드(8)로부터 슬리브(17)를 용이하게 교체할 수 있다. 노즐 몸체(16)와 슬리브(17) 사이에는 압입부를 형성하는 것도 생각할 수 있다. 또한 도면에는 도시되어 있지 않지만, 노즐 몸체(16)는 노즐 헤드(8)와 일체로 제공될 수 있다. 노즐 몸체(16)에는 가열산소 관(2), 가열가스 관(3)과 절단산소 관(4)이 예를 들면 천공을 통해 제공되거나 형성될 수 있다. 따라서 노즐 몸체(16)는 노즐 헤드(8) 방향으로 관들(2, 3, 4)을 안정적으로 안내한다. 그 결과, 구조적으로 단순한 후혼합형 절단 노즐(1)이 제공된다.

본 발명에 따른 절단 노즐(1)을 사용하면 도 4에서 부분적으로 도시되어 있는 안정한 절단 토치(20)가 얻어진다. 절단 노즐(1)에 연결되고 가열산소 공급관(22), 가열가스 공급관(23), 절단산소 공급관(24)을 안내하는 연결부(21)가 절단 토치(20)에 도시되어 있다. 연결부(21)는 가열산소 공급관(22)과 절단 노즐(1)의 가열산소 관(2) 사이, 가열가스 공급관(23)과 절단 노즐(1)의 가열가스 관(3) 사이 및 절단산소 공급관(24)과 절단 노즐(1)의 절단산소 관(4) 사이를 연결한다.

또한 연결부(21)는 절단 토치(20)에 절단 노즐(1)을 고정하기 위해 사용된다. 이를 위해, 연결부(21)는 슬리브(17)의 수나사(26)와 함께 동작하는 암나사(25)를 갖고 있다. 이에 따라, 슬리브(17)는 나사에 의해 연결부(21)에 조여지고, 그 결과 노즐 몸체(16)가 연결부(21)에 압착되거나 슬리브(17)와 연결부(21) 사이에 협지된다.

이러한 목적을 위해, 연결부(21)는 바람직하게는 연결부(21)와 노즐 몸체(16) 사이의 원뿔형 밀봉면을 형성하는 다수 개의 대향 턱(27, 28, 29)을 갖는다. 통상적으로 연결부(21)에서는 바람직하게는 연결부(21)와 노즐 몸체(16) 사이의 밀봉면을 형성하는 하나의 대향 턱(27) 만을 생각할 수 있다.

따라서 노즐 몸체(16)의 관들(2, 3, 4)과 연결부(21)의 도관(22, 23, 24) 사이의 기밀한 연결이 구조적으로 단순하게 해결된다. 이에 따라 절단 토치(20)의 마모된 절단 노즐(1)을 단순하게 교체할 수도 있다.

Claims (14)

1. 적어도 하나의 가열산소 관(2), 적어도 하나의 가열가스 관(3), 수렴부(6)와 분기부(7)가 형성되어 있는 드 라발 노즐(5)을 가진 절단산소 관(4)과 노즐 헤드(8)를 포함하고 노즐 헤드(8)가 가열산소 관(2), 가열가스 관(3)과 절단산소 관(4)의 드 라발 노즐(5)과 연통되어 있는 방출부(9)를 가진 절단 노즐(1)로서, 노즐 헤드(8)의 방출부(9)에 연통되어 있는 드 라발 노즐(5)이 평행 분사 노즐로서 구성되는 것을 특징으로 하는 절단 노즐.
2. 제1항에 있어서, 방출부(9)가 원통형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 절단 노즐.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 절단 노즐(1)이 가열산소 관(2), 가열가스 관(3)과 가열가스 관(3)이 제공되어 있는 노즐 몸체(16)를 포함하고 노즐 몸체(16)에 노즐 헤드(8)가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 절단 노즐.
4. 제3항에 있어서, 노즐 몸체(16)에 끼워지는 노즐 헤드(8)가 수나사(26)를 갖는 것을 특징으로 하는 절단 노즐.
5. 제3항에 있어서, 노즐 몸체(16)가 노즐 헤드(8)와 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는 절단 노즐.
6. 제3항, 제4항 또는 제5항에 있어서, 슬리브(17)가 노즐 헤드(8)를 구성하는 것을 특징으로 하는 절단 노즐.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 드 라발 노즐(5)의 수렴부(6) 및/또는 분기부(7)의 종단면 형상이 곡선형인 것을 특징으로 하는 절단 노즐.
8. 제7항에 있어서, 곡선형 수렴부(6)가 전환부(12)를 통해 드 라발 노즐(5)의 곡선형 분기부(7)에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 절단 노즐.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 다수 개의 가열산소 관(2)과 가열가스 관(3)이 제공되고 드 라발 노즐(5)이 중앙에 배치되며 가열산소 관(2)과 가열가스 관(3)이 드 라발 노즐(5)을 중심으로 동심원 형태로 배치된 개구부(13, 14, 15)가 방출부(9)에 연통되어 있는 것을 특징으로 하는 절단 노즐.
10. 제9항에 있어서, 특히 바깥쪽에 위치되어 있는 가열산소 관(2)의 개구부(14, 15)가 교호적으로 서로 다른 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 절단 노즐.
11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 가열가스 관(3)의 개구부(13)가 가열산소 관(2)의 개구부(14, 15)에 대해 소정 간격으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 절단 노즐.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 후혼합형 절단 노즐(1)을 포함하는 절단 토치.
13. 제12항에 있어서, 절단 토치(20)가 절단 노즐(1)에 연결되어 가열산소 공급관(22)을 절단 노즐(1)의 가열산소 관(2)과 연결하고 가열가스 공급관(23)을 절단 노즐(1)의 가열가스 관(3)과 연결하며 절단산소 공급관(24)을 절단 노즐(1)의 절단산소 관(4)과 연결하는 연결부(21)를 포함하는 것을 특징으로 하는 절단 토치.
14. 제13항에 있어서, 연결부(21)가 슬리브(17)의 수나사(26)와 맞물려 연결부(21)에서 절단 노즐(1)을 교체 가능하게 체결하는 암나사(25)를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 절단 토치.

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