專利名稱：與氧－燃料割炬頭一起使用的回火防止器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種割炬，具體而言，本發(fā)明涉及帶有回火防止器的割炬。
背景技術：
氧-燃料割炬從噴嘴中噴射出燃料氣體和氧氣，以用于切割操作。常規(guī)的割炬包括一個與獨立的燃氣源和氧氣源相連接的控制體，用于將氧氣和燃氣從控制體運送到割炬頭的管道和安裝到割炬頭上的割嘴。割嘴接收來自割炬頭的燃氣和氧并通過噴嘴將這些氣體噴出。具體而言，割炬頭包括一個圍繞一空腔延伸的內(nèi)表面，該內(nèi)表面限定了一個割炬頭空腔；一個通向割炬頭空腔并用于向割炬頭空腔供給氧氣的氧氣口；一個通向割炬頭空腔并用于向割炬頭空腔供給燃氣的燃氣口。割嘴包括多個用于將氣體從割炬頭導向噴嘴的通道。
傳統(tǒng)的割炬首先用從噴嘴噴出的氣體產(chǎn)生一個預熱火焰，該預熱火焰用于加熱金屬工件。當預熱火焰對工件進行充分加熱后，高速切割氧氣流被打開并通過噴嘴噴出。高速切割氧氣流通過氧化反應以物理方式除去工件上已熔化的材料，從而對工件進行切割。一般情況下，在噴嘴的上游側(cè)設置有多個閥及相關的部件，例如能夠控制割炬操作的控制體。
回火是一種在割炬中由用于割炬操作的爆炸性混合氣體的逆流和點燃所引起的反應。回火通常發(fā)生在噴嘴內(nèi)，而且通常由在該位置上的阻塞物、操作錯誤、不正常的氣體壓力和/或機械故障引起的。由于回火具有快速和爆炸的特性，因此回火是一種對氣割炬的操作人員構成生命威脅的主要方面，而且還會損壞氣割炬和相關的設備。因此，如美國專利5407348和5470227所述，回火防止器一般由燒結(jié)材料制成，以將其用在氣體進入割炬的入口位置上。而這樣就可以阻止回火從割炬的上游進入氣體軟管、調(diào)節(jié)部件和向割炬輸送氣體的缸體內(nèi)，但這并不能從根本上消除在割炬內(nèi)部產(chǎn)生回火的作用，這就意味著割炬可能由于割炬內(nèi)部的回火而導致?lián)p壞，或者由于在割炬內(nèi)部產(chǎn)生回火而傷及操作人員。
另外，將填料安裝到割炬頭內(nèi)或安裝到一根恰好位于割炬頭的上游并用于防止回火的管道內(nèi)也已是公知的技術，如美國專利1176017和1290422所述。填料經(jīng)常被損壞，例如由回火產(chǎn)生的積碳引起的堵塞。因此，必須周期性地更換填料。但在割炬內(nèi)拆卸和更換填料是一件很耗費體力的工作。此外，處于安全的角度考慮，如果填料未被正確安裝，那么填料就不能起到應有的作用，這樣就會損壞割炬或傷及操作人員。
有幾種被加工成割嘴形狀的氣體運送通道及被加工成具有陡的方向變化結(jié)構從而用于限制回火的割嘴接頭也已是公知的技術，如美國專利1439861；3746500；4431167和5688469所述。但是，由于對某些割嘴的尺寸有一些約束條件，因此機械加工所能提供的方向變化數(shù)量通常非常有限。這種限制至少在某些情況下限制了這些類型的接頭及割嘴的防回火作用。
因此，在本領域內(nèi)，就需要提供一種設置在割炬頭附近用于將回火限制在割炬頭內(nèi)的回火防止器，這種防止器能夠被容易地使用和更換，而且能夠確?；鼗鸱乐蛊魅〉脻M意的效果。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，回火保護是通過在割炬頭附近設置一個連接件來實現(xiàn)的，該連接件最好是一個接頭或用于安裝到割炬頭上的割嘴。據(jù)此，該連接件包括一個主體和一個被主體所支承并與主體不同的多孔結(jié)構。該多孔結(jié)構設置有多個用于防止回火的盤旋延伸的通道，最好能夠熄滅鄰近其源頭的所有回火。此外，根據(jù)本發(fā)明，該連接件易于使用和安裝，同時確保最佳的功效。對于每個連接件而言，多孔結(jié)構最好以下述方式支承在主體上有利于對用過的連接件進行處理，而不是僅更換多孔結(jié)構，從而通過防止用戶不正確地安裝多孔結(jié)構來促進割炬的安全操作。或者，使該多孔結(jié)構能夠被快速地拆卸和更換。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的一個方面，當將連接件安裝到割炬頭上時，連接件主體的一端被插裝到割炬頭的空腔內(nèi)，當將連接件從割炬頭上拆卸下來時，主體的端部能夠從空腔內(nèi)拔出，該主體限定了至少一條與割炬頭的氧氣口聯(lián)通的氧氣通道，用于當主體安裝到割炬頭上時接收氧氣，該連接件限定了至少一條、最好是多條與割炬頭的燃料入口聯(lián)通的燃氣通道，從而當主體安裝到割炬頭上時，用于接收燃氣；多孔結(jié)構與主體相連接，從而當主體被安裝到割炬頭上時，使多孔結(jié)構能夠防止回火進入割炬頭的燃料口。此外，該多孔結(jié)構被主體所支承，從而當主體從與割炬頭完全分離的位置移動到安裝到割炬頭上的位置上時和當主體從安裝到割炬頭上的位置移動到與割炬頭完全分離的位置上時，使多孔結(jié)構能夠隨主體一起移動。從而，使該連接件從一開始就能夠被容易地安裝和更換，同時使多孔結(jié)構被錯誤安裝的可能性最小，這樣就不會使多孔結(jié)構失去其應有的功能。該多孔結(jié)構最好設置于燃料通道內(nèi)，以通過燃料通道防止回火。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，主體的第一部分被安裝到主體的第二部分上，從而使這些部分的表面一起限定了一個容納有多孔結(jié)構的空腔。這樣就可以設法提供抗干擾性，從而提高連接件的一次性使用程度。就是說，該連接件還被構造成能夠使多孔結(jié)構錯誤安裝的可能性最小的形式之外，根據(jù)本發(fā)明的這一方面，如果多孔結(jié)構被堵塞，使用者最好不會為了更換多孔結(jié)構而想到拆卸連接件，從而使用戶為更換多孔結(jié)構而導致不正確安裝的可能性最小。作為選擇，多孔結(jié)構能夠便于從連接件上拆卸下來，而且還能夠快速更換。
根據(jù)又一方面，主體的外部包括上游燃料通道，主體的內(nèi)部包括下游燃料通道。此外，根據(jù)這一方面，主體的內(nèi)部包括一個孔，主體的外部包括氧氣通道，該氧氣通道穿過該孔延伸。燃氣通道優(yōu)選圍繞氧氣通道設置并距氧氣通道有一定的距離。
根據(jù)再一方面，該連接件為一個割嘴。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，該連接件是一個用于安裝到割嘴上的接頭。據(jù)此，有多個環(huán)形腔室圍繞氧氣通道延伸并距氧氣通道有一定的距離，而且通向燃氣通道。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的一個方面，可通過使主體上的螺紋與割炬頭上的螺紋相互接合并沿第一方向相對割炬頭使主體旋轉(zhuǎn)多圈的方式將該連接件安裝到割炬頭上。因此，可通過沿與第一方向相反的第二方向在割炬頭和主體之間產(chǎn)生多圈的相對轉(zhuǎn)動而將主體從割炬頭上拆卸下來。多孔結(jié)構被裝配到主體上，以防止回火進入割炬頭的燃料口。這樣，連接件在一開始就能夠容易地安裝和更換，同時使不正確安裝多孔結(jié)構的可能性降到最小，從而不會使其失去應有的功能，因為多孔結(jié)構被裝配到主體上，用于與其一起安裝和拆卸。或者，該連接件可通過除螺紋之外的其它方式安裝到割炬頭上。
根據(jù)另一方面，該連接件是一個接頭，一個割嘴通過該接頭安裝到割炬頭上。多孔結(jié)構最好為環(huán)形，從而限定一個孔，割嘴可穿過該孔延伸。
根據(jù)又一方面，該接頭包括一個開口，該開口設置有一條相對主體的軸線徑向延伸的軸線。該主體最好包括一個鄰近多孔結(jié)構并至少部分環(huán)繞多孔結(jié)構的溝槽，該溝槽用于使燃料在多孔結(jié)構的開口和盤旋通道之間流過。
根據(jù)再一方面，該多孔結(jié)構通過壓配合安裝到主體上，根據(jù)這方面和另一方面，該多孔結(jié)構通過至少一個穿過多孔結(jié)構和主體的緊固部件(例如銷狀的軸)固定到主體上。這樣就使這種連接件具有抗干擾性和一次處理性。即，該多孔結(jié)構最好以下述方式固定到主體上當出現(xiàn)堵塞情況時，使用者很難或至少不方便為更換多孔結(jié)構而拆卸這種連接件，這樣就使用戶不正確地將替換用多孔結(jié)構安裝到連接件上的可能性降低到最小。作為選擇，使該多孔結(jié)構能夠快速地從連接件上拆卸下來，而且易于更換。
因此，本發(fā)明的一個方面在于通過使用一種操作極為簡單的(例如一次性)保護裝置來防止鄰近源頭產(chǎn)生回火，從而促進安全使用。


上面已對本發(fā)明作出了簡要的說明，下面請參照附圖，附圖沒有必要按照比例來繪制，而且大部分附圖至少在局部是示意性的，其中圖1為根據(jù)本發(fā)明一個實施例的割嘴和傳統(tǒng)割炬頭的部件分解圖，其中環(huán)繞割嘴的螺母和割炬頭沿其軸線以剖面示出，位于割嘴內(nèi)部的多孔結(jié)構在圖中以斷開線示出；圖2為割嘴沿圖4之剖面線2-2的剖視圖；圖3為割嘴內(nèi)部沿圖4之剖面線3-3的獨立剖視圖；圖4為割嘴的頂視圖，該視圖與割嘴內(nèi)部的頂視圖相同；圖5為該內(nèi)部部分的底視圖；圖6為割嘴外部沿圖4之剖面線2-2的獨立剖視圖；圖7為該外部部分的頂視圖；圖8該外部部分的底視圖；圖9為多孔結(jié)構的側(cè)視圖；圖10為多孔結(jié)構的平面圖；圖11為多孔結(jié)構的氣孔的局部放大視圖；圖12為由多孔結(jié)構的氣孔形成的盤旋路線的放大剖視圖；圖13為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的割嘴的局部剖視圖，該割嘴以與圖4中剖面線2-2相同的剖面形式被示出；圖14為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的割嘴及接頭的組合結(jié)構的視圖；圖15為圖14所示的組合結(jié)構的局部剖視圖，該視圖是以與圖4中的剖面線2-2所示的情況相同的方式作出的；圖16為根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，割炬的接頭和割炬頭及局部割嘴的沿其軸線的每一部件的剖視分解圖。
對本發(fā)明的詳細說明現(xiàn)參照附圖，對本發(fā)明加以充分說明，圖中示出了本發(fā)明的最佳實施例。但是，本發(fā)明可以多種不同的方式被實施，而且本發(fā)明的結(jié)構并非僅限于下述的實施例；而且，提供這些實施例的目的在于使公開充分完整，并使本領域的技術人員能夠充分理解本發(fā)明的保護范圍。在附圖中，相同的附圖標記表示相同的部件。
參照圖1，圖中示出了一個根據(jù)本發(fā)明第一實施例以割嘴20之形式存在的連接件，該割嘴20與傳統(tǒng)氧-燃料割炬的割炬頭22在該圖中被彼此拆開。簡單地說，割嘴20包括同軸的內(nèi)部和外部部分24、26，這兩個部分彼此安裝在一起形成了一個噴嘴28，該噴嘴設置于割嘴的下端，用于噴出氧氣和燃氣。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，這兩個部分被組合成一個單獨的部件，而不是既包括內(nèi)部部分24，又包括外部部分26。一個內(nèi)部多孔結(jié)構30安裝在割嘴20的內(nèi)部，用于防止通過割嘴產(chǎn)生回火。該多孔結(jié)構30在圖1中是不可見的，因此以虛線示出。割嘴20通過帶外螺紋的螺母32以傳統(tǒng)的方式可拆卸地安裝在割炬頭22上，具體如下所述。
割炬頭22包括一個內(nèi)表面，該內(nèi)表面圍繞一軸線延伸，從而限定了一個在割炬頭下端開口的混合空腔34。割炬頭22的內(nèi)表面包括環(huán)形的上支承表面和下支承表面(即上支座和下支座36、38)，這兩個支承表面與混合空腔34同軸并相對混合空腔的軸線形成了一個斜角。割炬頭22的內(nèi)表面還限定了與混合空腔34同軸的內(nèi)螺紋40。該割炬頭還包括一個通向混合空腔34并用于接收來自氧氣源的氣態(tài)氧的氧氣口42。同樣，該割炬頭還包括一個通向混合空腔34并用于接收來自燃料源的燃氣的燃料口44。根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，燃料氣體包括經(jīng)過“在先混合”的氧氣和氣態(tài)燃料的混合物，例如乙炔氣或類似物。但是本發(fā)明也可應用于“在后混合”的割炬，具體如下所述。
圖1所示的“氧氣源”和“燃料源”表示傳統(tǒng)的氣體源和來自割炬頭22之上游的傳統(tǒng)割炬部件。在一個具體的實施例中，圖1所示的“氧氣源”和“燃料源”表示與獨立的燃氣源和氧氣源相連接的控制體和用于將氧氣和燃氣從控制體運送至割炬頭的管道，同時控制體包括多個用于控制割炬操作的閥和相關的部件。
可通過將割嘴的上端插裝到混合空腔34內(nèi)，然后使螺母32的外螺紋46與割炬頭的內(nèi)螺紋40相互接合的方式將割嘴20安裝在割炬頭22上。螺母32可被轉(zhuǎn)動，以使螺母的環(huán)形上邊緣與割嘴20的下部凸緣48的下表面相互接合，從而將割嘴壓入混合空腔34內(nèi)。當割嘴與混合空腔同軸并與割炬頭22的支座36、38充分接合時，割嘴20停止朝向混合空腔34的移動。具體而言，割嘴20包括環(huán)形的上部支承表面和下部支承表面(即上支座和下支座50、52)，這兩個支承表面圍繞割嘴的軸線同軸延伸并相對該軸線形成一個斜角，當將割嘴安裝到割炬頭上時，割嘴的支座50、52分別與割炬頭22的支座36、38同軸而且與支座36、38可靠接合。
根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，當上部支座36、50相互可靠接合時，就會在混合空腔34的上部區(qū)域內(nèi)形成一個氧氣腔室。該氧氣腔室通向氧氣口42并對燃料口44關閉，割嘴20的上凸緣54定位在該氧氣腔室內(nèi)。同時，下部支座38、52相互可靠接合，從而在混合空腔34內(nèi)在上部支座36、50和下部支座38、52之間的軸向空間內(nèi)形成一個燃料腔室。燃料腔通向燃料口44并對氧氣口42關閉，割嘴20的上部凸肩56定位在燃料腔內(nèi)。
參照圖2至5所示的內(nèi)部部分24，一個氧氣通道58穿過內(nèi)部部分同軸延伸。該氧氣通道58在內(nèi)部部分24的上端設置有一入口并穿過一桿60延伸，該通道58還包括一個設置于內(nèi)部部分下端的出口。多個上游燃料通道62穿過該內(nèi)部部分24延伸并圍繞該內(nèi)部部分的軸線沿徑向定位于距該軸線有一定距離的位置上。每個上游燃料通道都包括一個位于上部凸肩56上的入口和一個位于內(nèi)部部分24的環(huán)形同軸的下部凸肩64上的出口。內(nèi)部部分24的同軸外螺紋66用于將內(nèi)部部分安裝到外部部分26上。
現(xiàn)參照圖2和圖6至8所示的外部部分26，其包括一個內(nèi)表面，該內(nèi)表面圍繞內(nèi)部部分的細長軸線同軸延伸，從而限定一個在外部部分的上端和下端開口的中心孔68。外部部分26的內(nèi)表面包括同軸的內(nèi)螺紋70，當內(nèi)部部分的桿60穿過多孔結(jié)構30插裝到中心孔68內(nèi)時，該內(nèi)螺紋70與內(nèi)部部分24的外螺紋66相互嚙合。這樣，內(nèi)部和外部部分24、26就可相對彼此同軸轉(zhuǎn)動，從而通過螺紋66、70使內(nèi)部部分完全擰入中心孔68內(nèi)，如圖2所示。就是說，可以通過下述方式裝配割嘴20可通過將桿60穿過同軸孔72(圖10)，然后將該桿插入外部部分26的中心孔68內(nèi)，接著使內(nèi)部和外部部分24、26相對轉(zhuǎn)動，以使螺紋66、70相互配合，從而使外部部分的上端和內(nèi)部部分的下部凸緣48的底側(cè)相互接合，其中同軸孔72是貫穿多孔結(jié)構30形成的。
外部部分26的內(nèi)表面還包括一個同軸的圓筒形內(nèi)表面74和一個同軸的環(huán)形內(nèi)部凸肩76，該凸肩76與桿60的外表面及內(nèi)部部分24的下部凸肩64一起限定了一個能夠容納多孔結(jié)構30而且最好完全被多孔結(jié)構占據(jù)的同軸環(huán)形腔。當割嘴20被完全裝配在一起時，如圖2所示，除了與上游燃料通道62的出口和下游燃料通道78的入口相通外，容納多孔結(jié)構30的環(huán)形腔是完全封閉的。下游燃料通道78穿過外部部分26延伸并圍繞外部部分的軸線沿徑向定位在距該軸線有一定距離的位置上。每個下游燃料通道78都包括一個位于內(nèi)部凸肩76上的入口和一個位于外部部分26之下端的出口。
參照圖9和10，多孔結(jié)構30為環(huán)形，而且包括圓筒形的同軸外表面和內(nèi)表面79、81。根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，當割嘴20以圖2所示的方式裝配在一起時，外表面和內(nèi)表面79、81最好分別與外部部分76的內(nèi)表面74和內(nèi)部部分24的桿60的外表面可靠接合。根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，多孔結(jié)構的內(nèi)表面81圍繞容納有桿60的孔72延伸并形成了孔72，該內(nèi)表面在多孔結(jié)構30的相對兩端開口。多孔結(jié)構30的相對兩端分別與內(nèi)部部分24的下凸肩64和外部部分26的內(nèi)凸肩76可靠地接合。由于多孔結(jié)構30與內(nèi)表面74、桿60、下凸肩64和內(nèi)凸肩76可靠接合，因此就使從上游燃料通道62流向下游燃料通道78的氣體被迫流過多孔結(jié)構的盤旋通道80(圖12)。同樣，任何試圖從下游燃料通道78移向上游燃料通道62的回火都被迫通過多孔結(jié)構30的多條盤旋通道80，最好能夠使回火熄滅。
參照圖11至12的示意圖和放大視圖，多孔結(jié)構30包括多個氣孔82(在圖11中僅標出了一些具有相同標號的典型氣孔)，每個氣孔都形成了盤旋通道80的至少一部分，而盤旋通道80貫穿多孔結(jié)構延伸。根據(jù)本發(fā)明第一實施例的一個實例，多孔結(jié)構30最好由燒結(jié)青銅或燒結(jié)不銹鋼或類似材料制成，而且氣孔的尺寸約為5微米，而且在幾個平方英寸的燒結(jié)材料上至少有大約100個氣孔82/盤旋通道80，而且最好多于100個。氣孔的尺寸是沿垂直氣體流過的方向?qū)τ写硇缘臍饪?2進行近似測量得出的。根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，最佳的氣孔尺寸和氣孔數(shù)量可根據(jù)與割炬的制造及操作有關的許多因素的不同而在很寬的范圍內(nèi)變化；因此，在某些應用條件下，氣孔的尺寸可以不等于5微米，而且其密度也可以不是在幾個平方英寸內(nèi)設置100個氣孔82/盤旋通道80。此外，根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，多孔結(jié)構可以是能夠使割炬以常規(guī)方式操作并能夠?qū)崿F(xiàn)防止回火功能的任何材料。根據(jù)該實施例，多孔結(jié)構可以是緊密充填的鋼棉或類似物，或者是一個或多個最好以層狀結(jié)構排列的濾網(wǎng)或類似物。
參照圖1至2，對本發(fā)明第一實施例的割炬的操作加以詳細說明。當割嘴20完全裝配到割炬頭22上時，氧氣和燃料被進送到割炬頭22內(nèi)，從而使氧氣流過氧氣通道58，使燃料流過上游燃料通道62、多孔結(jié)構30，接著流向下游燃料通道78。就是說，多孔結(jié)構30設置于割嘴20的燃料通道內(nèi)。燃料從噴嘴28噴出并被點燃，以形成用于加熱金屬工件的預熱火焰。當預熱火焰已對工件進行充分加熱時，高速的切割氧氣流被打開并通過氧氣通道58輸送到噴嘴28內(nèi)。該高速的切割氧氣流通過氧化反應以物理方式除去工件上熔化的材料，從而對工件進行切割。如果在這種操作過程中，由于爆炸性混合氣體的逆流和點燃(例如由于在噴嘴內(nèi)存在障礙物)而產(chǎn)生了回火，那么多孔結(jié)構30的盤旋通道80就可以防止回火延伸到上游燃料通道62內(nèi)。
當回火延伸并被多孔結(jié)構30熄滅時，回火的固體副產(chǎn)品例如碳就會沉積在多孔結(jié)構的氣孔82/盤旋通道80內(nèi)。因此，多孔結(jié)構30最終將被堵塞，從而形成過分的阻礙，以致于所需流量的燃料氣體不能從該多孔結(jié)構流過。在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，用過的割嘴20最好被整個扔掉，并代之以新割嘴。將用過的割嘴20完全扔掉并用新割嘴替換舊割嘴能夠在使用者沒有正確安裝一個新的多孔結(jié)構30時，或者在更為糟糕的情況下，當拆卸被堵塞的多孔結(jié)構而且未更換該多孔結(jié)構時，防止出現(xiàn)故障。為此，割嘴20可被制造成一個“一體”的一次性產(chǎn)品，當出現(xiàn)堵塞情況時，該產(chǎn)品可被整個扔掉?；蛘?，多孔結(jié)構30可被快速地從割嘴20上拆卸下來并能夠被更換。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，作為可設置于割嘴20的同軸環(huán)形腔室內(nèi)的多孔結(jié)構30的一種替代形式，如圖1-2所示，或除此之外，多孔結(jié)構的插塞件可被同軸安裝在每個上游燃料通道62和/或每個下游燃料通道78內(nèi)，或者是這些通道的組合，而且這些通道可被加大，從而以最佳的方式容納插塞。同樣，多孔結(jié)構可設置于至少局部通過割嘴20或類似物限定的燃料通道的其它位置上。
參照圖1和2，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例，在外部部分26抵靠內(nèi)部部分24的下凸緣48之下表面的位置上形成一個外接縫84。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，如圖13所示，至少外接縫84、最好是割嘴20的大部分外表面被一涂層86有選擇地覆蓋，或者被加工成至少局部充填和/或遮蔽外接縫84。這樣就可以有利地防止或至少阻止割嘴20的拆卸，例如通過在機械結(jié)構上使部件的拆卸非常困難，或者從視覺效果上通過使操作人員相信沒有可見的接縫就表明割嘴20是一個不能拆卸的整體部件。就是說，在割嘴20內(nèi)基本不能碰到多孔結(jié)構30，這樣就會認為該多孔結(jié)構不能更換。通過阻止部件的拆卸，就能夠促進被堵塞割嘴20的更換，從而有利地避免了當使用者不正確地安裝一個新的多孔結(jié)構30，或者在更為糟糕的情況下，拆掉被堵的多孔結(jié)構但并未安裝新部件時發(fā)生故障。因此，割嘴20最好是一個一次性的部件?；蛘?，多孔結(jié)構能夠易于從割嘴上拆卸下來并易于更換。
一種合適的涂層86是一個陽極化涂層。合適的陽極化涂層可通過傳統(tǒng)的陽極鍍層工藝或類似方法涂敷到割嘴20上。陽極涂層包括經(jīng)電解處理的割嘴20，從而在割嘴20的外表面上形成一層構成涂層86的氧化物。其它鍍層技術也落入本發(fā)明的范圍內(nèi)，而且最終形成的涂層最好足以防止割嘴的拆卸?；蛘?，也可以下述方式形成能夠掩藏外接縫84的涂層20或類似物通過在外接縫區(qū)域內(nèi)將割嘴20的內(nèi)部部分和外部部分24、26釬焊在一起，從而基本上能夠防止割嘴的拆卸。
圖14至15示出了同軸安裝到根據(jù)本發(fā)明另一實施例的連接件上的割嘴90，這種連接件以接頭20’的形式存在。根據(jù)該實施例，除了注明的結(jié)構變形和本領域的技術人員非常清楚的結(jié)構變形外，接頭20’與本發(fā)明第一實施例中的割嘴20相同，可設置有涂層或者也可不設置涂層86(圖13)。根據(jù)該實施例，接頭20’包括與割嘴90的內(nèi)螺紋94相配合的外螺紋92，從而使割嘴能夠被擰到接頭上，以實現(xiàn)圖14至15所示的結(jié)構。割嘴90包括一個六邊形的外部結(jié)構96，該結(jié)構用于支承扳手并有利于將割嘴90安裝到接頭20’上和從接頭上拆卸下來。
參照圖15，一個端部氧氣通道98穿過割嘴90同軸延伸，割嘴的端部燃料通道100圍繞割嘴的軸線沿徑向定位在距該軸線有一定距離處?，F(xiàn)對割嘴完全安裝到接頭20’內(nèi)時(如圖14和15所示)割嘴90之通道98、100的結(jié)構加以說明。端部氧氣通道98的入口僅與接頭20’的氧氣通道58的出口相通，而氧氣通道58的出口僅與端部氧氣通道98的入口相通。終端氧氣通道98的出口在割嘴90的下端(即噴嘴)開口。
接頭20’和割嘴90包括兩個同軸的環(huán)形溝槽，這兩個環(huán)形溝槽彼此相對并相互聯(lián)通，從而形成一個環(huán)繞氧氣通道58、98并與上述氧氣通道同軸的環(huán)形腔102。除了與下游燃料通道78的出口及終端燃料通道100的入口相通外，該環(huán)形腔102是完全封閉的。終端燃料通道100的出口位于割嘴90的下端。
接頭20’的上端安裝到割炬頭22(圖1)上，而且除了氧氣和燃料從割嘴90的噴嘴噴出外，該接頭與本發(fā)明第一實施例的割嘴20具有相同的功能。此外，如果割嘴90受損，那么就可用一個新割嘴將其替換下來，同時接頭20’仍安裝到割炬頭22上。這樣，接頭20’和割嘴90的組件其整體特征就在于一個“由兩個部件構成的”結(jié)構件，而且割嘴90是消費品。反之，如果由于在先回火產(chǎn)生的碎屑而需要更換接頭20’，那么可將正在使用的割嘴90從舊接頭上拆卸下來并換上一個新接頭，目的是避免浪費仍可以使用的割嘴。
參照圖16，圖中示出了根據(jù)本發(fā)明另一實施例，一個以接頭110的形式存在的連接件，該連接件已從氧氣-燃料割炬的割炬頭22’上拆卸下來。除了注明的結(jié)構變形和本領域的技術人員非常清楚的結(jié)構變形外，該實施例中的割炬與本發(fā)明第一實施例中的割炬完全相同。例如，圖16所示的割炬頭22’與圖1所示的第一實施例中的割炬頭22完全相同，除了割炬頭22’內(nèi)的混合空腔34’被加工成位于上支座36的下方之外。具體而言，割炬頭22’的內(nèi)表面包括環(huán)形的中間和下部支承表面(即中間支座和下部支座112、114)，這兩個支承表面圍繞混合腔34’的軸線同軸地延伸并垂直于該軸線。
接頭110包括一個主體116和一個多孔結(jié)構30’，這兩個部件彼此同軸設置，而且在本發(fā)明的某些實例中，其通過一個或多個部件安裝在一起，具體如下所述。除了整體尺寸不同外，本實施例中的多孔結(jié)構30’與本發(fā)明第一實施例中的多孔結(jié)構30相同。主體116包括一個內(nèi)表面，該內(nèi)表面圍繞主體的軸線同軸延伸，從而形成一個在主體的上端和下端開口的孔118。主體116的內(nèi)表面包括一個圓筒形的內(nèi)表面120、一個環(huán)形的內(nèi)凸肩122、一個環(huán)形的支承表面(即內(nèi)支座124)和內(nèi)螺紋126，所有這些部分都圍繞主體的軸線同軸延伸。此外，內(nèi)部支座124相對主體116的軸線形成了一個斜角。
根據(jù)該實施例的某些實例，多孔結(jié)構30’最好基本永久地安裝到主體116上，例如至少通過一種安裝技術。相反，根據(jù)該實施例的其它實例，多孔結(jié)構30’以下述方式與主體116相連接使多孔結(jié)構能夠從主體上快速拆卸下來并易于更換。根據(jù)該實施例的圖示實例，采用了兩種安裝技術，即采用了壓配合和連接部件將多孔結(jié)構安裝到主體116上，但在另一實例中，僅采用壓配合是最佳。就壓配合而言，主體116的內(nèi)表面120和多孔結(jié)構30’的外表面具有一定的尺寸當將多孔結(jié)構壓裝到孔118的上端內(nèi)時，多孔結(jié)構的外表面和內(nèi)表面120中間的摩擦作用能夠固定住多孔結(jié)構，如圖16所示。在該結(jié)構中，多孔結(jié)構30’的下端與主體的內(nèi)凸肩122牢固接合。
以定位銷128或類似部件存在的一個或多個緊固件可穿過主體116的一部分延伸到多孔結(jié)構30’內(nèi)，在圖16中僅示出了一個定位銷128。根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，用于將多孔結(jié)構30’安裝到主體116上的定位銷128未被包括在接頭110內(nèi)。或者，可用其它緊固部件來替代一個或多個定位銷128，例如定位環(huán)或其它緊固件。
一個或多個孔130分別設置有一條相對主體116的軸線沿徑向延伸的軸線，而且孔130穿過主體延伸并在主體116的圓筒形外表面132上設置有一個入口，在主體的內(nèi)表面120上設置有一出口。圓筒形表面120還限定了一個與主體116同軸的環(huán)形溝槽134，該環(huán)形溝槽環(huán)繞或至少部分環(huán)繞主體的軸線。每個孔130的出口和多孔結(jié)構30’的回旋通道80(圖12)都通到溝槽134。在本發(fā)明的某些實施例中，省去了溝槽134，或在多孔結(jié)構30’的外表面上設置溝槽，同樣，在某些情況下除了一個孔130外其它所有的孔都可被省掉。
主體116的上端被插裝到割炬頭22’的混合空腔34’內(nèi)，接著轉(zhuǎn)動該主體，以使與主體同軸的外螺紋136與割炬頭的內(nèi)螺紋40’相互嚙合。主體116的底面包括兩個插孔138，這兩個插孔用于容納能夠旋轉(zhuǎn)接頭110的叉狀工具的前端，從而將其擰入割炬頭22’內(nèi)。除插孔138外，還可采用其它便于安裝和拆卸的部件。此外，根據(jù)本發(fā)明的另一實施例，螺紋136和40’可被其它利于主體116和割炬頭22’之間的連接最好還利于其拆卸的部件所替代。例如，可以采用其它類型的螺紋；可采用各種“卡扣配合”或壓配合；還可以采用能夠沿徑向穿過割炬頭22’延伸并與主體116接合的側(cè)向定位螺釘或定位銷等及采用其它連接裝置。
當接頭110完全裝配到割炬頭上時，主體116的上表面和多孔結(jié)構30’與割炬頭22’的中間支座112密封接合。同樣，主體的環(huán)形外部支座140與主體的軸線同軸并環(huán)繞該軸線，當接頭110完全裝配到割炬頭上時，該支座140與割炬頭的下部支座114密封接合。主體116的外表面132限定了一個小于割炬頭22’的圓筒形內(nèi)表面142的直徑。當接頭110被完全裝配到割炬頭22’上時，該內(nèi)表面142環(huán)繞外表面132，從而使這些表面不互相接觸，而且當接頭完全裝配到割炬頭上時，在這些表面之間限定了一個增壓室狀(plenum-like)的環(huán)形外腔、溝槽或空間。對于將在表面132、142之間形成的外腔而言，這一點是十分有利的，這樣就能夠使其起到燃料通道的作用，從而使接頭110的孔130不必與割炬頭22’的燃料口44對準。作為一種替代形式，孔130也可大體與燃料口44同軸對中。
當接頭被完全安裝到割炬頭22’上時，傳統(tǒng)割嘴或如上所述的割嘴20或類似部件被安裝到接頭110上。例如，割嘴20可通過將其上端插入接頭的孔118內(nèi)，然后使螺母32的螺紋46(圖1)與接頭的內(nèi)螺紋126接合的方式安裝到接頭110上。螺母32被旋轉(zhuǎn)，以使螺母的環(huán)形上部邊緣與割嘴20的下凸緣48的下表面接合，以將割嘴壓入接頭的孔118和割炬頭22’的混合腔34’內(nèi)。當割嘴、接頭110及割炬頭22’保持同軸，而且割嘴與主體及割炬頭的各個支座完全接合時，割嘴20停止向孔118和混合腔34’移動。具體而言，割嘴20的上部和下部支座50、52分別與割炬頭22’的上部支座36和接頭的內(nèi)支座124同軸并可靠地接合。
當上部支座50、36相互可靠接合在一起時，就會在混合腔34’的上部區(qū)域內(nèi)形成一個氧氣腔。該氧氣腔通向氧氣口42并對燃料口44關閉，割嘴20的上部凸緣54定位在該氧氣腔內(nèi)。與此同時，割嘴20的下部支座52和接頭110的內(nèi)部支座124、接頭的外部支座140和割炬頭22’的下部支座114相互可靠接合，從而在混合空腔34’內(nèi)形成一個燃料腔。該燃料腔通向燃料口44并對氧氣口42關閉。
當接頭110被安裝到割炬頭22’上，而且割嘴20被安裝到上述的接頭內(nèi)時，割嘴的上部桿體144穿過多孔結(jié)構30’的孔72’延伸。多孔結(jié)構30’的內(nèi)表面81’所限定的直徑大于上部桿體144的外表面直徑，從而在上部桿體和多孔結(jié)構的內(nèi)表面之間形成了一個環(huán)形的內(nèi)腔，割嘴20的上游燃料通道62的入口與該內(nèi)腔鄰接并通向該內(nèi)腔。具體而言，根據(jù)圖16所示的實施例，當接頭110安裝到割炬頭22’內(nèi)，而且割嘴20被安裝到接頭上時，多孔結(jié)構30’的內(nèi)表面81’與割嘴20的上部桿體144之外表面存在相對的面對面關系。根據(jù)本發(fā)明的一個類似的替代實施例，但該實施例未在圖中示出，多孔結(jié)構30’定位于一個設置在接頭110上的凹槽或類似結(jié)構內(nèi)，從而使割嘴的上部桿體144穿過多孔結(jié)構30’的孔72’延伸，但當接頭110安裝到割炬頭22’內(nèi)，而且割嘴20被安裝到接頭上時，多孔結(jié)構30’的內(nèi)表面81’與上部桿體144的外表面之間不存在相對的面對面關系。
當接頭110和割嘴20以上述方式完全裝配到一起時，氧氣和燃料就會被進送到割炬頭22’內(nèi)。結(jié)果，氧氣流過割嘴的氧氣通道58。燃料從形成于接頭110的外表面132和割炬頭22’的內(nèi)表面之間的環(huán)形外腔流向形成于多孔結(jié)構30’的內(nèi)表面81’和上部桿體144的外表面之間的環(huán)形內(nèi)腔。內(nèi)腔和外腔之間的流量流過孔130、溝槽134和接頭110的回旋通道80。接著，燃料從形成于多孔結(jié)構30’的內(nèi)表面81’和上部桿體144的外表面之間的環(huán)形內(nèi)腔流入割嘴20的上游燃料通道62內(nèi)。此后，氧氣和燃料從上述割嘴20的噴嘴28內(nèi)噴出。如果在操作過程中由于爆炸性混合氣體的逆流和點燃(例如由于噴嘴28處的障礙物)而產(chǎn)生了回火，那么多孔結(jié)構30’能夠有利地防止回火現(xiàn)象延伸到接頭110的一個或多個徑向孔130。
當回火現(xiàn)象延伸到多孔結(jié)構30’并被多孔結(jié)構30’熄滅時，回火產(chǎn)生的固體副產(chǎn)品，例如碳，將沉積在多孔結(jié)構上。這樣，多孔結(jié)構30’最終就會被堵塞，從而不能使所需流量的燃料氣體從該結(jié)構中流過。在這種情況下，用過的接頭110最好被整個扔掉并用一個新的接頭替代它。將用過的接頭110整個扔掉并用一個新的接頭替代它將有利地防止當使用者沒有正確地安裝一個新的多孔結(jié)構30，或者在更為糟糕的情況下，拆掉被堵的多孔結(jié)構但并未安裝新的多孔結(jié)構時所發(fā)生的故障?？赏ㄟ^將多孔結(jié)構牢固安裝到接頭的主體116上而令使用者放棄將多孔結(jié)構30’從接頭110上拆卸下來和將一個新的多孔結(jié)構安裝到同一接頭上。作為選擇，該多孔結(jié)構30’可被連接到接頭110上或以其它方式與接頭110相連接，使多孔結(jié)構易于從接頭上拆卸下來并易于更換。
本領域的技術人員應該理解氧氣-燃料割炬既包括“在后混合”式的割炬，也包括“在先混合”式的割炬，而且在本說明書中，是結(jié)合在先混合型割炬對本發(fā)明進行描述的。就是說，根據(jù)本發(fā)明的圖示實施例，通過燃料口44進送的燃料是氧氣和燃氣(例如乙炔或類似物)的混合物。盡管在本說明書中，結(jié)合“預先混合”式的割炬對本發(fā)明作出了說明，但是，本發(fā)明還可應用到“在后混合”式的割炬上。
本領域的技術人員在上述說明和附圖的啟示下可對本發(fā)明作出多種修改和變形，而且還可以想到其它的實施例。因此，應該理解本發(fā)明并非僅限于包括在本發(fā)明范圍內(nèi)的上述特定實施例、變形和其它實施例。盡管在本文中采用了一些特定的術語，但其僅是一般性和說明性的，不是對本發(fā)明的限制。
權利要求
1.一種防止回火并安裝到割炬頭上的連接件，所述割炬頭包括一個割炬頭空腔；一個通向割炬頭空腔的氧氣口，該氧氣口用于接收來自氧源的氧氣并將氧氣運送到割炬頭空腔內(nèi)；一個通向割炬頭空腔的燃料口，該燃料口用于接收來自燃料源的燃料并將燃料運送到割炬頭空腔內(nèi)，所述連接件包括一個用于安裝到割炬頭上和從割炬頭上拆卸下來的主體，其中主體的一端適合于在將主體安裝到割炬頭上時插裝到割炬頭空腔內(nèi)并在將主體從割炬頭上拆卸時能夠從割炬頭空腔內(nèi)抽出，該主體限定了至少一條氧氣通道，當主體被安裝到割炬頭上時，所述氧氣通道適合與氧氣口聯(lián)通并用于從氧氣口接收氧氣，所述連接件限定了至少一條燃料通道，當主體被安裝到割炬頭上時，所述燃氣通道適合與燃料口聯(lián)通并用于從燃料口接收燃料；一個獨立于主體的多孔結(jié)構，該多孔結(jié)構內(nèi)設置有多個貫穿其中的回旋通道，而且該多孔結(jié)構能夠被裝配到主體上，從而當主體被安裝到割炬頭上時，使該多孔結(jié)構能夠防止回火進入到割炬頭的燃料口內(nèi)，其中所述多孔結(jié)構與所述連接件一體制成，而且當主體從與割炬頭完全分離的位置移動到安裝到割炬頭上的位置時，以及當主體從安裝到割炬頭上的位置移動到與割炬頭完全分離的位置時，多孔結(jié)構能夠與主體一起移動。
2.根據(jù)權利要求1的連接件，其中所述連接件被安裝到割炬頭上，以使氧氣通道與氧氣口聯(lián)通，以接收來自氧氣口的氧氣；而且還使燃料通道與燃料口聯(lián)通，以接收來自燃料口的燃料。
3.根據(jù)權利要求1的連接件，其中所述端部為第一端，所述連接件是一個割嘴，當連接件安裝到割炬頭上時，該割嘴的第二端與所述第一端相對，所述第二端用于噴射燃料，以產(chǎn)生一個用于加熱工件的火焰；所述第二端還用于噴出氧氣，以發(fā)生氧化反應，從而切割被加熱的工件。
4.根據(jù)權利要求1的連接件，其中所述端部為主體的第一端，所述主體設置有一個與第一端相對的第二端，氧氣通道從第一端延伸到第二端，多個燃料通道從第一端附近延伸到第二端并圍繞氧氣通道沿徑向定位于距氧氣通道有一定距離的位置上；所述主體限定了一個圍繞氧氣通道延伸并與氧氣通道隔開的環(huán)形腔，每個燃料通道都設置有一上游部分和一下游部分，對每個燃料通道而言，上游部分設置有一個通向環(huán)形腔的出口，而下游部分設置有一個通向環(huán)形腔的入口，所述多孔結(jié)構定位在該環(huán)形腔內(nèi)。
5.根據(jù)權利要求1的連接件，還包括一個圍繞氧氣通道延伸并與氧氣通道隔開的環(huán)形腔，其中燃料通道包括至少一個上游燃料通道，所述上游燃料通道沿徑向定位在距氧氣通道有一定距離的位置上并設置有一個通向所述腔的出口，至少一個下游燃料通道，所述下游燃料通道沿徑向定位在距氧氣通道有一定距離的位置上并設置有一個通向所述腔的入口，所述多孔結(jié)構定位在所述的腔內(nèi)，以限制回火穿過該腔室。
6.一種安裝到割炬頭上并將割嘴連接到割炬頭上而且防止回火的接頭，所述接頭包括一個設置有一內(nèi)表面的主體，該內(nèi)表面圍繞主體的軸線延伸，以限定一個沿軸向延伸的孔，該孔在主體的相對兩端開口，而且用于使割嘴從該孔內(nèi)穿過；一個防止回火的多孔結(jié)構，該多孔結(jié)構被裝配到主體上，以與主體一起安裝到割炬頭上，當將主體從割炬頭上拆卸下來時，其還與主體保持在一起，其中所述多孔結(jié)構是一個獨立于所述主體的部件，而且多孔結(jié)構內(nèi)設置有多條貫穿其中的盤旋通道，所述多孔結(jié)構為環(huán)形并限定了一個在其中延伸的孔，該孔遠大于任何一條盤旋通道，所述多孔結(jié)構上的孔用于使割嘴在其中穿過延伸。
7.根據(jù)權利要求6的接頭，其中所述接頭被安裝到割炬頭上并將割嘴連接到割炬頭上，從而使割嘴穿過主體上的孔和多孔結(jié)構上的孔延伸。
8.根據(jù)權利要求6的接頭，其中所述主體設置有相對所述軸線成螺旋線狀延伸的螺紋，所述螺紋用于將主體安裝到割炬頭上。
9.根據(jù)權利要求6的接頭，其中所述接頭能夠通過下述方式安裝到割炬頭上使主體的螺紋與割炬頭的螺紋相互接合并沿第一方向相對割炬頭使主體旋轉(zhuǎn)多圈；所述接頭可以下述方式從割炬頭上拆卸下來使割炬頭和主體之間沿與第一方向相反的第二方向產(chǎn)生多圈相對轉(zhuǎn)動，其中多孔結(jié)構被主體所支承，從而當將所述接頭安裝到割炬頭上和將所述接頭從割炬頭上拆卸下來時，使多孔結(jié)構能夠與主體一起轉(zhuǎn)動多圈。
10.根據(jù)權利要求6的接頭，其中所述主體設置有相對所述軸線成螺旋線狀延伸的螺紋，所述螺紋用于將主體安裝到割炬頭上。
11.根據(jù)權利要求6的接頭，其中所述接頭的內(nèi)表面包括一個用來與割嘴接合的環(huán)形支座，該支座圍繞軸線并相對軸線傾斜延伸。
12.根據(jù)權利要求6的接頭，其中所述接頭包括一個設置有一軸線的孔，所述軸線相對主體的軸線徑向延伸，所述孔與多孔結(jié)構的盤旋通道聯(lián)通。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種與氧－燃料割炬頭一起使用的回火防止器，其通過一連接件設置在割炬頭內(nèi)或割炬頭附近，該連接件可以是一個用于安裝到割炬頭上的接頭或割嘴。該連接件包括一個主體和最好被該主體所支承的多孔結(jié)構，該多孔結(jié)構是一個獨立于主體的部件。該多孔結(jié)構內(nèi)設置有多條用于限制回火的盤旋通道。
文檔編號F23D14/72GK1403741SQ0210583
公開日2003年3月19日 申請日期2002年4月11日 優(yōu)先權日2001年8月27日
發(fā)明者奈杰爾·帕金, 約翰·奧諾拉托, 保羅·邁爾庫里 申請人:依賽彼集團公司