专利名称：与氧－燃料割炬头一起使用的回火防止器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种割炬，具体而言，本发明涉及带有回火防止器的割炬。
背景技术：
氧-燃料割炬从喷嘴中喷射出燃料气体和氧气，以用于切割操作。常规的割炬包括一个与独立的燃气源和氧气源相连接的控制体，用于将氧气和燃气从控制体运送到割炬头的管道和安装到割炬头上的割嘴。割嘴接收来自割炬头的燃气和氧并通过喷嘴将这些气体喷出。具体而言，割炬头包括一个围绕一空腔延伸的内表面，该内表面限定了一个割炬头空腔；一个通向割炬头空腔并用于向割炬头空腔供给氧气的氧气口；一个通向割炬头空腔并用于向割炬头空腔供给燃气的燃气口。割嘴包括多个用于将气体从割炬头导向喷嘴的通道。
传统的割炬首先用从喷嘴喷出的气体产生一个预热火焰，该预热火焰用于加热金属工件。当预热火焰对工件进行充分加热后，高速切割氧气流被打开并通过喷嘴喷出。高速切割氧气流通过氧化反应以物理方式除去工件上已熔化的材料，从而对工件进行切割。一般情况下，在喷嘴的上游侧设置有多个阀及相关的部件，例如能够控制割炬操作的控制体。
回火是一种在割炬中由用于割炬操作的爆炸性混合气体的逆流和点燃所引起的反应。回火通常发生在喷嘴内，而且通常由在该位置上的阻塞物、操作错误、不正常的气体压力和/或机械故障引起的。由于回火具有快速和爆炸的特性，因此回火是一种对气割炬的操作人员构成生命威胁的主要方面，而且还会损坏气割炬和相关的设备。因此，如美国专利5407348和5470227所述，回火防止器一般由烧结材料制成，以将其用在气体进入割炬的入口位置上。而这样就可以阻止回火从割炬的上游进入气体软管、调节部件和向割炬输送气体的缸体内，但这并不能从根本上消除在割炬内部产生回火的作用，这就意味着割炬可能由于割炬内部的回火而导致损坏，或者由于在割炬内部产生回火而伤及操作人员。
另外，将填料安装到割炬头内或安装到一根恰好位于割炬头的上游并用于防止回火的管道内也已是公知的技术，如美国专利1176017和1290422所述。填料经常被损坏，例如由回火产生的积碳引起的堵塞。因此，必须周期性地更换填料。但在割炬内拆卸和更换填料是一件很耗费体力的工作。此外，处于安全的角度考虑，如果填料未被正确安装，那么填料就不能起到应有的作用，这样就会损坏割炬或伤及操作人员。
有几种被加工成割嘴形状的气体运送通道及被加工成具有陡的方向变化结构从而用于限制回火的割嘴接头也已是公知的技术，如美国专利1439861；3746500；4431167和5688469所述。但是，由于对某些割嘴的尺寸有一些约束条件，因此机械加工所能提供的方向变化数量通常非常有限。这种限制至少在某些情况下限制了这些类型的接头及割嘴的防回火作用。
因此，在本领域内，就需要提供一种设置在割炬头附近用于将回火限制在割炬头内的回火防止器，这种防止器能够被容易地使用和更换，而且能够确保回火防止器取得满意的效果。
发明内容
根据本发明的一个方面，回火保护是通过在割炬头附近设置一个连接件来实现的，该连接件最好是一个接头或用于安装到割炬头上的割嘴。据此，该连接件包括一个主体和一个被主体所支承并与主体不同的多孔结构。该多孔结构设置有多个用于防止回火的盘旋延伸的通道，最好能够熄灭邻近其源头的所有回火。此外，根据本发明，该连接件易于使用和安装，同时确保最佳的功效。对于每个连接件而言，多孔结构最好以下述方式支承在主体上有利于对用过的连接件进行处理，而不是仅更换多孔结构，从而通过防止用户不正确地安装多孔结构来促进割炬的安全操作。或者，使该多孔结构能够被快速地拆卸和更换。
根据本发明的一个实施例的一个方面，当将连接件安装到割炬头上时，连接件主体的一端被插装到割炬头的空腔内，当将连接件从割炬头上拆卸下来时，主体的端部能够从空腔内拔出，该主体限定了至少一条与割炬头的氧气口联通的氧气通道，用于当主体安装到割炬头上时接收氧气，该连接件限定了至少一条、最好是多条与割炬头的燃料入口联通的燃气通道，从而当主体安装到割炬头上时，用于接收燃气；多孔结构与主体相连接，从而当主体被安装到割炬头上时，使多孔结构能够防止回火进入割炬头的燃料口。此外，该多孔结构被主体所支承，从而当主体从与割炬头完全分离的位置移动到安装到割炬头上的位置上时和当主体从安装到割炬头上的位置移动到与割炬头完全分离的位置上时，使多孔结构能够随主体一起移动。从而，使该连接件从一开始就能够被容易地安装和更换，同时使多孔结构被错误安装的可能性最小，这样就不会使多孔结构失去其应有的功能。该多孔结构最好设置于燃料通道内，以通过燃料通道防止回火。
根据本发明的另一方面，主体的第一部分被安装到主体的第二部分上，从而使这些部分的表面一起限定了一个容纳有多孔结构的空腔。这样就可以设法提供抗干扰性，从而提高连接件的一次性使用程度。就是说，该连接件还被构造成能够使多孔结构错误安装的可能性最小的形式之外，根据本发明的这一方面，如果多孔结构被堵塞，使用者最好不会为了更换多孔结构而想到拆卸连接件，从而使用户为更换多孔结构而导致不正确安装的可能性最小。作为选择，多孔结构能够便于从连接件上拆卸下来，而且还能够快速更换。
根据又一方面，主体的外部包括上游燃料通道，主体的内部包括下游燃料通道。此外，根据这一方面，主体的内部包括一个孔，主体的外部包括氧气通道，该氧气通道穿过该孔延伸。燃气通道优选围绕氧气通道设置并距氧气通道有一定的距离。
根据再一方面，该连接件为一个割嘴。根据本发明的另一方面，该连接件是一个用于安装到割嘴上的接头。据此，有多个环形腔室围绕氧气通道延伸并距氧气通道有一定的距离，而且通向燃气通道。
根据本发明的另一实施例的一个方面，可通过使主体上的螺纹与割炬头上的螺纹相互接合并沿第一方向相对割炬头使主体旋转多圈的方式将该连接件安装到割炬头上。因此，可通过沿与第一方向相反的第二方向在割炬头和主体之间产生多圈的相对转动而将主体从割炬头上拆卸下来。多孔结构被装配到主体上，以防止回火进入割炬头的燃料口。这样，连接件在一开始就能够容易地安装和更换，同时使不正确安装多孔结构的可能性降到最小，从而不会使其失去应有的功能，因为多孔结构被装配到主体上，用于与其一起安装和拆卸。或者，该连接件可通过除螺纹之外的其它方式安装到割炬头上。
根据另一方面，该连接件是一个接头，一个割嘴通过该接头安装到割炬头上。多孔结构最好为环形，从而限定一个孔，割嘴可穿过该孔延伸。
根据又一方面，该接头包括一个开口，该开口设置有一条相对主体的轴线径向延伸的轴线。该主体最好包括一个邻近多孔结构并至少部分环绕多孔结构的沟槽，该沟槽用于使燃料在多孔结构的开口和盘旋通道之间流过。
根据再一方面，该多孔结构通过压配合安装到主体上，根据这方面和另一方面，该多孔结构通过至少一个穿过多孔结构和主体的紧固部件(例如销状的轴)固定到主体上。这样就使这种连接件具有抗干扰性和一次处理性。即，该多孔结构最好以下述方式固定到主体上当出现堵塞情况时，使用者很难或至少不方便为更换多孔结构而拆卸这种连接件，这样就使用户不正确地将替换用多孔结构安装到连接件上的可能性降低到最小。作为选择，使该多孔结构能够快速地从连接件上拆卸下来，而且易于更换。
因此，本发明的一个方面在于通过使用一种操作极为简单的(例如一次性)保护装置来防止邻近源头产生回火，从而促进安全使用。
上面已对本发明作出了简要的说明，下面请参照附图，附图没有必要按照比例来绘制，而且大部分附图至少在局部是示意性的，其中图1为根据本发明一个实施例的割嘴和传统割炬头的部件分解图，其中环绕割嘴的螺母和割炬头沿其轴线以剖面示出，位于割嘴内部的多孔结构在图中以断开线示出；图2为割嘴沿图4之剖面线2-2的剖视图；图3为割嘴内部沿图4之剖面线3-3的独立剖视图；图4为割嘴的顶视图，该视图与割嘴内部的顶视图相同；图5为该内部部分的底视图；图6为割嘴外部沿图4之剖面线2-2的独立剖视图；图7为该外部部分的顶视图；图8该外部部分的底视图；图9为多孔结构的侧视图；图10为多孔结构的平面图；图11为多孔结构的气孔的局部放大视图；图12为由多孔结构的气孔形成的盘旋路线的放大剖视图；图13为根据本发明的另一实施例的割嘴的局部剖视图，该割嘴以与图4中剖面线2-2相同的剖面形式被示出；图14为根据本发明的另一实施例的割嘴及接头的组合结构的视图；图15为图14所示的组合结构的局部剖视图，该视图是以与图4中的剖面线2-2所示的情况相同的方式作出的；图16为根据本发明的另一实施例，割炬的接头和割炬头及局部割嘴的沿其轴线的每一部件的剖视分解图。
对本发明的详细说明现参照附图，对本发明加以充分说明，图中示出了本发明的最佳实施例。但是，本发明可以多种不同的方式被实施，而且本发明的结构并非仅限于下述的实施例；而且，提供这些实施例的目的在于使公开充分完整，并使本领域的技术人员能够充分理解本发明的保护范围。在附图中，相同的附图标记表示相同的部件。
参照图1，图中示出了一个根据本发明第一实施例以割嘴20之形式存在的连接件，该割嘴20与传统氧-燃料割炬的割炬头22在该图中被彼此拆开。简单地说，割嘴20包括同轴的内部和外部部分24、26，这两个部分彼此安装在一起形成了一个喷嘴28，该喷嘴设置于割嘴的下端，用于喷出氧气和燃气。根据本发明的另一实施例，这两个部分被组合成一个单独的部件，而不是既包括内部部分24，又包括外部部分26。一个内部多孔结构30安装在割嘴20的内部，用于防止通过割嘴产生回火。该多孔结构30在图1中是不可见的，因此以虚线示出。割嘴20通过带外螺纹的螺母32以传统的方式可拆卸地安装在割炬头22上，具体如下所述。
割炬头22包括一个内表面，该内表面围绕一轴线延伸，从而限定了一个在割炬头下端开口的混合空腔34。割炬头22的内表面包括环形的上支承表面和下支承表面(即上支座和下支座36、38)，这两个支承表面与混合空腔34同轴并相对混合空腔的轴线形成了一个斜角。割炬头22的内表面还限定了与混合空腔34同轴的内螺纹40。该割炬头还包括一个通向混合空腔34并用于接收来自氧气源的气态氧的氧气口42。同样，该割炬头还包括一个通向混合空腔34并用于接收来自燃料源的燃气的燃料口44。根据本发明的第一实施例，燃料气体包括经过“在先混合”的氧气和气态燃料的混合物，例如乙炔气或类似物。但是本发明也可应用于“在后混合”的割炬，具体如下所述。
图1所示的“氧气源”和“燃料源”表示传统的气体源和来自割炬头22之上游的传统割炬部件。在一个具体的实施例中，图1所示的“氧气源”和“燃料源”表示与独立的燃气源和氧气源相连接的控制体和用于将氧气和燃气从控制体运送至割炬头的管道，同时控制体包括多个用于控制割炬操作的阀和相关的部件。
可通过将割嘴的上端插装到混合空腔34内，然后使螺母32的外螺纹46与割炬头的内螺纹40相互接合的方式将割嘴20安装在割炬头22上。螺母32可被转动，以使螺母的环形上边缘与割嘴20的下部凸缘48的下表面相互接合，从而将割嘴压入混合空腔34内。当割嘴与混合空腔同轴并与割炬头22的支座36、38充分接合时，割嘴20停止朝向混合空腔34的移动。具体而言，割嘴20包括环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)，这两个支承表面围绕割嘴的轴线同轴延伸并相对该轴线形成一个斜角，当将割嘴安装到割炬头上时，割嘴的支座50、52分别与割炬头22的支座36、38同轴而且与支座36、38可靠接合。
根据本发明的第一实施例，当上部支座36、50相互可靠接合时，就会在混合空腔34的上部区域内形成一个氧气腔室。该氧气腔室通向氧气口42并对燃料口44关闭，割嘴20的上凸缘54定位在该氧气腔室内。同时，下部支座38、52相互可靠接合，从而在混合空腔34内在上部支座36、50和下部支座38、52之间的轴向空间内形成一个燃料腔室。燃料腔通向燃料口44并对氧气口42关闭，割嘴20的上部凸肩56定位在燃料腔内。
参照图2至5所示的内部部分24，一个氧气通道58穿过内部部分同轴延伸。该氧气通道58在内部部分24的上端设置有一入口并穿过一杆60延伸，该通道58还包括一个设置于内部部分下端的出口。多个上游燃料通道62穿过该内部部分24延伸并围绕该内部部分的轴线沿径向定位于距该轴线有一定距离的位置上。每个上游燃料通道都包括一个位于上部凸肩56上的入口和一个位于内部部分24的环形同轴的下部凸肩64上的出口。内部部分24的同轴外螺纹66用于将内部部分安装到外部部分26上。
现参照图2和图6至8所示的外部部分26，其包括一个内表面，该内表面围绕内部部分的细长轴线同轴延伸，从而限定一个在外部部分的上端和下端开口的中心孔68。外部部分26的内表面包括同轴的内螺纹70，当内部部分的杆60穿过多孔结构30插装到中心孔68内时，该内螺纹70与内部部分24的外螺纹66相互啮合。这样，内部和外部部分24、26就可相对彼此同轴转动，从而通过螺纹66、70使内部部分完全拧入中心孔68内，如图2所示。就是说，可以通过下述方式装配割嘴20可通过将杆60穿过同轴孔72(图10)，然后将该杆插入外部部分26的中心孔68内，接着使内部和外部部分24、26相对转动，以使螺纹66、70相互配合，从而使外部部分的上端和内部部分的下部凸缘48的底侧相互接合，其中同轴孔72是贯穿多孔结构30形成的。
外部部分26的内表面还包括一个同轴的圆筒形内表面74和一个同轴的环形内部凸肩76，该凸肩76与杆60的外表面及内部部分24的下部凸肩64一起限定了一个能够容纳多孔结构30而且最好完全被多孔结构占据的同轴环形腔。当割嘴20被完全装配在一起时，如图2所示，除了与上游燃料通道62的出口和下游燃料通道78的入口相通外，容纳多孔结构30的环形腔是完全封闭的。下游燃料通道78穿过外部部分26延伸并围绕外部部分的轴线沿径向定位在距该轴线有一定距离的位置上。每个下游燃料通道78都包括一个位于内部凸肩76上的入口和一个位于外部部分26之下端的出口。
参照图9和10，多孔结构30为环形，而且包括圆筒形的同轴外表面和内表面79、81。根据本发明的第一实施例，当割嘴20以图2所示的方式装配在一起时，外表面和内表面79、81最好分别与外部部分76的内表面74和内部部分24的杆60的外表面可靠接合。根据本发明的第一实施例，多孔结构的内表面81围绕容纳有杆60的孔72延伸并形成了孔72，该内表面在多孔结构30的相对两端开口。多孔结构30的相对两端分别与内部部分24的下凸肩64和外部部分26的内凸肩76可靠地接合。由于多孔结构30与内表面74、杆60、下凸肩64和内凸肩76可靠接合，因此就使从上游燃料通道62流向下游燃料通道78的气体被迫流过多孔结构的盘旋通道80(图12)。同样，任何试图从下游燃料通道78移向上游燃料通道62的回火都被迫通过多孔结构30的多条盘旋通道80，最好能够使回火熄灭。
参照图11至12的示意图和放大视图，多孔结构30包括多个气孔82(在图11中仅标出了一些具有相同标号的典型气孔)，每个气孔都形成了盘旋通道80的至少一部分，而盘旋通道80贯穿多孔结构延伸。根据本发明第一实施例的一个实例，多孔结构30最好由烧结青铜或烧结不锈钢或类似材料制成，而且气孔的尺寸约为5微米，而且在几个平方英寸的烧结材料上至少有大约100个气孔82/盘旋通道80，而且最好多于100个。气孔的尺寸是沿垂直气体流过的方向对有代表性的气孔82进行近似测量得出的。根据本发明的第一实施例，最佳的气孔尺寸和气孔数量可根据与割炬的制造及操作有关的许多因素的不同而在很宽的范围内变化；因此，在某些应用条件下，气孔的尺寸可以不等于5微米，而且其密度也可以不是在几个平方英寸内设置100个气孔82/盘旋通道80。此外，根据本发明的另一实施例，多孔结构可以是能够使割炬以常规方式操作并能够实现防止回火功能的任何材料。根据该实施例，多孔结构可以是紧密充填的钢棉或类似物，或者是一个或多个最好以层状结构排列的滤网或类似物。
参照图1至2，对本发明第一实施例的割炬的操作加以详细说明。当割嘴20完全装配到割炬头22上时，氧气和燃料被进送到割炬头22内，从而使氧气流过氧气通道58，使燃料流过上游燃料通道62、多孔结构30，接着流向下游燃料通道78。就是说，多孔结构30设置于割嘴20的燃料通道内。燃料从喷嘴28喷出并被点燃，以形成用于加热金属工件的预热火焰。当预热火焰已对工件进行充分加热时，高速的切割氧气流被打开并通过氧气通道58输送到喷嘴28内。该高速的切割氧气流通过氧化反应以物理方式除去工件上熔化的材料，从而对工件进行切割。如果在这种操作过程中，由于爆炸性混合气体的逆流和点燃(例如由于在喷嘴内存在障碍物)而产生了回火，那么多孔结构30的盘旋通道80就可以防止回火延伸到上游燃料通道62内。
当回火延伸并被多孔结构30熄灭时，回火的固体副产品例如碳就会沉积在多孔结构的气孔82/盘旋通道80内。因此，多孔结构30最终将被堵塞，从而形成过分的阻碍，以致于所需流量的燃料气体不能从该多孔结构流过。在这种情况下，根据本发明的第一实施例，用过的割嘴20最好被整个扔掉，并代之以新割嘴。将用过的割嘴20完全扔掉并用新割嘴替换旧割嘴能够在使用者没有正确安装一个新的多孔结构30时，或者在更为糟糕的情况下，当拆卸被堵塞的多孔结构而且未更换该多孔结构时，防止出现故障。为此，割嘴20可被制造成一个“一体”的一次性产品，当出现堵塞情况时，该产品可被整个扔掉。或者，多孔结构30可被快速地从割嘴20上拆卸下来并能够被更换。
根据本发明的另一实施例，作为可设置于割嘴20的同轴环形腔室内的多孔结构30的一种替代形式，如图1-2所示，或除此之外，多孔结构的插塞件可被同轴安装在每个上游燃料通道62和/或每个下游燃料通道78内，或者是这些通道的组合，而且这些通道可被加大，从而以最佳的方式容纳插塞。同样，多孔结构可设置于至少局部通过割嘴20或类似物限定的燃料通道的其它位置上。
参照图1和2，根据本发明的第一实施例，在外部部分26抵靠内部部分24的下凸缘48之下表面的位置上形成一个外接缝84。根据本发明的另一实施例，如图13所示，至少外接缝84、最好是割嘴20的大部分外表面被一涂层86有选择地覆盖，或者被加工成至少局部充填和/或遮蔽外接缝84。这样就可以有利地防止或至少阻止割嘴20的拆卸，例如通过在机械结构上使部件的拆卸非常困难，或者从视觉效果上通过使操作人员相信没有可见的接缝就表明割嘴20是一个不能拆卸的整体部件。就是说，在割嘴20内基本不能碰到多孔结构30，这样就会认为该多孔结构不能更换。通过阻止部件的拆卸，就能够促进被堵塞割嘴20的更换，从而有利地避免了当使用者不正确地安装一个新的多孔结构30，或者在更为糟糕的情况下，拆掉被堵的多孔结构但并未安装新部件时发生故障。因此，割嘴20最好是一个一次性的部件。或者，多孔结构能够易于从割嘴上拆卸下来并易于更换。
一种合适的涂层86是一个阳极化涂层。合适的阳极化涂层可通过传统的阳极镀层工艺或类似方法涂敷到割嘴20上。阳极涂层包括经电解处理的割嘴20，从而在割嘴20的外表面上形成一层构成涂层86的氧化物。其它镀层技术也落入本发明的范围内，而且最终形成的涂层最好足以防止割嘴的拆卸。或者，也可以下述方式形成能够掩藏外接缝84的涂层20或类似物通过在外接缝区域内将割嘴20的内部部分和外部部分24、26钎焊在一起，从而基本上能够防止割嘴的拆卸。
图14至15示出了同轴安装到根据本发明另一实施例的连接件上的割嘴90，这种连接件以接头20’的形式存在。根据该实施例，除了注明的结构变形和本领域的技术人员非常清楚的结构变形外，接头20’与本发明第一实施例中的割嘴20相同，可设置有涂层或者也可不设置涂层86(图13)。根据该实施例，接头20’包括与割嘴90的内螺纹94相配合的外螺纹92，从而使割嘴能够被拧到接头上，以实现图14至15所示的结构。割嘴90包括一个六边形的外部结构96，该结构用于支承扳手并有利于将割嘴90安装到接头20’上和从接头上拆卸下来。
参照图15，一个端部氧气通道98穿过割嘴90同轴延伸，割嘴的端部燃料通道100围绕割嘴的轴线沿径向定位在距该轴线有一定距离处。现对割嘴完全安装到接头20’内时(如图14和15所示)割嘴90之通道98、100的结构加以说明。端部氧气通道98的入口仅与接头20’的氧气通道58的出口相通，而氧气通道58的出口仅与端部氧气通道98的入口相通。终端氧气通道98的出口在割嘴90的下端(即喷嘴)开口。
接头20’和割嘴90包括两个同轴的环形沟槽，这两个环形沟槽彼此相对并相互联通，从而形成一个环绕氧气通道58、98并与上述氧气通道同轴的环形腔102。除了与下游燃料通道78的出口及终端燃料通道100的入口相通外，该环形腔102是完全封闭的。终端燃料通道100的出口位于割嘴90的下端。
接头20’的上端安装到割炬头22(图1)上，而且除了氧气和燃料从割嘴90的喷嘴喷出外，该接头与本发明第一实施例的割嘴20具有相同的功能。此外，如果割嘴90受损，那么就可用一个新割嘴将其替换下来，同时接头20’仍安装到割炬头22上。这样，接头20’和割嘴90的组件其整体特征就在于一个“由两个部件构成的”结构件，而且割嘴90是消费品。反之，如果由于在先回火产生的碎屑而需要更换接头20’，那么可将正在使用的割嘴90从旧接头上拆卸下来并换上一个新接头，目的是避免浪费仍可以使用的割嘴。
参照图16，图中示出了根据本发明另一实施例，一个以接头110的形式存在的连接件，该连接件已从氧气-燃料割炬的割炬头22’上拆卸下来。除了注明的结构变形和本领域的技术人员非常清楚的结构变形外，该实施例中的割炬与本发明第一实施例中的割炬完全相同。例如，图16所示的割炬头22’与图1所示的第一实施例中的割炬头22完全相同，除了割炬头22’内的混合空腔34’被加工成位于上支座36的下方之外。具体而言，割炬头22’的内表面包括环形的中间和下部支承表面(即中间支座和下部支座112、114)，这两个支承表面围绕混合腔34’的轴线同轴地延伸并垂直于该轴线。
接头110包括一个主体116和一个多孔结构30’，这两个部件彼此同轴设置，而且在本发明的某些实例中，其通过一个或多个部件安装在一起，具体如下所述。除了整体尺寸不同外，本实施例中的多孔结构30’与本发明第一实施例中的多孔结构30相同。主体116包括一个内表面，该内表面围绕主体的轴线同轴延伸，从而形成一个在主体的上端和下端开口的孔118。主体116的内表面包括一个圆筒形的内表面120、一个环形的内凸肩122、一个环形的支承表面(即内支座124)和内螺纹126，所有这些部分都围绕主体的轴线同轴延伸。此外，内部支座124相对主体116的轴线形成了一个斜角。
根据该实施例的某些实例，多孔结构30’最好基本永久地安装到主体116上，例如至少通过一种安装技术。相反，根据该实施例的其它实例，多孔结构30’以下述方式与主体116相连接使多孔结构能够从主体上快速拆卸下来并易于更换。根据该实施例的图示实例，采用了两种安装技术，即采用了压配合和连接部件将多孔结构安装到主体116上，但在另一实例中，仅采用压配合是最佳。就压配合而言，主体116的内表面120和多孔结构30’的外表面具有一定的尺寸当将多孔结构压装到孔118的上端内时，多孔结构的外表面和内表面120中间的摩擦作用能够固定住多孔结构，如图16所示。在该结构中，多孔结构30’的下端与主体的内凸肩122牢固接合。
以定位销128或类似部件存在的一个或多个紧固件可穿过主体116的一部分延伸到多孔结构30’内，在图16中仅示出了一个定位销128。根据本发明的另一实施例，用于将多孔结构30’安装到主体116上的定位销128未被包括在接头110内。或者，可用其它紧固部件来替代一个或多个定位销128，例如定位环或其它紧固件。
一个或多个孔130分别设置有一条相对主体116的轴线沿径向延伸的轴线，而且孔130穿过主体延伸并在主体116的圆筒形外表面132上设置有一个入口，在主体的内表面120上设置有一出口。圆筒形表面120还限定了一个与主体116同轴的环形沟槽134，该环形沟槽环绕或至少部分环绕主体的轴线。每个孔130的出口和多孔结构30’的回旋通道80(图12)都通到沟槽134。在本发明的某些实施例中，省去了沟槽134，或在多孔结构30’的外表面上设置沟槽，同样，在某些情况下除了一个孔130外其它所有的孔都可被省掉。
主体116的上端被插装到割炬头22’的混合空腔34’内，接着转动该主体，以使与主体同轴的外螺纹136与割炬头的内螺纹40’相互啮合。主体116的底面包括两个插孔138，这两个插孔用于容纳能够旋转接头110的叉状工具的前端，从而将其拧入割炬头22’内。除插孔138外，还可采用其它便于安装和拆卸的部件。此外，根据本发明的另一实施例，螺纹136和40’可被其它利于主体116和割炬头22’之间的连接最好还利于其拆卸的部件所替代。例如，可以采用其它类型的螺纹；可采用各种“卡扣配合”或压配合；还可以采用能够沿径向穿过割炬头22’延伸并与主体116接合的侧向定位螺钉或定位销等及采用其它连接装置。
当接头110完全装配到割炬头上时，主体116的上表面和多孔结构30’与割炬头22’的中间支座112密封接合。同样，主体的环形外部支座140与主体的轴线同轴并环绕该轴线，当接头110完全装配到割炬头上时，该支座140与割炬头的下部支座114密封接合。主体116的外表面132限定了一个小于割炬头22’的圆筒形内表面142的直径。当接头110被完全装配到割炬头22’上时，该内表面142环绕外表面132，从而使这些表面不互相接触，而且当接头完全装配到割炬头上时，在这些表面之间限定了一个增压室状(plenum-like)的环形外腔、沟槽或空间。对于将在表面132、142之间形成的外腔而言，这一点是十分有利的，这样就能够使其起到燃料通道的作用，从而使接头110的孔130不必与割炬头22’的燃料口44对准。作为一种替代形式，孔130也可大体与燃料口44同轴对中。
当接头被完全安装到割炬头22’上时，传统割嘴或如上所述的割嘴20或类似部件被安装到接头110上。例如，割嘴20可通过将其上端插入接头的孔118内，然后使螺母32的螺纹46(图1)与接头的内螺纹126接合的方式安装到接头110上。螺母32被旋转，以使螺母的环形上部边缘与割嘴20的下凸缘48的下表面接合，以将割嘴压入接头的孔118和割炬头22’的混合腔34’内。当割嘴、接头110及割炬头22’保持同轴，而且割嘴与主体及割炬头的各个支座完全接合时，割嘴20停止向孔118和混合腔34’移动。具体而言，割嘴20的上部和下部支座50、52分别与割炬头22’的上部支座36和接头的内支座124同轴并可靠地接合。
当上部支座50、36相互可靠接合在一起时，就会在混合腔34’的上部区域内形成一个氧气腔。该氧气腔通向氧气口42并对燃料口44关闭，割嘴20的上部凸缘54定位在该氧气腔内。与此同时，割嘴20的下部支座52和接头110的内部支座124、接头的外部支座140和割炬头22’的下部支座114相互可靠接合，从而在混合空腔34’内形成一个燃料腔。该燃料腔通向燃料口44并对氧气口42关闭。
当接头110被安装到割炬头22’上，而且割嘴20被安装到上述的接头内时，割嘴的上部杆体144穿过多孔结构30’的孔72’延伸。多孔结构30’的内表面81’所限定的直径大于上部杆体144的外表面直径，从而在上部杆体和多孔结构的内表面之间形成了一个环形的内腔，割嘴20的上游燃料通道62的入口与该内腔邻接并通向该内腔。具体而言，根据图16所示的实施例，当接头110安装到割炬头22’内，而且割嘴20被安装到接头上时，多孔结构30’的内表面81’与割嘴20的上部杆体144之外表面存在相对的面对面关系。根据本发明的一个类似的替代实施例，但该实施例未在图中示出，多孔结构30’定位于一个设置在接头110上的凹槽或类似结构内，从而使割嘴的上部杆体144穿过多孔结构30’的孔72’延伸，但当接头110安装到割炬头22’内，而且割嘴20被安装到接头上时，多孔结构30’的内表面81’与上部杆体144的外表面之间不存在相对的面对面关系。
当接头110和割嘴20以上述方式完全装配到一起时，氧气和燃料就会被进送到割炬头22’内。结果，氧气流过割嘴的氧气通道58。燃料从形成于接头110的外表面132和割炬头22’的内表面之间的环形外腔流向形成于多孔结构30’的内表面81’和上部杆体144的外表面之间的环形内腔。内腔和外腔之间的流量流过孔130、沟槽134和接头110的回旋通道80。接着，燃料从形成于多孔结构30’的内表面81’和上部杆体144的外表面之间的环形内腔流入割嘴20的上游燃料通道62内。此后，氧气和燃料从上述割嘴20的喷嘴28内喷出。如果在操作过程中由于爆炸性混合气体的逆流和点燃(例如由于喷嘴28处的障碍物)而产生了回火，那么多孔结构30’能够有利地防止回火现象延伸到接头110的一个或多个径向孔130。
当回火现象延伸到多孔结构30’并被多孔结构30’熄灭时，回火产生的固体副产品，例如碳，将沉积在多孔结构上。这样，多孔结构30’最终就会被堵塞，从而不能使所需流量的燃料气体从该结构中流过。在这种情况下，用过的接头110最好被整个扔掉并用一个新的接头替代它。将用过的接头110整个扔掉并用一个新的接头替代它将有利地防止当使用者没有正确地安装一个新的多孔结构30，或者在更为糟糕的情况下，拆掉被堵的多孔结构但并未安装新的多孔结构时所发生的故障。可通过将多孔结构牢固安装到接头的主体116上而令使用者放弃将多孔结构30’从接头110上拆卸下来和将一个新的多孔结构安装到同一接头上。作为选择，该多孔结构30’可被连接到接头110上或以其它方式与接头110相连接，使多孔结构易于从接头上拆卸下来并易于更换。
本领域的技术人员应该理解氧气-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，而且在本说明书中，是结合在先混合型割炬对本发明进行描述的。就是说，根据本发明的图示实施例，通过燃料口44进送的燃料是氧气和燃气(例如乙炔或类似物)的混合物。尽管在本说明书中，结合“预先混合”式的割炬对本发明作出了说明，但是，本发明还可应用到“在后混合”式的割炬上。
本领域的技术人员在上述说明和附图的启示下可对本发明作出多种修改和变形，而且还可以想到其它的实施例。因此，应该理解本发明并非仅限于包括在本发明范围内的上述特定实施例、变形和其它实施例。尽管在本文中采用了一些特定的术语，但其仅是一般性和说明性的，不是对本发明的限制。
权利要求
1.一种防止回火并安装到割炬头上的连接件，所述割炬头包括一个割炬头空腔；一个通向割炬头空腔的氧气口，该氧气口用于接收来自氧源的氧气并将氧气运送到割炬头空腔内；一个通向割炬头空腔的燃料口，该燃料口用于接收来自燃料源的燃料并将燃料运送到割炬头空腔内，所述连接件包括一个用于安装到割炬头上和从割炬头上拆卸下来的主体，其中主体的一端适合于在将主体安装到割炬头上时插装到割炬头空腔内并在将主体从割炬头上拆卸时能够从割炬头空腔内抽出，该主体限定了至少一条氧气通道，当主体被安装到割炬头上时，所述氧气通道适合与氧气口联通并用于从氧气口接收氧气，所述连接件限定了至少一条燃料通道，当主体被安装到割炬头上时，所述燃气通道适合与燃料口联通并用于从燃料口接收燃料；一个独立于主体的多孔结构，该多孔结构内设置有多个贯穿其中的回旋通道，而且该多孔结构能够被装配到主体上，从而当主体被安装到割炬头上时，使该多孔结构能够防止回火进入到割炬头的燃料口内，其中所述多孔结构与所述连接件一体制成，而且当主体从与割炬头完全分离的位置移动到安装到割炬头上的位置时，以及当主体从安装到割炬头上的位置移动到与割炬头完全分离的位置时，多孔结构能够与主体一起移动。
2.根据权利要求1的连接件，其中所述连接件被安装到割炬头上，以使氧气通道与氧气口联通，以接收来自氧气口的氧气；而且还使燃料通道与燃料口联通，以接收来自燃料口的燃料。
3.根据权利要求1的连接件，其中所述端部为第一端，所述连接件是一个割嘴，当连接件安装到割炬头上时，该割嘴的第二端与所述第一端相对，所述第二端用于喷射燃料，以产生一个用于加热工件的火焰；所述第二端还用于喷出氧气，以发生氧化反应，从而切割被加热的工件。
4.根据权利要求1的连接件，其中所述端部为主体的第一端，所述主体设置有一个与第一端相对的第二端，氧气通道从第一端延伸到第二端，多个燃料通道从第一端附近延伸到第二端并围绕氧气通道沿径向定位于距氧气通道有一定距离的位置上；所述主体限定了一个围绕氧气通道延伸并与氧气通道隔开的环形腔，每个燃料通道都设置有一上游部分和一下游部分，对每个燃料通道而言，上游部分设置有一个通向环形腔的出口，而下游部分设置有一个通向环形腔的入口，所述多孔结构定位在该环形腔内。
5.根据权利要求1的连接件，还包括一个围绕氧气通道延伸并与氧气通道隔开的环形腔，其中燃料通道包括至少一个上游燃料通道，所述上游燃料通道沿径向定位在距氧气通道有一定距离的位置上并设置有一个通向所述腔的出口，至少一个下游燃料通道，所述下游燃料通道沿径向定位在距氧气通道有一定距离的位置上并设置有一个通向所述腔的入口，所述多孔结构定位在所述的腔内，以限制回火穿过该腔室。
6.一种安装到割炬头上并将割嘴连接到割炬头上而且防止回火的接头，所述接头包括一个设置有一内表面的主体，该内表面围绕主体的轴线延伸，以限定一个沿轴向延伸的孔，该孔在主体的相对两端开口，而且用于使割嘴从该孔内穿过；一个防止回火的多孔结构，该多孔结构被装配到主体上，以与主体一起安装到割炬头上，当将主体从割炬头上拆卸下来时，其还与主体保持在一起，其中所述多孔结构是一个独立于所述主体的部件，而且多孔结构内设置有多条贯穿其中的盘旋通道，所述多孔结构为环形并限定了一个在其中延伸的孔，该孔远大于任何一条盘旋通道，所述多孔结构上的孔用于使割嘴在其中穿过延伸。
7.根据权利要求6的接头，其中所述接头被安装到割炬头上并将割嘴连接到割炬头上，从而使割嘴穿过主体上的孔和多孔结构上的孔延伸。
8.根据权利要求6的接头，其中所述主体设置有相对所述轴线成螺旋线状延伸的螺纹，所述螺纹用于将主体安装到割炬头上。
9.根据权利要求6的接头，其中所述接头能够通过下述方式安装到割炬头上使主体的螺纹与割炬头的螺纹相互接合并沿第一方向相对割炬头使主体旋转多圈；所述接头可以下述方式从割炬头上拆卸下来使割炬头和主体之间沿与第一方向相反的第二方向产生多圈相对转动，其中多孔结构被主体所支承，从而当将所述接头安装到割炬头上和将所述接头从割炬头上拆卸下来时，使多孔结构能够与主体一起转动多圈。
10.根据权利要求6的接头，其中所述主体设置有相对所述轴线成螺旋线状延伸的螺纹，所述螺纹用于将主体安装到割炬头上。
11.根据权利要求6的接头，其中所述接头的内表面包括一个用来与割嘴接合的环形支座，该支座围绕轴线并相对轴线倾斜延伸。
12.根据权利要求6的接头，其中所述接头包括一个设置有一轴线的孔，所述轴线相对主体的轴线径向延伸，所述孔与多孔结构的盘旋通道联通。
全文摘要
本发明公开了一种与氧－燃料割炬头一起使用的回火防止器，其通过一连接件设置在割炬头内或割炬头附近，该连接件可以是一个用于安装到割炬头上的接头或割嘴。该连接件包括一个主体和最好被该主体所支承的多孔结构，该多孔结构是一个独立于主体的部件。该多孔结构内设置有多条用于限制回火的盘旋通道。
文档编号F23D14/72GK1403741SQ0210583
公开日2003年3月19日 申请日期2002年4月11日 优先权日2001年8月27日
发明者奈杰尔·帕金, 约翰·奥诺拉托, 保罗·迈尔库里 申请人:依赛彼集团公司