CN105627317B - 带有轴向射流的急速混合管状火焰燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有轴向射流的急速混合管状火焰燃烧器。根据本发明的燃烧器，包括燃烧器本体和轴向射流装置，燃烧器本体内部具有旋流混合腔；燃烧器本体还包括至少两个沿旋流混合腔切向与旋流混合腔连通的气流入口。本发明的燃料与氧化剂分别从均布于圆周的切向细缝入口注入燃烧器，在流速较低或者氧气浓度较高甚至纯氧的情况下能防止回火甚至爆炸的发生。本发明利用气动特性在石英玻璃管的内壁上，形成一层密度较大、温度较低的未燃气体薄膜，包裹住了石英玻璃管内部的火焰区域，减少了火焰与壁面之间的热传递，有效的减少了热量的损失，热利用率高，易获得较高的温度，能提高火焰切割的质量及火焰合成纳米颗粒的产量。

Description

带有轴向射流的急速混合管状火焰燃烧器

技术领域

本发明涉及燃烧领域，具体涉及一种带有轴向射流的急速混合管状火焰燃烧器。

背景技术

自中国焊接学会和中国焊接协会成立以来，两会为切割行业的发展、切割技术和推广应用做出了卓越贡献。现阶段，火焰切割在工业上的运用已十分的普遍，对厚度较大(大于20mm)的低碳钢板材料的切割，火焰切割由于具有节省能源、成本低、切割质量高、生产效率高等优点，得到了广泛的应用。在我国的造船、汽车等领域使用十分普遍。此外，火焰合成纳米材料也逐渐受到人们的重视，由于碳氢火焰能够提供高温环境和碳源，所需的燃烧设备相对简单，容易实现，得到了广泛的使用。

然而现阶段的火焰切割技术存在着很多的问题，一般存在边缘缺陷、切割断面缺陷、挂渣、裂纹等问题，这对火焰切割加工质量有很大的影响，一定程度上影响了火焰切割的推广使用。造成这些问题的主要原因是不能灵活调节预热火焰的温度，对金属板面损害比较大；喷嘴容易堵塞甚至损坏，影响到了火焰切割面的平整度；预热火焰温度不够高，导致切割面上出现裂纹，影响火焰切割的加工质量；切割件表面受热不均，导致切割边缘塌陷等。为了提高火焰切割的质量，对火焰切割燃烧器提出了较高的要求，需要能够灵活调节预热火焰的温度，提高喷嘴的使用寿命，减少挂渣，加热快等优点。纳米材料的火焰合成技术现阶段较多采用旋流火焰产生滞止火焰区(湍流燃烧)来实现。一方面，湍流型火焰不容易精细控制，火焰温度分布可能分布不均匀，合成的纳米颗粒粒径不均匀，另一方面，该类型燃烧器难以实现大批量纳米颗粒的合成。因此，设计一种具有安全可靠性、能长时间工作、稳定性高、加热温度均匀且可控的燃烧器变得很有现实意义。

本发明的一种带有轴向射流的急速混合管状火焰燃烧器，能更好地调节旋流管状的火焰结构长度，最关键的优点是纯氧预热火焰长度可以延长，保证粗糙界面下自动化机械切割顺利开展，满足切割厚度要求；同时，还能形成均匀、稳定、可控的火焰，火焰温度可以通过改变氧气流量而实现1200-2600摄氏度区间的调控，因而达到更宽温度范围内纳米颗粒的大批量合成技术。另外，这种火焰燃烧器工作时无回火危险，安全可靠，并且除气体燃烧外，还可用于固体，液体燃烧和加热，燃料来源广泛、结构简单、使用要求低等特点。

发明内容

本发明的目的是为了解决火焰切割过程中被切割件受热不均、出现挂渣、切割面缺陷、有裂纹和火焰合成纳米材料产量不够高等问题提出一种带有轴向射流的急速混合管状火焰燃烧器。

一种带有轴向射流的急速混合管状火焰燃烧器，燃烧器包括燃烧器本体和轴向射流装置，燃烧器本体内部具有旋流混合腔；燃烧器本体还包括至少两个沿旋流混合腔切向与旋流混合腔连通的气流入口。

进一步地，燃烧器本体包括前盖本体，旋流框和后盖本体；轴向射流装置包括喷嘴；喷嘴上设置有通孔；后盖本体设置有通孔；喷嘴设置在通孔内部；至少两个气流入口设置在旋流框上。

进一步地，旋流框内部设置有至少两个槽，槽内部设置有与槽数量对应的调整块，调整块与槽的侧壁之间形成气流入口。

进一步地，后盖本体与喷嘴采用螺纹连接。

进一步地，调整块具有与旋流混合腔配合的导向弧面。

进一步地，至少两个气流入口包括燃料入口和氧化剂入口，燃料和氧化剂通过导管与连接在旋流框的转接头相连接。

进一步地，燃烧器还包括石英玻璃管，石英玻璃管通过玻璃管固定套与前盖本体相连接。

进一步地，石英玻璃管与旋流混合腔内弧面同心且直径相等。

进一步地，前盖本体，旋流框以及后盖本体采用紧固螺栓相连接。

进一步地，调整块与旋流框采用紧固螺栓固定。

该燃烧器的特点是：1)燃料与氧化剂分别从切向入口注入燃烧器的燃烧室内急速混合燃烧，这些切向入口均布于燃烧室的圆周方向和圆周轴向上，在高氧气浓度甚至纯氧的条件下能够有效防止回火现象的发生，具备很好的安全可靠性，能够满足火焰切割对各种温度的要求。2)通过流量计调节氧气与稀释剂的配比，可以灵活调节氧气的浓度，从而改变预热火焰的温度，拓宽了火焰切割的加工材料领域，提高了纳米材料的加工质量。3)利用分布在燃烧室圆周上的切向进气道和沿轴向上的进气道，使高速流入的气体沿着室壁和管壁高速旋转向前推进，这种气体动力特性使未燃气紧贴在旋流石英玻璃管的内壁上，形成一层密度较大、温度较低的气体薄膜，包裹住了管体内部的火焰，遏制了火焰与壁面之间的热传导作用，有效的降低了火焰热量的损失，提高了预热火焰温度,形成的管状火焰具有很好的动力学稳定性和热稳定性，在管内部区域形成径向温度分布均匀的火焰，能够对被切割件表面均匀加热。4)未燃气膜隔断了火焰与火焰燃烧器壁的直接接触，降低了火焰切割燃烧器的壁面温度，对燃烧器起到了有效的保护作用，延长了燃烧器的使用寿命，扩大了燃烧器的取材范围。5)由于预热火焰的旋流特性，一定程度上防止了喷嘴的烧蚀和堵塞；喷嘴与射流装置采用螺纹连接，可以根据需求灵活调节喷嘴的大小。6)预热火焰在管内作旋转流动，在管口处流出旋转的火焰，对被加工件表面进行加热；旋流火焰在对加热件表面进行加热时火焰不易熄灭，并且一定程度上能够吹除火焰切割过程中产生的挂渣，提高了火焰切割的质量。7)本燃烧器可以在轴向上增加射流装置形成火焰切割燃烧器，也可以在轴向上通入前驱物，采用火焰合成的方法来生产纳米材料，由于形成的火焰为层流管状火焰，更容易控制，能够提高纳米材料加工的质量，并且根据产量的不同可以改变燃烧器的尺寸，从而进行大批量的生产；此外，也可以用于金属表面的加热等，用途十分广泛。

有益效果：

1.本发明的燃料与氧化剂分别从均布于圆周的切向细缝入口注入燃烧器的燃烧室内急速混合燃烧，在流速较低或者氧气浓度较高甚至纯氧的情况下能防止回火甚至爆炸的发生，具有固有的安全可靠性。

2.本发明通过调节氧气浓度，可以灵活调节预热火焰的温度，预热火焰调节的温度范围大，火焰切割的加工材料变宽。

3.本发明利用气动特性在石英玻璃管的内壁上，形成一层密度较大、温度较低的未燃气体薄膜，包裹住了石英玻璃管内部的火焰区域，减少了火焰与壁面之间的热传递，有效的减少了热量的损失，热利用率高，易获得较高的温度，能提高火焰切割的质量。

4.本发明由于其旋流流动特性，能够有效保护燃烧器壁面，防止烧蚀，延长燃烧器的使用寿命；同时，管口旋流火焰在加热件表面不易熄灭，加热效果好，还能够吹除火焰切割过程中生成的挂渣，提高了火焰切割的效率和质量。

5.本发明能用于急速混合和预混合两种不同燃烧情况，均能形成温度分布均匀、安全稳定的层流管状火焰；由于具备很好的动力特性和热稳定性，切割材料表面受热均匀，能够提高火焰切割的质量，减少裂纹的生成。

6.本发明可通过更换喷嘴上孔数量N2以及尺寸，获得不同宽度的火焰切割缝隙。由于预热火焰的旋流特性，一定程度上保护了喷嘴，防止缝隙受到干扰变形。

7.本发明既可用于火焰切割，也可用于金属表面的加热，也可用于纳米材料的火焰合成，使用范围非常广泛。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为火焰切割燃烧器的外观图；

图2为火焰切割燃烧器的半剖视图；

图3为火焰切割燃烧器的旋流器外观图；

附图标记说明：1、石英玻璃管；2、玻璃管固定套；3、前盖本体；4、铜垫片；5、管接头；6、旋流器；7、后盖本体；8、固定螺栓；9、喷嘴；10、管接头；11、铜垫圈。

具体实施方式

为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合图示对本发明的具体实施方式来进一步说明。

一种带有轴向射流的急速混合管状火焰燃烧器，主要零部件包括：石英玻璃管1，玻璃管固定套2，铜垫圈11，前盖本体3，铜垫片4，旋流器6，后盖本体7，喷嘴9，管接头10，固定螺栓8等组成。

前盖本体3与石英玻璃管1采用过渡配合，将铜垫圈10套入石英玻璃管1内，将玻璃管固定套2套入石英玻璃管1与燃烧器前盖本体3采用螺纹连接；旋流器6内带有N1个切向入口缝隙，与旋流器6中间的圆形燃烧室相切，在旋流器外部连接有N1个管接头5，与N1个切向缝隙分别相通；燃烧器后盖本体7中间为螺纹通孔，喷嘴9与后盖本体7采用螺纹连接，在喷嘴9上分布着数量为N2直径为X的细孔；前盖本体3、旋流器6、后盖本体7通过N3个固定螺栓8连接在一起，形成一带轴向射流的急速混合的火焰切割燃烧器。

使用时，燃料与氧化剂分别通过管接头5流入旋流器的缝隙入口内，在石英玻璃管1内形成旋流的混合气体，在石英玻璃管1管口处用点火器点燃，射流气体经管接头10流入燃烧器后盖本体7的通孔内，经喷嘴9流出，在管状火焰内部形成一射流，在外部管状火焰预热的条件下，射流火焰对工业材料进行切割。在射流部分也可直接加入前驱物，大批量地实现火焰合成纳米颗粒。

以上所述的描述对本发明的目的、技术方案和优点进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施过程，用于解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。本发明还能用于预混合燃烧的情况，即燃料与氧化剂混合后切向通入燃烧器内，虽不能有效防止回火，但依然能形成温度分布均匀、稳定可控的层流管状火焰，防止烧蚀现象。预混合形式燃烧采用了同样的结构，因而也在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种带有轴向射流的急速混合管状火焰燃烧器，其特征在于：包括石英玻璃管(1)、玻璃管固定套(2)、铜垫圈(11)、前盖本体(3)、铜垫片(4)、管接头一(5)、旋流器(6)、后盖本体(7)、固定螺栓(8)、喷嘴(9)、管接头二(10)；

其连接关系：前盖本体(3)与石英玻璃管(1)采用过渡配合，将铜垫圈(11)套、玻璃管固定套(2)依次套在石英玻璃管(1)外部，顺时针旋转玻璃管固定套(2)，用螺纹与燃烧器前盖本体(3)连接，并将铜垫圈(11)压紧；旋流器(6)内带有N1个调整块，调整块可以按需调节切向入口缝隙宽度，并保证切向入口缝隙与旋流器(6)中间的圆孔相切，在旋流器(6)外部连接有N1个管接头一(5)，与N1个切向缝隙分别相通；燃烧器后盖本体(7)中间为螺纹通孔，喷嘴(9)与后盖本体(7)采用螺纹连接，在喷嘴(9)上分布着数量为N2直径为XX的细孔；将喷嘴(9)旋紧到位后，通过螺纹连接的方式将管接头二(10)与后盖本体(7)拧紧；前盖本体(3)、旋流器(6)、后盖本体(7)通过N3个固定螺栓(8)连接在一起，形成组合方便、便于更换、零部件通用性强、能直接用于指导工业生产的管状火焰切割燃烧器；

工作过程：燃料与氧化剂分别通过管接头(5)流入旋流器(6)的缝隙内，在石英玻璃管(1)内形成旋流的混合气体，在石英玻璃管(1)管口处用点火器点燃，射流气体流入燃烧器后盖本体(7)的通孔内，经喷嘴流出，在管状火焰内部形成一火焰射流，在外部管状火焰预热的条件下，射流火焰对工业材料进行切割。