專利名稱：材料的火炬加工方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到對材料進(jìn)行火炬切割，更具體的來講，本發(fā)明是用來對金屬材料和建筑材料(水泥、鋼筋混凝土、磚塊及磚砌構(gòu)件、塑料等)及其復(fù)合體進(jìn)行火焰燒蝕(flame and erosional)切割；上述材料的火焰打孔以及表面加工，包括焊接加工、清除表面缺陷、蝕刻銘文及圖案、對水泥和混凝土進(jìn)行玻璃化處理等。
背景技術(shù)：
在涉及使用火炬對材料進(jìn)行加工的技術(shù)中，已知有許多方法和裝置。使用火焰切割的缺點是，它只能用于象結(jié)構(gòu)鋼這樣的易氧化材料。另一種稱之為噴射熔化(flux-injection)切割的火炬切割形式，會產(chǎn)生鋁、鐵、沙子等細(xì)小微粒形式的熔化材料污染，從這一觀點來看，也是不理想的。等離子切割是另一種切割形式，它由于對切割非金屬材料(電流的非導(dǎo)體)無效而受限制，還受限于切割材料的厚度不能超過40mm。而且工作面的高溫(大于10000℃)會導(dǎo)致加工材料產(chǎn)生強(qiáng)烈的升華和加工材料的氧化，這使得此方法在生態(tài)學(xué)上是有害的。
在技術(shù)上還知道一種借助高溫超聲噴流對巖石進(jìn)行粉碎的方法，如蘇聯(lián)作者證書#924370，Int.Cl.E21 C37/16，1982所公開的。然而由于這種方法不能對噴流參數(shù)值進(jìn)行改變，因而不適宜于用火炬加工各種材料。
技術(shù)上還知道一種火焰切割鋼材的方法和裝置，這就是蘇聯(lián)作者證書№155146，Int.Cl.F23D 14/46，1963，中所公開的方法和裝置。這種方法包含有提供燃料和氧化劑的過程，把此燃料與氧化劑混合生成推進(jìn)劑的過程，在高壓下使此推進(jìn)劑混合物燃燒的過程，生成燃燒產(chǎn)物的氣體噴流的過程，以及用此氣體噴流作用于此材料上的過程。實現(xiàn)此方法的裝置包含有一個切割頭和一個容納氣體和燃料供應(yīng)管道的把手。此切割頭包含一個混合器，此混合器又包含一個外套，一個打孔的墊片和一個吹嘴。在此外套中加工有幾條通道，用來把推進(jìn)劑組分輸送給同心地設(shè)置在墊片上的兩排通孔中用于氧氣和燃料的輸送，同時還將噴射燃料組分輸送給輸送切割用氧氣的中心開孔。吹嘴的內(nèi)腔包含一個燃燒室，在此室內(nèi)推進(jìn)劑組分被混合、燃燒并蒸發(fā)。
上面提到的這種火焰切割方法和裝置的缺點是在切割許多材料時其效率低。具體地講來，是對鋼筋混凝土和磚砌構(gòu)件；生成難熔氧化物的鋁合金；象不銹鋼這樣的抗氧化制品；含硅量高并會生成難于從加工面除去的渣的生鐵這樣一些材料加工是很困難的。
上述缺點來自推進(jìn)劑組分(燃料和氧化劑)燃燒的低效率，這種低效率又是由于輸送燃料和氧化劑的開孔在裝置的同一截平面中的安置。實際上，對推進(jìn)劑組分進(jìn)行混合的效率直接取決于各傾斜的燃料和氧化劑通道的制造精度及相互排列的精度。只有在這些通道制造得絕對精確的理想情況下，流出這些通道的燃料和氧化劑才能相碰在預(yù)定的一點上。然而精確地講來，在開孔的傾斜角方面，在它們相對于裝置的對稱軸的距離方面，在墊片平面上它們按角度的布置方面，在這些開孔前后邊緣的幾何形狀方面都總會存在著差異，同時它們的內(nèi)通道還存在有某種程度的粗糙度和污染，環(huán)形孔中速度場存在有不均勻性等等。在這種情況下，推進(jìn)劑組分的混合是在不完美的條件下發(fā)生的，在吹嘴的有限空腔內(nèi)，推進(jìn)劑燃燒的完全程度并不高。
在推進(jìn)劑組分點火時和把火炬拉入吹嘴(燃燒室)中的過程都存在著推進(jìn)劑組分的損失。生成流出吹嘴的超聲噴流(必須對推進(jìn)劑進(jìn)行混合)，點燃推進(jìn)劑混合物以及調(diào)整火焰參數(shù)以便確?；鹧孢吘墏鞑セ卮底熘?，這些過程都要花費時間。所有這些操作都需要工作人員有一定的技能和切割工人的資格。這些操作的不正確進(jìn)行或是造成突然冒火和火焰熄火，或是造成火焰邊緣穿入混合器并發(fā)出爆裂聲，這又使火焰熄滅。這種失誤對裝置的效能有很大影響，特別是對有一定結(jié)構(gòu)形狀的東西(例如飛機(jī))進(jìn)行切割的過程要求沿著此結(jié)構(gòu)移動，火炬燃燒器會隨時被打開和關(guān)閉，這時對效率影響很大。
因此本發(fā)明的目的是提供一種新的方法和裝置，利用這種方法和裝置能高效地對不同性質(zhì)和厚度的材料進(jìn)行火炬加工，能這樣高效加工是由于啟動時間的減少從而減少了啟動時推進(jìn)劑(燃料和氧化劑)燃燒的結(jié)果。
按照本發(fā)明的對材料進(jìn)行火炬加工的方法包含供給燃料和氧化劑，把它們相互混合成推進(jìn)劑，在高壓下使推進(jìn)劑混合物燃燒，由燃燒產(chǎn)物生成超聲的不過度擴(kuò)展的氣體噴流，以及以這種氣體噴流作用在材料上等步驟。作用在材料上的氣體噴流速度(v)與此噴流中聲速(a)的速度比值在區(qū)間1.1到4.8中選??；噴流溫度(Tc)與材料熔點(Tm)的溫度比值在區(qū)間1.2到4.5中選取。此外，氧化劑相對于推進(jìn)劑組分的化學(xué)計量比的過量因子(α)，對易氧化材料，在下面區(qū)間選取3.4≤α≤4.9，對不氧化材料和形成難熔氧化物的材料，在下面區(qū)間選取0.44≤α＜3.4上述因子α是一個分式，分子是推進(jìn)劑組分的實際質(zhì)量比，分母是提供完全燃燒的推進(jìn)劑組分的化學(xué)計量比。
此方法的一個重要方面是使用超聲的、集中的、高溫(直到4000℃)的噴流。就此而言，有三個因素對材料有影響。具體地講，它們是溫度作用，它使材料熔化；由化學(xué)上活性的噴流產(chǎn)生的化學(xué)侵蝕，用于使材料氧化；以及沖刷作用，這種作用是利用噴射頭把熔化了的材料與其氧化物一起吹離加工表面。
噴流的基本要素是-與材料周圍的環(huán)境壓力相比，是在高壓下使燃料(具體地講是煤油-汽油或乙/甲醇)和氧化劑(具體地講是氧)燃燒而產(chǎn)生噴流；-噴流的不過度擴(kuò)展；-噴流的速度和溫度區(qū)間；以及-氧化劑過量因子(噴流的化學(xué)組成)的區(qū)間。
正是這些基本要素的協(xié)同作用對上面提到的幾個因素有貢獻(xiàn)，而且使本發(fā)明目的實現(xiàn)成為可能。
和這里使用到的一樣，術(shù)語“不過度擴(kuò)展”是想說明輸送到加工面上時噴流的靜壓力等于或大于環(huán)境壓力，以便把它充分地集中成高穿透性的，因而是有效的噴流。應(yīng)該明白，得選擇不同的形體尺寸和比率以及特定的幾何形狀(specific geometries)以便產(chǎn)生有此特性的“不過度擴(kuò)展”噴流。
同時，在分析上和實驗上已經(jīng)確立了下述事實-在落到v/a比值區(qū)間的上限外面時，氣流接近特超聲速(hypersonic)噴流。在技術(shù)上實現(xiàn)具有這種氣流的裝置是復(fù)雜的而且在經(jīng)濟(jì)上不適宜的。
-在落到v/a比值的下限外面時，超聲噴流就變得不穩(wěn)定，這是由于流動的不理想性(nonideality)和形成氣體動態(tài)路徑的技術(shù)不完美性。超聲流動的不穩(wěn)定性會明顯降低加工過程的效率。
-使用溫度比值Tc/Tm小于1.2的超聲噴流會降低火炬加工的效率，由于材料的導(dǎo)熱和自然對流而產(chǎn)生的熱損失，加工效率甚至能降到0。落在所選Tc/Tm區(qū)間上限外面(超過4.5)會造成被加工材料的揮發(fā)，因而把由象鉻、鉬、鎳等這些有害于健康的鋼合金添加劑的煙霧排放到大氣中，造成由加工產(chǎn)生的生態(tài)污染物，因此必須采取某種措施來保護(hù)人和環(huán)境。最終這也降低了加工效率。
-把因不同的易氧化材料和抗氧化材料而變化的噴流化學(xué)組成保持在上述限度內(nèi)，就能有效地對上述材料組成的相關(guān)材料和構(gòu)件進(jìn)行切割和加工，而且推進(jìn)劑組分的消耗也會盡可能少。
按照本發(fā)明的裝置(后面也稱之為燃燒器)包含有一個切割頭，而切割頭又包含一個吹嘴和一個混合器，它們共同限定了一個切割頭的內(nèi)腔，此裝置還有一把手，它包含有一些帶流動調(diào)節(jié)部件的管道，用于從氧化劑和燃料供應(yīng)源中輸送氧化劑和燃料?；旌掀饔幸恍╅_孔，在一側(cè)與這些管道相連，在另一側(cè)與切割頭的內(nèi)腔相連?；旌掀饔幸煌馓?，外套有一內(nèi)腔，此內(nèi)腔與吹嘴內(nèi)腔相勾通，混合器外套上的開孔加工在相對于流動的不同高度處。輸送燃料的開孔加工在混合器外套側(cè)旁，并處于輸送主氧化劑開孔的下游。在向混合器內(nèi)腔輸送燃料的開孔的出口處的水力直徑dh-fo與在向混合器內(nèi)腔引入燃料的那一點處的混合器內(nèi)腔的流動截面的水力直徑dh-mis的比值在區(qū)間0.03到0.5中給定。
水力直徑(Hydraulic diameter)dh這一術(shù)語對熟悉流體力學(xué)技術(shù)的人是熟知的，所謂的水力直徑是指定義dh＝4S/P，其中S是通道的流動截面積，而P是其潤濕周長。在圓形開孔的特殊情況下，孔的直徑顯然就是圓形開孔流動截面的水力直徑。
混合器內(nèi)腔配置有一個軸向安裝在此腔中并密封固定在外套的頂部開孔中的中心主體，中心主體的一端從此外套向外突出。此中心主體起的作用是相當(dāng)于一個推進(jìn)劑混合物的流動熱力學(xué)參數(shù)的控制單元。中心主體是由一個驅(qū)動機(jī)構(gòu)與向外伸出混合器外套的中心主體部分合作驅(qū)動的。
與以前技術(shù)相比，本發(fā)明中效率的提高是因為形成了底部稀少的區(qū)域，此區(qū)域超過了位于混合器內(nèi)腔中的中心主體的前端。如熟悉氣體動力學(xué)技術(shù)的人熟知的那樣，這種區(qū)域的氣流結(jié)構(gòu)實際上是漩渦的。此渦旋結(jié)構(gòu)的高度紊流有助于以前在上游準(zhǔn)備好的燃料和氧化劑混合物的高度均勻化。更詳細(xì)地講，實驗已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在預(yù)先于混合器內(nèi)腔中混合好的氣態(tài)氧和小燃料滴(小于40μm)的情況下，噴流的濃度實際上由于高度的紊流而均勻化了。
上述區(qū)間的dh-fo對dh-mis的比值已經(jīng)在實驗上得到了確定。落在所建議區(qū)間外面時，推進(jìn)劑混合物會傾向于分凝成一些層，這會降低裝置的效率而且由于中心主體或外套燒毀而增加失敗的可能性。
落在此區(qū)間下限的外面，相當(dāng)于相對氧化劑動量而言增大了燃料的動量，這會導(dǎo)致燃料集中在中心主體周圍，使推進(jìn)劑混合物的形成過程變壞，最終燒毀中心主體的前端部分。
落在此直徑比值的上限外面，相對于燃料動量相對于氧化劑動量而論降低了。因此燃料會集中在混合器的內(nèi)表面旁，也使得推進(jìn)劑混合物的形成過程變壞，而且還可能會燒毀混合器外套。
裝置的中心主體在出口處提供對燃料和氧化劑組成的推進(jìn)劑混合物熱力學(xué)參數(shù)的控制，同時也參與推進(jìn)劑混合物形成過程本身的控制。流體力學(xué)技術(shù)熟悉的人認(rèn)識到流動的速度、壓力和溫度是其主要參數(shù)。正是這些參數(shù)本身確定了用火炬加工材料過程的效率。有人建議，通過中心主體對流動施加額外的能量，并借助于中心主體來對這些參數(shù)進(jìn)行控制，施加額外能量的方法可以是改變其速度場，或向流體中引入額外的氣體，或者二者兼有之。
注意到這些或其他的目的和優(yōu)點，本發(fā)明可從下面的詳細(xì)敘述中結(jié)合附圖清楚地被理解。
附圖簡要說明

圖1是按照本發(fā)明的用火炬對材料進(jìn)行加工的裝置的側(cè)視圖。
圖2是圖1所示裝置中切割頭的縱向截面圖，其中心主體包含有火花塞。
圖3是按照本發(fā)明的改動后切割頭實施例的截面圖，它有一個仿形加工的中心主體和燃燒室。
圖4是按照本發(fā)明的另一個切割頭實施例截面圖，它帶有一個附加的氧化劑輸送開孔和一個開關(guān)。
圖5是與圖3所示實施例相比的又一個混合器實施例的截面圖，它有空心的中心主體。
圖6是與圖3所示實施例相比的再一個混合器實施例的截面圖，它有空心的中心主體，而且其中有一個旋流器。
圖7是按照本發(fā)明的切割頭的另一個實施例的截面圖。
圖8和圖9是為在水下進(jìn)行火炬切割而作了改進(jìn)的圖3所示的切割頭的部分示意圖，它們分別表示關(guān)閉狀態(tài)和開放狀態(tài)。
圖10是一個示意圖，它表明了按照本發(fā)明的裝置的切割頭吸入燃料的情況。
圖11是與圖2所示吹嘴相比作過改進(jìn)的吹嘴的截面圖。
優(yōu)選實施例的描述現(xiàn)在參照附圖，更具體地講是參照附圖1-7，按照本發(fā)明所述對材料進(jìn)行火炬加工的裝置20包含一個帶有燃燒室24和噴口26的吹嘴22、一個帶有內(nèi)腔30的混合器28、一個中心主體32和分別用于輸送氧化劑和燃料的開孔34和36，還有輸送氧化劑的管道3 8和輸送燃料的管道40。
把吹嘴的內(nèi)腔加工成燃燒室，在此室內(nèi)燃料和氧化劑組成的推進(jìn)劑混合物揮發(fā)、燃燒、達(dá)到超聲速，確保形成高溫氣體噴流。吹嘴22在其嘴壁中可加工一個內(nèi)腔42，用于容納象水、防凍劑、壓縮空氣等形式的冷卻劑。在這種情況下(也可參看圖11)，吹嘴22包含有一個同心地安置于外部冷卻罩(case)46中的內(nèi)吹嘴44。內(nèi)吹嘴主要是由導(dǎo)熱高的材料作成的，例如銅、青銅等。外罩46最好是由鋁或鋼作成，而且外罩上還有開孔48和50以便與冷卻介質(zhì)源(未畫出)勾通，此介質(zhì)源可位于離切割面一定距離處并通過管道52和54與內(nèi)腔42聯(lián)系起來。換一種方式是，內(nèi)腔42可以通過在吹嘴前端上的槽口42′與大氣連起來。這種槽口42′圍繞噴口26沿圓周方向分布，可以是連續(xù)的或分離的(一些孔)的形狀。在操作時，從槽口中流出的工作介質(zhì)，具體來說即氣體，形成一個壓力比環(huán)境壓力低的區(qū)域，因而降低了工作面上的壓力。此外，吹嘴22可不含有冷卻腔，而是由耐火材料例如高溫鋼，陶瓷等作成。
裝置中可為從吹嘴內(nèi)腔42流出的冷卻劑設(shè)立熱傳輸機(jī)構(gòu)。熱傳輸可以通過從把加熱了的冷卻劑從吹嘴取走的管道和向燃燒器供給燃料和氧化劑的管道之間的接觸件來實現(xiàn)。在導(dǎo)熱罩中封入接觸管道(圖中未畫出)會使這種熱傳輸?shù)玫郊訌?qiáng)。此導(dǎo)熱罩可以有象微?；驈椡柽@樣的導(dǎo)熱顆粒充填料，或者泡狀襯墊。換個方式的是，它可以裝入低熔點金屬。
把燃料和氧化劑輸送給混合器28的內(nèi)腔30的開孔34和36分別由管道38和40與燃料供應(yīng)源，例如液體燃料(煤油，汽油或乙/甲醇等)和氣體氧化劑(例如氧氣)連接起來。附圖中未給出燃料和氣體氧化劑的供應(yīng)源。為了有更好的使用性能，可通過第一和第二流動控制部件，例如閥門56和58來進(jìn)行與供應(yīng)源的這些連接。
在吹嘴22、混合器28、中心主體32以及管道中的這些連接的方便組裝和拆卸，可以通過把它們作成可拆卸的不漏氣的密封接頭(joint)而得到保證，所使用的密封可是“金屬對金屬”密封，或是銅的，氟塑料的或橡皮的襯墊。
圖2舉例說明了包含有火花塞60時的中心主體32。在這種情況下，燃料供應(yīng)管道40配備有第三流動控制部件(電動閥)62(圖1)。在點火時操縱著電動閥62和火花塞60的驅(qū)動的是控制單元64?？刂茊卧?4配備有一個啟動部件66，它帶有例如一個鉗位按鈕(通常是常開觸點)，控制單元64還有一個延時部件(未畫出)，用來把向電動閥62供電的時間相對于向火花塞60供電的時間進(jìn)行延遲。控制單元64可包含一個適應(yīng)此延時部件的感應(yīng)線圈和電路(兩者都未畫出)。它們用于分別控制電動閥62和火花塞60的低電壓(例如12……36V)及高電壓(直到3kV)的供電。供電電纜68供給該裝置直流電壓(上述的12……36V)。與汽車工業(yè)中為類似目的所用的相似高壓電纜70向火花塞60供電。
可以對火花塞進(jìn)行改進(jìn)，使它能起中心主體作用，在此改進(jìn)中(未畫出)火花塞的中心電極被作成空心的，操作上與氧化劑供應(yīng)源相連。
中心主體32象火花塞60一樣工作以及火花塞、電動閥和控制單元的聯(lián)合使用都會有助于有效地向流動傳遞能量以及它的點火，接著是流動的壓力、溫度和速度增加，這又使得在短時間啟動該裝置變得容易，尤其是能在小于1秒的時間啟動(也就是說，實際上不損耗時間、燃料和氧化劑)，而且也可在任何時刻關(guān)掉和重新啟功。
中心主體32和混合器中的出口孔72可以聯(lián)合地決定混合器出口截面的形狀，使其具有最小的水力直徑，這對提高燃料及氧化劑推進(jìn)劑混合物的速度有利。如果中心主體是仿形加工的并做成可移動的或是配置一個可移動的部件的話(下面將詳細(xì)介紹)，則在中心主體的任何位置，最小水力直徑正是處在混合器出口截面中。這種截面的限制加上用導(dǎo)熱高的材料制作中心主體，都有助于緊急防止火焰前沿在混合器中通過。應(yīng)該提到的是，中心主體最好是由允許與氧接觸的銅、黃銅、鉻青銅、陶瓷、某種不銹鋼等這樣的材料制作。
不用火花塞而特別地通過控制燃料和氧化劑的推進(jìn)劑混合物流動速度場也可以實現(xiàn)該裝置的成功而有效的啟動。為此目的，在該裝置的另一種改形中(圖3)，中心主體32是做成可移動的，而其表面的一部分74以及混合器內(nèi)表面上與74相對的(subtending)部分76是這樣進(jìn)行仿形加工的，也就是說，當(dāng)在可包含有頭部78的驅(qū)動機(jī)構(gòu)上有一作用力時，中心主體的縱向位移會導(dǎo)致流動截面中混合器內(nèi)腔30的水力直徑的變化，而此流動截面不大于具有燃料輸送開孔36的截面。中心主體和混合器內(nèi)腔的造型可以做成使得按照一種基本功能該裝置的這些部分的直徑可發(fā)生改變，例如，在下游使它們變小。在最簡單的情況下，部分74和76可以做成錐形。同時，在中心主體的幫助下形成推進(jìn)劑混合物的過程中水力直徑已經(jīng)改變了以后，似乎保持混合器出口截面的水力直徑不變是有利的。為此目的，中心主體32(圖3)的一個端部80做成圓柱狀。
為了在裝置中不使用可移動部件的情況下達(dá)到同樣效果，在混合器28上配置了一個附加的氧化劑入口孔82(圖4)，它位于主開孔34的上游。通過管子84和86，開孔34和82用管道38與氧化劑源(未畫出)的連接是與流動方向開關(guān)，更具體地講是一個彎角旋塞閥88來實現(xiàn)的，它對主開孔和附加開孔之間的氧化劑流量重新分配。在有主開孔位置上的截面和有附加的氧化劑輸送開孔的位置上的截面之間的這一段混合器處，中心主體32加工成一個旋流器，最好做成螺旋鉆90的形式。
圖5、6和7表示出該裝置的其他實施例，其中中心主體32做成中空不動的，而且里面還有一縱向通道92。
在圖5和7中，通道92通過一個流動控制部件(未畫出)與氧化劑供應(yīng)管道94連接起來，進(jìn)一步又與氧化劑供應(yīng)源(未畫出)連接起來。圖5中的構(gòu)形允許以額外的“切割”氧化劑量來對燃燒器中的流體進(jìn)行充實，同時也允許對流出燃燒器的氣體噴流中的氧化劑的流量、速度和含量程度進(jìn)行控制。圖7中所示結(jié)構(gòu)的中心主體32具有沿著混合器28和吹嘴22整個長度分布的通道92，向下直到吹嘴的切斷處96。利用這種結(jié)構(gòu)，燃燒可以發(fā)生在吹嘴外面，由于可把吹嘴做成揮發(fā)室而不是燃燒室，這就降低了其復(fù)雜性。對于這種情況，吹嘴22是由黃銅、鉻青銅等做成熱導(dǎo)型的。吹嘴開始由外面的加熱源加熱。當(dāng)達(dá)到工作溫度溫度時就不需加熱了。由于自然對流和輻射，推進(jìn)劑組分混合物燃燒產(chǎn)生的熱的一部分傳遞到吹嘴上，然后傳遞到揮發(fā)室，以便使推進(jìn)劑混合物加熱并揮發(fā)。這里流出的流體是次聲的。這樣的裝置可成功地用來對炭鋼進(jìn)行火炬加工。
在圖6所示的實施例中，在中心主體32內(nèi)縱向配置了一個可移動部件98?？蓜硬考?8是由驅(qū)動機(jī)構(gòu)100控制的，而驅(qū)動機(jī)構(gòu)100與用于圖3所示實施例的驅(qū)動機(jī)構(gòu)78相似。它還有一個與圖4中所示的螺旋鉆90類似的旋流器102和一個超出此旋流器102的延續(xù)部分98′?？梢苿硬考?8的部分表面(未畫出)可以是仿形加工的(最簡單是錐形)，混合器內(nèi)表面(未畫出)的與98的部分表面相對部分也一樣。
為了通過更好地使推進(jìn)劑組分產(chǎn)生渦流，以便能額外地提高推進(jìn)劑混合物的形成，在混合器28的內(nèi)表面上或/和中心主體32(未畫出)的外表面設(shè)置了有利于渦流的壓花紋或是具有不同齒形和螺旋通道的螺紋。使處于中心主體和混合器主體壁之間的槽式通道中的流動產(chǎn)生渦流就能改善燃料和氧化劑混合成推進(jìn)劑的過程。
混合器具有最小載面的區(qū)域可以加上一個透水的襯墊(insert)，例如一個固定在混合器出口正面和與之相接觸、相匹配的吹嘴部分之間的圓盤來形成。附圖未畫出此透水圓盤，但這是個從參考附圖1，3-6可明顯看出的安置方式問題。此圓盤可以由導(dǎo)熱的多泡透水材料，例如燒結(jié)的銅、青銅、黃銅、鋼以及類似粉末做成；或由一組象蜂窩一樣的金屬網(wǎng)做成，也即是具有一些貫穿其整個體積的通道的金屬圓盤，而這些通道貫穿于不同平面并互相交叉。同時，此襯墊上可為中心主體或其可移動部件加工一個開孔。中心主體包含有火花塞的地方，這個開孔的側(cè)面必須是電絕緣的。如果此襯墊沒有開孔，而且中心主體(如果做成可移動的話)部分地覆蓋了此透水的襯墊區(qū)域，則這就意味著水力直徑的改變。透水襯墊有助于圓盤中的速度增加，有助于混合器出口速度場的均勻，也有助于圓盤中熱的傳遞，這就有效地防止了火焰前沿進(jìn)入混合器。
如上所述，按照本發(fā)明所述的裝置能在水下進(jìn)行火炬切割。對這一個實施例而言，燃燒器配備有一個圖8和9所示的保護(hù)部件104，使水不進(jìn)入吹嘴和混合器的內(nèi)腔。保護(hù)部件104包含一個帶彎曲尾部108的堵蓋(blank cover)106，一個有開孔112的圓筒體110和一個用來通過開孔112向圓筒體110施加正壓的管道114。圓筒110包含一個由彈簧118加載的活塞116和一個插在槽口122中的活塞柱120，而此槽口是處于堵蓋106的彎曲尾部中。此堵蓋106也由連接在吹嘴22上的銷釘所支承，而且此銷釘有一個導(dǎo)向孔126以便讓堵蓋進(jìn)入。管道114可以和向燃燒器輸送氧化劑的管道相連接，或者與輸送象壓縮空氣這樣的冷卻劑的管道相連接。
在向圓筒110中施加壓力時，活塞116帶著活塞柱120一起向上移動，把堵蓋移向右邊(圖9)，因而打開噴口。另一種方式是堵蓋也可做成能轉(zhuǎn)動的(未畫出)。
現(xiàn)在參考圖10，管道40的端部128畫成進(jìn)入了液體燃料供應(yīng)源130中。端部128被分成兩支，在它們的每一支的端部設(shè)置有一個透水部件132。部件132可以是多孔的圓柱體或打孔的圓柱體，而在所打的孔上覆蓋一層例如金屬絲網(wǎng)。所描述的這種結(jié)構(gòu)是在安裝傾斜液體燃料供應(yīng)源，或供應(yīng)源傾斜，或燃料供應(yīng)源運輸時傾斜包含設(shè)計的背負(fù)燃料源的情況下，為供應(yīng)液體燃料而準(zhǔn)備的。在含有液體的透水部件的毛細(xì)孔中顯示出了毛細(xì)管壓力Pc。毛細(xì)管壓力的值由下面已知關(guān)系式確定Pc＝4σ·cos Θ/dp，其中σ，Θ-分別為液體的表面張力系數(shù)和液體的潤濕接觸角，dp-透水材料毛細(xì)管的水力直徑(細(xì)孔直徑)。
直到透水部件中的液體和氣體(例如部分空了的燃料容器中的空氣)之間的壓力差超過Pc為止，液體燃料都可確保連續(xù)地(沒有氣體夾附物)吸入燃燒器。這種壓差的主要部分是流體靜力學(xué)壓力差ΔPh＝ρgH其中ρ-液體密度，g-自由落體加速度(9.81m/s2)H-液體表面給定位置處從透水部件的上部一點(或其總體)到液體表面的高度。
更具體地講，可以用商業(yè)上能得到的孔眼直徑為10μm的金屬絲網(wǎng)(嗶嘰和平紋織物)制做整個燃料源容器大小的透水多孔部件，此容器的整體尺寸約為1m。在10μm的孔眼中充以潤濕多孔材料壁的一種液體燃料(煤油，汽油或乙/甲醇等)，這時這些孔中的毛細(xì)管壓力，按照上述Pc的公式，應(yīng)大于0.1大氣壓或大于1m高的水(或煤油)柱。因此，如果放置在燃料源容器中的透水部件大約1m高或長時，就會保證液體的吸入直到容器全變空。在孔眼直徑與透水部件的最大整體尺寸之比在5-30×10-6的區(qū)間內(nèi)，就會得到恰當(dāng)?shù)娜剂衔肓俊?br> 冷卻劑供應(yīng)源可以做成一個可搬動的容器或箱子，在它上面可以安裝燃料供應(yīng)源(也可安裝氧化劑供應(yīng)源)和動力供應(yīng)源(例如在背負(fù)設(shè)計的情況下用于救急)。它可以是一個例如做成散熱器樣子的管式的籠子，以自然或強(qiáng)迫方式冷卻。
在操作過程中，冷卻劑經(jīng)過管道52或54之一向吹嘴的內(nèi)腔42中供應(yīng)。在打開管道38和40上的第一流動控制部件56和第二流動控制部件58時，推進(jìn)劑的組成部分就流進(jìn)來氧化劑，也即氣體氧，通過開孔34進(jìn)入混合器的內(nèi)腔30；燃料，也即煤油或汽油或乙/甲醇，傳送到第三流動控制部件(電動閥62)。按下起動部件62(鉗位按鈕)以后，來自控制單元64的電控制信號就操縱火花塞60(通過高壓電纜70)和電動閥62。
在點燃火花塞后稍遲一點時間延時部件打開閥62。燃料通過開孔36進(jìn)入混合器的內(nèi)腔30，氧化劑和燃料相互混合，并與火花塞60作用，火花放電點燃推進(jìn)劑混合物。因為氧化劑是在燃料之前進(jìn)入，就排除了吹嘴中(例如吹嘴表面上)燃料積累的可能性，從而排除了切割頭爆炸的可能性。換句話說，點燃的是推進(jìn)劑混合物的開始部分，因而沒燃燒的燃料不能進(jìn)入吹嘴內(nèi)腔中積累在那里。實驗表明，點火發(fā)生在混合器以外，離其正面不遠(yuǎn)，在離混合器正面的某一距離處火焰的前沿達(dá)到“穩(wěn)定”狀態(tài)。由于混合器出口截面是最小的截面而且推進(jìn)劑混合物通過此截面的速度比火焰前沿的傳播速度快，火焰前沿不會進(jìn)入混合器。
推進(jìn)劑混合物在燃燒室24中燃燒，在噴口26中獲得動能然后流出來進(jìn)入環(huán)境大氣中。更具體地講，在燃燒室24中燃料(更精確的說是液滴)揮發(fā)，燃料和氧化劑組分的混合物被加熱到穩(wěn)定燃燒的溫度，然后燃燒，也即轉(zhuǎn)變成高溫氣態(tài)的燃燒產(chǎn)物，在噴口26中把此產(chǎn)物提高到超聲速。燃燒是在壓力高于環(huán)境壓力的情況下進(jìn)行的，這是由于兩種推進(jìn)劑組分本身來時是壓縮的以及由于它們在燃燒室24中燃燒伴隨著熱的釋放。不過度擴(kuò)展的高溫超聲氣體噴流與材料作用就實現(xiàn)了對材料的切割或加工。
在分析上和實驗上已發(fā)現(xiàn)，對于煤油-氧氣類推進(jìn)劑混合物，按照本發(fā)明所述的加工來說，推薦下面的比率材料 v/aTc/Tmα鋁 2.4-2.83.2-3.50.5-0.6生鐵 2.4-3.01.7-1.93.0-3.4低炭鋼 2.4-2.61.3-1.44.7-4.9現(xiàn)在參考圖3中的實施例，推進(jìn)劑組分到達(dá)混合器內(nèi)腔30進(jìn)行混合，它們與中心主體32作用，然后通過由中心主體的仿形加工部分74和76和混合器內(nèi)腔的與主體仿形部分相對的面形成混合器出口截面。然后，所產(chǎn)生的推進(jìn)劑混合物進(jìn)入燃燒室24并通過噴口從燃燒室出來。使推進(jìn)劑混合物點火，在吹嘴22外面形成燃燒的火炬。借助于手動操作(轉(zhuǎn)動)的驅(qū)動裝置78的作用，移動中心主體32以減少混合器內(nèi)腔的水力直徑，因而降低了推進(jìn)劑混合物的流量和其流出的速度。在混合物組分的流出速度變得比火焰前沿的傳播速度小的時刻，此火炬被拉進(jìn)燃燒室24中。在這以后，在驅(qū)動裝置的幫助下，反向移動中心主體使燃燒室的水力直徑增加而回到正常值。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖4所示的實施例，把火焰拉進(jìn)燃燒室的過程是按下述方式實現(xiàn)的。把流動方向開關(guān)(彎角旋塞閥)88轉(zhuǎn)向某一位置，使氧氣通過管道38及開關(guān)88和附加入口孔82之間的管子86，并通過開孔82本身進(jìn)入混合器內(nèi)腔30。經(jīng)過旋流器(螺旋鉆)90，氧氣得到了轉(zhuǎn)動，因而在噴口的中心部分流出噴口的組分混合物就形成渦流。此渦流使燃燒室與環(huán)境大氣勾通，由于此渦流的作用，火焰進(jìn)入燃燒室。由于中心主體占據(jù)了混合器最小出口截面因而防止了火焰前沿進(jìn)入混合器內(nèi)腔。然后，彎角旋塞閥開關(guān)把供應(yīng)混合器的氧從開孔82轉(zhuǎn)到開孔34，因而，使氧繞過旋流器。裝置就進(jìn)入工作狀態(tài)。
為了點燃圖6中所示實施例中的裝置，具有螺旋鉆102的并插在中心主體32中的縱向通道里的可移動部件98被從中心主體下降到這樣一個位置，在這個位置螺旋鉆102進(jìn)入混合器內(nèi)腔的仿形加工部分76。這樣，就建立了把轉(zhuǎn)動傳遞給推進(jìn)劑組分所需要的幾何形狀。然后，借助于流動控制部件56、58的作用，燃料和氧化劑進(jìn)入混合器內(nèi)腔，在這里它們與螺旋鉆相互作用，實現(xiàn)了混合，并產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)運動。下面的使推進(jìn)劑混合物點火以及把火焰拉入燃燒室的機(jī)理與聯(lián)系到圖4所敘述的機(jī)理相似。
必須注意，在進(jìn)入仿形加工的區(qū)域76時，螺旋鉆102是這樣來改變流動截面的，以使得推進(jìn)劑混合物流出速度超過火焰前沿的傳播速度。在火焰被拉入燃燒室以后，可移動部件98就返回中心主體32中。可移動部件的延續(xù)部分98’，與混合器的最小出口截面協(xié)同作用，又有助于混合器流出速度超過火焰前沿的穿透速度。還必須指出，在增加混合器出口處的流動截面時，推進(jìn)劑組分的質(zhì)量流量會增加，而且還會產(chǎn)生所需要的推進(jìn)劑混合物流動速度。
為了在水下使用本發(fā)明的這種裝置，使用了壓縮氣體(最簡單的情況是壓縮空氣)，這種壓縮氣體形成空氣泡把水排到一旁，對吹嘴進(jìn)行冷卻，同時也降低了由噴射效應(yīng)產(chǎn)生的吹嘴出口的反向壓力(背壓)。把氧輸送到燃燒器。由于供應(yīng)了氧或是壓縮空氣給保護(hù)部件104，保護(hù)部件1的堵蓋106就移開了。然后按此裝置具體實施例所確定的次序?qū)θ紵鲗崿F(xiàn)點火過程。
吹嘴內(nèi)腔的噴射過程是用來降低燃燒器中的工作壓力，壓力的降低反過來又有助于簡化推進(jìn)劑組分的輸送和裝置的點火。保護(hù)部件使水不進(jìn)入內(nèi)腔，從而防止鹽類向燃燒室中沉淀，首先是防止鹽類沉淀在輸送燃料和氧化劑的開孔上。
盡管上面公開了本專利的幾個實施例，但是應(yīng)理解為這些實施例只是做為例子給出的，而沒有限制的意思。對技術(shù)熟練的人，只要在技術(shù)上不脫離本著作的精神和范圍，都可對被選用來說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例進(jìn)行改動和添加。例如，可選用不同的推進(jìn)劑組分，中心主體可使用不同的形狀及材料。因此，必須了解，在這里所尋求的以及這里所提出的保護(hù)必須被認(rèn)為應(yīng)擴(kuò)展到完全屬于本發(fā)明范圍的要求保護(hù)的主題和所有與這些要點等價的技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種使用火炬對材料進(jìn)行加工的方法，它包含以下步驟(A)供給第一部分氧化劑組分；(B)供給燃料組分；(C)在推進(jìn)劑混合區(qū)把該第一部分的氧化劑組分與該燃料組分混合成推進(jìn)劑；(D)在燃燒區(qū)中在提高了壓力的情況下，把步驟(C)中產(chǎn)生的推進(jìn)劑混合物燃燒；(E)由步驟(D)生成的燃燒產(chǎn)物變成高溫超聲不過度擴(kuò)展的氣體噴流；(F)控制此氣體噴流的熱力學(xué)參數(shù)；以及(G)利用該氣體噴流，作用在該材料上；作用在該材料上的該體噴氣流的速度(v)與該氣體噴流的聲速(a)的比值在區(qū)間1.1到4.8內(nèi)；該氣體噴流的溫度(Tc)與該材料熔點(Tm)的比值在區(qū)間1.2到4.5內(nèi)；以及其中該氧化劑相對于該燃料和該氧化劑的化學(xué)計量比的過量因子(α)在下述區(qū)間內(nèi)0.44≤α≤4.9。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于對易氧化材料，參數(shù)α所在的區(qū)間為3.4≤α≤4.9。
3.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于對于不氧化材料和形成耐高溫氧化物的材料，該參數(shù)α所在的區(qū)間為0.44≤α＜3.4。
4.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該氣體噴流熱力學(xué)參數(shù)的控制是通過在該混合區(qū)形成一個稀疏區(qū)，并在混合前和混合期間把渦旋運動傳遞給該組分來實現(xiàn)的，依此使組分的推進(jìn)劑混合物均勻化。
5.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于在該混合區(qū)中稀疏區(qū)域的形成是通過一個放置在和/或被引入到該混合區(qū)中的旋流產(chǎn)生機(jī)構(gòu)與該推進(jìn)劑組分的相互作用來實現(xiàn)的。
6.按照權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于在該混合區(qū)中稀疏區(qū)域的形成是通過下述方式完成的即在供給該第一部分氧化劑組分之前，在上游施加一附加部分的氧化劑組分，提供一個安置在和/或被引入到該混合區(qū)中的旋流器與該附加部分的氧化劑組分相互作用。
7.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于該噴流熱力學(xué)參數(shù)的控制是這樣實現(xiàn)的在混合過程前和過程中，把渦旋運動賦于推進(jìn)劑組分，使推進(jìn)劑的混合物均勻化，通過混合區(qū)表面上的有助于渦流形成的滾花或有不同牙形及螺線的螺紋使推進(jìn)劑組分產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。
8.一種用火炬對材料進(jìn)行加工的方法，它包括以下步驟(A)供給第一部分氧化劑；(B)供給燃料；(C)把該第一部分氧化劑和該燃料混合成推進(jìn)劑；(D)在提高了壓力的情況下把由步驟(C)產(chǎn)生的推進(jìn)劑混合物燃燒；(E)由步驟(D)產(chǎn)生的燃燒產(chǎn)物形成超聲的高溫的不過度擴(kuò)展的氣流，以及(F)利用該氣體噴流對材料進(jìn)行作用。
9.按照權(quán)利要求8所述的方法，還包含有對該噴流熱力學(xué)參數(shù)的控制過程，作用在該材料上的噴流速度(v)與該氣流的聲速(a)的比值在1.1到4.8的區(qū)間內(nèi)；該噴流的溫度(Tc)與該材料熔點(Tm)的比值在1.2到4.5的區(qū)間內(nèi)；而該氧化劑相對于該燃料及該氧化劑的化學(xué)計量比的過量因子(α)的區(qū)間如下0.44≤α≤4.9。
10.按照權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于該氣體噴流熱力學(xué)參數(shù)的控制是這樣實現(xiàn)的在混合過程之前和之中，使該推進(jìn)劑分量產(chǎn)生渦旋運動，以使這種推進(jìn)劑混合物均勻化。
11.按照權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于渦旋運動的產(chǎn)生是通過提供一個旋流產(chǎn)生機(jī)構(gòu)與該推進(jìn)劑組分作用而實現(xiàn)的。
12.按照權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于渦旋運動的產(chǎn)生是這樣實現(xiàn)的在供給第一部分氧化劑之前，在上游供給一附加部分的該氧化劑，然后提供旋流產(chǎn)生機(jī)構(gòu)與該附加的氧化劑部分作用。
13.按照權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于該氣體噴流熱力學(xué)參數(shù)的控制是通過在混合前和混合中使推進(jìn)劑產(chǎn)生渦旋運動來實現(xiàn)的，利用混合區(qū)表面上有助渦旋形成的滾花或者有著不同牙形和螺線的螺紋使推進(jìn)劑組分產(chǎn)生渦旋，以實現(xiàn)使這種混合物的均勻化。
14.使用高能高溫氣體噴流對材料進(jìn)行火炬加工的裝置，它包括一個切割頭，它有一個混合機(jī)構(gòu)，用來把輸送給該切割頭的燃料和氧化劑混合成推進(jìn)劑，該混合機(jī)構(gòu)的第一外套具有頂部，側(cè)壁和底壁，它們限定了一個該混合機(jī)構(gòu)的基本圓筒狀的內(nèi)腔，該底壁上加工有一個出口；此切割頭還有用于該推進(jìn)劑燃燒的火炬機(jī)構(gòu)，該火炬機(jī)構(gòu)有一個第二外套，在此外套中限定了一個燃燒室，該燃燒室通過在該第二外套中加工的噴口與環(huán)境介質(zhì)連接起來并外包著該出口，該內(nèi)腔通過該出口與該燃燒室連接起來；以及切割頭有對該燃燒過程產(chǎn)生影響的控制機(jī)構(gòu)，該控制機(jī)構(gòu)包含有一個軸向安裝在該內(nèi)腔中并密封地固定在該混合器外套頂壁的開孔中的中心主體，以便對該燃料、氧化劑和推進(jìn)劑流動的熱力學(xué)參數(shù)產(chǎn)生影響并使該氣體噴流得到改善；把該燃料輸送到該切割頭的機(jī)構(gòu)；以及把該氧化劑輸送到該切割頭的機(jī)構(gòu)；該內(nèi)腔分別由該混合器外套中的第一和第二開孔與該燃料輸送機(jī)構(gòu)和該氧化劑輸送機(jī)構(gòu)連接起來，該第一開孔加工在該混合器外套的該側(cè)壁中位于該第二開孔的下側(cè)；通向該內(nèi)腔的第一開孔的出口處的水力直徑，與處于把燃料引入該內(nèi)腔那一高度上的該內(nèi)腔的流動截面的水力直徑之比值在0.03到0.5的區(qū)間內(nèi)，這里水力直徑dh定義為dh＝4S/P，其中S是通道的流動截面積，而P是其潤濕的周長。
15.按照權(quán)利要求14所述的裝置，還提供有一個控制單元和一個可控的流動控制部件，其特征在于把該燃料輸送給該切割頭的機(jī)構(gòu)包含有一個燃料輸送管道，該可控的流動控制部件安裝在該管道上以控制通過該管道的燃料輸送，而該中心主體包含一個電火花塞，該控制單元包含一個啟動部件和一個延時部件，該啟動部件與該火花塞連在一起，以對其點火，該延遲部件與該可控的流動控制部件連在一起，以相對于該火花塞的點火時間推遲其打開過程。
16.按照權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于該火花塞包含一個在操作上與氧化劑供應(yīng)源連在一起的空心的中心電極。
17.按照權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于該中心主體具有一個從該外套向外伸出的并適于外部驅(qū)動的端部，該中心主體的表面和該混合器內(nèi)腔的表面是仿形加工的，以保證在由外面的驅(qū)動機(jī)構(gòu)實現(xiàn)位移時，改變該第一開孔下游的流動截面上該內(nèi)腔的水力直徑。
18.按照權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于該中心主體包含一個適宜于沿縱向從該中心主體向外移動的可移動部件，此可移動部件的表面以及該混合器內(nèi)腔表面是仿形加工的，以保證向外縱向移動時，在該第一開孔的下側(cè)的流動截面中的內(nèi)腔的水力直徑的改變。
19.按照權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于該中心主體包含一個適宜于沿縱向從該中心主體向外移動的可移動部件，該可移動部件的表面上有產(chǎn)生旋流的機(jī)構(gòu)，它使推進(jìn)劑組分產(chǎn)生轉(zhuǎn)動。
20.按照權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于該旋流產(chǎn)生機(jī)構(gòu)包含一個螺旋鉆。
21.按照權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于該混合器外套中加工有一個附加的氧化劑輸送開孔，該附加的開孔處于該第一第二開孔的上側(cè)，該混合器外套還包含有一個使處在該第一開孔和該附加的氧化劑輸送開孔之間的氧化劑流動可轉(zhuǎn)換的機(jī)構(gòu)，同時，該中心主體上設(shè)置有旋流產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，它基本上縱向地處于該第一開孔和該附加的氧化劑輸送開孔之間。
22.按照權(quán)利要求21所述的裝置，其特征在于該旋流產(chǎn)生機(jī)構(gòu)包含一個螺旋鉆。
23.按照權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于通過該中心主體加工有一縱向通道，它在操作上是與該氧化劑輸送機(jī)構(gòu)相勾通。
24.按照權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于該混合器內(nèi)腔加工成具有變化的流動截面，最小流動截面位于其出口截面處。
25.按照權(quán)利要求24所述的裝置，還包含一個安置在該最小流動截面處的透水襯墊。
26.按照權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于該中心主體表面上加工成有渦旋生成部件。
27.按照權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于在該混合器表面上，處在第一開孔截面的下側(cè)的截面中加工有渦旋生成部件。
28.按照權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于在該第二外套的側(cè)壁中設(shè)置了至少一條溝道，該溝道與冷卻劑供應(yīng)源有流體勾通。
29.按照權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于該至少一條的溝道是從該第二外套的前面打開(open from)。
30.按照權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于用壓縮空氣作為該冷卻劑。
31.按照權(quán)利要求28所述的裝置，其特征在于該冷卻劑供應(yīng)源配置有一個熱傳輸部件，該冷卻劑從該溝道中通過該熱傳輸部件而流出，并與該燃料和氧化劑輸送機(jī)構(gòu)相接觸。
32.按照權(quán)利要求14所述的裝置，還包含有一個保護(hù)部件，該保護(hù)部件從外部蓋住該噴口開孔，此保護(hù)部件還與正壓供應(yīng)源相連，該正壓供應(yīng)源對該開孔的打開進(jìn)行控制。
33.把燃料和氧化劑組分混合并點火，用它們產(chǎn)生高溫高能氣體噴流的裝置，該氣體噴流的作用和一個對材料進(jìn)行火炬加工的工具一樣，這種加工包括切割操作在內(nèi)，該裝置包含一個具有吹嘴和混合器的切割頭；一些從各自的供應(yīng)源對燃料和氧化劑進(jìn)行輸送的管道，這些管道配置有各自的流動控制機(jī)構(gòu)，該混合器包含有一個外套，它在該切割頭中限定了一個第一內(nèi)腔，該吹嘴在該切割頭中限定了一個第二內(nèi)腔，該混合器配置有幾個開孔，它們把該第一內(nèi)腔與該管道連接起來，該第一內(nèi)腔與該第二內(nèi)腔有勾通，這些開孔設(shè)置在該混合器外套中，處在相對于該推進(jìn)劑組分流動的不同高度上，該燃料輸送開孔位于該混合器外套側(cè)壁中該氧化劑輸送開孔的下游處，在通向該混合器內(nèi)腔的第一開孔的出口高度位置上的水力直徑dh-fo與在把該燃料引入該混合器內(nèi)腔的高度處的混合器內(nèi)腔流動截面的水力直徑dh-mis的比值，在下述區(qū)間選取dh-fo/dh-mis＝0.03-0.5，其中，水力直徑dh定義為dh＝4S/P，此處S是通道的流動截面，而P是其潤濕周長；以及沿軸向固定在該混合器內(nèi)腔中的中心主體，該中心主體的一端從該切割頭伸出而且由外部控制，以控制該推進(jìn)劑混合物流動的熱力學(xué)參數(shù)。
34.按照權(quán)利要求33所述的裝置，還包含一個安置在燃料容器中的透水多孔部件，它固定在與燃料容器相連的燃料管道的一端上，而小孔的直徑與該透水多泡部件的最小整體尺寸之比值在5-30×10-6的區(qū)間內(nèi)。
35.按照權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于還提供一個控制單元和一個安裝在該燃料輸送管道上的可控的流動控制部件，以控制通過它輸送的燃料，同時該中心主體包含一個電火花塞，而該控制單元包含有一個啟動部件和一個延時部件，該啟動部件與該火花塞相連以對火花塞點火，延時部件與該可控的流動控制部件相連，以相對于該火花塞點火時間推遲可控流動控制部件的打開。
36.按照權(quán)利要求35所述的裝置，其特征在于該火花塞包含一個空心的中心電極，它在操作上與氧化劑供應(yīng)源相連。
37.按照權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于在該混合器外套中加工有一個輸送該氧化劑的第三開孔，該第三開孔位于該第二開孔的上游，該混合器外套還包含有對該第二開孔和該第三開孔之間的氧化劑流動進(jìn)行轉(zhuǎn)換的控制機(jī)構(gòu)，同時在該中心主體上設(shè)置有旋流產(chǎn)生機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)基本上縱向地安置在該第二開孔和該第三開孔之間。
38.按照權(quán)利要求37所述的裝置，其特征在于該旋流產(chǎn)生機(jī)構(gòu)包含一個螺旋鉆。
39.按照權(quán)利要求37所述的裝置，其特征在于該轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)包含一個彎角旋塞閥。
40.按照權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于該中心主體內(nèi)加工有一條縱向通道，該通道在操作上與該氧化劑管道相勾通。
41.按照權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于該混合器內(nèi)腔加工成具有變化的變流動截面，最小的流動截面在其出口截面處。
42.按照權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于該中心主體包含一個適宜于沿縱向從該中心主體向外移動的部件，該可移動部件的表面具有一個螺旋鉆，它使推進(jìn)劑組分產(chǎn)生轉(zhuǎn)動。
43.按照權(quán)利要求33所述的裝置，其特征在于該吹嘴的側(cè)壁中設(shè)置有溝道，該溝道與冷卻劑供應(yīng)源有流體勾通。
44.按照權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于使用壓縮空氣作為該冷卻劑。
45.按照權(quán)利要求43所述的裝置，其特征在于該冷卻劑供應(yīng)源包含有輸運該燃料供應(yīng)源的部件。
全文摘要
對材料進(jìn)行火炬切割的裝置(20)，包含一個中心主體(32)放在其內(nèi)腔(30)中的混合器(28)和一個具有燃燒室(24)和噴口(26)的吹嘴(22)。燃料和氧化劑組分被輸送到混合器，互相混合成推進(jìn)劑，然后與中心主體相作用，在一個實施例中，中心主體有一個火花塞(60)。中心主體產(chǎn)生動作來控制將由火花塞放電而點火的推進(jìn)劑混合物的熱力學(xué)參數(shù)，然后在高壓下燃燒，生成作用于材料的高溫超聲氣體噴流。還公開了一種方法，此裝置按此方法來使用，并且此方法提供燃料和氧化劑、把燃料和氧化劑相混合、在高壓下燃料此推進(jìn)劑混合物以及由燃燒產(chǎn)物生成高溫超聲不過度擴(kuò)展的氣體噴流作用在材料上等步驟。
文檔編號B23K7/00GK1142793SQ94194986
公開日1997年2月12日 申請日期1994年12月8日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月15日
發(fā)明者亞歷山大·V·古里諾夫, 弗拉基米爾N·科斯特里察, 伊戈爾V·彼得諾夫, 瓦列里伊·E·蘇克霍斯塔維奇 申請人:亞歷山大·V·古里諾夫, 弗拉基米爾N·科斯特里察, 伊戈爾V·彼得諾夫, 瓦列里伊·E·蘇克霍斯塔維奇