(57)【要約】  本発明は、火炎作業用のガスバーナノズルであって、複数の管（１３）から成っている中央の酸素供給部と、該酸素供給部の周りに配置された燃焼ガス供給用の複数の管（１１，１２）とが設けられている形式のものに関する。このような形式のガスバーナノズルにおいて本発明の構成では、酸素供給用の管がそれぞれグループ毎に配置されていて、個々のグループが互いに同軸的にかつ互いに隣接して配置されていて、各グループがリング状に配置された少なくとも２つの管列から成っている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
火炎作業用のガスバーナノズルであって、複数の管から成っている中央の酸素供給部と、該酸素供給部の周りに配置された燃焼ガス供給用の複数の管とが設けられている形式のものにおいて、酸素供給用の管がそれぞれグループ毎に配置されていて、個々のグループ（１１，１２，１３）が互いに同軸的にかつ隣接して配置されていて、各グループ（１１，１２，１３）がリング状に配置された少なくとも２つの管列から成っていることを特徴とするガスバーナノズル。
【請求項２】
酸素供給のために３つの管グループ（１１，１２，１３）が設けられている、請求項１記載のガスバーナノズル。
【請求項３】
酸素供給のためのそれぞれ個々の管が、６〜１２ｍｍ、有利には８ｍｍの出口内径を有している、請求項１又は２記載のガスバーナノズル。
【請求項４】
供給管の各グループが、別個のガス供給制御装置を有している、請求項１から３までのいずれか１項記載のガスバーナノズル。
【請求項５】
１つのグループの幾つかの管が、有利には２つ〜３つの管が、サブグループにまとめられていて、該サブグループがそれぞれ一体的な部材を形成していて、該部材が有利には交換可能にガスバーナノズル内に配置されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のガスバーナノズル。
【請求項６】
管のグループが端部部材に配置されていて、該端部部材が前ブロックに接続されていて、該前ブロックが、互いに同軸的に配置された酸素供給のための３つの前室（１６，１７，１８）を有しており、これらの前室がそれぞれ、各グループの管（１１，１２，１３）と接続されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のガスバーナノズル。
【請求項７】
ガス供給管が銅から成っている、請求項１から６までのいずれか１項記載のガスバーナノズル。
【請求項８】
外径が２５０〜４００ｍｍ、有利には３００ｍｍである、請求項１から７までのいずれか１項記載のガスバーナノズル。
【請求項９】
酸素供給のための各管が、ラバル管（１００）と円筒管（１０１）との組合せとして形成されている、請求項１から８までのいずれか１項記載のガスバーナノズル。
【請求項１０】
第１の領域（１２１）の長さ（Ｌ２）が、第２の領域（１２２）及び／又は第３の領域（１２３）の長さ（Ｌ３）よりも短い、請求項９記載のガスバーナノズル。
【請求項１１】
３つの領域の直径及び長さは、ノズル出口端部においてガスがパルス状に流出するように、互いに合わせられている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のガスバーナノズル。
【請求項１２】
ノズル出口端部におけるパルス周波数が、１００〜６５０Ｈｚ、有利には１５０〜２５０Ｈｚである、請求項１１記載のガスバーナノズル。
【請求項１３】
各管における最大ガス流速度が、２Ｍａｃｈ（音速の２倍）である、請求項１から１２までのいずれか１項記載のガスバーナノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火炎作業用のガスバーナノズルであって、複数の管から成っている中央の酸素供給部と、該酸素供給部の周りに配置された燃焼ガス供給用の複数の管とが設けられている形式のものに関する。
【０００２】
ガスバーナノズルは、自動装置又は手持ち式火炎装置として形成された火炎装置において使用される。火炎作業は特に、スラブもしくは厚板表面の燃焼掃除のために必要である。例えば、鋳造によって製造された厚板の冷却時に、厚板の表面にはしばしば不都合な亀裂が発生し、このような亀裂もしくは傷は、表面処理によって除去される。相応なことはまた、例えば切断によって厚板の加工時に発生するばり等に対しても言える。使用される火炎バーナは、表面の欠陥を除去するために、該当面に沿って案内される。
【０００３】
上記形式のガスバーナノズルには、バーナ運転中に火炎が逆流するというおそれがある。このような不都合を回避するために、ノズル本体の内部において流出開口のさらに後ろに、セーフティバリアを形成する多孔性エレメントを設けることが公知である（ＣＨ−Ａ−４７２６３２又はＦＲ−Ａ−１４４８２９２参照）。
【０００４】
さらにＥＰ００４３８２２に開示された構成では、加熱火炎によって取り囲まれていて出力及び方向付けを調整可能な酸素噴流を用いた傷取り（Brennflaemmen）時に、該傷取り作業中に、酸素噴流の横断面をその形状及び表面に関して、その出力とは無関係に変化させるようになっている。そのために形成されたバーナは、酸素ノズルを有しており、この酸素ノズルは、コンパクトな束としてグループ化されていて互いに隣接している複数のノズルに分割されている。このノズル束は、別のノズルによって取り囲まれており、これらのノズルはそれぞれ、加熱のためのバーナを形成していて、この場合これらのノズル及びバーナは、ガスもしくは酸素又は加熱混合物を個々に供給するための装置を備えている。そして各供給装置は個々に調整可能である。この公知の構成では実施例から分かるように、隣接する管に対してそれぞれ等しい間隔を有していて同心的に配置された６５の酸素供給管が使用されており、これらの酸素供給管は、該酸素供給管よりも大きな直径を有する加熱ガス供給のための１２の管によって取り囲まれている。そして制御によって、円形、方形又は楕円形である有効バーナ横断面が生ぜしめられるようになっている。
【０００５】
別の公知の構成では、ガスバーナが、酸素供給のための互いに同軸的に配置された複数の管を有しており、これらの管が、燃焼ガス供給のための環状に配置された複数の管によって取り囲まれている。
【０００６】
上記形式のガスバーナでは、従来技術によれば、横断面円形のバーナの直径は通常２００〜２５０ｍｍである。このような形態には、スラブもしくは厚板の狭幅側が、このようなバーナノズルによって複数回擦過されねばならないという欠点がある。バーナ直径を単に３００ｍｍに増大することは、欠点解決のために十分ではない。それというのは、バーナ噴流もしくはバーナ噴流円錐の中心における高熱に基づいて、該中心において温度は最高になり、かつ相応にワーク中央において縁部におけるよりも強く溶融が発生し、その結果バーナを長手方向に案内した場合に、横断面が凹面状になってしまうからである。その他の技術的な問題としては、相応に大きな酸素消費量が挙げられる。
【０００７】
本発明の課題は、可能な限り僅かな酸素消費量と可能な限り短い加工時間とが可能であり、しかも処理されるワークの最適な表面品質を得ることができるガスバーナノズルを提供することである。
【０００８】
この課題を解決するために本発明の構成では、冒頭に述べた形式のガスバーナノズルにおいて、酸素供給用の管がそれぞれグループ毎に配置されていて、個々のグループが互いに同軸的にかつ隣接して配置されていて、各グループがリング状に配置された少なくとも２つの管列から成っているようにした。
【０００９】
本発明によれば、酸素供給用の管は、等距離に配置されているのではなく、つまり中心から等しく離れたリング上に配置されているのではなく、グループ毎に配置されており、そして個々のグループは互いに同軸的にかつ互いに隣接して配置されており、そして各グループはリング上に配置された少なくとも２つの管列から成っている。この場合有利には酸素供給のために３つの管グループが設けられている。言い換えれば、有利には３つのリング領域が設けられていて、これらのリング領域が互いに間隔をおいて位置していて、これらのリング領域の中にそれぞれ個々の管が配置されていて、これらの管の相互間隔が、リング領域同士の間隔よりも小さい。各グループには、酸素供給のための管のリング列が例えば２つ又は３つ配属されている。酸素供給用のこれらの管の周囲には、外側リング上に、それぞれ小さな直径を有するノズル開口のグループが設けられており、これらのノズル開口を介して燃焼ガスが供給される。
【００１０】
２８０〜４００ｍｍの直径を有するこのようなノズルを用いて、スラブもしくは厚板の長辺側を擦過させると、この長辺側を一回の作業工程で加工することができ、しかもこの際に極めて平らな厚板表面が得られる。そしてこの長辺側を再度擦過することが節約できることによって、酸素はかなり節約される。さらに驚いたことに、付加的に単位時間当たり約２５％の酸素を節約することができ、このような酸素節約は、本発明によるノズル配置形式によってしか可能でない。
【００１１】
本発明の有利な構成では、酸素供給のためのそれぞれ個々の管が、６〜１２ｍｍ、有利には８ｍｍの出口内径を有している。従来技術に基づいて公知のように、ガスバーナは、別個に制御可能であるそれぞれ別個の酸素供給管路を有している。本発明の構成では、それぞれ個々のガス供給部が、１つの供給管グループつまりリング領域と接続されている。
【００１２】
本発明の１実施形態では、１つのグループの幾つかの管が、有利には２つ〜３つの管が、サブグループにまとめられていて、該サブグループがそれぞれ一体的な部材を形成していて、該部材が有利には交換可能にガスバーナノズル内に配置されている。このように構成されていると、端面における損傷した表面領域を、部分的に、該当するサブグループの交換によって新しくすることができる。
【００１３】
本発明の別の構成では、このような管のグループが１つの端部部材に配置されていて、該端部部材が前ブロックに接続されていて、該前ブロックが、互いに同軸的に配置された酸素供給のための３つの前室を有しており、これらの前室がそれぞれ、各（リング）グループの管と接続されている。このように構成されていると、ガスバーナノズルの重量を著しく小さくすることができる。また耐用寿命の理由から、ガス供給管は銅から製造されている。
【００１４】
それぞれの管の長さは、管の遠位端における乱流を回避するために必要とされる区間によって規定され、もしこのような乱流が発生すると、爆発のような燃焼ひいてはこれによる相応なノズル損傷のおそれがある。特に、個々の（有利には出口において８ｍｍの幅を有する）管の最適な形成は、酸素供給のための各管が、ラバル管と、出口に向かって方向付けられた円筒管との組合せとして形成されている場合に、得られる。従来技術に基づいてその原理が知られているラバル管は、２つの円錐領域を有しており、流れ方向で見て第１の円錐は先細に形成され、それに続く円錐は拡張するように形成されている。そして拡張領域の端部には、管出口に到るまで等しいままの直径を有する円筒管が接続している。
【００１５】
流体力学に基づいて知られているように、一定の圧力が存在する管内における層流では、流速度は直径の減少とは逆に高まる。管の構成に基づいて管の中を導かれるガス流は振動を励起され、この際に流れの交番作用に基づいて高周波のパルス繰返し周波数が生ぜしめられる。得られるパルス周波数及び振幅は、入口圧、管直径のテーパ率及び拡張率並びに一定の直径を備えた第３の領域の長さに関連している。ノズル出口から発する衝撃的なパルスは、燃焼による傷取り時に、処理すべきワーク表面の溶融によって生じる液状物及び含まれている固体粒子を、ワーク表面から吹き飛ばす。これによって、処理されるワーク例えばスラブ表面もしくは厚板表面の表面品質は高められ、酸素消費量はさらに減じられる。本発明の別の実施形態では、内側横断面の第１の先細領域には、直接に又は等しいままの直径を有する部分を介して、拡張する領域が続いている。等しいままの直径を有する部分が設けられている場合には、この領域において流速度は維持され、拡張する領域及び後に続く延長管において望まれているオーバラップ（Ueberlagerungen）の生じることがない。いずれにせよ、等しいままの直径を有するこの短い部分は、収斂する領域及び拡張する領域のそれぞれの長さに比べて短いことが、有利である。
【００１６】
次に図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
図１は、ガスバーナノズルを示す平面図であり、
図２は、図１に示されたガスバーナノズルを部分的に断面して示す断面図であり、
図３は、異なったガス流パターンを生ぜしめる、種々異なった酸素供給用の管を示す断面図である。
【００１８】
図１に示された火炎作業用のガスバーナノズルは、複数の管を備えた中央の酸素供給領域を有しており、これらの管はグループで配置されている。図示の実施例では外側のリング領域１１は個々の管によって形成され、この場合管１１１は外側のリング上に配置され、管１１２は次に続くリング上に配置され、管１１３は内側のリング上に配置されている。管１１２，１１１；１１３はそれぞれ互いにずらされて、いわば互いの間の隙間を埋めるように互い違いに配置されている。管直径は８ｍｍであり、隣接する管１１１，１１２，１１３同士の間の管間隔はそれぞれ約４ｍｍである。
【００１９】
真ん中のリング領域には、２列の個々の管が異なった直径上に配置されており、これらの管同士も互いにずらされていて、それぞれ隣接する管の間の間隔は４ｍｍである。
【００２０】
中央のリング領域には最も内側のリングに４つの管が配置されていて、それに続くリングにはそれぞれ１２の管が配置されている。図示の実施例ではこれによって、酸素供給のために総数で１４８の管が設けられている。同軸的に配置された２つの列１４，１５には、燃焼ガス供給のための管がリング状に配置されており、これらの管は著しく小さな管直径を有している。ノズルヘッド１０全体は銅から成っており、ガスバーナノズルは中実体として形成されていることができ、その中に相応な数の管が形成されている。
【００２１】
これに対して図２に示された変化実施例では、外側前方の領域だけが中実に形成されており、この領域には前ブロックが続いており、この前ブロックにおいては、中央の酸素供給部１６が管のリンググループ１３に通じ、これに対して同軸的に位置するガス供給部１７が管のリンググループ１２に通じ、さらに外側の同軸的なガス供給部１８が配置されており、このガス供給部１８は管グループ１１に通じている。３つのガス供給部１６，１７，１８はそれぞれ別個に調整可能であり、従って個々の管におけるガス速度は相応に制御可能である。
【００２２】
個々の管例えば１１１，１１２，１１３はそれぞれ有利には次のように、すなわち長さＬｃのラバル管１００に長さＬｋの円筒管１０１が接続するように、形成されている。このラバル管は、長さＬ２にわたって延びている第１の収斂する領域１２１と、長さＬ３を有する拡張する領域１２２とを有している。そして両領域の間には、長さＬ４の部分領域が配置されており、この部分領域は一定の最小直径ｄｍｉｎを有している。円筒管１０１の直径はｄｋで示されていて、円錐形の拡大部１２２の最大直径の大きさを有している。長さＬｋ；Ｌ５は長さ寸法７２ｍｍ、６５ｍｍ及び２５ｍｍの間において変化可能である。長さＬ２は例えば１０ｍｍであり、長さＬ４は２ｍｍであり、長さＬ３は２５ｍｍを選択することができる。管に流入するガスは、例えば１.３×１０６Ｐａの圧力Ｐ０と、温度Ｔ０（例えば室温）とを有している。外圧（周囲圧）に関連した圧力Ｐ０の変化によって、流出する酸素流の噴流円錐は収斂するように、拡散するように又はほぼ平行な形状に変化することができる。さらに入口圧に関して、様々異なって生じる振動周波数及び振動振幅が変化する。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ガスバーナノズルを示す平面図である。
【図２】図１に示されたガスバーナノズルを部分的に断面して示す断面図である。
【図３】異なったガス流パターンを生ぜしめる、種々異なった酸素供給用の管を示す断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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