用于连续金属铸造冷却的全锥式空气辅助喷嘴.pdf

本发明提供了一种全锥式液体喷嘴。该喷嘴包括喷嘴主体，该喷嘴主体具有在下游端处的排放孔和在上游端处、用于连接到液体供应的入口。液体流动通道延伸贯穿该喷嘴主体，在该入口与该排放孔之间连通。叶片设置于排放孔上游的液体流动通道中。该叶片在其中具有多个V形通道。各个V形通道相对于叶片的纵向轴线以一定角度在叶片的上游面与下游面之间向内延伸。由液体流动通道所限定的涡旋与混合腔布置在该叶片与该排放孔之间。

1.  一种全锥式液体喷嘴，包括；
喷嘴主体，其具有位于下游端处的排放孔和在上游端处、用于连接到液体供应的入口；液体流动通道延伸贯穿所述喷嘴主体、在所述入口与所述排放孔之间连通；
叶片，其设置在所述液体流动通道中、所述排放孔的上游，所述叶片在其中具有多个V形通道，各个V形通道相对于所述叶片的纵向轴线成一定角度在所述叶片的上游面与下游面之间向内延伸；以及
旋流与混合腔，其由介于所述叶片与所述排放孔之间的所述液体流动通道来限定。

2.  根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述叶片包括上游圆柱体段和下游截头圆锥体段。

3.  根据权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述V形通道布置和构造成以便在所述叶片的圆柱体段中限定多个支座区段，所述支座区段与所述喷嘴主体中的流体通道的内壁相接合，以便将所述叶片保持在所述流体通道中。

4.  根据权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述多个V形通道绕所述叶片的周边均匀地间隔开。

5.  根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述V形通道中各个通道的顶点与所述叶片的下游面相交于偏离所述叶片的轴向中心的位置。

6.  根据权利要求5所述的喷嘴，其特征在于，所述V形通道与所述叶片的下游面相交，以便形成大体圆形的端面表面，所述大体圆形的端面表面由穿过所述V形通道的顶点的圆限定。

7.  根据权利要求6所述的喷嘴，其特征在于，所述大体圆形的端面表面具有不大于所述叶片的下游面直径的1/8的直径。

8.  根据权利要求6所述的喷嘴，其特征在于，所述V形通道布置和构造成以便限定多个表面区域分支部分，当朝向所述叶片的下游面观察时，所述表面区域分支部分从所述圆形的端面表面向外延伸。

9.  根据权利要求8所述的喷嘴，其特征在于，各个表面区域分支部分的宽度具有大约为所述叶片的下游面直径的1/4的最大宽度。

10.  根据权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述叶片的圆柱体段具有大约为所述圆柱体段的轴向长度的7倍的直径。

11.  根据权利要求2所述的喷嘴，其特征在于，所述截头圆锥体段在所述叶片的下游面处具有大约为所述截头圆锥体段的轴向长度的四倍的直径。

12.  根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，所述叶片位于所述液体流动通道中，使得所述叶片的下游面距所述排放孔的距离为所述排放孔长度的大约七倍。

13.  根据权利要求12所述的喷嘴，其特征在于，所述排放孔具有大约为所述排放孔长度的五又二分之一倍的直径。

14.  根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，各个V形通道包括彼此成锐角的侧壁对。

15.  根据权利要求14所述的喷嘴，其特征在于，所述叶片的各个V形通道的所述侧壁限定了大约40°与50°之间的角。

16.  根据权利要求1所述的喷嘴，其特征在于，各个V形通道具有与所述叶片的纵向轴线限定了大约55°角的顶点。

用于连续金属铸造冷却的全锥式空气辅助喷嘴
相关申请的交叉引用
本专利申请要求于2006年6月5日提出的美国临时专利申请No.60/811,059的优先权，该专利申请通过引用而结合在本文中。
技术领域
本发明大体涉及加压空气辅助喷嘴组件，且更具体地讲，涉及适用于在连续金属铸造系统中喷射冷却液体的空气辅助喷嘴组件。
背景技术
已知加压空气辅助喷嘴组件用于在连续金属铸造系统中喷射冷却液体，诸如在转让给本发明的相同受让人的美国专利No.6,726,127中所公开的那样。这种喷射系统通常使液体预雾化且将液体微粒导向为扁平喷射图案。多个这样的喷嘴沿着连续铸坯的移动路径对准。
在坯料(其截面基本上为方形)的连续铸造中，可能需要导向圆形喷射图案，以用于更完全且更有效的覆盖。然而，迄今为止还难以可靠地产生具有均匀液体微粒分布的全锥式预雾化液体喷射排放。这种喷嘴通常需要旋流产生叶片，旋流产生叶片的尺寸相对较小、制造困难且昂贵，并且可能会出现堵塞。
发明内容
本发明的目的在于提供一种空气辅助喷嘴组件，其适于更可靠地导向全锥式液体喷射图案，以用于连续金属铸造冷却系统。
另一目的在于提供一种具有上述特征的空气辅助喷嘴组件，其有效地用于产生具有基本上均匀的液体微粒分布的全锥式液体喷射图案，以高效地且完全地冷却坯料铸件。
再一目的在于提供一种上文所述类型的空气辅助喷嘴组件，其包括适于促进液体微粒分布和混合的旋流导向叶片，且其包括较不易于堵塞的较大尺寸的通道。
另一目的在于提供一种可以精确地且经济地制造的空气辅助喷嘴组件。
通过阅读下文的详细说明并参看附图，本发明的其它目的和优点将变得显而易见；在附图中：
附图说明
图1是根据本发明的示意性喷嘴组件的纵断面；
图2是所示意的喷嘴组件的喷嘴的放大纵剖面；
图3是图2所示的喷嘴的上游端视图；
图4是图2所示的喷嘴的旋流产生叶片的下游端的平面视图；
图5和图6分别是示意性旋流产生叶片的、在图4中的线5-5和6-6的平面中所取得的侧视图；
图7是在图4中的线7-7的平面中所取得的示意性涡轮产生叶片的纵断面；
图8是所示意的旋流产生叶片的上游端的平面视图；以及
图9和图10是与叶片中带角度的V形液体通路的其中一个通路基本上成垂直关系所取得的示意性旋流产生叶片的透视图。
在附图中已经示出本发明的某些示意性实施例，且在下文中将详细地进行描述，但本发明可具有各种修改和替代构造。但应了解，并不意图将本发明限制于所公开的特定形式，相反，本发明将涵盖属于本发明的精神和范畴内的所有修改、替代构造和等效体。
具体实施方式
现特别地参看附图中的图1，其示出了根据本发明的示意性空气辅助液体喷嘴组件10。应理解的是，多个这样的喷嘴组件可用于连续金属铸造装置的冷却系统中，诸如在前述美国专利No.6,726,127中所示的那样，该专利的公开通过引入而结合在本文中。
所示意的喷嘴组件10基本上包括：初步液体雾化头或段20；细长管状筒体21，该细长管状筒体21在其上游端连接到雾化头20；喷嘴22，其连接到筒体21的下游端上。雾化头20包括中空主体24、加压空气入口26和液体冷却剂入口30，该中空主体24具有沿着其轴向延伸的细长膨胀腔25，加压空气入口26由与主体24上游端中的轴向孔口29处于螺纹接合的孔配件28来限定，液体冷却剂入口30横向地与该膨胀腔连通，该膨胀腔由与延伸贯穿主体24侧壁的径向孔口32处于螺纹接合的孔配件31来限定。空气入口孔配件28连接到加压空气供应管线34，且液体入口孔配件31联接到液体冷却剂(优选水)供应管线35。雾化头20还包括冲击柱38，冲击柱38诸如通过压配而固定到与液体入口30成直接相对关系的径向孔口39内。冲击柱38延伸到腔25中，且外端40大约在主体24的纵向轴线上形成有中心凹部41。分别通过液体入口和空气入口26，30而引入的加压空气和液体空气流，在冲击销杆30的辅助下会聚于雾化头，使液体预雾化以导向穿过筒体21且从喷嘴22排放。在此情况下，筒体21利用带螺纹的环形保持帽42可移除地固定到中空主体24上，这与前文所引用的专利6,726,127的公开相一致。
喷嘴22包括细长中空主体44，其具有在外部带有螺纹的上游端45，以通过带螺纹的环形保持构件46连接到筒体21端部，以进行旋转和轴向移动，带螺纹的环形保持构件46支撑于筒体21下游端上。通过旋转保持件46使该保持构件46与喷嘴端部45螺纹接合，这使得喷嘴22的上游端与筒体21的下游端处于固定接合。
喷嘴主体44具有与筒体21连通的轴向液体通道48和喷嘴主体下游端处的圆形排放孔50。在此情况下，排放孔50构造成圆柱形的，其具有向内会聚的截头圆锥入口段51和出口端处的相对较小的向外扩口的截头圆锥体段52。
为了使经过喷嘴主体44的液体形成旋流运动，并且为了进一步打散液体微粒，以得到排放孔50排出的全锥式液体喷射图案上的分布，在通道48中、在喷嘴主体的上游端与排放孔50中间设有叶片55。在此情况下，叶片55是单独的构件，或者是压配到液体通道48内的嵌件。如在下文中显而易见的，叶片55可由具有圆柱形上游段56和向内逐渐收缩的截头圆锥体段58的坯块形成，该圆柱形上游段56限定了较大直径的上游端面57，该向内逐渐收缩的截头圆锥体段58限定了相对较小直径的下游端面59。为了确保叶片55在排放孔50上游的预定纵向定位以使得通道48在叶片55与排放孔50之间限定基本圆柱形的旋流与混合腔60，通道48形成有限定定位座61的小的沉孔，叶片55可抵靠定位座61而定位。为防止叶片55在其可能变松动的情况下从喷嘴主体44意外移位，喷嘴主体44形成有绕着入口通路48的上游端、向内导向的径向桩62。
根据本发明，喷嘴叶片具有独特的通道构造，其有助于进一步打散预雾化液体，且有助于液体微粒在整个排放全锥式喷射图案上的基本均匀的分布，以促进诸如在连续金属铸造操作中移动金属形状的冷却中的均匀涂覆。为此，旋流产生叶片55形成有多个液体通道65，液体通道65相对于叶片的纵向轴线66成一定角度发展，且由V形切口限定。通道65延伸贯穿叶片的上游较大直径端面57和相对较小的下游端面59两者，该通道65具有彼此成锐角的侧壁65a、65b。根据一个优选实施例，具有特别好的性能的叶片可由具有圆柱体段56和下游截头圆锥体段58的坯块生产，该圆柱体段56的直径是其轴向长度的7倍，且该下游截头圆锥体段58的下游端面直径59是其轴向长度的4倍。此外，在该优选实施例中，叶片可定位于喷嘴22中，使得端面距排放孔50的距离为l，该距离l是孔长度y的7倍，且排放孔50具有大小为其孔长度y的5.5倍的直径。
各个V形通道65的顶点65c处于相对于叶片的纵向轴线成角度β处，且在下游端面59内延伸而未达到叶片的轴向中心66。在所示意的实施例中，叶片55具有绕该叶片周边均匀地间隔开的四个V形通道65。各个V形通道65具有顶点65c，其形成相对于该叶片的纵向轴线约55°的角度β。此外，V形通道65的侧部65a、65b优选限定了在大约45°与大约50°之间、且最优选为约46°角的锐角α。在此情况下，叶片55的上游端面57具有大体矩形的外观，该大体矩形的外观由V形切口的侧部65a、65b和叶片55的上游圆柱体段56的四个大体上周向间隔开的支座区段54a所限定，其可压配到喷嘴主体内，以用于固定保持。在此情形下，限定V形通道65的切口进一步限定了叶片的上游圆柱体段56中、与通道顶点65c相对的小凸缘69。
根据本发明，限定V形通道65的切口靠近该叶片的下游端面59的中心而延伸。更具体地讲，V形通道65的顶点65c与下游端面59相交，以便限定由穿过通道65顶点65c的圆所限定的较小的圆形的端面表面70。顶点65c优选延伸到叶片轴线的大约0.015英寸内，以便限定圆形的端面表面70，该圆形的端面表面70具有不超过叶片55的截头端段的下游端面59直径的大约1/8的直径。在此情况下，四个V形通道65限定了由圆形中央端部表面70和四个较小的表面区域分支部分71所限定的较小的十字形端部表面图案，表面区域分支部分71从中央端面表面70成略微向外延伸的关系而延伸，如从叶片的下游端所观察到的情形(图4)。因此，叶片55具有大体十字形叶片外观。V形通道优选具有使得该十字形图案的最大宽度w为端面直径59的1/4的深度。
在喷嘴组件10的操作中，将看到导向到预雾化头20中的液体和加压空气流将被预雾化，其中液体在液体流对冲击柱38的凹入端面进行冲击的辅助下预雾化。经预雾化的液体微粒被迫穿过筒体21而导向喷嘴22。在经预雾化的液体微粒穿过叶片55中的多个成角度的通道65时，微粒被进一步打散且以旋流方式导入下游混合腔60。这就使得液体被进一步打散并相互混合，以用于随后以全锥式液体喷射图案通过排放孔50进行排放，其中基本上均匀地雾化的液体分布在整个全锥式喷射图案中。所示意的喷嘴有效地在大的压力范围(诸如在10psi与100psi之间)内维持相对恒定的喷射角，且叶片的V形通道和大的开口梢端区域防止堵塞。
通过前文的描述，可以看出本发明提供了一种空气辅助喷嘴组件，其适于以均匀的微粒分布来可靠地导向全锥式喷射图案，特别有效地应用于连续金属铸造系统。该喷嘴组件包括旋流导向叶片，该旋流导向叶片适于促进液体微粒分布和混合，且具有不易于堵塞的较大尺寸的通道。另外，叶片本身导致精确但经济的制造。
在本文所引的所有参考，包括公布、专利申请和专利以引用的方式被结合，所结合的程度如同各个引用单独地且具体地表示为通过引用而结合并且在本文中以其整体进行阐述。
除非在本文中另有表示或者上下文明显相矛盾，在描述本发明的上下文中对用语“该”和“所述”以及类似词语的引用被认为涵盖了其单数形式和复数形式。除非另外指出，用语“包括”、“具有”、
“包含”为开放式用语(即，指“包括但不限于”)。除非在本文中另外指出，在本文中对值的范围的引用仅意图用作个别地指出属于该范围内的各个单独值的简易法，且各个单独的值结合到说明书中，如同其在本文中被个别地引用。除非在本文中另有表示或者上下文明显相矛盾，本文所描述的所有方法可以任何适当的顺序来执行。除非另有声明，在本文中提供的任何和所有实例或示范性语言(例如，“诸如”)的使用只是为了更好地阐明本发明且并不对本发明的范围施加限制。说明书中所有文字都不应理解表示了对于实施本发明至关重要的任何未提出主张的元件。
在本文中描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的、用于执行本发明的最佳模式。对于本领域一般技术人员而言，通过阅读前文的描述，对这些优选实施例的修改将显而易见。发明人预期熟练的技工能恰当地采用这些变型，且发明人预期本发明能以本文所具体描述的方式之外的其它方式来执行。因此，本发明包括如适用的法律所许可的所附权利要求书中所引用的主题的所有修改和等效体。此外，除非在本文中另有表示或者上下文明显相矛盾，在本发明的所有可能变型中上述元件的所有组合都涵盖于本发明中。