CN114046498B - 焰色添色型水下火炬 - Google Patents

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Abstract

本申请提出一种焰色添色型水下火炬，包括火炬壳体、射流掺混喷嘴、燃烧器；射流掺混喷嘴设置在所述火炬壳体中，所述射流掺混喷嘴的两端面分别开有相连通的混合射流通道和预混氧喷嘴通道，射流掺混喷嘴侧壁开有与混合射流通道相连通的燃料喷孔，氧气通过所述预混氧喷嘴通道喷入混合射流通道中与通过燃料喷孔喷入混合射流通道中的燃料气体在混合射流通道中进行预混合，得到预混气体；燃烧器设置在火炬壳体中，燃烧器与射流掺混喷嘴相连通，以使预混气体通入燃烧器头部进行燃烧。通过射流掺混喷嘴将燃料气体和氧气按照一定夹角喷入混合，进而使得燃料气体和氧气之间的混合更均匀，提高了火焰的燃烧稳定性。

Description

焰色添色型水下火炬
技术领域
本申请涉及水下火炬技术领域，尤其涉及一种焰色添色型水下火炬。
背景技术
在冬运会火炬传递过程中，涉及到水下火炬的传递，由于水下火炬传递过程中由于缺氧以及水中环境的影响，容易造成火焰不稳定，因此通常在火焰燃烧过程中通入氧气，实现助燃的效果，但是燃料气体燃烧过程中通入氧气容易造成燃料气体和氧气分散不均匀，进而影响燃烧的稳定性，并且由于燃烧环境的影响使得水下火炬的燃料在燃烧过程中形成的火焰颜色单一。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本申请的目的在于提出一种焰色添色型水下火炬，该火炬通过在燃烧器中位于火焰燃烧处的燃烧器部件上设置缓释型火焰添色涂层，使得燃烧的火焰经过缓释型火焰添色涂层的作用后得到需要的颜色，增加了火焰颜色的可观赏性，同时通过射流掺混喷嘴将燃料气体和氧气按照一定夹角喷入混合，进而使得燃料气体和氧气之间的混合更均匀，提高了火焰的燃烧稳定性。
为达到上述目的，本申请提出的一种焰色添色型水下火炬，包括；
火炬壳体：
射流掺混喷嘴，所述射流掺混喷嘴设置在所述火炬壳体中，所述射流掺混喷嘴的两端面分别开有相连通的混合射流通道和预混氧喷嘴通道，所述射流掺混喷嘴侧壁开有与所述混合射流通道相连通的燃料喷孔，氧气通过所述预混氧喷嘴通道喷入所述混合射流通道中与通过所述燃料喷孔喷入所述混合射流通道中的燃料气体在所述混合射流通道中进行预混合，得到预混气体；
燃烧器，所述燃烧器设置在所述火炬壳体中，所述燃烧器与所述射流掺混喷嘴相连通，以使预混气体通入所述燃烧器头部进行燃烧；
所述燃烧器中位于火焰燃烧处的燃烧器部件上设置有缓释型火焰添色涂层。
优选地，所述燃烧器包括核心焰喷嘴；
所述核心焰喷嘴上设置有核心氧进气通道和套设在所述核心氧进气通道外部呈环形通道结构的混合燃气通道，所述混合燃气通道与所述混合射流通道相连通，以使所述预混气体通入所述核心焰喷嘴的头部进行燃烧；
所述核心氧进气通道，用于通入氧气对核心焰喷嘴的头部燃烧的火焰进行强化助燃。
优选地，所述燃烧器还包括燃烧室，所述燃烧室套设在所述核心焰喷嘴的外部，所述燃烧室侧壁下方设置有保护气进气管，用于向燃烧室内通入氧气，以排出所述燃烧室内的水。
优选地，所述燃烧器还包括若干扰流穏焰片，所述若干扰流穏焰片设置在所述混合燃气通道的出气口处，相邻两个所述扰流穏焰片之间有间隙，以使所述混合燃气通道中的预混气通过所述间隙喷出。
优选地，所述位于火焰燃烧处的燃烧器部件为核心焰喷嘴或燃烧室或流穏焰片；
所述缓释型火焰添色涂层设置在所述核心焰喷嘴的头部；或所述缓释型火焰添色涂层设置在所述燃烧室的内壁；或所述缓释型火焰添色涂层设置在所述扰流穏焰片上。
优选地，所述缓释型火焰添色涂层的具体制备过程如下：
以正硅酸乙酯、盐酸、硅烷偶联剂、氧化硅粉末和水为原料混合配置成氧化硅溶胶；
将所述氧化硅溶胶涂布在所述燃烧器部件上；
对涂布有所述氧化硅溶胶的所述燃烧器部件进行干燥，然后再进行烧结，得到多孔氧化硅涂层；
将所述多孔氧化硅涂层在焰色剂离子溶液中浸泡后取出干燥，然后再进行烧结，得到缓释型火焰添色涂层。
优选地，所述氧化硅溶胶中各原料组分及其含量如下：正硅酸乙酯100-300g/L、盐酸1-5g/L、硅烷偶联剂5-10g/L、氧化硅粉50-100g/L、余量为水。
优选地，涂布有所述氧化硅溶胶的所述燃烧器部件经过干燥后再进行烧结，其中所述干燥的过程为先室温干燥6-10h，然后在150-300℃下加热干燥2-5h，所述烧结温度为800-1100℃，烧结时间为1-3h。
优选地，所述焰色剂离子溶液为过饱和焰色剂溶液，所述焰色剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸锂、氯化铟、硫酸铜、氯化钾中的一种。
优选地，所述燃烧室为筒状结构，所述保护气进气管的进气方向与燃烧室侧壁相切，以使通过所述保护气进气管进入所述燃烧室内的氧气在所述燃烧室内形成气动旋流。
优选地，位于所述燃烧室中的所述核心氧进气通道的出气口和所述混合燃气通道的出气口均位于所述保护气进气管在所述燃烧室内的出气口的上方。
优选地，所述预混氧喷嘴通道包括：
氧气进气通道，所述氧气进气通道为锥形通道结构；和氧气限流通道，所述氧气限流通道的一端与所述锥形通道结构的窄口端相连，另一端与所述混合射流通道相连通。
优选地，所述氧气限流通道的内径小于所述混合射流通道的内径。
优选地，还包括设置在所述火炬壳体中的固定件；
所述射流掺混喷嘴设置在所述固定件上，所述固定件上开有与所述混合射流通道相连通的预混气通道，以使所述预混气体通入所述预混气通道内进行二次混合；
所述预混气通道与所述混合燃气通道相连通，通过所述预混气通道二次混合后的氧气和燃料气体的混合气体通入所述混合燃气通道中在所述核心焰喷嘴头部进行燃烧。
优选地，所述混合射流通道的内径小于所述预混气通道的内径。
优选地，还包括设置在所述火炬壳体中的流量调节分配器；
所述流量调节分配器上开有氧气输送主通道和与所述氧气输送主通道相连通的预混氧输送通道和强化氧输送通道，以使氧气通过所述预混氧输送通道和所述强化氧输送通道分流成预混氧气和强化氧气；
所述预混氧输送通道与所述预混氧喷嘴通道相连通，以使所述预混氧气通过所述预混氧喷嘴通道喷入所述混合射流通道中；
所述强化氧输送通道与所述核心氧进气通道相连通，以使所述强化氧气通入所述核心氧进气通道中。
优选地，所述流量调节分配器上设置有一级流量调节针阀和二级流量调节针阀；
所述一级流量调节针阀，用于控制通过所述氧气输送主通道的氧气流量；
所述二级流量调节针阀，用于控制通入所述预混氧输送通道的氧气流量。
优选地，所述流量调节分配器上设有燃料气体输送通道和燃气流量调节针阀；
所述燃料气体输送通道与所述燃料喷孔相连通；
所述燃气流量调节针阀，用于调节通过所述燃料气体输送通道的燃料气体的流量。
优选地，所述固定件上开有安装槽，所述射流掺混喷嘴的侧壁外表面中部设置有固定环，所述固定环与所述安装槽侧壁之间密封连接；
位于所述混合射流通道一端的所述射流掺混喷嘴的侧壁与所述安装槽侧壁以及所述固定环之间围成燃气夹层通道，所述燃料喷孔与所述燃气夹层通道相连通；
所述固定件上开有与所述燃气夹层通道相连通的燃料进气通道，所述燃料进气通道与所述燃料气体输送通道相连通，以使所述燃料气体输送通道中的燃料气体通过所述燃料进气通道进入所述燃气夹层通道中，然后通过所述燃料喷孔喷入所述混合射流通道中。
优选地，还包括设置在所述火炬壳体中的氧气分流器；
所述氧气分流器上开有氧气主进气管道和与所述氧气主进气管道相连通的保护氧输送通道和燃烧供氧通道；
所述保护氧输送通道与燃烧供氧通道相连通，以使氧气通入所述氧气主进气管道后分流至所述燃烧供氧通道中形成助燃氧气，所述助燃氧气通入所述氧气输送主通道中；
所述保护氧输送通道与所述保护气进气管相连通，以使所述的氧气通入所述氧气主进气管道后分流至所述保护氧输送通道中形成保护氧气，所述保护氧气通过所述保护气进气管通入所述燃烧室。
优选地，所述氧气分流器上设置有保护氧流量调节针阀，用于控制通入所述保护氧输送通道中的氧气流量。
优选地，还包括：保护氧输送管，所述保护氧输送管与所述保护氧输送通道相连通；与环形连通管，所述环形连通管与所述保护氧输送管相连通，所述保护气进气管设置两个或两个以上，所述保护气进气管的一端与环形连通管相连通，所述环形连通管套设在所述燃烧室外部。
优选地，还包括：氧气气瓶，所述氧气分流器与所述氧气气瓶之间通过第一输送管相连，所述第一输送管上设置有氧气减压阀和氧气电磁阀，所述氧气电磁阀用于控制通过所述第一输送管的氧气的开闭；和辅热集成燃料气瓶，所述辅热集成燃料气瓶与所述流量调节分配器之间通过所述第二输送管相连，所述第二输送管上设置有燃气减压阀和燃气电磁阀，所述燃气电磁阀用于控制通过所述第二输送管的燃料气体的开闭。
优选地，还包括机器人，所述氧气气瓶、所述辅热集成燃料气瓶和所述火炬壳体均设置在所述机器人上。
优选地，所述辅热集成燃料气瓶包括燃料罐；套设在所述燃料罐外部的辅热罐，所述辅热罐中装有导热液体；加热元件，所述加热元件设置在所述辅热罐上并伸入所述导热液体中，用于对所述导热液体进行加热；温控器，所述温控器设置在所述辅热罐上，所述温控器与所述加热元件电连接，通过所述温控器检测所述导热液体的温度，然后根据所述导热液体的温度控制所述加热元件的启停。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本申请一实施例提出的水下火炬的结构示意图；
图2是本申请另一实施例提出的火炬壳体内的***的结构示意图；
图3是图2 的剖视图；
图4是本申请燃烧器的局部结构示意图；
图5是本申请一个实施例中的缓释型火焰添色涂层的制备过程示意图；
图6是本申请一个实施例中制备的多孔氧化硅溶胶涂层示意图；
图7是本申请一个实施例中制备的黄色焰色添色涂层表面状态示意图；
图8是本申请一个实施例中制备的黄色焰色添色涂层燃烧添色效果示意图；
图9是本申请一个实施例中制备的黄色焰色添色涂层持续燃烧10分钟后涂层状态示意图。
图10是本申请燃烧器的局部结构示意图；
图11是本申请图3 的局部结构示意图；
图12是本申请流量调节分配器结构示意图；
图13是本申请氧气分流器结构示意图；
图14是本申请辅热集成燃料气瓶剖视图。
图中，1、火炬壳体；2、射流掺混喷嘴；21、混合射流通道；22、预混氧喷嘴通道；221、氧气进气通道；222、氧气限流通道；23、燃料喷孔；3、燃烧器；31、核心焰喷嘴；32、核心氧进气通道；33、混合燃气通道；34、燃烧室；35、保护气进气管；36、扰流穏焰片；4、固定件；41、预混气通道；42、固定环；43、燃气夹层通道；44、燃料进气通道；5、流量调节分配器；51、氧气输送主通道；511、第一通道；512、第二通道；52、预混氧输送通道；53、强化氧输送通道；54、一级流量调节针阀；55、二级流量调节针阀；56、燃料气体输送通道；561、第三通道；562、第四通道；57、燃气流量调节针阀；6、氧气分流器；61、氧气主进气管道；62、保护氧输送通道；621、第五通道；622、第六通道；63、燃烧供氧通道；64、保护氧流量调节针阀；65、保护氧输送管；66、环形连通管；7、氧气气瓶；71、氧气减压阀；72、氧气电磁阀；8、辅热集成燃料气瓶；81、燃料罐；82、辅热罐；83、加热元件；84、温控器；85、燃气减压阀；86、燃气电磁阀。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。相反，本申请的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
图1是本申请一实施例提出的一种焰色添色型水下火炬的结构示意图。
参见图1-14，一种焰色添色型水下火炬，包括火炬壳体1、射流掺混喷嘴2、燃烧器3；
射流掺混喷嘴2设置在火炬壳体1中，射流掺混喷嘴2的两端面分别开有相连通的混合射流通道21和预混氧喷嘴通道22，射流掺混喷嘴2侧壁开有与混合射流通道21相连通的燃料喷孔23，氧气通过预混氧喷嘴通道22喷入混合射流通道21中与通过燃料喷孔23喷入混合射流通道21中的燃料气体在混合射流通道21中进行预混合，得到预混气体。需要说明的是混合射流通道21和预混氧喷嘴通道22的设置在射流掺混喷嘴2的一端，而燃料喷孔23开设在射流掺混喷嘴2的侧壁，通过燃料喷孔23喷入混合射流通道21的燃料气体可以是垂直于混合射流通道21喷入，也可以是与混合射流通道21有一定夹角喷入，但是氧气通过预混氧喷嘴通道22喷入混合射流通道21则是沿着混合射流通道21喷入，由此，喷入混合射流通道21的燃料气体与氧气的喷射方向之间一定有夹角，进而使得两者在混合射流通道21中相遇后进行碰撞，通过碰撞分散，碰撞后的燃料气体和氧气在混合射流通道21中分散混合更均匀，使得燃料气体和氧气在混合射流通道21内实现第一次混合。
燃烧器3设置在火炬壳体1中，燃烧器3与射流掺混喷嘴2相连通，以使预混气体通入燃烧器3头部进行燃烧。射流掺混喷嘴2中第一混合后的预混气体中既含有氧气又含有燃料气体，燃料气体用于燃烧，氧气用于加强燃烧和助燃，而燃料气体在燃烧过程中必须要有氧气，因此火炬在水下工作时由于燃烧器3处于缺氧的状态，此时需要通入氧气进行助燃才能保障燃料气体的正常稳定燃烧，而将燃料气体和氧气混合均匀后再通入燃烧器3中进行燃烧能够保障燃料气体在燃烧过程中供氧的均匀，进而使得燃烧稳定。
燃烧器3中位于火焰燃烧处的燃烧器3部件上设置有缓释型火焰添色涂层，燃烧器3在燃烧过程中火焰在燃烧器3中燃烧，此时在燃烧器3中能够与燃烧火焰接触的部件上涂布缓释型火焰添色涂层后，使得燃烧的火焰能够与涂层接触，通过涂层的作用能够控制燃烧火焰的颜色，增加可观赏性。
在一些实施例中，燃烧器3可以包括核心焰喷嘴31，核心焰喷嘴31上设置有核心氧进气通道32和套设在核心氧进气通道32外部的混合燃气通道33，混合燃气通道33与混合射流通道21相连通，以使预混气体通入核心焰喷嘴31的头部进行燃烧；核心氧进气通道32用于通入氧气对核心焰喷嘴31的头部燃烧的火焰进行强化助燃，也就是说，混合燃气通道33可以呈环形通道结构，围绕核心氧进气通道32一周，这样混合燃气通道33中喷出的预混气体混合燃气通道33出气口也就是核心焰喷嘴31头部被点燃，此时点燃的火焰是围绕核心氧进气通道32一圈燃烧，而通过核心氧进气通道32喷出的氧气正好在燃烧的火焰焰心处，通过氧气的加强作用，能够强化燃料气体的燃烧，使得燃烧火焰更稳定。
另外，燃烧器3还包括燃烧室34，燃烧室34套设在核心焰喷嘴31的外部，使得核心焰喷嘴31头部位于燃烧室34中，燃料气体在燃烧室34中进行燃烧，可以在燃烧室34侧壁下方设置保护气进气管35，用于向燃烧室34内通入氧气，以排出燃烧室34内的水，进而使得当燃烧器3置于水中时燃烧室34中的水排出，形成富氧的空腔结构，当燃料气体在富氧结构中能够稳定燃烧，不仅为燃料气体燃烧提供了氧气，强化了燃烧，同时使得燃烧火焰不接触水，不会熄灭，并且在保护氧进气管35通入的氧气对核心焰的二次强化燃烧的作用下，能有效强化核心焰的强度，并且核心焰在燃烧室34内的燃烧释热过程更为快速充分，同时高效释热会提高燃烧室34腔体压力，进一步提高排水能力，强化燃烧室34的气体空腔稳定性，使得在核心焰喷嘴31头部燃烧的高温高压预混气体在燃烧室34出口仍能维持一定距离的有效射流，保证了火焰的可视性，同时高效释热的高温预混气体会有效抵消水环境下的热损耗，维持火焰的稳定性。
另外，需要说明的是，为了控制燃烧室34中的水充分排出，保护气进气管35中保护氧气的供给压力大于燃烧器3处于工作状态时的水压，以使燃烧室34内形成适应燃烧的空腔环境，当保护氧气的压力大于燃烧室34内水的压力时，能够快速的将燃烧室34中的水排出，通过射流掺混喷嘴2向燃烧室34内通入的预混气体的供给压力大于燃烧器3处于工作状态时的水压，进而能够保证喷注和火焰射流效果。
在一些实施例中，燃烧器3还包括若干扰流穏焰片36，若干扰流穏焰片36设置在核心焰喷嘴31头部位于混合燃气通道33的出气口处，相邻两个扰流穏焰片36之间有间隙，以使混合燃气通道33中的预混气体通过间隙喷出，需要说明的是，此处若干扰流穏焰片36的数量设置根据核心焰喷嘴31的头部大小以及扰流穏焰片36的大小进行协调，但是需要确保的是，两个扰流穏焰片36之间设置有能够便于出气的间隙，此处设置扰流穏焰片36能够局部堵塞混合燃气通道33中的预混气体射流营造低速稳焰效果，提高核心焰的稳定性和释热速率，使得预混气体高速通过混合燃气通道33出气口处的扰流穏焰片36时，在其背风面形成若干小的低速穏焰回流稳焰区，通过点火后，预混气体稳定在核心焰喷嘴头部燃烧。
由上述记载可知，为了实现燃烧器燃烧火焰的色彩明亮效果，在燃烧器中火焰燃烧处的燃烧器部件上设置缓释型火焰添色涂层，详细来说，位于火焰燃烧处的燃烧器部件可以为燃烧火焰在头部进行燃烧的核心焰喷嘴31，缓释型火焰添色涂层设置在核心焰喷嘴31的头部，使得燃料气体在核心焰喷嘴31头部点燃时火焰经过缓释型火焰添色涂层的作用变色，形成需要的颜色，另外，位于火焰燃烧处的核心焰喷嘴31的部件也可以为燃烧室34，由于燃料气体点燃后在燃烧室34中进行燃烧后火焰喷出，因此可以将缓释型火焰添色涂层设置在燃烧室34的内壁，当火焰经过燃烧室34的内部喷出时，经过缓释型火焰添色涂层的作用能够使火焰变为需要的颜色；另外，位于火焰燃烧处的核心焰喷嘴31的部件也可以为扰流穏焰片36，当缓释型火焰添色涂层设置在扰流穏焰片36上时，火焰经过两个扰流穏焰片36之间的间隙喷出时，会接触缓释型火焰添色涂层，通过缓释型火焰添色涂层的作用能够使火焰变色。
在本申请的一个实施例中，为了使缓释型火焰添色涂层与燃烧器的部件结合强度高，在燃烧过程中不易脱落并且为了提高焰色剂使用寿命，本实施例制备了相应的缓释型火焰添色涂层，该涂层的具体制备过程如下：
以正硅酸乙酯、盐酸、硅烷偶联剂、氧化硅粉末和水为原料混合配置成氧化硅溶胶；其中各组分的含量可以为如下含量：正硅酸乙酯100-300g/L、盐酸1-5g/L、硅烷偶联剂5-10g/L、氧化硅粉50-100g/L、余量为水，另外，氧化硅粉的粒径可以选择0.5-5μm。
将氧化硅溶胶涂布在核心焰喷嘴31部件上；其中氧化硅溶胶涂布在核心焰喷嘴31部件上的涂布方法可以选择浸涂、刷涂或喷涂中一种；
对涂布有氧化硅溶胶的核心焰喷嘴31部件进行干燥，然后再进行烧结，得到多孔氧化硅涂层；其中干燥的过程可以为先室温干燥6-10h，然后在150-300℃下加热干燥2-5h，同时烧结温度可以为800-1100℃，烧结时间可以为1-3h；
将多孔氧化硅涂层在焰色剂离子溶液中浸泡后取出干燥，然后再进行烧结，得到缓释型火焰添色涂层，其中焰色剂离子溶液为过饱和焰色剂溶液，为了得到不同颜色效果的火焰，焰色剂可以根据需要选择碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸锂、氯化铟、硫酸铜、氯化钾中的一种。
具体来说，在缓释型火焰添色涂层的制备过程中，所用原料廉价易得，制备方法工艺简单，所得涂层与核心焰喷嘴31部件结合强度高、耐烧蚀、抗热震性能好，在燃烧过程中不易脱落，并且涂层为多孔结构，浸涂焰色添色剂可存储于空隙内部，在燃烧过程中，多孔结构可有效减少焰色剂消耗，起到焰色剂缓释作用，可有效提升焰色剂使用寿命，并且可以根据需要选择不同的焰色剂离子溶液使得形成的火焰为不同的颜色。
结合图5，对于上述涂层的制备方法，在具体制备过程中，包括如下步骤：
S1：配制150g/L的正硅酸乙酯、2 g/L的盐酸（分析纯）、6 g/L的硅烷偶联剂、80g/L的氧化硅粉（粒径0.5-5μm）、余量为水，溶液配制完成后，磁力搅拌20分钟使其分散均匀，静置4小时形成含有氧化硅颗粒的氧化硅溶胶备用；
S2：将S1中制备的含氧化硅颗粒氧化硅溶胶浸涂于经喷砂处理的不锈钢基底上，得到涂覆于金属基底的氧化硅溶胶涂层；
S3：将涂覆于金属基底的氧化硅溶胶涂层室温干燥6小时，然后置于恒温烘箱中，在200℃下干燥3小时，之后在箱式电阻炉中加热至900℃烧结1小时，得到多孔氧化硅涂层；
S4：将S3中所得多孔氧化硅涂层置于含碳酸氢钠黄色焰色剂离子溶液中浸泡3分钟，取出后置于恒温烘箱中在200℃下干燥1小时，之后在箱式电阻炉中加热至600℃烧结1小时，得到黄色焰色添色涂层。
其中参照图6，如图6为该实施例制备得到的溶胶涂层具有多孔结构。
参照图7和图 8，图7和图8分别是本实施例制备的多孔氧化硅涂层经浸涂黄色添色剂后表面状态和燃烧添色效果图，由图7和图8可知，经浸涂添色剂后，表面仍较为光洁平整，燃烧添色效果明显，为明亮黄色焰色，添色火焰长度较长。
参照图9，图9为持续燃烧10分钟后焰色添色涂层表面状态，可见涂层与不锈钢基体结合牢固，无脱落现象发生。
在本申请的一个实施例中，燃烧室34可以为筒状结构，保护气进气管35的进气方向与燃烧室34侧壁相切，以使通过保护气进气管35进入燃烧室34内的氧气在燃烧室34内形成气动旋流，当气体沿燃烧室34的切线方向喷入燃烧室34后与燃烧室34的侧壁碰撞形成气动旋流，进而能够有效的将燃烧室34中的水排出。
为了使核心焰喷嘴31头部喷出的燃料气体燃烧稳定，因此需要使核心焰喷嘴31在水下工作时其周围为无水环境，因此，位于燃烧室34中的核心氧进气通道32的出气口和混合燃气通道33的出气口均位于保护气进气管35在燃烧室34内的出气口的上方，这样使得保护气进气管35喷出的氧气将燃烧室34中的水向上挤压排出，使得保护气进气管35出气口上方均为空腔富氧的环境，而核心氧进气通道32的出气口和混合燃气通道33的出气口均位于空腔环境中，保障了燃料气体燃烧稳定。
在一些实施例中，预混氧喷嘴通道22包括氧气进气通道221和氧气限流通道222，氧气进气通道221为锥形通道结构，氧气限流通道222的一端与锥形通道结构的窄口端相连，另一端与混合射流通道21相连通，氧气限流通道222的内径小于混合射流通道21的内径，为了保障氧气和燃料气体在混合射流通道21中均匀混合，可以减小通入的氧气的流量，当流量小时，氧气和燃料气体才能混合更均匀，因此通过设置氧气限流通道222的内径使得通入混合射流通道21中的氧气流量减小，使得燃料气体和氧气混合更均匀，另外燃料喷孔23的数量设置为至少两个，可以根据射流掺混喷嘴2的大小设置，同时至少两个燃料喷孔23等角度设置在射流掺混喷嘴2的侧壁周侧，进而使得氧气通过预混氧喷嘴通道22喷入混合射流通道21中时，燃料气体在氧气周侧等角度喷入，喷入均匀，进而也能够使得氧气与燃料气体混合均匀。
在一些实施例中，还包括设置在火炬壳体1中的固定件4；射流掺混喷嘴2设置在固定件4上，固定件4上开有与混合射流通道21相连通的预混气通道41，以使预混气体通入预混气通道41内进行二次混合；预混气通道41与混合燃气通道33相连通，通过预混气通道41二次混合后的氧气和燃料气体的混合气体通入混合燃气通道33中在核心焰喷嘴31头部进行燃烧，混合射流通道21的内径小于预混气通道41的内径，当燃料气体和氧气在混合射流通道21中混合均匀后，喷入预混气通道41中二次混合，通过控制预混气通道41的内径大于混合射流通道21的内径，使得通入预混气通道41中的一次混合气体能快速分散，增加相互之间的接触，提高分散性，使得一次混合气体在预混气通道41中进而二次混合，混合更加均匀。
为了强化预混气体在燃烧器3中的燃烧性能，因此需要向核心焰喷嘴31中通入氧气，而预混气体在混合过程中也是通过将氧气和燃料气体通入混合射流通道21中进行混合得到，因此为了强化燃烧器3中预混气体的燃烧，需要供应两股氧气，而为了简化氧气的供应，在一些实施例中，还包括设置在火炬壳体1中的流量调节分配器5，流量调节分配器5上开有氧气输送主通道51和与氧气输送主通道51相连通的预混氧输送通道52和强化氧输送通道53，以使氧气通过预混氧输送通道52和强化氧输送通道53分流成预混氧气和强化氧气；预混氧输送通道52与预混氧喷嘴通道22相连通，以使预混氧气通过预混氧喷嘴通道22喷入混合射流通道21中；强化氧输送通道53与核心氧进气通道32相连通，以使强化氧气通入核心氧进气通道32中，进而使得氧气直接通过流量调节分配器5即可分流，简化了氧气供应。
在一些实施例中，为了控制喷入混合射流通道21中的氧气流量，实现氧气和燃料气体的充分分散混合，流量调节分配器5上可以设置一级流量调节针阀54和二级流量调节针阀55；一级流量调节针阀54控制通过氧气输送主通道51的氧气流量；二级流量调节针阀55用于控制通入预混氧输送通道52的氧气流量，进而实现通入混合射流通道21中的氧气流量以及通入燃烧器3中的强化氧气的流量的调节，不仅实现了燃料气体和氧气的充分混合，并且强化了燃烧的稳定性。另外，流量调节分配器5上设有燃料气体输送通道56和燃气流量调节针阀57；燃料气体输送通道56与燃料喷孔23相连通；燃气流量调节针阀57用于调节通过燃料气体输送通道56的燃料气体的流量；由以上实施例可知，在射流掺混喷嘴2中设置有氧气限流通道222，用于预混氧气的限流，同时二级流量调节针阀55的设置也能够实现预混氧气流量的调节，当二级流量调节针阀55调节后预混氧气流量较大时，此时通过氧气限流通道222进行限流，当二级流量调节针阀55调节后预混氧气流量适度时，氧气直接通过氧气限流通道222通入混合射流通道21中，进而实现二级流量调节针阀55与氧气限流通道222之间通过协同作用实现控制预混氧气流量的效果，同理，燃料喷孔23和燃气流量调节针阀57之间通过协同作用实现对通入混合射流通道21中的燃料气体流量的调节，进而实现燃料气体和预混氧气之间充分混合分散。
需要详细说明的是，一级流量调节针阀54、二级流量调节针阀55和燃气流量调节针阀57均为现有技术设备，此处不再详细赘述其结构；一级流量调节针阀54、二级流量调节针阀55和燃气流量调节针阀57的阀座均与流量调节分配器5密封连接，防止漏气，另外，氧气输送主通道51可以包括开设在流量调节分配器5上的第一通道511和第二通道512，其中一级流量调节针阀54和二级流量调节针阀55均安装在流量调节分配器5上，同时一级流量调节针阀54的针型阀塞穿过第一通道511后通过第二通道512的一端***第二通道512中，进而实现通过控制一级流量调节针阀54的针型阀塞在第二通道512中位置实现对通过氧气输送主通道51的氧气流量的调节，另外二级流量调节针阀55的针型阀塞通过预混氧输送通道52的一端***预混氧输送通道52中，进而实现通过控制二级流量调节针阀55的针型阀塞在预混氧输送通道52中位置实现对通入预混氧输送通道52的预混氧气流量的调节。另外，燃料气体输送通道56可以包括开设在流量调节分配器5上的第三通道561和第四通道562，燃气流量调节针阀57的针型阀塞穿过第三通道561后通过第四通道562的一端***第四通道562中，进而使得通过调节燃气流量调节针阀57的针型阀塞在第四通道562中的位置，实现通入燃料气体输送通道56的燃料气体流量的控制。
在一些实施例中，固定件4上开有安装槽，射流掺混喷嘴2的侧壁外表面中部设置有固定环42，固定环42与安装槽侧壁之间密封连接；位于混合射流通道21一端的射流掺混喷嘴2的侧壁与安装槽侧壁以及固定环42之间围成燃气夹层通道43，此时形成的夹层通道为环绕在射流掺混喷嘴2的周侧，当燃料气体进入燃气夹层通道43后使得燃料气体环绕在射流掺混喷嘴2的周侧，由于射流掺混喷嘴2的周侧开有两个以上燃料喷孔23，进而使得燃料气体通过燃料喷孔23进入混合射流通道21中，进而使得进入每个燃料喷孔23中的燃料气体分布均匀；燃料喷孔23与燃气夹层通道43相连通；固定件4上开有与燃气夹层通道43相连通的燃料进气通道44，燃料进气通道44与燃料气体输送通道56相连通，以使燃料气体输送通道56中的燃料气体通过燃料进气通道44进入燃气夹层通道43中，然后通过燃料喷孔23喷入混合射流通道21中。
为了实现燃烧室34中水的排出，需要向燃烧室34内通入氧气以排出燃烧室34内的水，因此需要再向燃烧室34中通入一股氧气，为了简化氧气供给***，以及控制氧气供给压力，在火炬壳体1中设置氧气分流器6，氧气分流器6上开有氧气主进气管道61和与氧气主进气管道61相连通的保护氧输送通道62和燃烧供氧通道63；其中，保护氧输送通道62与燃烧供氧通道63相连通，以使氧气通入氧气主进气管道61后分流至燃烧供氧通道63中形成助燃氧气，助燃氧气通入氧气输送主通道51中；保护氧输送通道62与保护气进气管35相连通，以使的氧气通入氧气主进气管道61后分流至保护氧输送通道62中形成保护氧气，保护氧气通过保护气进气管35通入燃烧室34中，氧气分流器6上设置有保护氧流量调节针阀64，用于控制通入保护氧输送通道62中的氧气流量。通过氧气分流器6能够将氧气分流，分流后的一股助燃氧气部分用于与燃料气体混合供应燃烧，一部分用于强化燃烧，而分流后的保护氧气用于通入燃烧室34中以排出燃烧室34中的水，进而实现供氧时通过一个氧气源进行供氧，简化了供氧***，同时通过设置保护氧流量调节针阀64能够实现保护氧气分流的流量调节。
另外，需要说明的是，保护氧流量调节针阀64的结构可以与一级流量调节针阀54的结构相同，保护氧流量调节针阀64安装在氧气分流器6上，并且其阀座与氧气分流器6密封相接，保护氧输送通道62包括第五通道621和第六通道622，其中保护氧流量调节针阀64的针型阀塞穿过第六通道622***通过第五通道621的一端***第五通道621中，然后通过控制针型阀塞在第六通道622中的位置实现对通入保护氧输送通道62中的保护氧气的流量调节。
由于为了更好的排出燃烧室34中的水，实现更好的旋流效果，保护气进气管35设置两个或两个以上，而两个或两个以上保护气进气管35在通入氧气时需要设置多个连接管道，使得结构复杂，因此通过设置保护氧输送管65和环形连通管66，保护氧输送管65与保护氧输送通道62相连通，环形连通管66与保护氧输送管65相连通，保护气进气管35的一端与环形连通管66相连通，环形连通管66套设在燃烧室34外部，进而使得保护氧气先通入环形连通管66中，在环形连通管66中分散开后通过保护气进气管35通入燃烧室34中，进而使得各个保护气进气管35通入燃烧室34的保护氧流量均匀，进而保障较好的旋流效果，便于燃烧室34中水的排出。
另外，在一些实施例中，水下火炬还包括氧气气瓶7和辅热集成燃料气瓶8，氧气分流器6与氧气气瓶7之间通过第一输送管相连，第一输送管上设置有氧气减压阀71和氧气电磁阀72，氧气电磁阀72用于控制通过第一输送管的氧气的开闭；辅热集成燃料气瓶8与流量调节分配器5之间通过第二输送管相连，第二输送管上设置有燃气减压阀85和燃气电磁阀86，燃气电磁阀86用于控制通过第二输送管的燃料气体的开闭。
为了方便火炬的传递，该火炬设置有机器人，该机器人为现有的机器人设备，能够在水下移动，氧气气瓶7、辅热集成燃料气瓶8和火炬壳体1均设置在机器人上，通过机器人带动火炬在水下移动传递，并且氧气电磁阀72和燃气电磁阀86可以与机器人电连接，进而通过机器人控制氧气电磁阀72和燃气电磁阀86的开闭，实现氧气的通断，例如，机器人上可以设置有控制器，通过控制器控制氧气电磁阀72和燃气电磁阀86的开闭。
由于在冬季时，水下温度较低，进而在成燃料气瓶中的燃料输出不均匀，进而影响火焰燃烧的稳定性，通过设置辅热集成燃料气瓶8，其中辅热集成燃料气瓶8包括燃料罐81、辅热罐82、加热元件83、温控器84，辅热罐82套设在燃料罐81外部，并且与燃料罐81之间密封连接，辅热罐82中装有导热液体，进而使得燃料罐81浸渍在导热液体中，加热元件83设置在辅热罐82上并伸入导热液体中，用于对导热液体进行加热；温控器84设置在辅热罐82上，温控器84与加热元件83电连接，通过温控器84检测导热液体的温度，然后根据导热液体的温度控制加热元件83的启停，进而实现在较低温度的水中，通过加热元件83对导热液体加热，使得加热后的导热液体通过与燃料罐81接触实现对燃料罐81中的燃料进行加热，维持低温环境下的燃料稳定输出，并且导热液体为-45℃汽车防冻液作用导热液，能在极寒环境下维持液相导热，同时温控器84和加热元件83与机器人中的电源电连接，用于为其供电，其中加热元件83和温控器84可以采用现有的一体化的鱼缸加热棒，使用过程中，当导热液体温度达到设定值时，温控器84自动关闭加热元件83供电，避免燃料罐81超温带来的安全隐患；当导热液体温度降低时，温控器84主动恢复加热元件83供电，无需人工干预。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (25)

1.一种焰色添色型水下火炬，其特征在于，包括；
火炬壳体；
射流掺混喷嘴，所述射流掺混喷嘴设置在所述火炬壳体中，所述射流掺混喷嘴的两端面分别开有相连通的混合射流通道和预混氧喷嘴通道，所述射流掺混喷嘴侧壁开有与所述混合射流通道相连通的燃料喷孔，氧气通过所述预混氧喷嘴通道喷入所述混合射流通道中与通过所述燃料喷孔喷入所述混合射流通道中的燃料气体在所述混合射流通道中进行预混合，得到预混气体；
燃烧器，所述燃烧器设置在所述火炬壳体中，所述燃烧器与所述射流掺混喷嘴相连通，以使预混气体通入所述燃烧器头部进行燃烧，所述燃烧器包括核心焰喷嘴和燃烧室，所述核心焰喷嘴上设置有核心氧进气通道和套设在所述核心氧进气通道外部呈环形通道结构的混合燃气通道，所述燃烧室套设在所述核心焰喷嘴的外部，所述燃烧室侧壁下方设置有保护气进气管；
设置在所述火炬壳体中的流量调节分配器，所述流量调节分配器上开有氧气输送主通道和与所述氧气输送主通道相连通的预混氧输送通道和强化氧输送通道；
所述燃烧器中位于火焰燃烧处的燃烧器部件上设置有缓释型火焰添色涂层。
2.如权利要求1所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，所述燃烧器还包括核心氧进气通道，用于通入氧气对核心焰喷嘴的头部燃烧的火焰进行强化助燃，所述混合燃气通道与所述混合射流通道相连通，以使所述预混气体通入所述核心焰喷嘴的头部进行燃烧。
3.如权利要求2所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，所述保护气进气管用于向燃烧室内通入氧气，以排出所述燃烧室内的水。
4.如权利要求2所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，所述燃烧器还包括若干扰流穏焰片，所述若干扰流穏焰片设置在所述混合燃气通道的出气口处，相邻两个所述扰流穏焰片之间有间隙，以使所述混合燃气通道中的预混气通过所述间隙喷出。
5.如权利要求4所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，所述位于火焰燃烧处的燃烧器部件为核心焰喷嘴或燃烧室或流穏焰片；
所述缓释型火焰添色涂层设置在所述核心焰喷嘴的头部；或所述缓释型火焰添色涂层设置在所述燃烧室的内壁；或所述缓释型火焰添色涂层设置在所述扰流穏焰片上。
6.如权利要求1所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，所述缓释型火焰添色涂层的具体制备过程如下：
以正硅酸乙酯、盐酸、硅烷偶联剂、氧化硅粉末和水为原料混合配置成氧化硅溶胶；
将所述氧化硅溶胶涂布在所述燃烧器部件上；
对涂布有所述氧化硅溶胶的所述燃烧器部件进行干燥，然后再进行烧结，得到多孔氧化硅涂层；
将所述多孔氧化硅涂层在焰色剂离子溶液中浸泡后取出干燥，然后再进行烧结，得到缓释型火焰添色涂层。
7.如权利要求6所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，所述氧化硅溶胶中各原料组分及其含量如下：正硅酸乙酯100-300g/L、盐酸1-5g/L、硅烷偶联剂5-10g/L、氧化硅粉50-100g/L、余量为水。
8.如权利要求6所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，涂布有所述氧化硅溶胶的所述燃烧器部件经过干燥后再进行烧结，其中所述干燥的过程为先室温干燥6-10h，然后在150-300℃下加热干燥2-5h，所述烧结温度为800-1100℃，烧结时间为1-3h。
9.如权利要求6所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，所述焰色剂离子溶液为过饱和焰色剂溶液，所述焰色剂为碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸锂、氯化铟、硫酸铜、氯化钾中的一种。
10.如权利要求3所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，所述燃烧室为筒状结构，所述保护气进气管的进气方向与燃烧室侧壁相切，以使通过所述保护气进气管进入所述燃烧室内的氧气在所述燃烧室内形成气动旋流。
11.如权利要求3所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，位于所述燃烧室中的所述核心氧进气通道的出气口和所述混合燃气通道的出气口均位于所述保护气进气管在所述燃烧室内的出气口的上方。
12.如权利要求1所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，所述预混氧喷嘴通道包括：
氧气进气通道，所述氧气进气通道为锥形通道结构；和
氧气限流通道，所述氧气限流通道的一端与所述锥形通道结构的窄口端相连，另一端与所述混合射流通道相连通。
13.如权利要求12所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，所述氧气限流通道的内径小于所述混合射流通道的内径。
14.如权利要求3所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，还包括设置在所述火炬壳体中的固定件；
所述射流掺混喷嘴设置在所述固定件上，所述固定件上开有与所述混合射流通道相连通的预混气通道，以使所述预混气体通入所述预混气通道内进行二次混合；
所述预混气通道与所述混合燃气通道相连通，通过所述预混气通道二次混合后的氧气和燃料气体的混合气体通入所述混合燃气通道中在所述核心焰喷嘴头部进行燃烧。
15.如权利要求14所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，所述混合射流通道的内径小于所述预混气通道的内径。
16.如权利要求14所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，所述预混氧输送通道与所述预混氧喷嘴通道相连通，以使预混氧气通过所述预混氧喷嘴通道喷入所述混合射流通道中；
所述强化氧输送通道与所述核心氧进气通道相连通，以使强化氧气通入所述核心氧进气通道中。
17.如权利要求16所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，所述流量调节分配器上设置有一级流量调节针阀和二级流量调节针阀；
所述一级流量调节针阀，用于控制通过所述氧气输送主通道的氧气流量；
所述二级流量调节针阀，用于控制通入所述预混氧输送通道的氧气流量。
18.如权利要求16所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，所述流量调节分配器上设有燃料气体输送通道和燃气流量调节针阀；
所述燃料气体输送通道与所述燃料喷孔相连通；
所述燃气流量调节针阀，用于调节通过所述燃料气体输送通道的燃料气体的流量。
19.如权利要求18所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，所述固定件上开有安装槽，所述射流掺混喷嘴的侧壁外表面中部设置有固定环，所述固定环与所述安装槽侧壁之间密封连接；
位于所述混合射流通道一端的所述射流掺混喷嘴的侧壁与所述安装槽侧壁以及所述固定环之间围成燃气夹层通道，所述燃料喷孔与所述燃气夹层通道相连通；
所述固定件上开有与所述燃气夹层通道相连通的燃料进气通道，所述燃料进气通道与所述燃料气体输送通道相连通，以使所述燃料气体输送通道中的燃料气体通过所述燃料进气通道进入所述燃气夹层通道中，然后通过所述燃料喷孔喷入所述混合射流通道中。
20.如权利要求16所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，还包括设置在所述火炬壳体中的氧气分流器；
所述氧气分流器上开有氧气主进气管道和与所述氧气主进气管道相连通的保护氧输送通道和燃烧供氧通道；
所述保护氧输送通道与燃烧供氧通道相连通，以使氧气通入所述氧气主进气管道后分流至所述燃烧供氧通道中形成助燃氧气，所述助燃氧气通入所述氧气输送主通道中；
所述保护氧输送通道与所述保护气进气管相连通，以使所述的氧气通入所述氧气主进气管道后分流至所述保护氧输送通道中形成保护氧气，所述保护氧气通过所述保护气进气管通入所述燃烧室。
21.如权利要求20所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，所述氧气分流器上设置有保护氧流量调节针阀，用于控制通入所述保护氧输送通道中的氧气流量。
22.如权利要求20所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，还包括：
保护氧输送管，所述保护氧输送管与所述保护氧输送通道相连通；与
环形连通管，所述环形连通管与所述保护氧输送管相连通，所述保护气进气管设置两个或两个以上，所述保护气进气管的一端与环形连通管相连通，所述环形连通管套设在所述燃烧室外部。
23.如权利要求21所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，还包括：
氧气气瓶，所述氧气分流器与所述氧气气瓶之间通过第一输送管相连，所述第一输送管上设置有氧气减压阀和氧气电磁阀，所述氧气电磁阀用于控制通过所述第一输送管的氧气的开闭；和
辅热集成燃料气瓶，所述辅热集成燃料气瓶与所述流量调节分配器之间通过第二输送管相连，所述第二输送管上设置有燃气减压阀和燃气电磁阀，所述燃气电磁阀用于控制通过所述第二输送管的燃料气体的开闭。
24.如权利要求23所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，还包括机器人，所述氧气气瓶、所述辅热集成燃料气瓶和所述火炬壳体均设置在所述机器人上。
25.如权利要求23所述的焰色添色型水下火炬，其特征在于，所述辅热集成燃料气瓶包括：
燃料罐；
套设在所述燃料罐外部的辅热罐，所述辅热罐中装有导热液体；
加热元件，所述加热元件设置在所述辅热罐上并伸入所述导热液体中，用于对所述导热液体进行加热；
温控器，所述温控器设置在所述辅热罐上，所述温控器与所述加热元件电连接，通过所述温控器检测所述导热液体的温度，然后根据所述导热液体的温度控制所述加热元件的启停。
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