ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ ПЛАЗМЕННАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 1996 года по МПК H05H1/26 H05H1/42 H05B7/22 

Изобретение относится к электронике, а более точно к электродуговым плазменным горелкам и может быть использовано в машиностроении, автомобилестроении, авиационной, электротехнической, химической и других отраслях промышленности для реализации различных видов плазменной обработки - резки, сварки, пайки, термической и химической модификации поверхности материалов.

Известна электродуговая плазменная горелка, в корпусе которой соосно установлены катод и сопло-анод, образующие разрядную камеру, сообщенную с источником пара, включающим в себя пористый влагопоглощающий материал и расположенный соосно катоду и электрически изолированный от него продолговатый элемент из теплопроводящего материала с центральным каналом (заявка РСТ WO 94/19139, B 23 K 10/00, 01.09.94).

В указанной горелке пористый материал контактиpует непосредственно с разрядной камерой. Однако такая конструкция обладает рядом недостатков, препятствующих успешному практическому использованию по следующим причинам, основные из которых заключаются в следующем. Пористый материал ввиду медленного его прогрева в начале работы горелки требует значительного увеличения времени, необходимого для прогрева, не полностью преобразует воду в пар ввиду высокого его теплового сопротивления, что увеличивает эрозию сопла-анода, приводит к попаданию воды в разрядную камеру, а также ограничивает мощность горелки в связи с перегревом сопла-анода и катода.

В процессе эксплуатации горелки поры пористого материала забиваются как примесями, находящимися в воде, так и различными солями, поскольку пористый элемент можно рассматривать как фильтр, задерживающий мелкие примеси, что приводит к уменьшению расхода и давлению пара, подаваемого в разрядную камеру, что уменьшает срок службы горелки.

Пористый элемент, расположенный вблизи разрядной камеры и служащий для подачи в нее пара, имеет пониженную прочность ввиду постоянно идущей коррозии (наличие перегретых паров, циклическое изменение температуры и электротока) между частицами пористого тела, разрушается и выкрашивается в процессе сборки, разборки и эксплуатации горелки, так как сопло-анод, как сменный, расходуемый элемент необходимо закреплять (прикладывая определенное усилие) в горелке, обеспечивая хороший контакт по плоскости соприкосновения сопла-анода с продолговатым элементом.

В основу изобретения была положена задача создания электродуговой плазменной горелки, в которой подача пара в разрядную камеру осуществлялась бы так, что позволило значительно увеличить мощность и срок службы горелки без разрушения целостности продолговатого элемента.

Это достигается тем, что в электродуговой плазменной горелке, в корпусе которой соосно установлены катод и сопло-анод, образующие разрядную камеру, сообщенную с источником пара, включающим в себя пористый влапоглощающий материал и расположенный соосно катоду и электрически изолированный от него продолговатый элемент из теплопроводящего материала с центральным каналом, на боковой стороне в теле продолговатого элемента выполнен по меньшей мере один канал, сообщенный одним концом с влагопоглощающим материалом, а противолежащим концом с разрядной камерой, и служащий для сообщения источника пара с разрядной камерой.

Канал может быть выполнен продольным или винтовым.

Желательно, чтобы канал был сообщен с влагопоглощающим материалом через пористый элемент, расположенный между продолговатым элементом и влагопоглощающим материалом.

Продолговатый элемент может быть выполнен съемным.

Желательно, чтобы пористый элемент был выполнен из металлических или неорганических волокон.

Преимущества предлагаемой электродуговой плазменной горелки заключаются в том, что она имеет большую мощность и большой срок службы, а каналы в отличие от пористого элемента можно очистить от солей и примесей, не нарушив целостности продолговатого элемента.

На фиг. 1 изображена предлагаемая электродуговая плазменная горелка (частичный продольный разрез); на фиг.2 продолговатый элемент горелки по фиг. 1 (общий вид); на фиг.3 другой вариант выполнения продолговатого элемента горелки по фиг.1 (частичный продольный разрез); на фиг.4 вид по стрелке А на фиг. 3; на фиг.5 один из вариантов выполнения продолговатого элемента горелки по фиг.1 (общий вид); на фиг.6 еще один из вариантов выполнения продолговатого элемента горелки по фиг.1 (частичный продольный разрез).

Предлагаемая электродуговая горелка содержит корпус (фиг.1), в котором размещены соосно установленные охлаждаемые электроды: сопло-анод 2 и катод 3, образующие разрядную камеру 4, сообщенную с источником 5 пара. В корпусе 1 установлен продолговатый полый элемент 6 с внутренней цилиндрической полостью 7 (или центральным каналом), расположенный соосно с катодом 3, электрически изолированный от него посредством изолятора 8 и входящий в состав источника 5 пара. Элемент 6 изготовлен из меди (теплопроводящий материал). В теле продолговатого элемента 6 (фиг.2) выполнены каналы 9 для ввода пара, а на его торцевой поверхности 10, обращенной в сторону разрядной камеры 4 (фиг. 1), выполнены тангенциальные каналы 11, каждый из которых одним концом сообщен со своим каналом 9 для ввода пара, а другим концом с разрядной камерой 4. В описываемом варианте выполнения предлагаемой горелки каналы 9 (фиг.2) для ввода пара выполнены на боковой стороне 12 продолговатого элемента 6 и продольными.

Продолговатый элемент 6 (фиг.1) выполнен съемным и закреплен на корпусе 1 посредством колпачка 13. Корпус 1 покрыт тепло-электроизолирующим материалом 14.

Источник 5 пара содержит также замкнутую камеру, заполненную каолиновой ватой (влагопоглощающий материал), сообщенной с каналами 9, и имеющую патрубок 15 с заглушкой 16 для подачи и перекрытия пара. В данном случае для образования пара используют жидкость, например воду, заливаемую в камеру через патрубок 15 до начала работы.

На фиг.1 цифровыми позициями 17 и 18 обозначены соответственно токоподводы к катоду 3 и соплу-аноду 2, соединенные с любым подходящим для данных целей источником постоянного тока (на чертеже не показан, так как не является предметом изобретения). Токоподводы 17 и 18 пропущены через электроизолирующий материал 19.

В другом варианте выполнения продолговатого элемента 6 (фиг.3) предлагаемой горелки по фиг.1 на боковой стороне 12 элемента 6 выполнен один винтовой канал 20 для ввода пара, сообщающийся с тангенциальным каналом 21 (фиг. 4), выполненным на поверхности 10 и сообщающимся с разрядной камерой 4 (фиг. 1).

В одном из вариантов выполнения предлагаемой горелки канал 9 (фиг.5 и 6) сообщен с влагопоглощающим материалом через пористый элемент 22, расположенный между продолговатым элементом 6 и влагопоглощающим материалом и выполненный из металлических медных волокон 23, как показано на фиг.5, или из неорганических волокон 24 каолиновой ваты, как показано на фиг.6.

Принцип работы предлагаемой электродуговой плазменной горелки заключается в следующем.

Отворачивают заглушку 16 (фиг. 1) и подают в камеру источника 5 воду, заворачивают заглушку 16 и горелка готова к работе. Включают источник постоянного тока и по токоподводам 17 и 18 ток подают на катод 3 и сопло-анод 2. Возбуждение дуги между электродами производят закорачивающей перемычкой, вводимой через центральное осевое отверстие 25 в сопле-аноде 2. Зажженный дуговой разряд выделяет тепловую энергию, которая, распространяясь по элементу 6, вызывает кипение воды на боковой стороне 12 элемента 6.

Внутри корпуса 1 горелки образуется избыточное давление пара, который проходит через каналы 9 и 11, попадает в разрядную камеру 4 и стабилизирует дуговой столб. Пар выходит из центрального осевого отверстия 25 сопла-анода 2 в виде плазменной струи. Процесс продолжается непрерывно до окончательного испарения воды. Поле испарения воды в горелку вводят новую порцию воды.

Для быстрой замены изнашиваемых сопла-анода 2 и катода 3 необходимо отвернуть колпачок 13, снять старое сопло-анод 2, вытащить катод 3 и заменить на новые, затем колпачок 13 вернуть в прежнее положение.

Принцип работы предлагаемой горелки по фиг.3 и 4, а также 5 и 6 аналогичен принципу работы горелки по фиг.1 и 2.

Таким образом, предлагаемая электродуговая плазменная горелка имеет большие мощность и срок службы и позволяет расширить функциональные возможности за счет ее работоспособности в любом положении в пространстве и обеспечить автономность и компактность.

Использование: электротехника и плазменная техника. Сущность изобретения: электродуговая плазменная горелка содержит корпус, в котором соосно установлены катод и сопло - анод, образующие разрядную камеру, сообщенную с источником пара, включающим в себя пористый влагопоглощающий материал и расположенный соосно катоду и электрически изолированный от него продолговатый элемент из теплопроводящего материала с центральным каналом. На боковой стороне, в теле продолговатого элемента, выполнен по меньшей мере один канал, сообщенный одним концом с влагопоглощающим материалом, а противолежащим концом с разрядной камерой, и служащий для сообщения источника пара с разрядной камерой. Электродуговая плазменная горелка имеет большую мощность и большой срок службы. 5 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Электродуговая плазменная горелка, в корпусе которой соосно установлены катод и сопло-анод, образующие разрядную камеру, сообщенную с источником пара, включающим в себя пористый влагопоглощающий материал и расположенный соосно катоду и электрически изолированный от него продолговатый элемент из теплопроводящего материала с центральным каналом, отличающаяся тем, что на боковой стороне в теле продолговатого элемента выполнен по меньшей мере один канал, сообщенный одним концом с влагопоглощающим материалом, а противолежащим концом с разрядной камерой, и служащий для сообщения источника пара с разрядной камерой. 2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что канал выполнен продольным. 3. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что канал выполнен винтовым. 4. Горелка по пп. 1, 2 или 3, отличающаяся тем, что канал сообщен с влагопоглощающим материалом через пористый элемент, расположенный между продолговатым элементом и влагопоглощающим материалом. 5. Горелка по пп. 1 4, отличающаяся тем, что продолговатый элемент выполнен съемным. 6. Горелка по п. 4, отличающаяся тем, что пористый элемент выполнен из металлических или неорганических волокон.