ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ ПЛАЗМЕННАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 1997 года по МПК H05H1/26 H05H1/42 H05B7/22 

Изобретение относится к электродуговым генераторам низкотемпературной плазмы плазменным горелкам и может быть использовано в машиностроении, автомобилестроении, авиационной, электротехнической и других отраслях промышленности для осуществления различных видов плазменной обработки резки, сварки и термической обработки поверхности материалов.

Более точно изобретение относится к тем генераторам низкотемпературной плазмы (плазмотронам), в которых в качестве рабочего тела используется пар.

Известны генераторы плазмы, в которых в качестве рабочего тела используется пар. При этом пар может или подводиться к генератору от специального источника, или же вырабатываться непосредственно в генераторе за счет высоких температур. При этом процесс парообразования может совмещаться с отводом тепла от электродов плазмотрона.

Распространенным решением по осуществлению этого процесса является подвод испаряемой жидкости через каналы в электродах, проходя по которым она испаряется, одновременно охлаждая электроды.

Принятый за прототип генератор плазмы (заявка WO 88/00427) содержит разрядную камеру, два электрода, в одном из которых выполнены каналы для поступления жидкости, при испарении которой под действием дуги образуется пар, служащий рабочим телом при образовании плазменной струи. Жидкий материал, подвергаемый испарению, поступает в плазмотрон из отдельного резервуара по внешним коммуникациям. Изобретение направлено на решение задачи создания компактного устройства за счет совмещения в одном элементе конструкции функций источника рабочего тела (пара) и эффективного охладителя.

Задача решается конструктивным объединением корпуса горелки с резервуаром для испаряемой жидкости и обеспечением ее подвода в разрядную камеру с испарением при этом через пористый теплопроводный материал, которым заполнено место соединения корпуса горелки с резервуаром. Резервуар заполнен влаговпитывающим материалом, который контактирует с указанным пористым теплопроводным материалом.

Для ввода пара в разрядную камеру служит кольцо из теплопроводного материала с каналами, входящими в эту камеру, контактирующее с указанным пористым материалом.

Соединение корпуса с резервуаром может быть осуществлено с помощью патрубка, заполненного пористым теплопроводным материалом.

Катододержатель установлен в электроизоляционной трубке, которая, в свою очередь, помещена в трубку из теплопроводного материала, и обе они проходят через корпус и резервуар.

На фиг. 1 показана горелка, вид сбоку, разрез; на фиг. 2 выходная часть корпуса горелки; на фиг. 3 вид А на фиг. 2 при снятом аноде.

Приняты следующие обозначения: 1 корпус горелки; 2 сопло-анод; 3 - катододержатель; 4 катод; 5 патрубок; 6 резервуар для рабочей жидкости; 7 влаговпитывающий материал; 8 пористый теплопроводный материал; 9 - кольцо; 10 тангенциальные каналы; 11 разрядная камера; 12 - электроизоляционная трубка; 13 теплопроводящая трубка; 14 кнопка; 15 - заглушка; 16 отверстие; 17 облицовка
Горелка имеет корпус 1, в котором соосно установлены выходное сопло-анод 2 и катододержатель 3 со стержневым центральным катодом 4. Корпус 1 с помощью патрубка 5 соединен с резервуаром для рабочей жидкости 6.

Резервуар заполнен влаговпитывающим материалом 7, а патрубок 5 пористым теплопроводным материалом 8, который со стороны резервуара контактирует с влаговпитывающим материалом 7, а со стороны корпуса горелки с кольцом 9, выполненным из теплопроводного материала и имеющим на поверхности, контактирующей с соплом-анодом, тангенциальные каналы 10, выходящие в разрядную камеру 14.

Стержневой катододержатель 3 установлен с возможностью аксиального перемещения внутри влаго- и термостойкой электроизоляционной трубки 12, проходящей через корпус 1 и резервуар 6, охваченной по всей своей длине теплопроводящей трубкой 13. Управление механизмом перемещения катододержателя 3 производится с помощью кнопки 14. Резервуар для рабочей жидкости 6 имеет закрывающееся с помощью заглушки 15 отверстие 16 для залива рабочей жидкости. Подвод электрического напряжения от источника питания осуществляется с помощью провода, проходящего под пластмассовой облицовкой 17 к электродам горелки.

Горелка работает следующим образом.

Открывают заглушку 15 резервуара 6 и через отверстие 16 заливают в резервуар 6 рабочую жидкость (воду). Закрывают заглушку 15 и от источника питания подают напряжение на сопло-анод 2 и катод 4 горелки. Возбуждение дуги производят кратковременным нажатием кнопки 14 механизма перемещением катододержателя.

При этом происходит разрыв контакта катод 4 сопло-анод 2 и в разрядной камере 11 возбуждается электрическая дуга.

Энергия, выделяемая на сопле-аноде 2 при протекании тока через дугу, разогревает его и через теплопроводящее кольцо 9 тепло передается воде, находящейся в пористом теплопроводном материале 8. Вода превращается в пар, создается избыточное давление, под действием которого пар проходит через тангенциальные каналы 10 кольца 9 и попадают в разрядную камеру и далее выходит через центральное осевое отверстие сопла-анода 2, стабилизируя при этом дуговой столб и одновременно охлаждая электроды.

Влаговпитывающий материал 7, находящийся в резервуаре 6, обеспечивает равномерную подпитку пористого материала 8 и, соответственно, равномерное во времени испарение воды.

В зависимости от потребного режима использования горелки изменяют выходной ток источника питания, а для создания условий формирования устойчивого дугового столба в широком диапазоне токов изменяют расстояние между соплом-анодом 2 и катодом 4.

При проведении испытаний горелки, выполненной в соответствии с изобретением, получено устойчивое возбуждение и горение в диапазоне токов от 1 до 5 А при выходном напряжении источника питания 130-170 В.

Использование: плазменная обработка. Сущность изобретения: электродуговая плазменная горелка имеет корпус с аксиально установленными соплом-анодом и катодом, а также резервуар для рабочей жидкости, заполненный влаговпитывающим материалом. Соединяющий корпус с резервуаром патрубок заполнен пористым теплопроводным материалом. Жидкость, впитываемая этим материалом, испаряется и пар через каналы поступает в разрядную камеру. Каналы выполнены в кольце, установленном между пористым теплопроводным материалом и соплом-анодом. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Электродуговая плазменная горелка, содержащая корпус с разрядной камерой, соосно установленными выходным соплом-анодом и стержневым центральным катодом, закрепленным в держателе, отличающаяся тем, что она снабжена соединенным с корпусом резервуаром для жидкости, заполненным влаговпитывающим материалом, а место соединения корпуса и резервуара заполнено пористым теплопроводным материалом, который со стороны резервуара контактирует с влаговпитывающим материалом в резервуаре, а со стороны корпуса с кольцом из теплопроводного материала, имеющим каналы, входящие в разрядную камеру, и соприкасающимся с соплом-анодом. 2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что резервуар соединен с корпусом патрубком, заполненным пористым теплопроводным материалом, внутри которого проходит катододержатель. 3. Горелка по п.1 или 2, отличающаяся тем, что катододержатель помещен в электроизоляционную трубку, а последняя в трубку из теплопроводного материала, при этом обе трубки проходят через корпус и резервуар.