ЭЛЕКТРОДНЫЙ УЗЕЛ Российский патент 2000 года по МПК H05H1/26 H05H1/28 H05B7/22 

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к электроразрядным устройствам с жидкими электродами, и может быть применено в тех отраслях промышленности, где используются электрофизические способы обработки материалов, в частности оно может применяться для локального плазменно-электролитного нагрева металлов.

Известен электродный узел, представляющий собой открытую сверху емкость с налитым в нее жидким электродом-электролитом и с металлическим токоподводом, расположенным на дне этой емкости [1].

Недостатком этого электродного узла является то, что он позволяет реализовать всего лишь один вариант размещения электродов в пространстве. Данный электродный узел может располагаться только снизу второго электрода. Поэтому технологические возможности электроразрядного устройства ограничены.

Прототипом выбран электродный узел, представляющий собой напорную металлическую трубку, из которой истекает струя жидкого электрода-электролита [2] . Металлическая трубка служит токоподводом. Этот электродный узел позволяет менять положения электродов электроразрядного устройства в пространстве друг относительно друга.

Однако у этого электродного узла возможности расположения в пространстве ограничены. Он не может обеспечить горение электрического разряда в вертикальном направлении и в направлениях, близких к вертикальному, из-за разбрызгивания электролита и разлива его по поверхности второго электрода. Кроме того, этот электродный узел имеет следующие недостатки. При использовании этого электродного узла геометрические размеры разрядной области, а также ток, мощность и другие технологически важные параметры разряда могут изменяться только в определенных интервалах. Границы интервалов изменения параметров разряда определяются предельно возможными геометрическими размерами струи электролита (жидкого электрода), предельной длиной струи и предельным поперечным сечением струи.

Изобретение направлено на расширение технологических возможностей электроразрядного устройства путем увеличения его степени свободы, а также на повышение мощности разряда и геометрических размеров разрядной области.

Это достигается тем, что в электродном узле, содержащем токоподвод в виде напорной трубки и жидкий электрод, напорная трубка снабжена насадкой, включающей в себя пористый стакан, изготовленный из огнеупорного диэлектрического материала, и токопроводящую втулку, например металлическую или графитовую, внутри которой выполнены каналы, при этом пористый стакан установлен на втулке снаружи с зазором между дном стакана и торцевой поверхностью втулки, а напорная трубка и каналы внутри втулки образуют единую полость для протекания жидкого электрода.

На чертеже представлен электродный узел.

Электродный узел состоит из токоподвода - напорной трубки 1, жидкого электрода 2 в виде электролита, текущего внутри электродного узла, пористого стакана 3 и втулки 4, снабженной патрубком 5. Втулка 4 изготовлена из токопроводящего материала, например из металла или графита, а пористый стакан 3 изготовлен из огнеупорного диэлектрика. Пунктирными линиями условно показаны контуры каналов 6, выполненных внутри втулки 4. Эти каналы соединят полость зазора 7, образованного между дном пористого стакана 3 и втулкой 4, с патрубком 5. Напорная трубка 1 и каналы 6 внутри втулки 4 образуют единую полость для протекания жидкого электрода. Пористый стакан 3 изготовлен из огнеупорного диэлектрического материала.

Работает электродный узел следующим образом. Жидкий электрод 2, подводимый в электродный узел через трубку 1, протекая по зазору 7, смачивает пористый стакан 3. Просачиваясь через дно стакана, жидкий электрод поступает на рабочую поверхность 8. Просочившийся на рабочую поверхность 8 жидкий электрод 2 частично испаряется и участвует в образовании плазмы электрического разряда. Следует отметить, что на рабочей поверхности 8 электрический разряд имеет многоканальную структуру с опорными пятнами, распределенными по рабочей поверхности. Во время горения разряда на электродный узел поступает тепло от электрического разряда и, кроме того, внутри электродного узла выделяется джоулево тепло. Вся эта теплота снимается электролитом, текущим по каналам 6 втулки 4. Расположение каналов 6 выбрано таким образом, чтобы обеспечить съем тепла со всех частей электродного узла.

Предлагаемый электродный узел обеспечивает электроразрядному устройству максимальную степень свободы. При использовании этого электродного узла разряд может гореть в любом направлении, а сам электродный узел может располагаться в любом положении относительно второго электрода электроразрядной установки. Кроме того, имеются еще следующие положительные моменты по сравнению с прототипом. Здесь нет ограничений на геометрические размеры разрядной области. В предлагаемом электродном узле чем больше рабочая поверхность 8, тем больше размеры разрядной области. Увеличение размеров разрядной области позволяет пропускать через разряд больше тока, и тем самым становится возможным повышение мощности разряда.

При работе электродного узла возможна незначительная утечка жидкого электрода через боковые стенки пористого стакана 3. Такая утечка практически никак не влияет на работу электроразрядного устройства в целом, кроме случаев, когда электродный узел располагается в верхнем положении по отношению ко второму электроду электроразрядного устройства. При верхнем расположении электродного узла работоспособность электроразрядного устройства обеспечивается следующим образом. Течение жидкого электрода внутри электродного узла организуется в обратном направлении. Жидкий электрод подается через патрубок 5, и он поступает через каналы 6 втулки 4 на периферийные участки втулки 4. Далее жидкий электрод по зазору 7 стекает к трубке 1 и оттуда принудительно отсасывается, например, вакуумным насосом струйного типа. При такой организации движения жидкого электрода достигается хорошая смачиваемость всей рабочей поверхности 8 электродного узла и предотвращается стекание жидкого электрода вниз.

Экспериментальные исследования показали, что при изготовлении пористого стакана из шамотного кирпича, пористость которого составляет около 60%, оптимальная толщина дна стакана составляет 5-8 мм. Исследования проводились с использованием в качестве жидкого электрода технической воды, растворов поваренной соли, соды и других жидких электролитов при токах от 0,5 до 3,0 А. Максимальный диаметр пористого стакана составлял 90 мм.

Источники информации
1. Гайсин Ф. М. , Сон Э.Е., Шакиров Ю.И. Объемный разряд в парогазовой среде между твердым и жидким электродами. М., Изд-во ВЗПИ, 1990. См. стр. 55.

2. Гайсин Ф. М., Хакимов Р.Г., Шакиров Ю.И. Разряд в газе между струей жидкости и твердым электродом. // Тезисы докладов научно-технической конференции "Проблемы и прикладные вопросы физики". - Саранск. 18-20 мая 1993. МГПИ. См. стр. 34.

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к электроразрядным устройствам с жидкими электродами, и может быть применено в тех отраслях промышленности, где используются электрофизические способы обработки материалов, в частности оно может применяться для локального плазменно-электролитного нагрева металлов. Технический результат заключается в расширении технологических возможностей электроразрядного устройства путем увеличения его степени свободы, а также в повышении мощности разряда и геометрических размеров разрядной области. Для этого в электродном узле, содержащем токоподвод в виде напорной трубки 1 и жидкий электрод 2, напорная трубка 1 снабжена насадкой, включающей в себя пористый стакан 3, изготовленный из огнеупорного диэлектрического материала, и токопроводящую втулку 4, внутри которой выполнены каналы, при этом пористый стакан 3 установлен на втулке 4 снаружи с зазором между дном стакана 3 и торцевой поверхностью втулки 4, а напорная трубка 1 и каналы 6 внутри втулки 4 образуют единую полость для протекания жидкого электрода. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Электродный узел, содержащий токоподвод в виде напорной трубки и жидкий электрод, отличающийся тем, что напорная трубка снабжена насадкой, включающей в себя пористый стакан, изготовленный из огнеупорного диэлектрического материала, и токопроводящую втулку, внутри которой выполнены каналы, при этом пористый стакан установлен на втулке снаружи с зазором между дном стакана и торцевой поверхностью втулки, а напорная трубка и каналы внутри втулки образуют единую полость для протекания жидкого электрода. 2. Электродный узел по п.1, отличающийся тем, что втулка изготовлена из металла. 3. Электродный узел по п.1, отличающийся тем, что втулка изготовлена из графита.