ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ ПЛАЗМЕННАЯ ГОРЕЛКА Российский патент 2009 года по МПК H05B7/22 B23K10/00 

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.

Известно техническое решение, содержащее корпус с соосно установленными в нем соплом-анодом и стержневым катодом, сопряженным с пружинным механизмом перемещения катода, предусматривающим, кроме того, возможность предварительной установки рабочего межэлектродного зазора [1].

Недостаток этого устройства заключается в сложности точной установки межэлектродного зазора.

Известна также электродуговая плазменная горелка, содержащая корпус с соосно установленными в нем соплом-анодом и стержневым катодом, закрепленным в катододержателе, связанным с пружинным механизмом перемещения стержневого катода, выполненного в виде установленной соосно с ним крышки, перемещающейся по резьбе относительно корпуса, с центральным отверстием, в котором расположена подпружиненная кнопка, имеющая фланец, опирающийся на внутреннюю стенку крышки, и соединенная с катододержателем [2].

Недостатки этого устройства заключаются в том, что в регулировке зазора участвует корпусная деталь с резьбой, выполняемая обычно из пластмассы, а также крышка, установленная на корпусе с возможностью перемещения по нему.

Выполнение резьбы на корпусных деталях не позволяет обеспечить ее точность (из-за минимально допустимого шага) и надежность (из-за ограниченного круга материалов). Прямая связь резьбы крышки с резьбой корпуса может привести к нефункциональному смещению крышки в процессе работы и изменению выбранного зазора.

Известна также электродуговая плазменная горелка, содержащая корпус с разрядной камерой, к которому присоединены сопло-анод и резервуар для жидкости, заполненный влаговпитывающим материалом, подпружиненную к соплу-аноду теплопроводную трубку-испаритель с каналами, имеющими выход в разрядную камеру, электроизоляционную трубку, расположенную внутри трубки-испарителя, переходный элемент, установленный между трубкой-испарителем и влаговпитывающим материалом, а также катододержатель с катодом, расположенный внутри электроизоляционной трубки с возможностью взаимодействия с соплом-анодом и сопряженный с механизмом регулировки и подвижки катода. Этот механизм выполнен в виде кнопки, соединенной с резьбовым концом катододержателя, при этом ее опорная поверхность выполнена конусной [3].

Это устройство выбрано в качестве прототипа предложенного решения.

Недостатки описанного устройства заключаются в недостаточном объеме резервуара для жидкости, а также в неудобстве регулировки зазора между катодом и соплом-анодом, связанном с возможностью поворота катода при выборе рабочего зазора между соплом-анодом и катодом.

Кроме этого, затруднена профилактическая разборка механизма регулировки и подвижки катода, связанная с демонтажем корпусных деталей.

Все это приводит к усложнению эксплуатации, а соответственно и снижению надежности устройства.

Целью изобретения является создание плазменной горелки для широкого круга пользователей.

Технический результат изобретения заключается в упрощении эксплуатации и повышении надежности горелки.

Указанный технический результат достигается тем, что в электродуговой плазменной горелке, содержащей корпус с разрядной камерой, к которому присоединены сопло-анод и резервуар для жидкости, заполненный влаговпитывающим материалом, испаритель, подпружиненный к соплу-аноду и имеющий отверстия с выходом в разрядную камеру, электроизоляционную трубку, расположенную внутри испарителя, промежуточный элемент установленный между испарителем и влаговпитывающим материалом, катододержатель с катодом, расположенный внутри электроизоляционной трубки с возможностью взаимодействия с соплом-анодом и сопряженный с механизмом регулировки и подвижки катода, заливную трубку, а также электроизолирующий кожух, в котором расположены все перечисленные элементы, отличающиеся тем, что резервуар для жидкости имеет Г-образную форму в виде основания и перекладины, механизм регулировки и подвижки катода выполнен в виде съемного модуля, соединенного с корпусом, при этом он содержит резьбовую втулку, сопряженную с толкателем, содержащим винт, сочлененный с ходовой втулкой, соединенной с катододержателем, подпружиненной относительно резьбовой втулки и установленной внутри нее с фиксацией от проворота, причем соединение съемного модуля с корпусом осуществлено посредством резьбовой втулки.

Существует вариант, в котором закрепление корпуса с резервуаром для жидкости внутри электроизолирующего кожуха осуществлено посредством резиновых колец.

Возможны варианты, где внутри основания резервуара для жидкости имеется полость для жидкости, в остальной части размещен марлевый бинт, а перекладина - тонкое базальтовое волокно, при этом полость для жидкости соединена с заливной трубкой, в которой в зоне полости и в зоне марлевого бинта выполнены отверстия.

Существует также вариант, в котором в катоде закреплена гафниевая вставка.

Возможны также варианты, в которых в механизме регулировки и подвижки катода винт соединен с толкателем посредством теплоизолирующего переходника, соединение ходовой втулки с катододержателем осуществлено посредством цангового захвата, между катододержателем и резьбовой втулкой установлен последовательный набор металлических и резиновых колец, а между катододержателем и электроизоляционной трубкой установлен вкладыш.

На чертеже изображена электродуговая плазменная горелка в разрезе.

Электродуговая плазменная горелка содержит электроизолирующий кожух 1, состоящий из двух половин, сопряженных винтами в зонах 2, а также посредством первого накладного элемента 3, второго накладного элемента 4, первого металлического кольца 5 и второго металлического кольца 6.

В кожухе 1 установлен сварной резервуар для жидкости 7 Г-образной формы в виде основания и перекладины, заполненный влаговпитывающим материалом: в основании 8 марлевым бинтом 9, а в верхней части 10 тонким базальтовым волокном 11. Резервуар 7 изготавливают из нержавеющей стали. В основании 8 между бинтом 9 и его стенками имеется полость для жидкости 12.

Закрепление резервуара 7 внутри кожуха 1 осуществлено в натяг с использованием резиновых колец 13 и 14. В резервуар 7 вварена бобышка 15, соединенная с заливной трубкой 16, имеющей отверстия 17 в зоне основания 8. На бобышке 15 навернута крышка 18. К кожуху 1 приварены первый 19 и второй 20 фланцы. Во фланец 19 ввернут корпус 21, внутри которого расположены сопло-анод 22 с выходным отверстием 23, теплопроводящий испаритель 24 с первыми отверстиями 25, а также электроизоляционная трубка 26. Испаритель 24 может быть изготовлен из меди, а трубка 26 из керамики или кварца. Между испарителем 24 и базальтовым волокном 11 установлен промежуточный элемент 27. (Подробно варианты выполнения промежуточных элементов см. в [2, 3]). На корпусе 21 закреплена термопара 28, подключенная к электронному блоку (не показан).

На испаритель 24 надета втулка 29 с отгибными лапками 30, которые через изолирующее кольцо 31 замыкают трубку 26 на испаритель 24. Механический контакт с учетом термодрейфа между корпусом 21 и соплом-анодом 22 с испарителем 24 обеспечивает первая пружина 32, опирающаяся на фланец 20. Во фланце 20 в зоне кольца 31 имеются вторые отверстия 33.

Внутри трубки 26 посредством вкладыша 34 с прорезями 35 установлен катододержатель 36 с катодом 37 и гафниевой вставкой 38. Между ними и соплом-анодом 22 расположена разрядная камера 39. Во фланце 20 установлен механизм регулировки и подвижки катода 37 (механизм). Он состоит из резьбовой втулки 40 с пазом 41, закрепленной во фланце 20. Внутри втулки 40 установлена ходовая втулка 42 с фиксатором 43, размещенным от проворота в пазу 41.

Ходовая втулка 42 сопряжена с винтом 44, соединенным посредством теплоизолирующего переходника 45 с толкателем 46. Детали 44, 45 и 46 могут быть соединены друг с другом клеем, штифтами и т.п. (не показано).

Втулка 40 (также посредством клея или штифта) соединена с ограничителем 47. Втулка 42 посредством цангового захвата 48 и гайки 49 соединена с катододержателем 36. Внутри втулки 40 расположены металлические 50 и резиновые 51 кольца, сопряженные со второй пружиной 52. Кабель 53 двумя проводами закреплен на ходовой втулке 42 и резервуаре 7.

Механизм регулировки и подвижки катода посредством резьбовой втулки 40 съемно установлен во фланце 20, то есть через элементы 10 и 19 соединен с корпусом 21 и является съемным модулем. Степень затяга втулки 40 во фланце 20 должна обеспечивать надежное его крепление в процессе работы. Для обеспечения удобства сборки разборки механизма на втулке 40 и винте 44 с ходовой втулкой 42 резьбы выполнены соответственно левой и правой.

Горелка работает следующим образом. Рабочую жидкость заливают через трубку 16 в резервуар 7.

После этого осуществляют регулировку рабочего зазора между соплом-анодом 22 и катодом 37.

Для этого вращают толкатель 46, передающий вращение винту 44, который, взаимодействуя с резьбой ходовой втулки 42, осуществляет ее линейное перемещение вместе с катододержателем 36. При этом регулируется зазор между соплом-анодом 22 и катодом 37. После этого подают напряжение на ходовую втулку 42 и резервуар 7. Между соплом-анодом 22 и катодом 37 по цепи проводящих элементов конструкции возникает разность потенциалов. Нажатием на толкатель 46 замыкают и размыкают элементы 22 и 37, между которыми возникает электрическая дуга.

В результате нагрева испарителя 24 рабочая жидкость испаряется и через отверстия 25, 33, а также прорези 35 поступает в разрядную камеру в зону дуги, стабилизируя ее.

Термопара 28 фиксирует нагрев корпуса 21 и при необходимости отключает работу горелки. Это может произойти при полном расходе жидкости.

Более подробно работу горелки см. в [1, 2, 3].

Выполнение резервуара для жидкости Г-образной формы повышает объем резервуара и упрощает эксплуатацию устройства.

Выполнение механизма регулировки и подвижки катода съемным позволяет оперативно проводить настройку и ремонт устройства, что упрощает его эксплуатацию.

Выполнение этого механизма в виде толкателя с винтом и ходовой втулкой, установленной внутри резьбовой втулки с фиксацией от проворота, упрощает регулировку зазора между катодом и соплом-анодом.

Закрепление корпуса с резервуаром для жидкости внутри электроизоляционного кожуха посредством резиновых колец повышает надежность устройства т.к. уменьшается вероятность растрескивания кожуха.

Заполнение резервуара для жидкости марлевым бинтом и супертонким базальтовым волокном оптимально распределяет влаговпитывающий материал по резервуару и повышает срок эксплуатации устройства. Базальтовое волокно дольше контактирует без разрушения с нагревательными элементами.

Выполнение в резервуаре полости повышает объем закачиваемой в резервуар жидкости и упрощает эксплуатацию устройства.

Закрепление в катоде гафниевой вставки повышает период безремонтного обслуживания устройства.

Соединение винта с толкателем посредством теплоизолирующего переходника уменьшает передачу тепла от катода к толкателю.

Соединение ходовой втулки с катододержателем посредством цангового захвата повышает центровку и надежность его закрепления с одновременным упрощением разборки устройства.

Установка между катододержателем и резьбовой втулкой последовательного набора металлических и резиновых колец обеспечивает герметичность горелки и предотвращает проникновение пара в зону толкателя.

Установка между катододержателем и электроизоляционной трубкой вкладыша центрирует положение катода.

ЛИТЕРАТУРА.

1. Патент Швейцарии, СН 420409, 1967 г.

2. Патент России, RU 2040124, 1995 г.

3. Патент России, RU 2283737, 2006 г.

Изобретение относится к электродуговым генераторам низкотемпературной плазмы. Электродуговая плазменная горелка содержит корпус с разрядной камерой, к которому присоединены сопло-анод и резервуар для жидкости, заполненный влаговпитывающим материалом, испаритель, подпружиненный к соплу-аноду и имеющий отверстия с выходом в разрядную камеру, электроизоляционную трубку, расположенную внутри испарителя, промежуточный элемент, установленный между испарителем и влаговпитывающим материалом, катододержатель с катодом, расположенный внутри электроизоляционной трубки с возможностью взаимодействия с соплом-анодом и сопряженный с механизмом регулировки и подвижки катода. Резервуар для жидкости имеет Г-образную форму в виде основания и перекладины, а механизм регулировки и подвижки катода выполнен в виде съемного модуля, соединенного с корпусом, при этом он содержит резьбовую втулку, сопряженную с толкателем, содержащим винт, сочлененный с ходовой втулкой, соединенной с катододержателем, подпружиненной относительно резьбовой втулки и установленной внутри нее с фиксацией от проворота, причем соединение съемного модуля с корпусом осуществлено посредством резьбовой втулки. Технический результат - упрощение эксплуатации и повышение надежности работы горелки. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Электродуговая плазменная горелка, содержащая корпус с разрядной камерой, к которому присоединены сопло-анод и резервуар для жидкости, заполненный влаговпитывающим материалом, испаритель, подпружиненный к соплу-аноду и имеющий отверстия с выходом в разрядную камеру, электроизоляционную трубку, расположенную внутри испарителя, промежуточный элемент, установленный между испарителем и влаговпитывающим материалом, катододержатель с катодом, расположенный внутри электроизоляционной трубки с возможностью взаимодействия с соплом-анодом и сопряженный с механизмом регулировки и подвижки катода, заливную трубку, а также электроизолирующий кожух, в котором расположены все перечисленные элементы, отличающаяся тем, что резервуар для жидкости имеет Г-образную форму в виде основания и перекладины, механизм регулировки и подвижки катода выполнен в виде съемного модуля, соединенного с корпусом, при этом он содержит резьбовую втулку, сопряженную с толкателем, содержащим винт, сочлененный с ходовой втулкой, соединенной с катододержателем, подпружиненной относительно резьбовой втулки и установленной внутри нее с фиксацией от проворота, причем соединение съемного модуля с корпусом осуществлено посредством резьбовой втулки.2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что закрепление корпуса с резервуаром для жидкости внутри электроизолирующего кожуха осуществлено посредством резиновых колец.3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутри основания резервуара для жидкости размещен марлевый бинт, а в перекладине - супертонкое базальтовое волокно.4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что внутри основания резервуара для жидкости имеется полость для жидкости.5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что полость для жидкости соединена с заливной трубкой, в которой в зоне полости и в зоне марлевого бинта выполнены отверстия.6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в катоде закреплена гафниевая вставка.7. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в механизме регулировки и подвижки катода винт соединен с толкателем посредством теплоизолирующего переходника.8. Устройство по п.1, отличающееся тем, что соединение ходовой втулки с катододержателем осуществлено посредством цангового захвата.9. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между катододержателем и резьбовой втулкой установлен последовательный набор металлических и резиновых колец.10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что между катододержателем и электроизоляционной трубкой установлен вкладыш.