ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ШЕСТИСТРУЙНЫЙ ПЛАЗМАТРОН Российский патент 2014 года по МПК H05H1/26 

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано в области атомно-эмиссионного спектрального анализа, при термической обработке порошковых материалов, а также в качестве их атомизатора для корректировки траектории космических аппаратов.

Известен шестиэлектродный высоковольтный факельный источник возбуждения спектра газовых потоков, запитанный от трехфазного высоковольтного трансформатора, отличающийся высокоактивным захватом подводимого газа [патент РФ №2085871]. Его недостатком является сравнительно низкая температуры плазменного факела (4000°C), недостаточная для контроля содержания элементов с энергиями возбуждения спектральных линий выше 4 эВ.

Этот недостаток позволяет устранить электродуговой двухструйный плазматрон для спектрального анализа, содержащий водоохлаждаемые детали в составе вольфрамового катода, медных вставок и анода, формирующих электронейтральный поток плазмы [Евразийский патент №006622 2006 г.].

Недостатком этого электродугового нагревателя является ограниченная его применимость лишь для анализа растворов и порошковых материалов при неспособности контроля состава газовых потоков.

Заявляемое изобретение направлено на получение плазменного потока температурой выше 6000°C для обеспечения полного контроля состава любых газовых потоков с возможностью термической обработки любых порошковых материалов заданного фракционного состава.

Для достижения поставленной цели в электродуговом плазматроне, содержащем водоохлаждаемые детали в составе вольфрамового катода, медных вставок и анода, формирующих электродуговой канал в плазмообразующих головках, которые в количестве шести составленны из трех двухструйных плазматронов, запитаны от трехфазного выпрямителя и выполнены конической формы с углом при вершине менее 90°, и, располагаясь в одной горизонтальной плоскости, генерируют плазменные струи, направленные вдоль образующих конуса с тупым углом при вершине, образуя купол с высокой эффективностью газодинамического захвата подводимых к куполу материалов, а оснастку плазматрона, в составе систем охлаждения, газообеспечения и энергоснабжения, осуществляют посредством их параллельного подсоединения к каналам, смонтированным кольцеобразно вокруг оснований плазмообразующих головок плазматрона.

Для пояснения устройства шестиструиного плазматрона на фиг.1 приведен схематический вид сверху, где плазмообразующие медные головки 1, смонтированные на диэлектрических плато 2, жестко присоединены к кронштейнам 3 с возможностью перемещения вдоль осей головок 1 в направлении перпендикулярном относительно трубчатых стоек 4. Над ними кольцеобразно размещены трубчатая камера 5 подачи в головки аргона, защищающего электроды от окисления и камера 6 распределения рабочего газа (воздуха) посредством гибких шлангов 7. Подача защитного газа к медным анодам с контактами A1, А2, A3 и вольфрамовым катодам с контактами K1, К2 и К3 осуществлена посредством гибких шлангов 8. Над стойками 4 аксиально камерам 5 и 6 размещены камера 9 ввода охлаждающей воды в секции головок из вертикального канала 17 ввода воды (см. фиг.2, где приведен вертикальный разрез плазматрона по плоскости, проходящей через оси пары головок, запитанной от одной из фаз используемого трехфазного выпрямителя, в частности, подключенной к анодной головке с электродом А2 с вспомогательным катодом ВК2 и катодную головку с катодом К2 со вспомогательным анодом А2) и камера 10 сброса воды в канал 19, связь которых с секциями головок осуществлена посредством гибких шлангов 11 и 12. Разогретый в процессе работы плазматрона водяной поток 19 направлен для охлаждения в радиатор (на фиг.2 не показан), из которого возвращен в виде охлажденного потока 17. Стойки 4 расположены на монтажном столе 20, между которыми жестко смонтирован патрубок 14, формирующий анализируемый газовый поток или обрабатываемый порошковый материал 15 [патент РФ №2375687], и цилиндр 13, обеспечивающий синхронность изменения угла схождения шести головок посредством системы 21, в составе которой содержатся плато 22 с монтируемыми подвижно кронштейнами 3, обеспечивая изменение величины межэлектродного промежутка плазмообразующих головок. Плазматрон работает следующим образом.

На первом этапе запускают системы водяного охлаждения и газового обеспечения при расходах воды, аргона и воздуха, значения которых устанавливают в период проведения пусконаладочных работ.

На втором этапе включают систему энергообеспечения в обычном режиме работы двухструнных плазматронов.

На третьем этапе запускают систему разведения плазмообразующих головок для формирования плазменного купола при угле слияния плазменных струй, установленном в процессе оптимизации газодинамических параметров, обеспечивающих реализацию конкретной задачи как при разработке спектроаналитических методик, так и при разработке технологических процессов термической обработки порошковых материалов.

На четвертом этапе запускают систему подачи термообрабатываемого порошкового материала или контролируемого газового потока, например отходящие газы металлургического производства при контроле состояния плавки в реальном времени [Карих Ф.Г. «Методология определения физико-химических параметров плавки металлов на основе спектроаналитических данных» //Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. Челябинск-2004, 310 с.] с регистрацией получаемых результатов.

На пятом этапе реализуют отключение всех систем поочередно в обратном порядке работы.

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано в области атомно-эмиссионного спектрального анализа, при термической обработке порошковых материалов, а также в качестве их атомизатора для корректировки траектории космических аппаратов. В устройстве заявленного шестиструйного плазматрона плазмообразующие медные головки, смонтированные на диэлектрических плато, жестко присоединены к кронштейнам с возможностью перемещения вдоль осей головок в направлении, перпендикулярном относительно трубчатых стоек. Над ними кольцеобразно размещены трубчатая камера подачи в головки аргона, защищающего электроды от окисления, и камера распределения рабочего газа. Над стойками аксиально вышеупомянутым камерам размещены камера ввода охлаждающей воды в секции головок из вертикального канала ввода воды и камера сброса воды в канал, связь которых с секциями головок осуществлена посредством гибких шлангов. Для охлаждения водяного потока предусмотрен радиатор. Стойки расположены на монтажном столе, между стойками жестко смонтирован патрубок, формирующий анализируемый газовый поток или обрабатываемый порошковый материал, и цилиндр, обеспечивающий синхронность изменения угла схождения шести головок посредством системы, в составе которой содержится плато с монтируемыми подвижно кронштейнами, обеспечивая изменение величины межэлектродного промежутка плазмообразующих головок. Техническим результатом является обеспечение возможности полного контроля любых газовых потоков при термической обработке любых порошковых материалов заданного фракционного состава с помощью плазменного потока с температурой выше 6000°С. 2 ил.

Электродуговой шестиструйный плазматрон, содержащий водоохлаждаемые детали в составе вольфрамового катода, медных вставок и анода, формирующих электродуговой канал в плазмообразующих головках, отличающийся тем, что они, в количестве шести, составленные из трех двухструйных плазматронов, запитаны от трехфазного выпрямителя и выполнены конической формы с углом при вершине менее 90° и, располагаясь в одной горизонтальной плоскости, генерируют плазменные струи, направленные вдоль образующих конуса с тупым углом при вершине, образуя купол с высокой эффективностью газодинамического захвата подводимых к куполу материалов, а оснастку плазматрона, в составе систем охлаждения, газообеспечения и энергоснабжения, осуществляют посредством их параллельного подсоединения к каналам, смонтированным кольцеобразно вокруг оснований плазмообразующих головок плазматрона.