УСОВЕРШЕНСТВОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ДЛЯ ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ РЕЗКИ, РАСХОДНЫЕ КОМПОНЕНТЫ И СПОСОБЫ РАБОТЫ Российский патент 2019 года по МПК H05H1/34 

Родственные заявки

[0001] По данной заявке испрашивается приоритет предварительной заявки на патент США № 62/320,935, зарегистрированной 11 апреля 2016 под названием "Consumables for Plasma Arc Torch". По данной заявке также испрашивается приоритет предварительной заявки на патент США № 62/200,913, зарегистрированной 4 августа 2015 под названием "Liquid Cooled Cartridge". По данной заявке также испрашивается приоритет предварительной заявки на патент США № 62/347,856, зарегистрированной 9 июня 2016 под названием "Metering Holes in the Shield Swirler". Полное содержание данных заявок этим упоминанием включено в текст данного описания.

Область техники

[0002] Изобретение в общем относится к области систем и процессов плазменно-дуговой резки. Если говорить более конкретно, изобретение относится к усовершенствованным расходным компонентам и способам работы, позволяющим обеспечить неизменное качество резания.

Уровень техники

[0003] Плазменные горелки широко используются при резке и маркировании материалов. Если говорить в общем, плазменная горелка включает электрод и сопло, имеющее центральное выходное отверстие, которые установлены в теле горелки, электрические соединения, каналы для охлаждающих текучих сред (например, воды) и каналы для текучих сред, обеспечивающих управление дугой (например, плазмообразующего газа). Горелка создает плазменную дугу - сжатую струю ионизированного газа с высокой температурой и большой кинетической энергией. Газы, используемые в горелке, могут быть химически неактивными (например, аргон или азот) или химически активными (например, кислород или воздух). Во время работы сначала создают вспомогательную дугу между электродом (катодом) и соплом (анодом). Вспомогательную дугу можно создавать при помощи сигнала, имеющего высокую частоту и высокое напряжение, который подается в горелку от источника питания постоянного тока, или при помощи любого из множества способов контактного запуска.

[0004] В плазменной системе с подачей текучей среды на качество резания (например, качество углов, возникновение окалины и цвет кромок) влияет расход защитной текучей среды. Расход защитной текучей среды может изменяться по разным причинам, например, при изменении положения по высоте консоли выбора текучей среды относительно горелки. В некоторых случаях, когда защитной текучей средой является вода, изменение расхода текучей среды может составлять до 0,5 галлона в час на один фут изменения положения по высоте. Такое изменение, в свою очередь, может вызвать значительное изменение качества резания. Существует потребность в системе для плазменно-дуговой резки, на которую не влияет изменение внешнего давления (например, вызванное изменением положения по высоте консоли выбора текучей среды), что позволяет гарантировать неизменное качество резания.

Сущность изобретения

[0005] Настоящее изобретение относится к системам и способам, обеспечивающим повышение в системе для плазменно-дуговой резки стабильности расхода защитной текучей среды. Защитный элемент снабжается вкладышем (например, "компонентом для регулирования подачи жидкости"), который имеет две группы проемов (например, дозирующие отверстия и завихряющие отверстия), что позволяет использовать один расходный компонент как для дозирования, так и для создания вихревого потока (или распределения) защитной текучей среды. В том виде, как используется в этой заявке, под "завихряющими отверстиями" понимаются любые отверстия, которые влияют на распределение газа, в том числе, за счет создания вихревого потока в плазменной горелке. Как будет указано ниже, в определенных вариантах дозирующие отверстия позволяют обеспечить постоянное давление распыленного "тумана" перед подачей в завихряющие отверстия, что, в свою очередь, устраняет влияние изменения положения по высоте консоли выбора текучей среды на плазменную систему. Результатом является система, которая гарантирует надежное и воспроизводимое получение резов вне зависимости от положения (например, положения по высоте) консоли выбора текучей среды относительно горелки.

[0006] Для сравнения, в системе подачи воды, имеющей типичную конструкцию, которая входит в состав системы плазменной горелки, может использоваться управляющее давление приблизительно 5-6 фунт/кв. дюйм, которого может быть достаточно для поддержания расхода защитной воды на уровне, например, приблизительно 4-5 галлонов в час при различной геометрии завихряющих отверстий, если предполагать, что расстояние по высоте между консолью выбора текучей среды и горелкой не изменяется. В то же время, в некоторых вариантах настоящего изобретения в модуле выбора текучей среды (например, модуле 104 GasConnect, показанном на Фиг.1 и описанном ниже) можно применять более высокое заданное давление текучей среды (например, 25-30 фунт/кв. дюйм), которое, в свою очередь, может существенно снижаться в дозирующих отверстиях. В некоторых вариантах падение давления является настолько большим, что это выгодным образом позволяет системе, по существу, не реагировать на небольшие изменения давления, вызванные изменением расстояния по высоте между консолью выбора текучей среды и консолью дозирования.

[0007] Согласно одному аспекту, изобретением предлагается защитный элемент подачи жидкости для плазменной горелки. Защитный элемент включает тело, имеющее внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность. Защитный элемент также включает компонент для регулирования подачи жидкости, расположенный в окружном направлении внутри тела и находящийся в непосредственном контакте с внутренней поверхностью тела. Компонент для регулирования подачи жидкости и внутренняя поверхность тела задают камеру (например, камеру "распыления"). Компонент для регулирования подачи жидкости задает первую группу проемов (например, "дозирующие" отверстия), имеющих размеры, позволяющие регулировать поступление жидкости в камеру, и задает вторую группу проемов (например, "завихряющие" отверстия), расположенных таким образом, чтобы распределять текучую среду, выходящую из камеры.

[0008] В некоторых вариантах проемы расположены с обеспечением завихрения текучей среды, выходящей из камеры. В некоторых вариантах компонент для регулирования подачи жидкости содержит изоляционный материал. В некоторых вариантах любой из проемов первой группы меньше любого из проемов второй группы. В некоторых вариантах общая площадь проходных поперечных сечений первой группы проемов меньше общей площади проходных поперечных сечений второй группы проемов. В некоторых вариантах положения проемов первой группы совпадают с положением камеры на внутренней поверхности тела. В некоторых вариантах первая группа проемов обеспечивает расход текучей среды в диапазоне от приблизительно 2 галлонов в час до приблизительно 8 галлонов в час. В некоторых вариантах первая группа проемов обеспечивает снижение давления текучей среды на примерно 25 фунт/кв. дюйм. В некоторых вариантах компонент для регулирования подачи жидкости изготовлен формованием. В некоторых вариантах компонент для регулирования подачи жидкости имеет L-образную форму. В некоторых вариантах проемы первой группы расположены под прямым углом к проемам второй группы. В некоторых вариантах камера обеспечивает распыление поступающей в нее жидкости или создание из этой жидкости мелкого тумана. В некоторых вариантах полученный в результате распыления туман может представлять собой водяные брызги или скопление частиц воды, хотя, в качестве альтернативы или в дополнение к воде, может использоваться газ. В некоторых вариантах текучая среда, выходящая из камеры, представляет собой газ, воду или водяной туман. В некоторых вариантах компонент для регулирования подачи жидкости включает два отдельных подкомпонента, причем первый подкомпонент имеет упомянутую первую группу проемов, и второй подкомпонент имеет упомянутую вторую группу проемов.

[0009] Согласно другому аспекту, изобретением предлагается способ регулирования подачи жидкости в защитном элементе плазменной горелки. Способ включает обеспечение защитного элемента, имеющего выходное отверстие, внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, на которую воздействуют брызги расплавленного вещества. Способ также включает подачу жидкости на внутреннюю поверхность защитного элемента. Способ также включает направление жидкости через группу дозирующих отверстий в камеру. Дозирующие отверстия вызывают падение давления жидкости. Способ также включает направление жидкости из камеры через группу завихряющих отверстий к выходному отверстию.

[0010] В некоторых вариантах любое из отверстий, входящих в группу дозирующих отверстий, меньше любого из отверстий, входящих в группу завихряющих отверстий. В некоторых вариантах общая площадь поперечных сечений группы дозирующих отверстий меньше общей площади поперечных сечений группы завихряющих отверстий. В некоторых вариантах дозирующие отверстия обеспечивают расход текучей среды в диапазоне от приблизительно 2 галлонов в час до приблизительно 8 галлонов в час. В некоторых вариантах дозирующие отверстия обеспечивают снижение давления текучей среды на примерно 25 фунт/кв. дюйм. В некоторых вариантах жидкость направляют через отверстия, входящие в группу дозирующих отверстий, под прямым углом относительно пути протекания жидкости через завихряющие отверстия. В некоторых вариантах камера обеспечивает распыление поступающей в нее жидкости или создание из этой жидкости мелкого тумана.

[0011] Согласно другому аспекту, изобретением предлагается защитный элемент, применяемый в плазменной горелке. Защитный элемент включает тело, имеющее внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, причем внутренняя поверхность задает первое углубление. Защитный элемент также включает компонент для регулирования протекания текучей среды, задающий второе углубление, причем этот компонент расположен в окружном направлении в пределах внутренней поверхности тела. Первое углубление в теле и второе углубление в компоненте для регулирования протекания текучей среды задают полость, имеющую входные отверстия и выходные отверстия. Входные отверстия обеспечивают регулирование поступления жидкости в полость, и выходные отверстия выполнены с возможностью завихрения жидкости, выходящей из полости. В некоторых вариантах входные отверстия расположены под прямым углом к выходным отверстиям.

Краткое описание чертежей

[0012] Приведенное выше будет легче понято при ознакомлении с приведенным далее подробным описанием изобретения с обращением к сопровождающим чертежам.

[0013] На Фиг.1 приведена структурная схема системы подачи текучей среды для системы плазменной горелки, согласно примерному варианту реализации изобретения.

[0014] На Фиг.2А приведен разрез расходного комплекта для плазменной горелки, в котором во вкладыше защитного элемента не применяются дозирующие отверстия, согласно примерному варианту реализации изобретения.

[0015] На Фиг.2В приведен разрез показанной в увеличенном масштабе части изображенного на Фиг.2А, согласно примерному варианту реализации изобретения.

[0016] На Фиг.2С отдельно приведен общий вид защитного элемента, имеющего вкладыш, согласно примерному варианту реализации изобретения.

[0017] На Фиг.3А приведен разрез показанной в увеличенном масштабе части плазменной горелки, которая имеет вкладыш защитного элемента, имеющий дозирующие отверстия и завихряющие отверстия, согласно примерному варианту реализации изобретения.

[0018] На Фиг.3В отдельно приведен общий вид защитного элемента, имеющего вкладыш, согласно примерному варианту реализации изобретения.

[0019] На Фиг.4 приведена схема способа регулирования подачи жидкости в защитном элементе плазменной горелки, согласно примерному варианту реализации изобретения.

Подробное описание вариантов реализации

[0020] На Фиг.1 приведена структурная схема системы 100 подачи текучей среды для системы плазменной горелки, согласно примерному варианту реализации изобретения. Система 100 подачи текучей среды включает модуль 104 автоматического выбора текучей среды, или модуль GasConnect, модуль 108 TorchConnect, розетку 112 и плазменную горелку 116. Модуль 104 GasConnect управляет подачей текучей среды, например, за счет обеспечения заданного давления текучей среды в системе для определенных газов (например, F5, топливных газов) и заданного давления воды при подачи воды. Модуль 104 GasConnect также управляет прохождением через него определенных газов. Модуль 104 GasConnect соединен с модулем 108 TorchConnect посредством магистралей 106 подачи текучей среды. Модуль 108 TorchConnect управляет давлением подачи определенных газов (например, O₂, N₂) и управляет прохождением через него определенных текучих сред (например, топливных газов, воды) в розетку 112 и горелку 116. Как показано, модуль 104 GasConnect может находиться на расстоянии до 15 метров от модуля 108 TorchConnect и на расстоянии до 19,5 метров от розетки 112 и плазменной горелки 116. В дополнение к этому, модуль 104 GasConnect может быть установлен на различном расстоянии по высоте от горелки 116.

[0021] Модуль 108 TorchConnect соединен с розеткой 112 и горелкой 116 посредством магистралей 110 подачи защитной текучей среды. Расход текучей среды в магистралях 110 подачи защитной текучей среды может меняться в зависимости от расстояния по высоте между горелкой 116 и модулем 104 GasConnect. Кроме того, на изменение давления дополнительно может влиять положение модуля TorchConnect относительно модуля GasConnect и горелки. Например, расход воды может увеличиваться, если горелка 116 находится ниже модуля 104 GasConnect. Розетка 112 обеспечивает соединение горелки 116 с электрическими линиями питания и в некоторых вариантах соединена с этой горелкой через средство Quick Disconnect (не показано).

[0022] На Фиг.2А приведен разрез расходного комплекта 200 для плазменной горелки, в котором во вкладыше защитного элемента не применяются дозирующие отверстия, согласно примерному варианту реализации изобретения, а на Фиг.2В приведен разрез показанной в увеличенном масштабе части изображенного на Фиг.2А. Чтобы облегчить описание, Фиг.2А и 2В рассматриваются одновременно, с использованием одних и тех же ссылочных номеров. Расходный комплект 200 включает защитный элемент 204, вкладыш 208 защитного элемента и колпачок 212 для закрепления сопла. В этом расходном комплекте 200 защитная текучая среда протекает через группу проемов (например, проем 216) в колпачке 212 для закрепления сопла и вытекает через проход 236 для текучей среды. Хотя изображен только один проем 216, колпачок 212 для закрепления сопла имеет несколько аналогичных проемов, которые не видны на разрезе, и такие проемы вместе описываются как "проемы 216". В дополнение к этому, имеется путь 220 протекания текучей среды. В некоторых вариантах конструкции, показанные на Фиг.2А и 2В, используются вместе с газообразной защитной текучей средой, например, воздухом или N₂.

[0023] Как можно видеть на Фиг.2В, во время работы защитная текучая среда протекает через проемы 216 по пути 220 протекания текучей среды. Проемы 216 помогают дозировать поток защитной текучей среды во время работы, исходя из, например, их площади поперечных сечений. Затем защитная текучая среда ударяется о наклонную или расположенную под углом поверхность 224 на внутренней стороне защитного элемента 204. Наклонная или расположенная под углом поверхность 224 помогает обеспечить равномерное давление после выхода текучей среды из прохода 220. Наклонная или расположенная под углом поверхность 224 также помогает удерживать вкладыш 208 защитного элемента внутри защитного элемента 204. После этого защитная текучая среда продолжает перемещаться по пути 220 в отверстие, или канал, 228, созданный между защитным элементом 204 и вкладышем 208 защитного элемента. Как изображено на чертеже, отверстие, или канал, 228 имеет сильно изогнутую форму, хотя на практике возможны несколько различных форм. Затем текучая среда протекает через группу завихряющих отверстий (например, завихряющее отверстие 232) во вкладыше 208 защитного элемента. Завихряющие отверстия 232 обеспечивают завихрение защитной текучей среды. Защитная текучая среда, выходящая из завихряющих отверстий 232, продолжает перемещаться в проходе 236 для текучей среды и выходит из горелки в направлении заготовки (не показана). На Фиг.2С отдельно приведен общий вид 400 защитного элемента 404, имеющего вкладыш 408 (подобного защитному элементу 204, который показан на Фиг.2А и 2В и описан выше с их использованием), согласно примерному варианту реализации изобретения. На Фиг.2С показан защитный элемент 404, который предполагается использовать с защитным газом. Защитный элемент 404 имеет внешнюю поверхность 405, внутреннюю поверхность 406 и вкладыш 408, имеющий группу завихряющих отверстий 412.

[0024] В некоторых вариантах расходный комплект 200 можно использовать в системе на 300А, хотя аналогичные комплекты могут подходить для разных систем, например, на 170А, 130А или 80А. В этом варианте показанный комплект 200 используется с такой защитной текучей средой, как вода, при этом расход в модуле GasConnect (например, модуле 104 GasConnect, показанном на Фиг.1 и описанном выше) может достигать 1-8 галлонов в час при заданном давлении текучей среды в диапазоне 3-8 фунт/кв. дюйм. В некоторых вариантах этот заданный уровень давления может оказаться нежелательно низким, так как дозирующие проемы 240 в колпачке для закрепления сопла, как правило, имеют размеры для дозирования потока газа, а не потока воды. В некоторых вариантах изменение давления, сопровождающее изменение расстояния по высоте между местом управления и горелкой, может быть сравнимо с самим заданным давлением. Таким образом, небольшие изменения расстояния по высоте могут привести к кардинальному изменению расхода воды в защитном элементе, что, в свою очередь, может повлиять на качество резания (в некоторых случаях – серьезным образом).

[0025] На Фиг.3А приведен разрез показанной в увеличенном масштабе части плазменной горелки 300, которая имеет вкладыш 308 защитного элемента (например, компонент для регулирования подачи жидкости), имеющий дозирующие отверстия 350 и завихряющие отверстия 332, согласно примерному варианту реализации изобретения. Плазменная горелка 300 включает защитный элемент 304 (например, "защитный элемент подачи жидкости"), на теле которого созданы внешняя поверхность 305 и внутренняя поверхность 306, вкладыш 308 защитного элемента (например, "компонент для регулирования подачи жидкости"), расположенный в окружном направлении внутри защитного элемента 304 и находящийся в непосредственном контакте с внутренней поверхностью 306 этого элемента, и колпачок 312 для закрепления сопла. Эта компоновка аналогична показанной на Фиг.2А и 2В и описанной выше, но имеет некоторые отличия. Например, при такой конструкции защитный элемент 304 и вкладыш 308 защитного элемента задают камеру 354, в которой находится туман из распыленной защитной текучей среды, что позволяет стабилизировать давление этой среды. Первая группа проемов (дозирующих отверстий) 350 во вкладыше помогает управлять расходом защитной текучей среды в горелке 300, а вторая группа проемов (завихряющих отверстий) 332 во вкладыше помогает создавать завихрение защитной текучей среды. Отметим, что на Фиг.3А видны только одно дозирующее отверстие 350 и одно завихряющее отверстие 332, но вкладыш 308 защитного элемента, как правило, имеет несколько дозирующих отверстий и несколько завихряющих отверстий. Как можно видеть, дозирующие отверстия 350 и завихряющие отверстия 332 также служат для камеры 354 в качестве входных и выходных каналов, соответственно.

[0026] Во время работы текучая среда протекает по пути 320 протекания текучей среды в отверстии 316, имеющемся в колпачке 312 для закрепления сопла, входящем в состав горелки 300, и ударяется о вкладыш 308 защитного элемента. Часть защитной текучей среды поступает к дозирующим отверстиям 350 и имеет возможность войти в камеру 354. Текучая среда, входящая в камеру 354, ударяется о поверхность 358, которая рассеивает ее поток и создает мелкий "туман" из частиц этой среды (за счет "распыления"), который накапливается в камере 354 с повышением его давления. В некоторых вариантах в дозирующих отверстиях 350 возникает существенное падение давления защитной текучей среды (например, приблизительно 25 фунт/кв. дюйм). Туман из текучей среды, находящийся в камере 354, затем выходит из этой камеры через завихряющие отверстия 332 и перемещается по пути 336 протекания текучей среды, который ведет из горелки 300 наружу, и к заготовке (не показана). Туман из текучей среды, выходящий из завихряющих отверстий 332, может иметь равномерное распределение давления, например, 5-6 фунт/кв. дюйм, в диапазоне возможных различий в расстоянии по высоте между модулем 104 GasConnect и горелкой 116.

[0027] В некоторых вариантах осевое положение вкладыша 308 защитного элемента сохраняется неизменным при помощи вертикальной поверхности 360, находящейся непосредственно над поверхностью 358. В некоторых вариантах установка на вертикальной поверхности 360 позволяет создать уплотнение между вкладышем 308 защитного элемента и защитным элементом 304, что принуждает защитную воду перемещаться через дозирующее отверстие 350 и не позволяет ей обойти это отверстие за счет прохождения между вкладышем 308 защитного элемента и защитным элементом 304. В некоторых вариантах дозирующие отверстия 350 имеют общую площадь поперечных сечений меньше общей площади поперечных сечений завихряющих отверстий 332. В некоторых вариантах любое из дозирующих отверстий 350 меньше любого из завихряющих отверстий 332. Например, в одном варианте имеется пять дозирующих отверстий, общая площадь поперечных сечений которых составляет 0,0016 кв. дюйма, и 18 завихряющих отверстий, общая площадь поперечных сечений которых составляет 0,0034 кв. дюйма. В этом варианте падение давления в дозирующих отверстиях может составлять приблизительно 18 фунт/кв. дюйм. В другом варианте имеется шесть дозирующих отверстий, общая площадь поперечных сечений которых составляет 0,0015 кв. дюйма, и 18 завихряющих отверстий, общая площадь поперечных сечений которых составляет 0,0034 кв. дюйма. В этом варианте падение давления в дозирующих отверстиях может составлять приблизительно 20-25 фунт/кв. дюйм.

[0028] В некоторых вариантах из имеющихся отверстий завихряющие отверстия 332 в наименьшей степени ограничивают протекание потока текучей среды, а дозирующие отверстия 350 - в наибольшей степени. В некоторых случаях имеется L-образный фланец, который позволяет обеспечить расположение дозирующих отверстий 350 под прямым углом к завихряющим отверстиям 332, как показано на Фиг.3А, что позволяет создать камеру 354, в которой вероятность протекания текучей среды по прямолинейному маршруту снижена до минимума. В некоторых вариантах общий объем камеры 354 может составлять приблизительно 0,00291 куб. дюйма (исключая объем дозирующих отверстий и завихряющих отверстий). В некоторых вариантах защитный элемент 304 изготовлен из электропроводного материала, например, меди. В некоторых вариантах вкладыш 308 защитного элемента (или "компонент для регулирования подачи жидкости") изготовлен из изоляционного материала, например, из подходящего пластика, такого как PEEK или Веспел. В некоторых вариантах вкладыш 308 защитного элемента изготовлен путем формования.

[0029] В некоторых вариантах падение давления текучей среды между модулем GasConnect (например, модулем 104 GasConnect, показанным на Фиг.1 и описанным со ссылкой на нее) и горелкой 300 из-за изменения положения по высоте примерно на порядок меньше падения давления из-за дозирующих отверстий 350. Так как это большое падение давления в дозирующих отверстиях 350 известно и компенсируется в месте задания управляющего давления, любое нежелательное падение давления из-за изменения положения по высоте оказывает минимальное влияние на итоговый расход воды. В некоторых вариантах вкладыш 308 защитного элемента включает два отдельных компонента (например, первое кольцо, имеющее дозирующие отверстия 350, и второе кольцо, имеющее завихряющие отверстия 332). В таких вариантах может оказаться легче изготовить два отдельных компонента индивидуально. В некоторых вариантах наличие возможности выбирать характеристики двух отдельных компонентов может помочь с более высокой степенью точности задать геометрию протекания потока.

[0030] В Таблице 1 показано влияние положения по высоте консоли на расход в системе плазменной горелки, если не используются дозирующие расходные компоненты. Было проведено испытание, в котором в системе плазменной горелки было задано состояние создания "режущего потока". В этом состоянии плазма не создавалась, но в системе обеспечивалась подача защитных и плазмообразующих текучих сред с требуемыми параметрами. Отслеживался расход защитной воды, когда консоль GasConnect перемещалась по высоте как вверх, так и вниз. Как и ожидалось, нахождение консоли выше того уровня, на котором находилась горелка, привело к повышению расхода воды, а перемещение ее ниже уровня, на котором находилась горелка, привело к снижению расхода воды.

Уровень консоли GasConnect относительно горелки Расход воды +2 фута 5,2 галлона в час 4,5 галлона в час -2 фута 3,5 галлона в час

[0031] Отдельно это испытание было повторено с использованием защитного завихрителя, имеющего дозирующие отверстия, например, в соответствии с конструкцией, показанной на Фиг.3А и описанной с ее использованием. При такой компоновке не было обнаружено заметного изменения расхода при смещении консоли GasConnect вверх и вниз.

[0032] На Фиг.3В отдельно приведен общий вид 450 защитного элемента 454, имеющего вкладыш 458, согласно примерному варианту реализации изобретения. На Фиг.3В показан защитный элемент 454, который предполагается использовать при подаче воды в соответствии с принципами настоящего изобретения. Защитный элемент 454 имеет внешнюю поверхность 455 и внутреннюю поверхность 456, вкладыш 458 и множество завихряющих отверстий 462. В дополнение к этому, защитный элемент 454 имеет множество дозирующих отверстий 466. Диаметр центрального отверстия в защитном элементе 454 может быть меньше в случае защиты путем подачи воды через отверстия по сравнению с газовой защитой (например, защитный элемент 404). Например, в одном варианте, где используется система на 170А, в которой в качестве защиты используется азот, диаметр центрального отверстия может составлять приблизительно 0,155 дюйма. В отличие от этого, в системе на 170А, в которой в соответствии с настоящим изобретением используется подача воды, диаметр центрального отверстия в защитном элементе может составлять приблизительно 0,140 дюйма. В таком варианте плотность электрического тока в защитном элементе может составлять приблизительно 11043 Ампера на кв. дюйм, это выше, чем в случае использования азота, когда она может достигать приблизительно 9009 Ампер на кв. дюйм. В дополнение к этому, завихряющие отверстия 462 в случае защитного элемента 454 с подачей воды через отверстия могут быть меньше по диаметру, чем в случае защитного элемента 404 с подачей газа.

[0033] На Фиг.4 приведена схема способа 500 регулирования подачи жидкости в защитном элементе плазменной горелки, согласно примерному варианту реализации изобретения. Способ 500 включает первый этап 510 обеспечения защитного элемента, имеющего выходное отверстие, внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, на которую воздействуют брызги расплавленного вещества. Способ 500 включает второй этап 520 подачи жидкости на внутреннюю поверхность защитного элемента. Способ 500 включает третий этап 530 направления жидкости через группу дозирующих отверстий в камеру, причем дозирующие отверстия вызывают падение давления жидкости. Способ 500 включает четвертый этап 540 направления жидкости из камеры через группу завихряющих отверстий к выходному отверстию. Способ 500 позволяет устранить влияние изменения положения по высоте консоли выбора текучей среды на систему для плазменно-дуговой резки и может способствовать обеспечению неизменного и высокого качества резания, например, в случае использования вместе с показанными и описанными здесь системами.

[0034] Хотя изобретение конкретно продемонстрировано и описано со ссылкой на определенные предпочтительные варианты его реализации, специалисты в данной области техники должны понимать, что в форму и детали этого изобретения могут быть внесены различные изменения, не выходящие за пределы его сущности и объема, которые определены в пунктах приложенной Формулы изобретения.

Изобретение относится к средствам регулирования подачи защитной жидкости в плазменной горелке. Защитный элемент подачи жидкости для плазменной горелки включает в себя тело, имеющее внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, и компонент для регулирования подачи жидкости, расположенный в окружном направлении внутри тела и в непосредственном контакте с внутренней поверхностью тела. Компонент для регулирования подачи жидкости и внутренняя поверхность тела задают камеру. Компонент для регулирования подачи жидкости также задает первую группу проемов, имеющих размеры, которые позволяют регулировать поступление жидкости в камеру, и задает вторую группу проемов, расположенных таким образом, чтобы распределять жидкость, выходящую из камеры. Техническим результатом является исключение влияния изменения внешнего давления, в частности вызванного изменением положения по высоте консоли выбора текучей среды, что позволяет гарантировать неизменное качество резания. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Защитный элемент подачи жидкости для плазменной горелки, который содержит:

тело, имеющее внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность; и

компонент для регулирования подачи жидкости, расположенный в окружном направлении внутри тела и в непосредственном контакте с внутренней поверхностью тела, причем компонент для регулирования подачи жидкости и внутренняя поверхность тела образуют камеру,

причем компонент для регулирования подачи жидкости образует первую группу проемов, заключенных в компоненте для регулирования подачи жидкости и имеющих размеры, которые позволяют регулировать поступление жидкости в камеру, и образует вторую группу проемов, заключенных в компоненте для регулирования подачи жидкости и расположенных с обеспечением возможности распределения текучей среды, выходящей из камеры,

причем общая площадь проходных поперечных сечений первой группы проемов меньше общей площади проходных поперечных сечений второй группы проемов.

2. Защитный элемент по п.1, в котором проемы расположены с обеспечением возможности завихрения текучей среды, выходящей из камеры.

3. Защитный элемент по п.1, в котором компонент для регулирования подачи жидкости содержит изоляционный материал.

4. Защитный элемент по п.1, в котором любой из проемов первой группы меньше любого из проемов второй группы.

5. Защитный элемент по п.1, в котором первая группа проемов выровнена с камерой на внутренней поверхности тела.

6. Защитный элемент по п.1, в котором первая группа проемов выполнена с возможностью обеспечения расхода текучей среды в диапазоне от приблизительно 2 галлонов в час до приблизительно 8 галлонов в час жидкости, входящей в камеру, с одновременным поддержанием сравнительно одинакового давления потока жидкости, выходящей из камеры.

7. Защитный элемент по п.1, в котором первая группа проемов выполнена с возможностью снижения давления текучей среды на примерно 25 фунт/кв. дюйм.

8. Защитный элемент по п.1, в котором компонент для регулирования подачи жидкости выполнен формованием.

9. Защитный элемент по п.1, в котором компонент для регулирования подачи жидкости имеет L-образную форму.

10. Защитный элемент по п.1, в котором первая группа проемов расположена под прямым углом ко второй группе проемов.

11. Защитный элемент по п.1, в котором камера выполнена с возможностью распыления поступающей в нее жидкости или создания из этой жидкости мелкого тумана.

12. Защитный элемент по п.1, в котором текучая среда, выходящая из камеры, представляет собой газ, воду или водяной туман.

13. Защитный элемент по п.1, в котором компонент для регулирования подачи жидкости включает в себя два отдельных подкомпонента, причем первый подкомпонент имеет упомянутую первую группу проемов, а второй подкомпонент имеет упомянутую вторую группу проемов.

14. Способ регулирования подачи жидкости в защитном элементе плазменной горелки, содержащий следующие этапы:

обеспечивают защитный элемент, имеющий выходное отверстие, внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, выполненную с возможностью подвергания брызгам расплавленного вещества;

подают жидкость на внутреннюю поверхность защитного элемента;

направляют жидкость через группу дозирующих отверстий, заключенных в компоненте для регулирования подачи жидкости в контакте с внутренней поверхностью защитного элемента, в камеру, причем дозирующие отверстия вызывают падение давления жидкости; и

направляют жидкость из камеры через группу завихряющих отверстий, заключенных в компоненте для регулирования подачи жидкости, к выходному отверстию,

причем общая площадь проходных поперечных сечений дозирующих отверстий меньше общей площади проходных поперечных сечений завихряющих отверстий.

15. Способ по п.14, в котором любое из отверстий, входящих в группу дозирующих отверстий, меньше любого из отверстий, входящих в группу завихряющих отверстий.

16. Способ по п.14, в котором дозирующие отверстия выполнены с возможностью обеспечения расхода текучей среды в диапазоне от приблизительно 2 галлонов в час до приблизительно 8 галлонов в час жидкости, входящей в камеру, с одновременным поддержанием сравнительно одинакового давления потока жидкости, выходящей из камеры.

17. Способ по п.14, в котором дозирующие отверстия выполнены с возможностью снижения давления текучей среды на примерно 25 фунт/кв.дюйм.

18. Способ по п.14, в котором жидкость направляют через группу дозирующих отверстий под прямым углом относительно пути протекания жидкости через завихряющие отверстия.

19. Способ по п.14, в котором камера выполнена с возможностью распыления поступающей в нее жидкости или создания из этой жидкости мелкого тумана.

20. Защитный элемент для плазменной горелки, который содержит:

тело, имеющее внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, причем внутренняя поверхность образует первое углубление; и

цельный компонент для регулирования протекания текучей среды, образующий второе углубление, причем компонент для регулирования протекания текучей среды расположен в окружном направлении в пределах внутренней поверхности тела,

причем первое углубление в теле и второе углубление в компоненте для регулирования протекания текучей среды образуют полую область, имеющую входные отверстия и выходные отверстия,

причем входные отверстия выполнены с возможностью регулирования поступления жидкости в полость, а выходные отверстия выполнены с возможностью завихрения жидкости, выходящей из полости, и

причем входные отверстия расположены под прямым углом к выходным отверстиям, так что поперечное сечение компонента для регулирования протекания текучей среды образует L-образную форму,

причем общая площадь проходных поперечных сечений входных отверстий меньше общей площади проходных поперечных сечений выходных отверстий.

21. Защитный элемент по п.20, в котором входные отверстия расположены под прямым углом к выходным отверстиям.