Электродуговой плазмотрон Советский патент 1988 года по МПК H05B7/22 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электродуговым плазмотронам, и может быть применено при проведении различных технологических процессов, а также для научных исследований высокотемпературных процессов.

Целью настоящего изобретения яв- ляется повышение надежности работы плазмотрона путем снижения эрозии наружного электрода.

На чертеже схематически изображен электродуговой плазмотрон.

Плазмотрон содержит стержневой электрод 1 с наконечником 2 из торированного или лантанированного вольфрама, являющийся катодом, с канала-, ми 3 для подачи газа, выходной электрод 4 с внутренним каналом, имеющим участок, в виде конуса 5 и цилиндрический участок 6, а также изолятор 7

Плазмотрон работает следукяцим образом.

Включается подача охлаждающей воды и рабочего газ-а Затем подается напряжение на электроды 1 и 4 и одни из известных способов, например закорачиванием металлической проволокой, зажигается дуга в плазмотроне,

Поток газа стабилизирует дугу в центральной части внутреннего канала выходного электрода 4 и вытягивает столб дуги,

В расширяющемся участке дуги из-з взаимодействия дуги с потоком газа диаметр столба дуги возрастает по течению газа, и к концу участка 5 он почти равен диаметру канала. При этом газ становится электропроводным, за исключением области пограничного слоя, В цилиндрическом участке 6 вкладывается много меньше энергии, и она, в основном теряется в результате тепловых потоков на поверхность электрода 4, но этот участок необходим для замыкания электрического тока на наружный электрод

(анод), которое происходит посредством микродуг между электродом 4 и электропроводным ядром потока. Выбор формы и размеров канала выходного электрода определяется следующим.

Если конус имеет угол менее 5°, возрастают тепловые потери на стенку и уменьшается тепловой КПД устройства. Если угол более 10, нарушается условие безотрьганого течения потока газа и в области отрыва резко ухудшается эрозионная стойкость наружного электрода. Минимальное значение длины участка канала соответствует максимальному значению угла и наоборот. Если длина участка менее 6 радиусов наименьшего сечения, из-за изменения механизма протекания электрического тока. резко уменьшается эрозионная стойкость выходного электрода. При длине участка более 20 радиусов наименьшего сечения уменьшается тепловой КПД устройства. При указанных соотношениях между длиной участка и углом раскрытия конуса диаметр дугового столба и диаметр участка на конце отличаются друг от друга только на величину пограничного слоя,

При длине цилиндрического у-частка канала менее 2 радиусов наименьшего сечения канала наружного электрода на этом участке резко возрастают удельные тепловые потоки и уменьшается надежность работы плазмотрона изза ухудшения эрозионной стойкости выходного электрода. При длине более 6 радиусов возрастают тепловые потери за счет увеличения площади поверхности и уменьшения теплового КПД устройства.

Выполнение предлагаемого электродугового плазмотрона с конусообразны внутренним каналом, заканчивакщимся цилиндрическим участком, при предлагаемых геометрических параметрах позволяет повысить надежность работы плазмотрона путем улучшения эрозионной стойкости наружного электрода.

ЭЛВКТРОДУГОВОЙ ПЛАЗМОТРОН, содержащий соосно установленные стержневой электрод, заглубленный рабочим торцом в полый выходной электрод, внутренняя поверхность которого от плоскости, перпендикулярной рабочему торцу стержневого электрода, выполнена переменного сечения, мёжэлектродный изолятор и узел ввода газа, о тлич ающяйся тем, что, с целью повьппения надежности работы путем снижения эрозии выходного электрода, внутренняя поверхность выходного / электрода на прилегающем к указанной плоскости участке длиной от 6 до 20 г выполнена в виде расширяющегося к выходу конуса с конусностью 5-10 , пе- реходящего в цилиндр, длина которого i выбрана от 2 до 6 г, где г - наи(Л меньший радиус выходного электрода.