Электродуговой линейный плазмотрон со сменными электродами Советский патент 1993 года по МПК H05B7/22 

«

Изобретение относится к электротехнике и может быть наиболее эффективно использовано в плазмотронах большой мощности.

Целью изобретения является повышение надежности работы плазмотрона и упрощение его конструкции.

На фиг.1 изображена схема злектроду- rciBoro линейного плазмотрона с электродными узлами; на фиг.2 - электродный узел на примере анода в разрезе.

Плазмотрон содержит анодный узел 1, катодный узел 2 и межэлектродную вставку 3i Между электродными узлами и межэлектродной вставкой имеются диэлектрические прокладки 4. Анодный и катодные узлы идентичной конструкции, в них используются составные электроды. Составной анод состоит из входной секции 5, выходной 6 и сменной электродной 7 втулок.

Составной катод состоит из выЛ}дной секции 8 и сменной втулки 9 с радиальными электродными активными вставками 10. Анодный узел состоит из корпус.а 11 с патрубками .12 для подвода и отвода охлаждающей воды, крышки 13 для замены отработавших ресурс электродных втулок. На стенке корпуса имеется полуось 14. в которой установлена с возможностью вращения обойма 15. рбойма приводится во вращение приводом 16 циклического перемещения. Обойма имеет возможность некоторого осевого перемещения под действием пружины 17. На неподвижном внутреннем фланце 18 корпуса установлена входная секция 5 составного электрода, на подвижной диафрагме 19 - выходная секция 6.

Оба фланца снабжены токопроводящи- ми герметизирующими элементами 20, выполненными например, в виде стального зуба треугольного профиля.

Оба эти элемента могут взаимодействовать с торцами сменных электродных втулок 21. установленных в обойме 15.

Усилие герметизации создается элементом 22. выполненным из двух тонкостенных и-образных гибких токопроводящих элементов 22 при помощи двух колец, герметично сопряженных с диафрагмой 19. и наружным фланцем корпуса 11. В одном из этих колец имеется патрубок 23 для подачи среды под давлением. В наружном фланце корпуса 11 имеется дополнительный упругий герметизирующий элемент 24, концент- рйчно расположенный по отношению к основному герметизирующему элементу - стальному зубу 20 с образованием между ними кольцевого канала 25 подачи воды а рубашку охлаждения сменной электродной

0

В

0

5

0

5

0

5

0

5

втулки. Сменная втулка состоит из цилиндрического стакана 26, упирающегося в буртик 27 электродной втулки и имеющего каналы 28 для слива воды в полость 29 корпуса.

Устройство работает следующим образом.

Открывается крышка 13 корпуса 11 электродного узла и в гнезда обоймы 15 устанавливаются запасные электродные втулки 9, 21. собранные совместно с цилиндрическими стаканами 26. Крышка 13 герметично закрывается, приводом 16 обойма поворачивается до совпадения оси втулок 9, 21с осью электродугового канала плазмотрона. Через патрубок 23 в элемент 22 подается сжатый воздух или вода под давлением, и фланец 19 зубом 20 соприкасается с торцом втулки, самоустанавливаясь при этом за счет малой жесткости на изгиб U-образ- ных элементов. Гфи возрастании усилия втулки 9. 21 вместе со стаканом 26 и обоймой 15 совершают осевое перемещение до соприкосновения другого торца втулок 9.21 со стальным зубом фланца 18 и торца стакана 26 с кольцевым упругим уплотнением 24. деформируя при этом пружину 17. Дальнейшее возрастание усилия приводит к врезанию стальных зубьев в торцы втулок 21 и 9. При этом герметично отделяется электродуговой канал от полости 29 корпуса электродного узла. За счет разрушения окисных пленок на сопряженных поверхностях создается хороший тепловой и электрический контакт. Одновременно за счет деформации упругого герметизирующего элемента 24 уплотняется напорный тракт системы охлаждения. Плазмотрон готов к запуску.

Через патрубки12 анодного и катодного узлов подается охлаждающая вода, которая поступает в рубашку охлаждения электродной втулки и сбрасывается через каналы 28 в полость 29 и на слив. Между катодом 9 и анодом 7 зажигается дуга. В процессе работы происходит эрозионное изнашивание электродных втулок 7. 9 в зоне привязки дуги. Подбором геометрии материалов электродных втулок, режима работы плазмотрона можно добиться примерно одинакового ресурса анодных и катодных втулок. При одновременной выработке ресурса производится остановка плазмотрона, прекращается подача охлаждающей воды в электродные узлы, из полости 29 сливается вода и сливные магистрали перекрываются. Из элемента 22 для создания усилия герметизации сбрасывается давление, под действием сил упругости и-образных элементов стальной зуб диафрагмы 19 выводится из коф-акта с торцом втулки 21. а за счет усилия

пружины 17 обойма 15 совершает осевое перемещение и выводится из контакта с торцом втулки 21 стальной зуб 20 фланца 18 корпуса. Упругий герметизирующий элемент 24 также выводится из контакта с тор- цом стакана 26. Таким образом, полость 29 корпуса электрода сообщается с электродуговым каналом и объемом технологического аппарата. Только этими объемами и ограничивается распространение газовой среды технологического аппарата во время замены электродов плазмотрона. Приводом 16 циклического перемещения обойма 15 поворачивается до совмещения запасной втулки с осью электродугового канала, При этом отработавшая ресурс втулка выводится из рабочей позиции.

Дальнейшая работа узла аналогична описанной ранее, При выработке ресурса всех запасных электродных втулок открыва- ется крышка 13 и производится установка новой партии втулок.

Эксплуатация данного устройства в со- ртаве плазмохимического реактора требует (аличия резервного плазмотрона, включае- ого в момент замены электродных втулок основного плазмотрона.

Положительный эффект при осуществлении изобретения обеспечивается тем. что корпус электродного узла в рабочем состо- янии заполнен охлаждающей водой, лирующей в нем, а в момент замены электродных втулок, выработавших ресурс, вода смывается из корпуса, полость корпуса сообщается с электродуговым каналом и в ней устанавливается газовая среда технологического аппарата. Такое решение позволяет исключить попадание технологической среды аппарата (токсичной, взрывопожаро- опасной и т.д.) в атмосферу, избежать уста- новки дополнительного устройства для герметичной отсечки электродугового канала во время замены электродных втулок, что упрощает конструкцию плазмотрона и повышает его надежность.

В отличие от прототипа, в котором все электродные втулки герметично установлены в обойме, в данном устройстве только работающая электродная втулка герметизируется между входной и выходной секциями электрода, герметично установленными на стенках корпуса электрода. Это позволяет, во-первых, увеличить надех ость узла за счет уменьшения количества герметичных соединений и. соответственно, упростить его: во-вторых, сквозной прогар электродной втулки не приводит к аварии системы охлаждений, как в прототипе. Кроме того. упрощение конструкции узла достигается за счет замены только средней секции элект- роднбй втулки, подвергающейся интенсивной эрозии, а малоизнашиваемые входные и выходные секции можно менять реже - во время полной разборки узла при регламентных работах.

Сменные электродные втулки имеют простую геометрическую форму в отличие от профилированных входной и выходной секций и могут изготавливаться из трубы с высоким коэффициентом использования материала. Надежность работы электродной втулки зависит от эффективности охлаждения. В предлагаемом устройстве достаточная эффективнЬсть обеспечивается путем создания высокоскоростного потока воды в рубашке охлаждения.

Поскольку эта система находится в во- дозаполненнсм корпусе, требования к герметичному подводу и отводу воды к рубашке охлаждения резко ослаОляются: из рубашки охлаждения вода прямо сбрасывается в корпус узла, а подача воды в рубашку моркет допускать некото0ую утечку, которая также не препятствует нормальному функционированию узла. Это упрощает конструкцию системы охлаждения электродов и повышает их надежность,

(56) Авторское свидетельство СССР N: 528832. кп. И 05 Н 1/00. 1976.

Авторское свидетельство СССР M 1072771. кл. Н 05 В 7/22, 1983.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в плазмотронах большой мощности для проведения плазмохимических процессов. Целью изобетения является повышение надежности работы плазмотронов и упрош1ение его конструкции Плазмотрон содержит анодный узел 1, катодный узел 2 и межэлектродную вставку 3. Анодные и катодные узлы имеют аналогичную конструкцию. Они выполнены в виде плоского поворотного диска-обоймы 15 со сменными дными втулками 7. Обойма снабжена приводом 16 .позиционногаперемещения в плоскоаи, перпендикулярной оси плазмотрона, и установлена вместе с ним внутри герметичного водозаполненного корпуса 11. Внутри корпуса 11 размещен также узел герметизации электро.цных втулок, состоящий из торцовых кольцевых уплотнителей 20 и 24 и элемента 22 для создания осевого усилия герметизации с патрубком 23 подвода среды под давлением Приводом 16 обойма 15 поворачивается до совпадения оси втулок 7 с осью плазмотрона. Через патрубок 23 в элемент 22 подается среда под требуемым давлением. В результате создания осевого усилия герметизации происходит уплотнение цов втулок 7 и 21 путем врезания в них оаальных зубьев 20, находящихся на фланцах 18 и 19. При этом герметично отделяется электродуговой канал от полости 29 корпуса 11 электродного узла. Одновременно за счет упругого уплотнителя 24 герметизируется напорный тракт сиаемы охлаждения втулок и происходит сжатие пружины 17. Через патрубки 12 подается охлаждающая вода При выработке ресурса ргОочих втулок катода и анода производится оаановка плазмотрона примерно на 200 - 300 с, прекращается подача воды и производится ее слив из корпуса 11, после чего сливные магистрали пере1фываются Из элемента 22 сбрасывается давление и аальные зубья 20 выводятся из контакта с торцаии втулок 7 и 21, а уплотнитель 24 выводится из контакта с торцом стакана 26 Приводом 16 обойма 15 поворачивается на заданный угол до совмещения запасной втулки с осью плазмотрона, т.е. с осью эпектродугового канала В случае выработки всех втулок открывается крышка 13 и производится установка новой парши втулок. Уаройство обеспечивает суммарный ресурс работы около 1000ч 2иа СЛ с:

Формула изобретения Электродуговой линейный плазмотрон со сменными электродами, содержащий электроизолированные друг от друга анодный узел, межэлектродиую вставку и катодный узел, выполненный в виде обоймы, включающей установленную по оси плазмотрона рабочую электродную втулку и, по меньшей мере, две параллельные ей за- Пасные втулки и привод позиционного перемещения втулок в плоскости, перпендикулярной оси плазмотрона, и узла герметизации втулок, состоящего из элеме па для 50 создания осевого усилия герметизации и торцового упругого кольцевого уплотнителя, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы плазмотрона и упрощения его конструкции, обойма 55 выполнена в виде плоского соосного катодному узлу диска со сквозными периферий- ,ными отверстиями для установки втулок и вместе с приводом установлена в цилиндрическом водоохлаждаемом- корпусе с торцовыми наружным и внутренним фланцами.

между наружным фланцем и обоймой размещены прилегающий к фланцу элемент для создания осевого усилия и жестко соединенная с ним подвижная в осевом направлении диафрагма, во внутреннем и наружном фланцах и з диафрагме выполнены соосные катодному узлу сквозные отверстия, а в отверстиях диафрагмы и внутреннего фланца установлены дополнительные профилированные электродные секции, узел герметизации втулок снабжен расположенными на обращенных к рабочей втулке поверхностях внутреннего фланца и диафрагмы дополнительными кольцевыми

уплотнителями из токопроводящего материала, а упомянутый упругий уплотнитель расположен между рабочей втулкой и внутренним фланцем с внешним кольцевым зазором относительно уплотнителя из токопроводящего материала, втулки выполнены с рубашкой охлаждения, образующей кольцевую полость, сообщающуюся с полостью корпуса с одной стороны через зазор междууплотнителями, а с другой - через отверстия в рубэгике охлаждения, причем элемент для создания осевого усилия выполнен сильфонного типа и снабжен патрубком ввода текучей среды.

-13 2S