Электродуговая плазменная горелка

 

Использование: электротехника и плазменная техника. Сущность изобретения: электродуговая плазменная горелка содержит корпус, в котором соосно установлены катод и сопло - анод, образующие разрядную камеру, сообщенную с источником пара, включающим в себя пористый влагопоглощающий материал и расположенный соосно катоду и электрически изолированный от него продолговатый элемент из теплопроводящего материала с центральным каналом. На боковой стороне, в теле продолговатого элемента, выполнен по меньшей мере один канал, сообщенный одним концом с влагопоглощающим материалом, а противолежащим концом с разрядной камерой, и служащий для сообщения источника пара с разрядной камерой. Электродуговая плазменная горелка имеет большую мощность и большой срок службы. 5 з.п.ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к электронике, а более точно к электродуговым плазменным горелкам и может быть использовано в машиностроении, автомобилестроении, авиационной, электротехнической, химической и других отраслях промышленности для реализации различных видов плазменной обработки - резки, сварки, пайки, термической и химической модификации поверхности материалов.

Известна электродуговая плазменная горелка, в корпусе которой соосно установлены катод и сопло-анод, образующие разрядную камеру, сообщенную с источником пара, включающим в себя пористый влагопоглощающий материал и расположенный соосно катоду и электрически изолированный от него продолговатый элемент из теплопроводящего материала с центральным каналом (заявка РСТ WO 94/19139, B 23 K 10/00, 01.09.94).

В указанной горелке пористый материал контактиpует непосредственно с разрядной камерой. Однако такая конструкция обладает рядом недостатков, препятствующих успешному практическому использованию по следующим причинам, основные из которых заключаются в следующем. Пористый материал ввиду медленного его прогрева в начале работы горелки требует значительного увеличения времени, необходимого для прогрева, не полностью преобразует воду в пар ввиду высокого его теплового сопротивления, что увеличивает эрозию сопла-анода, приводит к попаданию воды в разрядную камеру, а также ограничивает мощность горелки в связи с перегревом сопла-анода и катода.

В процессе эксплуатации горелки поры пористого материала забиваются как примесями, находящимися в воде, так и различными солями, поскольку пористый элемент можно рассматривать как фильтр, задерживающий мелкие примеси, что приводит к уменьшению расхода и давлению пара, подаваемого в разрядную камеру, что уменьшает срок службы горелки.

Пористый элемент, расположенный вблизи разрядной камеры и служащий для подачи в нее пара, имеет пониженную прочность ввиду постоянно идущей коррозии (наличие перегретых паров, циклическое изменение температуры и электротока) между частицами пористого тела, разрушается и выкрашивается в процессе сборки, разборки и эксплуатации горелки, так как сопло-анод, как сменный, расходуемый элемент необходимо закреплять (прикладывая определенное усилие) в горелке, обеспечивая хороший контакт по плоскости соприкосновения сопла-анода с продолговатым элементом.

В основу изобретения была положена задача создания электродуговой плазменной горелки, в которой подача пара в разрядную камеру осуществлялась бы так, что позволило значительно увеличить мощность и срок службы горелки без разрушения целостности продолговатого элемента.

Это достигается тем, что в электродуговой плазменной горелке, в корпусе которой соосно установлены катод и сопло-анод, образующие разрядную камеру, сообщенную с источником пара, включающим в себя пористый влапоглощающий материал и расположенный соосно катоду и электрически изолированный от него продолговатый элемент из теплопроводящего материала с центральным каналом, на боковой стороне в теле продолговатого элемента выполнен по меньшей мере один канал, сообщенный одним концом с влагопоглощающим материалом, а противолежащим концом с разрядной камерой, и служащий для сообщения источника пара с разрядной камерой.

Канал может быть выполнен продольным или винтовым.

Желательно, чтобы канал был сообщен с влагопоглощающим материалом через пористый элемент, расположенный между продолговатым элементом и влагопоглощающим материалом.

Продолговатый элемент может быть выполнен съемным.

Желательно, чтобы пористый элемент был выполнен из металлических или неорганических волокон.

Преимущества предлагаемой электродуговой плазменной горелки заключаются в том, что она имеет большую мощность и большой срок службы, а каналы в отличие от пористого элемента можно очистить от солей и примесей, не нарушив целостности продолговатого элемента.

На фиг. 1 изображена предлагаемая электродуговая плазменная горелка (частичный продольный разрез); на фиг.2 продолговатый элемент горелки по фиг. 1 (общий вид); на фиг.3 другой вариант выполнения продолговатого элемента горелки по фиг.1 (частичный продольный разрез); на фиг.4 вид по стрелке А на фиг. 3; на фиг.5 один из вариантов выполнения продолговатого элемента горелки по фиг.1 (общий вид); на фиг.6 еще один из вариантов выполнения продолговатого элемента горелки по фиг.1 (частичный продольный разрез).

Предлагаемая электродуговая горелка содержит корпус (фиг.1), в котором размещены соосно установленные охлаждаемые электроды: сопло-анод 2 и катод 3, образующие разрядную камеру 4, сообщенную с источником 5 пара. В корпусе 1 установлен продолговатый полый элемент 6 с внутренней цилиндрической полостью 7 (или центральным каналом), расположенный соосно с катодом 3, электрически изолированный от него посредством изолятора 8 и входящий в состав источника 5 пара. Элемент 6 изготовлен из меди (теплопроводящий материал). В теле продолговатого элемента 6 (фиг.2) выполнены каналы 9 для ввода пара, а на его торцевой поверхности 10, обращенной в сторону разрядной камеры 4 (фиг. 1), выполнены тангенциальные каналы 11, каждый из которых одним концом сообщен со своим каналом 9 для ввода пара, а другим концом с разрядной камерой 4. В описываемом варианте выполнения предлагаемой горелки каналы 9 (фиг.2) для ввода пара выполнены на боковой стороне 12 продолговатого элемента 6 и продольными.

Продолговатый элемент 6 (фиг.1) выполнен съемным и закреплен на корпусе 1 посредством колпачка 13. Корпус 1 покрыт тепло-электроизолирующим материалом 14.

Источник 5 пара содержит также замкнутую камеру, заполненную каолиновой ватой (влагопоглощающий материал), сообщенной с каналами 9, и имеющую патрубок 15 с заглушкой 16 для подачи и перекрытия пара. В данном случае для образования пара используют жидкость, например воду, заливаемую в камеру через патрубок 15 до начала работы.

На фиг.1 цифровыми позициями 17 и 18 обозначены соответственно токоподводы к катоду 3 и соплу-аноду 2, соединенные с любым подходящим для данных целей источником постоянного тока (на чертеже не показан, так как не является предметом изобретения). Токоподводы 17 и 18 пропущены через электроизолирующий материал 19.

В другом варианте выполнения продолговатого элемента 6 (фиг.3) предлагаемой горелки по фиг.1 на боковой стороне 12 элемента 6 выполнен один винтовой канал 20 для ввода пара, сообщающийся с тангенциальным каналом 21 (фиг. 4), выполненным на поверхности 10 и сообщающимся с разрядной камерой 4 (фиг. 1).

В одном из вариантов выполнения предлагаемой горелки канал 9 (фиг.5 и 6) сообщен с влагопоглощающим материалом через пористый элемент 22, расположенный между продолговатым элементом 6 и влагопоглощающим материалом и выполненный из металлических медных волокон 23, как показано на фиг.5, или из неорганических волокон 24 каолиновой ваты, как показано на фиг.6.

Принцип работы предлагаемой электродуговой плазменной горелки заключается в следующем.

Отворачивают заглушку 16 (фиг. 1) и подают в камеру источника 5 воду, заворачивают заглушку 16 и горелка готова к работе. Включают источник постоянного тока и по токоподводам 17 и 18 ток подают на катод 3 и сопло-анод 2. Возбуждение дуги между электродами производят закорачивающей перемычкой, вводимой через центральное осевое отверстие 25 в сопле-аноде 2. Зажженный дуговой разряд выделяет тепловую энергию, которая, распространяясь по элементу 6, вызывает кипение воды на боковой стороне 12 элемента 6.

Внутри корпуса 1 горелки образуется избыточное давление пара, который проходит через каналы 9 и 11, попадает в разрядную камеру 4 и стабилизирует дуговой столб. Пар выходит из центрального осевого отверстия 25 сопла-анода 2 в виде плазменной струи. Процесс продолжается непрерывно до окончательного испарения воды. Поле испарения воды в горелку вводят новую порцию воды.

Для быстрой замены изнашиваемых сопла-анода 2 и катода 3 необходимо отвернуть колпачок 13, снять старое сопло-анод 2, вытащить катод 3 и заменить на новые, затем колпачок 13 вернуть в прежнее положение.

Принцип работы предлагаемой горелки по фиг.3 и 4, а также 5 и 6 аналогичен принципу работы горелки по фиг.1 и 2.

Таким образом, предлагаемая электродуговая плазменная горелка имеет большие мощность и срок службы и позволяет расширить функциональные возможности за счет ее работоспособности в любом положении в пространстве и обеспечить автономность и компактность.

Формула изобретения

1. Электродуговая плазменная горелка, в корпусе которой соосно установлены катод и сопло-анод, образующие разрядную камеру, сообщенную с источником пара, включающим в себя пористый влагопоглощающий материал и расположенный соосно катоду и электрически изолированный от него продолговатый элемент из теплопроводящего материала с центральным каналом, отличающаяся тем, что на боковой стороне в теле продолговатого элемента выполнен по меньшей мере один канал, сообщенный одним концом с влагопоглощающим материалом, а противолежащим концом с разрядной камерой, и служащий для сообщения источника пара с разрядной камерой.

2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что канал выполнен продольным.

3. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что канал выполнен винтовым.

4. Горелка по пп. 1, 2 или 3, отличающаяся тем, что канал сообщен с влагопоглощающим материалом через пористый элемент, расположенный между продолговатым элементом и влагопоглощающим материалом.

5. Горелка по пп. 1 4, отличающаяся тем, что продолговатый элемент выполнен съемным.

6. Горелка по п. 4, отличающаяся тем, что пористый элемент выполнен из металлических или неорганических волокон.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6