Сопловой узел плазмотрона

 

Изобретение относится к плазменной обработке материалов, а именно к устройствам для плазменной сварки и резки металлов. Сопловой узел плазмотрона содержит внутренне и наружное сопла. Выходной канал выполнен с сужающейся конусообразной частью в зоне входного отверстия, переходящей в цилиндрическую часть, и расширяющейся к рабочему торцу конической частью в зоне выходного отверстия. Завихритель выполнен в виде образованных сопряженными поверхностями сопл тангенциальных каналов, выходные отверстия которых расположены на конической части в зоне выходного отверстия. Щелевое трубное колесо неразрывно связано с внутренним соплом. На газостатических подшипниках размещено внутреннее сопло. Повышение надежности плазмотрона обеспечивается за счет стабилизации генерируемой плазмы путем ее максимального сжатия и эффективного удаления газа из разрядной камеры. 1 ил.

Изобретение относится к плазменной обработке материалов, а именно к устройствам для плазменной сварки и резки металлов.

Известен сопловой узел плазмотрона с формирующим соплом, внутренняя поверхность которого выполнена в форме конуса, переходящего в цилиндр на выходе из сопла [SU 619310, Н 23 К 10/00, 1978]. Однако в известном сопловом узле плазмотрона ненадежна стабилизация плазмы разряда, что приводит к преждевременному разрушению сопла.

В качестве прототипа выбран сопловой узел плазмотрона, содержащий сопряженные внутреннее и наружное сопла, завихритель в виде тангенциальных каналов на расширяющейся к рабочему торцу конической поверхности в зоне выходного отверстия [SU 1764886, В 23 К 10/00, 1989]. Недостатком известного соплового узла является низкая надежность плазмотрона из-за нестабильности плазмы разряда при недостаточном сжатии и загрязнении плазмы испаряющимся материалом стенки при ее соприкосновении с плазмой.

Задачей изобретения является повышение надежности плазмотрона путем стабилизации генерируемой плазмы за счет ее максимального сжатия и эффективного удаления газа из разрядной камеры.

Указанная задача достигается тем, что в сопловом узле плазмотрона, содержащем внутреннее и наружное сопла, выходной канал, выполненный с сужающейся конусообразной частью в зоне входного отверстия, переходящей в цилиндрическую часть, и расширяющейся к рабочему торцу конической частью в зоне выходного отверстия, завихритель в виде образованных сопряженными поверхностями сопл тангенциальных каналов, выходные отверстия которых расположены на конической части в зоне выходного отверстия, согласно изобретению узел имеет щелевое турбинное колесо, неразрывно связанное с внутренним соплом, и газостатические подшипники, на которых размещено внутреннее сопло.

Предложенная конструкция соплового узла плазмотрона способствует повышению стабилизации плазмы разряда. Максимальное сжатие плазмы обеспечивается за счет радиального перепада давлений при вращении внутреннего сопла на газостатических подшипниках. Повышение эффективности удаления газа из разрядной камеры обеспечивается за счет применения неразрывно связанного с внутренним соплом щелевого турбинного колеса, этим достигается уменьшение загрязнения плазмы испаряющимся материалом стенки при ее соприкосновении с плазмой.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается тем, что сопловой узел плазмотрона имеет щелевое турбинное колесо, неразрывно связанное с внутренним соплом, размещенным на газостатических подшипниках и обладающим возможностью вращения. Это позволяет повысить надежность плазмотрона за счет стабилизации плазмы разряда путем максимального сжатия плазмы и уменьшения проникновения примесей в генерируемую плазму.

На чертеже представлена схема соплового узла плазмотрона. Сопловой узел состоит из внутреннего 1 и наружного 2 сопл. Внутреннее сопло 1 неразрывно связано со щелевым турбинным колесом 6. На внутренней конусной поверхности наружного сопла 2 выполнены тангенциальные каналы 9, выполняющие функцию завихрителя и расположенные так, что продолжение их является касательной к внешней стороне столба дуги. Между цилиндрической частью и сужающейся частью внутреннего сопла 1 находится изолятор 3. Внешнее сопло 2 выполнено в виде гайки, соединяющей корпус плазмотрона (не показан) и удерживающей вращающееся внутреннее сопло 1. Внутреннее сопло 1 размещено на газостатическом подшипнике 4 и упорном газостатическом подшипнике-подпятнике 5.

После подачи плазмообразующего газа и зажигания основной дуги внутреннее сопло 1 приходит во вращательное движение за счет раскруточного турбинного колеса 6. "Холодный" газ по каналам 7 и 8 поступает на газостатический подшипник 4 и подпятник 5, а также по тангенциальным каналам 9 в зону столба дуги на выходе из сопла. В газостатических подшипниках между внутренним соплом 1 и рабочими поверхностями подшипников 4 и 5 образуется прослойка газа, предотвращая соприкосновение движущихся поверхностей, уменьшая трение между ними.

Вращение внутреннего сопла, при котором происходит вихревое течение газа, способствует дополнительному сжатию плазменной дуги в формирующем сопле за счет максимального радиального перепада давлений. В результате этого уменьшается диаметр и конусность плазменной дуги, повышается эффективность ее стабилизации.

Кроме того, наличие щелевого турбинного колеса способствует повышению эффективности удаления газа из разрядной камеры.

Формула изобретения

Сопловой узел плазмотрона, содержащий внутреннее и наружное сопла, выходной канал, выполненный с сужающейся конусообразной частью в зоне входного отверстия, переходящей в цилиндрическую часть, и расширяющейся к рабочему торцу конической частью в зоне выходного отверстия, завихритель в виде образованных сопряженными поверхностями сопл тангенциальных каналов, выходные отверстия которых расположены на конической части в зоне выходного отверстия, отличающийся тем, что узел имеет щелевое турбинное колесо, неразрывно связанное с внутренним соплом, и газостатические подшипники, на которых размещено внутреннее сопло.

РИСУНКИ

Рисунок 1