CZ2013950A3 - Kapalinová soustava plazmatronu s kapalinovou stabilizací oblouku - Google Patents

Abstract

Řešení se týká kapalinové soustavy plazmatronu (1) s kapalinou stabilizovaným obloukem, která má podtlakový zásobník (2) stabilizační kapaliny s čidlem (14) hladiny kapaliny, ke kterému je připojená vývěva (3), ze kterého vystupuje napájecí potrubí (11) osazené čerpadlem (4) pro přívod stabilizační kapaliny do tangenciálně uspořádaných vstupních trysek vírových sekcí (9) stabilizační komory (10) plazmatronu (1) a do kterého ústí odsávací potrubí (12) připojené k odsávacím štěrbinám (18) plazmatronu (1), přičemž čidlo (14) hladiny v zásobníku (2) je připojené k řídícímu obvodu (17) pro ovládání regulačního ventilu (15) uspořádaného v potrubí spojujícím zásobník (2) s doplňovací nádrží (16) stabilizační kapaliny, zatímco plynová část zásobníku (2) je osazená čidlem (6) tlaku, které je připojené k regulačnímu obvodu (7) pro ovládání regulovaného přisávacího ventilu (5) vzduchu, jehož výstup ústí do plynové části podtlakového zásobníku (2).

Description

Kapalinová soustava plazmatronu s kapalinovou stabilizaci oblouku

Oblast techniky

Předložený vynález se týká kapalinové soustavy plazmatronu s kapalinovou stabilizací oblouku, která má zásobník stabilizační kapaliny s čidlem hladiny kapaliny a vývěvou připojenou k jeho plynovému prostoru, ze kterého vystupuje napájecí potrubí stabilizační kapaliny osazené čerpadlem pro přívod stabilizační kapaliny do tangenciálně uspořádaných vstupních trysek vírových sekcí stabilizační komory plazmatronu a do kterého ústí odsávací potrubí připojené k odsávacím štěrbinám stabilizační komory plazmatronu.

Dosavadní stav techniky

Vedle běžně používaných plazmatronu se stabilizací oblouku proudícím plynem jsou pro některé plazmové technologie, zejména pro plazmové nástřiky materiálů a zplynování organických látek, používány plazmatrony se stabilizací oblouku kapalinou. V dosud užívaných provedeních se jako stabilizační kapalina používá voda. Tento unikátní typ plazmatronu vykazuje v některých aplikacích extrémní vlastnosti, které souvisejí s vysokými teplotami, hustotami energie a rychlostmi plazmatu generovaného ve vodou stabilizovaném oblouku, které jsou u jiných typů plazmatronu nedosažitelné. U plazmatronů stabilizovaných kapalinou je oblouk hořící mezi elektrodami stabilizován kontaktem s vnitřní stěnou víru kapaliny, který je vytvořený ve stabilizační komoře s angenciálním vstřikem kapaliny. U dosud známých řešení je stabilizační kapalina přiváděna do trysek plazmatronu kapalinovým systémem s vysokotlakým čerpadlem, které vytváří na vstupu do trysek vysoký tlak. Stabilizační kapalina je odsávána v jednom nebo několika místech podél stabilizačního kanálu, viz publikace Hrabovsky M, et al., Trans. on Plasma Scůmo) 34 (006), 1566; M. Hrabovský, Para and Appl Cém. 74 (2002), 429; Hrabovský M., et al., ÍPEE Trans, on

Plasma. Scítnet 25 (1997), 833; Hrabovský M., Port & AppUtd Cbnmistry 70 (1998), 1157. Z odsávacích štěrbin plazmatronu je kapalina odsávána čerpadlem zařazeným v obvodu kapaliny za plazmatron. Toto čerpadlo vrací kapalinu do otevřené zásobní nádrže kapalinového okruhu.

Základním problémem kapalinou stabilizovaných plazmatronů je stabilita vodního stabilizačního víru, která určuje stabilitu generovaného proudu plazmatu. V čs. patentu & 232421 je popsáno několik řešení systému přepážek, které mají zajistit stabilní vír kapaliny a tím stabilní hoření oblouku a požadované parametry generovaného proudu plazmatu. Pro zlepšení vlastností stabilizačího víru kapaliny bylo v patentu US 3^712^996 navrženo řešení, ve kterém je rozvod kapaliny do sekcí kontrolován řízenými ventily. Stabilizační systém plazmatronu a uspořádání vírových komor a odsávacích štěrbin se zlepšenou stabilitou víru je navrženo v čs. patentu 283616. Tento patent zároveň popisuje řešení s oddělenou katodovou komorou s ochrannou atmosférou plynu zajišťujícího ochranu katody před atmosférou s obsahem kyslíku, která je vytvořená ve stabilizačním kanálu a která vede k silné erozi a ubývání katody. Ve zveřejněné české přihlášce vynálezu A PV 20101002 je popsané uspořádání plazmatronu a elektrický obvod pro zapalování výboje pomocným elektrickým obloukem, které odstraňuje dosud používané zapalování explozí drátku. Uspořádání anodové části vodou stabilizovaného plazmatronu je popsáno v čs. patentu N 296184.

Stabilita vodního víru ve stabilizační komoře je silně ovlivněna tlaky na vstupu a výstupu plazmatronu. Zatímco stabilita tlaku na vstupu plazmatronu před vstupními tryskami stabilizací komory je snadno udržována stabilitou

funkce vysokotlakého čerpadla kapalinového obvodu, podléhá tlak na výstupu plazmatronu u všech dosavadních řešeni silným fluktuacím. Příčinou těchto fluktuací je přerušení kapalinového obvodu ve stabilizační komoře plazmatronu. Kapalina je zde v přímém kontaktu s plazmatem obloukového výboje hořícího ve středu víru kapaliny. Do odsávacích štěrbin, ve kterých je nízý tlak pro odsávání kapaliny ze stabilizační komory vytvářený odsávacím čerpadlem zařazeným v obvodu kapaliny za výstup plazmatronu, se kromě vody odsávají i produkty vznikající ochlazením plazmatu, to znamená plyny, což jsou v případě plazmatronu stabilizovaných vodou vodík a kyslík, a při startu plazmatronu i atmosférický vzduch. Přítomnost plynů v odsávané kapalině vede k nestabilitě funkce čerpadla odsávajícího kapalinu. To způsobuje fluktuace tlaku na výstupu plazmatronu, které vedou k nestabilitě víru a vstřikům kapek kapaliny do plazmatu. Zejména změny rozměrů stabilizačního víru a vstřik kapek do plazmatu způsobují velké fluktuace vlastností proudu plazmatu vytvářeného v plazmatronu, které jsou dosud pro vodou stabilizované plazmatrony typické a silně ovlivňují rozsah jejich aplikací v plazmových technologiích. Vlastnosti a stabilita generovaného proudu plazmatu mohou být tímto mechanismem silně ovlivněny a užitné vlastnosti plazmatronu v plazmových technologiích tak podstatně zhoršeny.

Úkolem předloženého vynálezu je tedy výše popsané nedostatky stávajících plazmatronu s kapalinovou stabilizací oblouku odstranit a navrhnout takovou kapalinovou soustavu, která by stabilitu generovaného proudu plazmatu zajišťovala.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody a nedostatky dosud používaných řešení vodního okruhu kapalinou stabilizovaých plazmatronů odstraňuje a vytčený úkol řeší kapalinová soustava

plazmatronu s kapalinovou stabilizaci obouku podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že čidlo hladiny v podtlakovém zásobníku je připojené k řídícímu obvodu pro ovládání regulačního ventilu vřazeného do potrubí nádrží podtlakový zásobník s doplňovací kapaliny, přičemž plynová část podtlakového čidlem tlaku, které je připojené spojujícího stabilizační osazená zásobníku je k regulačnímu obvodu pro ovládání regulovaného přisávacího ventilu vzduchu, jehož výstup ústí do plynové části podtlakového zásobníku.

Voda nebo jiná stabilizační kapalina pro stabilizaci oblouku v plazmatronu je obsažená v uzavřeném zásobníku, ve kterém je udržována konstantní hladina kapaliny, nad kterou je dostatečný objem vzduchu pro stabilizaci tlaku v zásobníku. Čerpadlem je stabilizační kapalina vháněna do vstupních trysek stabilizační komory plazmatronu. Ve stabilizační konoře plazmatronu je známým způsobem vytvořen vodní vír. Ve středu víru se nachází plazma vytvořené z vypařené kapaliny a případně z plynu dodávaného do stabilizační komory. Výstup stabilizační kapaliny je připojený na zásobník, s výhodou do jeho části s plynem. Zásobník se stabilizační kapalinou je propojený s vývěvou, která udržuje v zásobníku snížený tlak. Čidlo tlaku v zásobníku je připojeno na řídící obvod regulačního ventilu. Ventil řidl přisávání vzduchu z okolní atmosféry tak, aby v zásobníku byl udržován konstantní snížený tlak. Hodnota regulovaného tlaku je nastavena pro optimální funkci plazmatronu. Vlivem sníženého tlaku v zásobníku je do zásobníku nasávána z odsávacích štěrbin plazmatronu směs vody a plynných produktů interakce plazmatu se stabilizačním vírem kapaliny, případně i plynu dodávaného do stabilizační komory plazmatronu nebo přisátého z okolní atmosféry. Stabilizace výstupního tlaku z plazmatronu při odsávání této

směsi je zajištěna stabilizaci tlaku v zásobníku, ve kterém je udržován dostatečný objem plynu nad hladinou kapaliny.

Řešení podle vynálezu umožňuje stabilizaci tlaku stabilizační kapaliny na výstupu z odsávacích štěrbin plazmatronu a tím stabilzaci a snadnější kontrolu parametrů generovaného proudu plazmatu, na němž velmi silně závisí stabilní funkce plazmatronu, která je rozhodující pro rozsah možností využití kapalinou stabilizovaných plazmatronů v plazmových technologiích.

snem' výficaů.

/Rřonled eferážků fta vykree-e^f

Vynález bude v dalším blíže objasněn na popisu jednoho příkladu provedení znázorněného schematicky na připojeném vyobrazení kapalinové soustavy plazmatronu podle vynálezu.

PříkladApJÍQvceteŤŤj vynálezu

Podle obr. 1 je plazmatron _1 zapojený do okruhu s uzavřeným zásobníkem 2 stabilizační kapaliny a čerpadlem _4. V zásobníku 2 se udržuje podtlak vývěvou 2- Hodnota tlaku v zásobníku 2 se snímá čidlem 6 tlaku a j^e regulována přisáváním vzduchu z okolní atmosféry regulováni ventilem 5, řízený regulačním obvodem ]_ podle tlaku měřeného tlaku. Hladina kapaliny v uzavřeném zásobníku 2_ je udržována na potřebné výši regulovaným kapalinovým který čidlem měřena je obvodem s čidlem 14 hladiny spojeným s regulačním ventilem 15, doplňovací nádrží 16 kapaliny a řídicím obvodem 17.

Napájecím potrubím 11 je stabilizační kapalina přiváděna do stabilizační komory 10 plazmatronu jL ze zásobníku 2 činností čerpadla £, které vytváří dostatečný tlak pro vznik stabilizačního víru kapaliny ve vírových sekcích 9 stabilizační komory 10. V ose víru kapaliny se nachází a plazma vytvořený z vypařené stabilizační kapaliny a případně ze zapalovacího a ochranného plynu 13 katody dodávaného do plazmatronu 1. Odsávací štěrbiny 18 stabilizační komory 10 jsou přes odsávací potrubí 12 kapalinové soustavy plazmatronu 1 připojené k uzavřenému zásobníku 2. v oblasti nad hladinou 8 stabilizační kapaliny.

Činnost kapalinové soustavy plazmatronu byla popsána v souvislosti s výhodami řešení uvedenými vpředu za podstatou vynálezu.

Průmyslová vyučitelnost

Kapalinová soustava podle vynálezu je vhodná pro plazmatrony s kapalinovou stabilizovaným obloukem případně pro plazmatrony s kombinovanou stabilizací oblouku vodním vírem a proudem plynu, které jsou využitelné pro generování proudu termického plazmatu s extrémními parametry, zejména vysokou teplotou a pro různé ochranných entalpií resp. energetickým obsahem, rychlostí. Takto generované plazma je plazmové technologie, především pro vrstev plazmovým stříkáním, dále pro vysokou využíváno vytváření plazmové řezání, pro rozklad a likvidaci chemicky stálých škodlivých látek a pro zplynování organických látek a biomasy a produkci syntetického plynu. Popsané řešení dovoluje podstatně zkvalitnit vlastnosti generovaného proudu plazmatu a rozšiřuje možnosti aplikací kapalinou stabilizovaných plazmatronů v plazmových technologiích.

Seznam použitých vztahových značek

- plazmatron

- zásobník

- vývěva

- čerpadlo

- regulovaný ventil

- čidlo tlaku

- regulační obvod

- hladina (stabilizační kapaliny)

- vírová sekce

- stabilizační komora

- napájecí potrubí

- odsávací potrubí

- ochranný plyn katody

- čidlo hladiny

- regulační ventil

- doplňovací nádrž

- řídicí obvod

- odsávací štěrbina

Claims (1)

1. Kapalinová soustava plazmatronu (1) s kapalinou stabilizovaným obloukem, která zahrnuje zásobník (2) stabilizační kapaliny s čidlem (14) hladiny kapaliny, k jehož plynovému prostoru je připojená vývěva (3), ze kterého vystupuje napájecí potrubí (11) stabilizační kapaliny osazené čerpadlem (4) pro přívod stabilizační kapaliny do tangenciálně uspořádaných vstupních trysek vírových sekcí (9) stabilizační komory (10) plazmatronu (1) a do kterého ústi odsávací potrubí (12) připojené k odsávacím štěrbinám (18) plazmatronu (1), vyznačující se t i m, že čidlo (14) hladiny v podtlakovém zásobníku (2) je připojené k řídicímu obvodu (17) pro ovládání regulačního ventilu (15) vřazeného do potrubí spojujícího podtlakový zásobník (2) s doplňovací nádrží (16) stabilizační kapaliny, přičemž plynová část podtlakového zásobníku (2) je osazená čidlem (6) tlaku, které je připojené k regulačnímu obvodu (7) pro ovládání regulovaného přisávacího ventilu (5) vzduchu, jehož výstup ústí do plynové části podtlakového zásobníku (2).