CZ301644B6 - Plazmový obloukový horák a zpusoby prodloužení životnosti spotrebních soucástí plazmového obloukového horáku - Google Patents

Abstract

Plazmový obloukový horák a zpusob prodloužení životnosti spotrebních soucástí plazmového obloukového horáku vcetne elektrody (37), špicky (131) a ochranného krytu (137). Uvedený zpusob zahrnuje zajištení turbulence plynu pri jeho proudení po volném povrchu elektrody (37), špicky (131) a ochranného krytu (137), aby se tak zvýšila turbulence v hydrodynamické hranicní vrstve plynového proudu, címž se zvyšuje prestup tepla konvekcí. Výsledkem zvýšeného chlazení je zlepšení životnosti spotrebních soucástí. Napríklad, aby se zvýšila turbulence proudu plynu po vnejším povrchu elektrody, elektroda plazmového obloukového horáku má zdrsnený vnejší povrch nebo vnejší povrch tvarovaný pomocí dulku, axiálne probíhajících drážek (63) nebo spirálovitých drážek, vytvorených ve vnejším povrchu elektrody (37). Vnitrní a vnejší povrch špicky (131) a vnitrní povrch ochranného krytu (137) jsou tvarovány podobným zpusobem.

Description

Plazmový obloukový hořák a způsoby prodloužení životností spotřebních součástí plazmového obloukového hořáku

Oblast techniky

Vynález se obecné týká plazmových obloukových hořáků a zvláště pak spotřebních součástí používaných u uvedených plazmových obloukových hořáků a způsobů, jak prodloužit životnost takovýchto spotřebních součástí.

Dosavadní stav techniky

Plazmové obloukové hořáky, rovněž známé jako elektrické obloukové hořáky, se běžně používají k řezání a svařování kovových součástí a to tím způsobem, že se plazma skládající se z ionizovaných částic plynu nasměruje na danou součást. LI typického plazmového hořáku se přivádí plyn, který má být ionizován, do dolního konce hořáku a dříve než vystoupí otvorem v hořáku, musí protéci kolem elektrody. Elektroda, která je odtavná, má poměrně záporný potenciál a funguje jako katoda. Špička hořáku (tryska) obklopuje elektrodu na dolním konci hořáku v určitém pro20 storovém vztahu s elektrodou a vytváří tak anodu s relativně pozitivním potenciálem. Plyn, který má být ionizován, typicky protéká komorou vytvořenou mezi touto elektrodou a špičkou zpravidla vířivým nebo spirálovitým způsobem. Přiloží—li se na tuto elektrodu dostatečně vysoké napětí, přes mezeru mezi elektrodou a Špičkou nutně přeskočí elektrický oblouk, čímž se plyn ohřívá aje tak nutně ionizován. Ionizovaný plyn je potom z této mezery vyfouknut ven z hořáku a jeví se jako oblouk, který se táhne směrem ven ze špičky. Při pohybu hlavy nebo dolního konce hořáku do blízkosti zpracovávané součásti oblouk přeskočí nebo se přenese ze Špičky hořáku na součást, jelikož impedance součásti vůči zemi je nižší než impedance špičky hořáku k zemi. V době, kdy je tento „přenesený oblouk“ v provozu, jako anoda slouží zpracovávaná součást samotná. Na těle hořáku je typicky upevněn přes špičku hořáku a elektrodu ochranný kryt, který sestavu hořáku doplňuje.

Mimo elektrody jsou během opětovného provozu hořáku typicky spotřebovávány další části plazmového obloukového hořáku, a to včetně špičky hořáku a ochranného krytu kolem špičky. Tyto spotřební součásti jsou spotřebovávány v důsledku ničivého účinku vysokých teplot okolního prostředí a k prodloužení životnosti spotřebních součástí je nanejvýš důležité efektivně řídit teploty, které se uvnitř a na uvedených součástech vyvíjejí. Na příklad teplo je generováno v těle elektrody především vzájemným působením zahřáté plazmy na jejím čele. Přídavné teplo se vyvíjí v těle elektrody ohmickým ohřevem vyvolaným protékajícím proudem. Veškeré toto teplo akumulované v elektrodě musí být odvedeno tělem elektrody do nějakého chladicího zařízení.

Je známo, že k tomuto účelu slouží kapalinou chlazený plazmový obloukový hořák, u něhož je elektroda chlazena především plazmotvomým plynem, který víří vysokou rychlostí plazmovou komorou vytvořenou mezerou mezi elektrodou a špičkou. Plazmotvomý plyn je směrován přes vnější povrch elektrody, načež je ionizován a vystupuje otvorem ve Špičce. Podobné poměry se vyskytují i u špičky hořáku a u ochranného krytu plazmového obloukového hořáku. Teplo vyvinuté ve špičce a v ochranném krytu je konvekcí odváděno do plazmotvomého plynu, který protéká po vnitřní straně špičky a rovněž konvekcí do sekundárního plynu, který protéká po vnější straně špičky. Je dobře známo, že chlazení špičky a elektrody během provozu hořáku životnost těchto součástí zlepšuje.

Přestup tepla konvekcí (tj. chlazení), o kterém se zde pojednává, je způsob odvádění tepla, pri němž je teplo z určitého tělesa převáděno do kapaliny protékající po povrchu tohoto tělesa. Účinnost chladicí kapaliny tekoucí po povrchu se označuje jako koeficient přestupu tepla konvekcí A, který je ovlivňován rychlostí průtoku kapaliny, turbulencí průtoku kapaliny, fyzikálními vlast55 nosttni této kapaliny a vzájemným působením s geometrií povrchu. Při každém způsobu chlazení

-1CZ 301644 B6 konvekcí je důsledkem vzájemného působení kapaliny a povrchu vznik určitého pásma v kapalině přiléhající k povrchu, kterým se mění rychlost toku od nuly na povrchu k určité konečné hodnotě, jež je spojována s hlavním proudem kapaliny v blízkosti středu průchodu kapaliny. Toto pásmo je známé jako hydrodynamická hraniční vrstva. Jak je znázorněno na obr. 13, u plně rozvi5 nutého turbulentního proudění se tato hydrodynamická vrstva skládá ze tří podvrstev: laminámí pod vrstvy sousedící s povrchem, střední oddělovací vrstvy a turbulentní vnější vrstvy. Přenos tepla přes laminámí podvrstvu je ovládán vedením tepla, zatímco přenos tepla ve střední oddělovací vrstvě a turbulentní vnější vrstvě je podstatně zvyšován konvekčními vířivými pohyby v těchto vrstvách. Celkový účinek potom spočívá v tom, že přenos tepla od povrchu, jenž má být io chlazen, je podstatně zvyšován přítomností turbulence v hraniční vrstvě. Účinným prostředkem ke zvyšování přestupu tepla konvekcí je tudíž zvyšování turbulence a promíchávání v hraniční vrstvě, a to buď zvyšováním rychlosti proudění nebo podporou promíchávání nebo turbulence v hraniční vrstvě, tak jak je znázorněno na obr. 14.

Podstata vynálezu

Účel a charakteristické znaky tohoto vynálezu zahrnují zajištění plazmového obloukového hořáku, který zvyšuje konvekční chlazení spotřebních částí hořáku; zajištění takového hořáku, u kte20 rého je prodloužena životnost spotřebních součástí; a zajištění takového horáku, u kterého je možno bezzávitově rychle spojit/rozpojit elektrodu a katodu tohoto hořáku.

K dalším zvláštním účelům a charakteristickým znakům tohoto vynálezu patří zajištění způsobu, pomocí kterého je možno prodloužit životnost spotřebních součástí plazmového obloukového hořáku; a zajištění takového způsobu, kterým se zvýší konvekční chlazení spotřebních součástí tohoto horáku.

Další účely a charakteristické znaky budou zčásti zřejmé a zčásti budou uvedeny níže v textu.

Obecně plazmový obloukový hořák podle tohoto vynálezu zahrnuje katodu a elektrodu, která je elektricky spojena s katodou. Špička hořáku (tryska) obklopuje část elektrody v určitém prostorovém vztahu s elektrodou, aby se tak vymezil plynový kanálek. Plynový kanálek vytváří fluidní spojení se zdrojem pracovního plynu, aby se přijímal pracovní plyn do plynového kanálku, takže pracovní plyn potom v plynovém kanálku víří kolem vnějšího povrchu elektrody. Špička má střední výstupní otvor, který je s plynovým kanálkem ve fluidním spojeni. Vnější povrch elektrody je tvarován, aby podporoval turbulenci pracovního plynu protékajícího po vnějším povrchu elektrody, takže pracovní plyn v plynovém kanálku víří, čímž se podporuje konvekční chlazení elektrody.

V další realizaci zahrnuje plazmový hořák podle tohoto vynálezu katodu a elektrodu, která je elektricky spojena s katodou. Špička horáku obklopuje část elektrody v určitém prostorovém vztahu s touto elektrodou, aby se tak vymezil kanálek primárního plynu. Kanálek primárního plynu pak vytváří fluidní spojení se zdrojem primárního pracovního plynu, aby se přijímal primární pracovní plyn do plynového kanálku, takže primární pracovní plyn protéká v plynovém kanálku po vnitřním povrchu špičky. Špička má střední výstupní otvor, jenž je s plynovým kanálkem ve fluidním spojení. Vnitřní povrch špičky je tvarován, aby podporoval turbulenci pracovního plynu protékajícího plynovým kanálkem po vnitřním povrchu špičky, čímž se podporuje konvekční chlazení špičky.

V další realizaci zahrnuje plazmový hořák podle tohoto vynálezu katodu a elektrodu, která je elektricky spojena s katodou. Špička hořáku obklopuje část elektrody v určitém prostorovém vztahu s touto elektrodou, aby se tak vymezil kanálek primárního plynu. Kanálek primárního plynu pak vytváří fluidní spojení se zdrojem primárního pracovního plynu pro příjem primárního pracovního plynu do plynového kanálku. Špička má střední výstupní otvor, jenž je s plynovým kanálkem v fluidním spojení. Ochranný kryt obklopuje Špičku v určitém prostorovém vztahu

-2vz junm do s vnějším povrchem této špičky, aby se tak vymezil kanálek sekundárního plynu pro směrování plynu hořákem po vnějším povrchu špičky. Ochranný kryt má v sobě alespoň jeden otvor pro vypouštění plynu v kanálku sekundárního plynu z horáku. Vnější povrch špičky je tvarován, aby se podpořila turbulence plynu protékajícího kanálkem sekundárního plynu po vnějším povrchu špičky a zvýšilo se tak konvekční chlazení špičky.

Jiný plazmový obloukový hořák podle tohoto vynálezu zahrnuje zpravidla katodu a elektrodu, která je elektricky spojena s katodou. Špička hořáku obklopuje část elektrody v určitém prostorovém vztahu s touto elektrodou, aby se tak vymezil kanálek primárního plynu. Kanálek primámí10 ho plynu vytváří fluidní spojení se zdrojem primárního pracovního plynu pro příjem primárního pracovního plynu do plynového kanálku. Špička má střední výstupní otvor, jenž je s plynovým kanálkem ve fluidním spojení. Ochranný kryt obklopuje špičku v určitém prostorovém vztahu s touto špičkou, aby se tak vymezil kanálek plynu pro směrování plynu hořákem po vnitřním povrchu ochranného krytu. Ochranný kryt má v sobě alespoň jeden otvor pro vypouštění plynu z kanálku sekundárního plynu z hořáku. Vnitřní povrch ochranného krytu je tvarován, aby se podpořila turbulence plynu protékajícího kanálkem sekundárního plynu po vnitřním povrchu ochranného krytu a podpořilo se tak konvekční chlazení ochranného krytu.

Elektroda podle tohoto vynálezu používaná u plazmového obloukového hořáku typu majícího katodu, plynový kanálek vymezený alespoň částečně elektrodou a špičkou obklopující elektrodu v určitém prostorovém vztahu s touto elektrodou a pracovní plyn protékající plynovým kanálkem zpravidla vířivým pohybem kolem vnějšího povrchu elektrody má zpravidla homí konec upravený pro elektrické připojení ke katodě. Dolní čelní plocha elektrody má v sobě vybrání. Ve vybrání v dolní čelní ploše elektrody je umístěna vložka zhotovená z emisní látky. Podélná část elek25 trody mezi homí čelní plochou a dolní Čelní plochou alespoň částečně vymezuje plynový kanálek, kterým protéká pracovní plyn vířivým pohybem kolem elektrody. Vnější povrch podélné části elektrody je tvarován, aby podporoval turbulenci pracovního plynu vířícího v plynovém kanálku po vnějším povrchu podélné části elektrody.

Špička hořáku podle tohoto vynálezu používaná u plazmového obloukového hořáku typu majícího katodu, kanálek primárního plynu vymezený alespoň částečně elektrodou elektricky spojenou s katodou a Špičku obklopující elektrodu v prostorovém vztahu s touto elektrodou a pracovní plyn protékající kanálkem primárního plynu má zpravidla dolní konec s centrálním výstupním otvorem ve fluidním spojení s kanálkem primárního plynu pro vypouštění pracovního plynu z kanál35 ku primárního plynu. Vnitřní povrch špičky hořáku je vystaven fluidnímu kontaktu s pracovním plynem v kanálku primárního plynu. Vnitřní povrch Špičky je tvarován, aby se podpořila turbulence plynu protékajícího kanálkem primárního plynu po vnitřním povrchu špičky a zvýšilo se tak konvekční chlazení špičky.

V další realizaci tohoto vynálezu zahrnuje špička používaná u plazmového obloukového hořáku podobného výše popsanému hořáku mající navíc ochranný kryt obklopující alespoň částečně tuto špičku v prostorovém vztahu k této špičce a vymezující kanálek sekundárního plynu, kterým protéká pracovní plyn, zpravidla dolní čelní plochu se středovým otvorem ve fluidním spojení s kanálkem primárního plynu pro vypouštění pracovního plynu z kanálku primárního plynu.

Vnější povrch špičky hořáku je vystaven fluidnímu kontaktu s pracovním plynem v kanálku sekundárního plynu. Vnější povrch špičky je tvarován, aby se podpořila turbulence plynu protékajícího kanálkem sekundárního plynu po vnějším povrchu špičky a zvýšilo se tak konvekční chlazení Špičky.

Ochranný kryt podle tohoto vynálezu používaný u plazmového obloukového hořáku typu majícího katodu, kanálek primárního plynu vymezený alespoň částečně elektrodou elektricky spojenou s katodou a špičku obklopující elektrodu v prostorovém vztahu s touto elektrodou a pracovní plyn protékající kanálkem primárního plynu, s ochranným krytem obklopujícím alespoň část špičky v prostorovém vztahu s touto špičkou k vymezení kanálku sekundárního plynu, kterým protéká pracovní plyn, zahrnuje zpravidla dolní čelní plochu s centrálním výstupním otvorem ve fluidním

-3CZ 301644 B6 spojení s kanálkem sekundárního plynu pro vypouštění pracovního plynu z kanálku sekundárního plynu. Vnitrní povrch ochranného krytu je vystaven fluidnímu kontaktu s pracovním plynem v kanálku sekundárního plynu. Vnitřní povrch ochranného krytu je tvarován, aby se podpořila turbulence plynu protékajícího kanálkem sekundárního plynu po vnitřním povrchu ochranného krytu a zvýšilo se tak konvekční chlazení ochranného krytu.

Řada elektrod podle tohoto vynálezu obsahuje zpravidla alespoň dvě výměnné elektrody, přičemž každá elektroda odpovídá jiné úrovni proudu, na které může být hořák provozován. Vnější povrch každé z elektrod je tvarován, aby podporoval turbulenci pracovního plynu protékajícího po vnějším povrchu elektrody a vířícího v plynovém kanálku kolem elektrody. Průřezová plocha tvarovaného vnějšího povrchu každé z elektrod se zvětšuje spolu s tím, jak se snižuje úroveň proudu, na níž může být hořák provozován, aby se tak zmenšila průřezová plocha plynového kanálku spolu s poklesem úrovně proudu.

Sada hořákových špiček podle tohoto vynálezu zpravidla obsahuje alespoň dvě výměnné špičky, přičemž každá špička odpovídá jiné úrovni proudu, na které může být hořák provozován. Středový výstupní otvor těchto špiček se podstatně zmenšuje spolu s tím, jak se snižuje úroveň proudu, na níž může být hořák provozován. Každá špička má vnitřní povrch vymezující vnitřní průřezovou plochu špičky. Vnitřní průřezová plocha špičky se podstatně zvětšuje spolu stím, jak se snižuje úroveň proudu, na které může být hořák provozován.

Zpravidla zahrnuje řada sad elektrod a hořákových špiček podle tohoto vynálezu určité množství sad elektrod a hořákových špiček, přičemž každá sada odpovídá jiné úrovni proudu, na které může být horák provozován. Každá sada obsahuje elektrodu mající vnější povrch tvarovaný tak, aby se podpořila turbulence pracovního plynu protékajícího po vnějším povrchu elektrody při jeho víření kolem elektrody a špičku. Velikost středového otvoru špičky se zmenšuje u každé sady spolu s tím, jak se snižuje úroveň proudu, na které je možno hořák provozovat. Elektroda a špička každé sady jsou vzájemně dimenzovány tak, aby se plocha příčného průřezu plynového kanálku vymezeného mezí nimi zmenšovala u každé sady spolu s tím, jak se snižuje úroveň prou30 du, na které může být hořák provozován.

Způsob podle tohoto vynálezu k prodloužení životnosti elektrody používané u plazmového obloukového hořáku zpravidla zahrnuje nasměrování pracovního plynu plynovým kanálkem vymezeným elektrodou a špičkou obklopující elektrodu k výstupu z hořáku středovým výstupním otvorem ve špičce. Pracovní plyn víří v plynovém kanálku kolem elektrody, protéká po jejím vnějším povrchu a je plynovým kanálkem směrován, aby vymezil hydrodynamickou hraniční vrstvu přiléhající zpravidla k vnějšímu povrchu elektrody. Hraniční vrstva zahrnuje turbulentní vnější vrstvu přiléhající zpravidla k vnějšímu povrchu elektrody, jelikož plyn je směrován plynovým kanálkem, aby zvýšil turbulentní proudění v hraniční vrstvě a podpořil tak konvekční chla40 zení elektrody, čímž se životnost elektrody zlepšuje.

Způsob podle tohoto vynálezu k prodloužení životnosti špičky hořáku zahrnuje zpravidla nasměrování pracovního plynu kanálkem sekundárního plynu hořáku, aby byl z hořáku vypuštěn alespoň jedním otvorem v ochranném krytu. Pracovní plyn protéká po vnějším povrchu špičky hořá45 ku a je směrován přes kanálek sekundárního plynu, aby vymezil hydrodynamickou hraniční vrstvu přiléhající k vnějšímu povrchu špičky hořáku. Hraniční vrstva zahrnuje turbulentní vnější vrstvu. Plynu se dodává turbulence v hydrodynamické hraniční vrstvě přiléhající k vnějšímu povrchu špičky hořáku a je směrován do kanálku sekundárního plynu, aby zvýšil turbulentní tok v hraniční vrstvě a podpořil tak konvekční chlazení špičky hořáku, čímž se životnost špičky hořáku zlep50 šuje.

Způsob podle tohoto vynálezu k prodloužení životnosti ochranného krytu zahrnuje zpravidla usměrňování pracovního plynu kanálkem sekundárního plynu horáku, aby byl z hořáku vypuštěn alespoň jedním otvorem v ochranném krytu. Pracovní plyn protéká po vnitřním povrchu špičky hořáku a je směrován přes kanálek sekundárního plynu, aby vymezil hydrodynamickou hraniční

-4VZj JUlUTt DU vrstvu přiléhající k vnitřnímu povrchu ochranného krytu. Hraniční vrstva zahrnuje turbulentní vnější vrstvu. Plyn víří v hydrodynamické hraniční vrstvě přiléhající k vnitřnímu povrchu ochranného krytu a je směrován do kanálku sekundárního plynu, aby zvýšil turbulentní tok v hraniční vrstvě a podpořil tak konvekční chlazení ochranného krytu, čímž se životnost ochranného krytu zlepšuje.

Způsob podle tohoto vynálezu k prodloužení životnosti špičky elektrody zahrnuje zpravidla úpravu povrchu alespoň jedné elektrody a špičky, aby se tak podpořila turbulence pracovního plynu proudícího uvnitř plynového kanálku po tvarovaném povrchu uvedené alespoň jedné elektrody io a špičky. Tento způsob rovněž zahrnuje změnu úrovně elektrického proudu dodávaného do elektrody. Jeden nebo více následujících parametrů se upravuje v reakci na změnu proudu (1): standardní objemové průtočné množství plynu procházející uvedeným kruhovým plynovým kanálkem a (2) rozměry kruhového plynového kanálku.

Stručný popis výkresů

Na obr. 1 je uveden svislý řez hlavou plazmového hořáku podle tohoto vynálezu, na němž je zobracená celá elektroda;

Obr. 2 uvádí rozložený svislý řez hlavou plazmového hořáku z obr. 1;

Obr. 3 uvádí rozložený perspektivní pohled na hlavu plazmového hořáku z obr. I;

Obr. 4 je řez v rovině přímky 4-4 z obr. 1;

Obr. 5 je rozvinutý svislý řez částí hlavy plazmového hořáku z obr. 1 ukazující příslušné připojovací konce elektrody a katody;

Obr. 6 je svislý řez hlavou plazmového hořáku podle druhé realizace tohoto vynálezu;

Obr. 7 uvádí rozložený svislý řez hlavou plazmového hořáku z obr. 6;

Obr. 8 uvádí rozložený perspektivní pohled na hlavu plazmového hořáku z obr. 6; a

Obr. 9 je rozvinutý svislý řez částí hlavy plazmového hořáku z obr. 6 ukazující příslušné připojovací konce elektrody a katody;

Na obr. 10 a-c jsou uvedeny nárysy různých realizací elektrody plazmového obloukového hořáku 40 z obr. 1 s tvarovaným povrchem elektrody podle tohoto vynálezu;

Na obr. 11 je uveden svislý řez obdobný jako na obr. 1 s tvarovaným . vnějším povrchem špičky podle tohoto vynálezu;

Na obr. 11a je uveden svislý řez podobně jako na obr. 11 s tvarovaným vnitřním povrchem špičky podle tohoto vynálezu namísto vnějšího povrchu špičky;

Na obr. 12 je částečný řez další realizací hlavy plazmového obloukového hořáku podle tohoto vynálezu s vnitřním povrchem ochranného krytu tvarovaným podle tohoto vynálezu;

Na obr. 13 je schematicky znázorněna běžná hydrodynamická hraniční vrstva zahrnující laminární podvrstvu, mezilehlou oddělovací vrstvu a vnější turbulentní vrstvu;

Na obr. 14 je schematicky znázorněna hydrodynamická hraniční vrstva pro proudění po tvarova55 ném povrchu jako je tomu u elektrody z obr. lOa-c; a

-5Na obr. 15 je tabulka s údaji z experimentu dokládající zvýšení životnosti odtavné elektrody podle tohoto vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Na jednotlivých výkresech a zvláště pak na obr. 1 je hlava 31 plazmového hořáku podle tohoto vynálezu. Hlava 31 plazmového hořáku sestává zpravidla z katody 33, která je upevněna k tělu io 35 plazmového hořáku na horním konci hlavy 31 plazmového hořáku, a elektrody 37, která je elektricky spojena s katodou 33. Střední izolátor 39 zhotovený z vhodného elektricky izolačního materiálu jako je polyamidový nebo polyimidový materiál obklopuje podstatnou část jak katody tak i elektrody 37, aby byla katoda a elektroda elektricky izolovány od anody 41, která je obvykle trubkovitého tvaru a obklopuje určitou část izolátoru.

Katoda 33 a elektroda 37 jsou uspořádány takovým způsobem, aby umožňovaly vzájemné teleskopické spojení jedné s druhou na střední podélné ose X plazmového hořáku (všeobecně řečeno, rychle spojitelné/rozpojitelné spojení). Aby bylo možno takovéto spojení zajistit, katoda 33 a elektroda 37 jsou sestrojeny s protilehlými zádržkamí, které jsou zpravidla označovány 43 a 45.

Jak bude popsáno níže v textu, zádržky 43, 45 do sebe vzájemně zapadnou, jakmile se elektroda 37 připojí ke katodě 33, aby se tak zabránilo osovému pohybu elektrody z katody směrujícímu ven.

Katoda 33 má zpravidla trubkovitý tvar a je tvořena hlavou 5L tělem 53 a dolním připojovacím koncem 55, který je upraven pro souosé spojení s elektrodou 37 kolem podélné osy X hořáku. Střední otvor 57 prochází podélně v podstatě po délce katody 33, aby nasměroval pracovní plyn přes katodu. Otvor 59 v hlavě katody 51 je fluidně spojen se zdrojem primárního pracovního plynu (není vyobrazen), aby přijímal pracovní plyn do hlavy 31 hořáku. Dno katody 33 je otevřené, aby se tak odváděl plyn z katody. Katoda 33 je podle znázorněné realizace zhotovena z mosazi, s hlavou 51, tělem 53 a dolním připojovacím koncem 55 katody, který by měl být nejlépe jednotné konstrukce. Rozumí se však, že hlava 51 může být zhotovena odděleně od těla 53 a potom následně upevněna nebo jinak nasazena na tělo katody, aniž by to znamenalo odchýlení mimo rozsah tohoto vynálezu.

S odvoláním na obr. I a 3 má na sobě připojovací konec 55 katody 33 sadu pružných podélně rozmístěných vidlic 61, které jsou vymezovány svislými drážkami 63 v katodě a sahají směrem nahoru ode dna katody. Vidlice 61 mají horní konce 65 nedílně spojeny s tělem 53 katody 33 a volné dolní konce 67, jež jsou radiálně odsazeny směrem ven, takže každá vidlice má horní radiální osazení 69 a dolní radiální osazení 7L Vidlice 61 jsou dostatečně pružné, aby umožnily zpravidla radiální pohyb vidlic mezi normálním, nevychýleným stavem (obr. 2 a 5) a vychýleným stavem (obr. 1), ve kterém jsou vidlice vychýleny směrem ven pryč od sebe navzájem a od střední podélné osy X hořáku, aby se tak zvětšil vnitřní průměr připojovacího konce katody 55 a aby se tak umožnilo vložení elektrody 37 nahoru do katody, tak jak to bude dále popisováno. Radiální pohyb vidlic 61 směřujícímu ven je umožněn prstencovou mezerou 73 vytvořenou mezi připojovacím koncem 61 katody 33 a středním izolátorem 39.

V preferované realizaci zahrnuje zádržka 43 na katodě 33 čepičku 75 z elektricky izolačního materiálu nasazenou na dolní konec 67 každé z vidlic 6L Tak je tedy možno vidět, že se zádržka 43 nachází na připojovacím konci 61 katody 33 pro společný radiální pohyb s vidlicemi mezi nevychýleným a vychýleným stavem. Jak je nejlépe znázorněno na obr. 5, čepička 75 je ve svislém řezu zpravidla ve tvaru písmene J a skládá se z vnější stěny 77, vnitřní stěny 79 a spodní stěny 81, které vymezují vybrání 83 pro odsazený dolní konec 67 vidlice 6L Vnější stěna 77 čepičky 75 a dolní konec 67 vidlice 61 mají spojení na pero a drážku, aby byla čepička na vidlicí pevně uchycena. Je důležité, že tloušťka vnitřní stěny 79 pod dolním radiálním osazením 71 vidlice 61 je větší než Šířka dolního radiálního osazení vidlice, takže určitá část vnitřní stěny

-6VL· JUIUTT L)U vystupuje radiálně směrem dovnitř nad uvedené dolní osazení a vymezuje zpravidla radiální zádržnou plochu 85 zádržky 43 katody. Uvnitř katody 33 v místě nad radiálními zádržnými plochami 85 je umístěna manžeta 87 zhotovená z elektricky nevodivého materiálu, takže určitá část vnitřní stěny této kovové katody je neizolovaná a funguje jako elektrická dotyková plocha 89 pro elektrodu 37. Některá z vnitřních hran 91 dolní části katody, (např. izolačních koncových čepiček 75), má úkos směrem ven, aby se tak zajistila vačková plocha, která může být v záběru s elektrodou 37 při vložení této elektrody do katody, aby se tak inicioval posuv vidlic 61 směrem ven do jejich vychýleného stavu. Velikost zasouvací síly potřebná k vychýlení vidlic 61 může být různá; bylo však zjištěno, že je vhodná axiálně působící síla o hodnotě přibližně 5 liber io (2,268 kg).

Je vhodné, aby se vnitřní průměr Dl (obr. 5) katody 37 u dotykové plochy rovnal přibližně 0,208 palce (0,53 cm); vnitřní průměr D2 katody u izolačního konce čepičky 75 by měl být nejlépe asi 0,188 palce (0,48 cm); a každá radiální zádržná plocha 85 by měla radiálně vyčnívat smě15 rem dovnitř od dotykové plochy o přibližně 0,01 palce (0,03 cm). Rozumí se však, že se mohou tyto rozměry lišit. A rovněž má v preferované realizaci připojovací konec 55 katody 33 čtyři pružné vidlice 61, avšak tento počet může být různý od jedné vidlice až do velkého počtu vidlic, aniž by to znamenalo odchýlení od rozsahu tohoto vynálezu. Mimoto mohou být tvořeny radiální zádržné plochy 85 jinými způsoby, než jsou čepičky 75. Tak např. čepičky 75 mohou být elimi20 novány úplně a zádržné plochy mohou být tvořeny strojně zhotovenými radiálními drážkami nebo vybráními (neuvedeno na obrázku) ve vidlicích 61, nebo jiným způsobem tak, že se vytvoří na vidlicích radiálně dovnitř vystupující plochy (na obrázku neuvedeno).

S odvoláním na obr. 1 a 3 je elektroda 37 zpravidla válcového tvaru a má plný dolní konec 101, homí připojovací konec 105 upravený pro koaxiální teleskopické spojení s dolním připojovacím koncem 55 katody 33 kolem podélné osy X a rozváděči kroužek plynu 103 mezi horním a dolním koncem elektrody. Obvykle je elektroda 37 ve zobrazené realizaci zhotovena z mědi, s vložkou 107 z emisního materiálu (např. hafhía) upevněnou běžným způsobem ve vybrání 109 v dolní části elektrody. Rozváděči kroužek plynu 103 vystupuje radiálně směrem ven v poměru k homí30 mu a dolnímu konci 105, 101 elektrody 37 a vymezuje tak osazení 111 mezi rozváděcím kroužkem plynu a horním připojovacím koncem elektrody. Střední otvor 113 elektrody 37 probíhá podélně horním připojovacím koncem elektrody 105 zpravidla od homí části elektrody směrem dolů do radiálního vyrovnání s rozváděcím kroužkem plynu 103. Rozumí se, že kroužek 103 může být jiný než rozváděči kroužek plynu, může být plný a plyn může být rozváděn jiným způ35 sobem, aniž by to znamenalo odchýlení mimo rozsah tohoto vynálezu.

Střední izolátor 39 má prstencové sedlo 115, které sahá radiálně směrem dovnitř a vymezuje vnitřní průměr tohoto středního izolátoru, který je podstatně menší než vnější průměr rozváděcího kroužku plynu 103, takže osazení 111 vytvořené rozváděcím kroužkem plynu zapadá do prstencového sedla 115, aby se tak omezilo vsunutí elektrody 37 do katody 33 a aby se elektroda axiálně ustavila v hlavě hořáku 3J_. Homí ěást elektrody 37 je otevřená, aby se tak zajistilo plynulé propojení mezi středním otvorem katody 57 a středním otvorem elektrody 113 při koaxiálním propojování elektrody a katody 33. Otvor 117 prochází radiálně rozváděcím kroužkem plynu 103 a je spojen se středovým otvorem 113 v připojovacím konci elektrody 105, aby se tak odtáhl pracovní plyn z katody 37.

S odvoláním na obr. 5 je vnější průměr připojovacího konce elektrody 105 převážně menšího průměru než je vnitřní průměr D2 připojovacího konce 55 katody 33 u izolačních koncových čepiček 75 (např. u zádržky katody 43). Zádržka 45 na elektrodě 37 však má prstencový výstupek

119 vystupující zpravidla radiálně směrem ven z připojovacího konce 105 elektrody, takže vnější průměr připojovacího konce elektrody u zádržky je podstatně větší než průměr vnitřní plochy katody, včetně vnitřních průměrů D2 katody u zádržky katody 43 a Dl u dotykové plochy 89 nad zádržkou katody. Např. připojovací konec elektrody 105 vyobrazené realizace by měl mít nejlépe vnější průměr asi 0,46 cm; a vnější průměr připojovacího konce elektrody u zádržky elektrody 45 by měl být nejlépe 0,58 cm.

-7CZ 301644 Bó

Prstencový výstupek 119 tvořící zádržku elektrody 45 by měl být zaoblen, aby tak poskytl homí vačkovou plochu 121, která se dostává do záběru se zkosenou vnitřní hranou 91. spodní částí katody 33, aby se tak usnadnilo vložení připojovacího konce elektrody 105 do připojovacího kon5 ce katody 55. Na zaobleném výstupku 119 je rovněž dolní radiální zádržná plocha 123, která může být v záběru se zádržnými radiálními plochami 85 zádržky katody 43, aby se tak zabránilo axiálnímu pohybu připojovacího konce elektrody 105 směrem ven z připojovacího konce katody 55. Přepokládá se, že zádržka 45 elektrody může být jiná než prstencová, na příklad dělená, a může být jiná než zaoblená, na příklad čtyřhranná nebo přírubová a stále zůstává v rámci tohoto io vynálezu, pokud má zádržka radiální zádržnou plochu, která může být v záběru s radiálními zádržnými plochami 85 zádržky katody 43, Rovněž se předpokládá, že zádržka může být vytvořena odděleně od elektrody a upevněna nebo jiným způsobem spojena s elektrodou, a rovněž může být pružná a přitom stále zůstává v rámci tohoto vynálezu. Axiální poloha zádržky 45 na připojovacím konci 105 elektrody 37 může být také různá a zůstává v rámci tohoto vynálezu, pokud je délka připojovacího konce elektrody 105 dostatečná, na příklad když osazení 111 rozváděcího kroužku plynu 103 zabírá do prstencového sedla 115 středního izolátoru 39, zádržka elektrody je umístěna v katodě 33 nad zádržkou katody 43 a je elektricky spojena s dotykovou plochou 89 katody.

Jak je uvedeno na obr. 1-3, kovová špička 131, která se běžně označuje jako tiyska, je umístěna v hlavě IL hořáku a obklopuje dolní část elektrody 37 v určitém prostorovém vztahu s ní, aby se tak vymezila mezera tvořící plynový kanálek 133 mezi touto špičkou a elektrodou. Plynový kanálek 133 je dále vymezován trubkovým rozvaděčem plynu 135, kteiý je umístěn podélně mezi špičkou 131 a rozváděcím kroužkem plynu 103 elektrody 37 kolem dolního konce elektrody v radiálním prostorovém vztahu k této elektrodě. Rozváděč plynu 135 reguluje průtok pracovního plynu plynovým kanálkem 133. Špička 131, elektroda 37 a rozvaděč plynu 135 jsou během provozu hořáku upevněny v axiálně fixní poloze pomocí ochranného krytu 137 majícího vnější plášť 139 zhotovený z tepelně izolačního materiálu, jako je na příklad sklolaminát, a kovovou ochrannou vložku 141 upevněnou na vnitřní povrch tohoto pláště. Vnější plášť 139 má vnitřní závity (nejsou vyobrazeny) pro závitové spojení s odpovídajícími vnějšími závity (nejsou vyobrazeny) na těle 35 hořáku.

Dolní konec středního izolátoru 39 je umístěn radiálně od rozvaděče plynu 135 a rozváděcího kroužku plynu 103, aby nasměroval plyn protékající z otvorů 117 v kroužku do komory 143 vymezené středním izolátorem, rozvaděčem plynu, špičkou 131 a ochrannou vložkou 141. Rozvaděč plynu 135 má v sobě nejméně jeden otvor (není vyobrazen) ve fluidním spojení jak s plynovým kanálkem 133, tak i s komorou 143, aby tak mohlo určité množství plynu protékat z komory do plynového kanálku a ven z hořáku přes výstupní otvor 145 ve Špičce a zajistilo se tak vytvoření plazmového oblouku. Ve zobrazené realizaci je pracovní plyn směrován rozvadě40 čem plynu 135, aby protékal plynovým kanálkem ve vířivém nebo spirálovitém směru kolem elektrody 37 (např. obvykle doprava od horního konce k dolnímu konci tohoto plynového kanálku), tak jak je naznačeno šipkou na obr. 1. Zbývající plyn vytéká z komory 143 otvorem 147 v ochranné vložce 141 do kanálku sekundárního plynu 149 vytvořeného mezi vnějším pláštěm ochranného krytu 139 a kovovou vložkou pro výstup z hořáku přes výstupní otvor 151 do ochranného krytu. Ochranný kryt 137, špička 131, rozvaděč plynu 135 a elektroda 37 jsou obvykle označovány za spotřební součásti hořáku, jelikož životnost těchto součástí je typicky podstatně kratší než je životnost samotného hořáku a jako takové vyžadují periodickou výměnu. Provoz plazmového obloukového horáku podle tohoto vynálezu při provádění řezacích a svářečských operací je dobře znám a nebude zde již dále podrobně popisován.

Při sestavování plazmového hořáku podle tohoto vynálezu, např. když je nutno vyměnit tavnou elektrodu 37, se elektroda podle tohoto vynálezu vloží horním připojovacím koncem 105 napřed do hlavy 31 hořáku nahoru pres střední izolátor 39. Při zasouvání připojovacího konce elektrody 105 nahoru přes prstencové sedlo 115 středního izolátoru se dostane vačková plocha 121 zádržky

45 na elektrodě do záběru s vnitřními hranami 9£ izolačních koncových čepiček 75 na dolních

-8LL b7UiVTT LÍW koncích 67 vidlic 6L Vačková plocha 121 zádržky elektrody 45 tlačí vidlice katody 61 směrem ven, aby se přesunula zádržka katody 43 radiálně směrem ven do své vychýlené polohy proti dovnitř směřujícímu naklonění vidlic, čímž se zvětšuje vnitrní průměr D2 připojovacího konce katody 55 u zádržky katody, aby se tak umožnilo další zasouvání připojovacího konce elektrody

105 do katody do polohy, ve které se nachází radiální zádržná plocha 123 zádržky elektrody 45 nad radiálními zádržnými plochami 85 zádržky katody 43.

Jakmile je zádržka elektrody 45 zatlačena směrem nahoru kolem zádržky katody 43, bude zádržka elektrody radiálně vyrovnaná s dotykovou plochou 89 připojovacího konce katody 55 nad io zádržnou plochou 85, kde je vnitřní průměr Dl připojovacího konce katody větší než je vnitřní průměr D2 zádržky katody. Jelikož jsou vidlice katody 61 ve vychýlené poloze, vytvoří vnitřní tlačné síly, které nutí vidlice, aby odskočily nebo se rychle přesunuly směrem dovnitř a posunuly zádržku katody 43 směrem do jejího nevychýleného stavu. Kovová dotyková plocha katody 89 připojovacího konce katody 55 je tlačena proti zádržce elektrody 43, aby tak elektricky spojila katodu 33 a elektrodu 37. Vnitřní pohyb zádržky katody 43 zpravidla osově vyrovná (např. formou překrytí nebo převisu) zádržnou plochu 123 připojovacího konce elektrody 105 se zádržnými plochami 85 připojovacího konce katody 55. Jinými slovy, radiální zádržná plocha elektrody 123 je vyrovnána s radiálními zádržnými plochami katody 85, takže v případě, že se elektroda 37 začne osově vysouvat z katody 33 během montáže nebo demontáže, radiální zádržná plocha elektrody 123 zapadne do radiálních zádržných ploch 85, aby elektroda nemohla vypadnout z hlavy 31 hořáku. Jelikož je vnější průměr D2 připojovacího konce elektrody 105 u zádržky elektrody 43 větší než vnitřní průměr připojovacího konce katody 55 u dotykové plochy 89, vidlice katody 61 zůstanou po propojení elektrody 37 a katody 33 ve vychýleném stavu, aby tak udržovaly působení tlačných sil na vidlice směrem dovnitř proti zádržce elektrody 45 a napo25 mohly tak dobrému elektrickému dotyku mezi katodou a elektrodou.

Montáž se dokončí tím, že se rozvaděč plynu 135 nasadí na elektrodu 37, špička 131 se nasadí na elektrodu, aby dosedla na rozvaděč plynu a ochranný kryt 131 se nasadí na špičku a rozvaděč plynu a našroubováním se upevní na těle hořáku 35, aby se tak axiálně zajistily spotřební součásti ao v hlavě hořáku 3L Po upevnění ochranného krytu 137 na tělo hořáku 35, osazení 111 rozváděcího kroužku plynu 103 elektrody 37 se dostane do záběru s prstencovým sedlem 115 středního izolátoru 39, aby se elektroda správně axiálně ustavila v hlavě plazmového hořáku.

Při rozebírání horáku se ochranný kryt 137 odmontuje z těla hořáku 35 a špička 131 a rozvaděč plynu 135 se vysunou z hořáku. Elektroda 37 se odpojí od katody 33 tahem v axiálním směru směrem ven za dolní konec 101 elektrody, Zádržná plocha 123 elektrody se dostane do záběru se zádržnými plochami 85 zádržky katody 45 a při dostatečné axiální tažné síle zádržná plocha elektrody tlačí na vidlice katody 61 směrem ven, aby se posunula zádržka katody 43 dál směrem do svého vychýleného stavu a umožnilo se tak vytažení připojovacího konce elektrody 105 z při40 pojovacího konce 55 katody 33. Při záběru se zádržnými plochami 85 zádržky katody 43 usnadňuje zaoblená zádržná plocha 123 prstencového výstupku 119 pohyb vidlic 61 směrem ven.

Jak je zobrazeno na obr. 1-5 a popsáno výše, plazmový hořák podle první realizace zahrnuje propojovací katodu 33 a elektrodu 37, kde elektroda je zasunuta do katody. Nebo může mít namísto toho elektroda 37 rozměry a konfiguraci upravené tak, aby katodu 33 obklopovala, přičemž zádržka elektrody 45 bude sahat radiálně směrem dovnitř od připojovacího konce elektrody 105 a zádržka katody 43 bude vystupovat radiálně směrem ven z připojovacího konce katody 55, takže při relativním zásuvném pohybu katody a elektrody budou vidlice katody 61 vychýleny směrem dovnitř.

Na obr. 6 - 9 je zobrazena druhá realizace plazmového hořáku podle tohoto vynálezu, kde elektroda 237 (na rozdíl od katody 33 z první uvedené realizace) má připojovací konec 305 s pružnými podélně umístěnými vidlicemi 36J_. Stejně jak tomu bylo u první realizace tohoto vynálezu popisované výše, hořák podle této druhé realizace má katodu, která je zpravidla uváděna na pozici 233, elektrodu 237, střední izolátor 239, rozvaděč plynu 335, špičku 331 a ochranný kryt

-9CZ 301644 B6

337. Elektroda 237 má tvar umožňující koaxiální zasouvání do katody 233 na podélné ose X hořáku, aby se tak zajistilo spojení s katodou (opět uváděné všeobecně jako bezzavitové rychlé elektrické spojení/rozpojení).

V této druhé realizaci mají střední izolátor 239 a elektroda 237 radiální protilehlé zádržky, označované zpravila pozicemi 243 a 245. Tyto zádržky 243, 245 do sebe při zasouvání elektrody 237 do hlavy hořáku vzájemně zapadají, aby se zabránilo axiálnímu pohybu elektrody vůči střednímu izolátoru směrem ven z hořáku.

io Jak je uvedeno na obr. 6, katoda 233 je v podstatě podobná katodě 33 z první realizace a obsahuje hlavu 251, tělo 253 a dolní připojovací konec 255. Střední otvor 257 je veden podélně v podstatě celou délkou katody 233 a vede pracovní plyn katodou. Připojovací konec 255 katody 233 je zpravidla tuhé konstrukce a je zhotoven z mosazí, nemá elektricky izolační manžetu 87 a koncové čepičky 75 popisované výše ve spojitosti s první realizací. Průměr vnitřní plochy připojovací15 ho konce katody 255 uhýbá směrem ven a vymezuje osazení 256 (obr. 9) k usazení vložky 351 do připojovacího konce. Vložka 351 je zpravidla válcovitého tvaru a má hlavu 351 o velikosti vhodné pro usazení připojovacího konce 255 katody 233 nahoru proti osazení 256 do třecího záběru s vnitřní plochou připojovacího konce katody, aby se tak uvedená vložka zajistila v katodě. Tělo 355 vložky 351 je umístěno směrem dolů od hlavy a má podstatně menší průměr než hlava, takže vnější plocha těla je umístěna radiálně směrem dovnitř od připojovacího konce katody 255. Vnitřní plocha připojovacího konce 255 uhýbá dále směrem ven pod osazení 256 a hlavu 353 vložky 351 a vymezuje dotykovou plochu 289 připojovacího konce katody pro elektrický kontakt s elektrodou. Radiální mezera mezi dotykovou plochou 289 a tělem vložky 351 vymezuje prstencovou mezeru nebo vybrání 357 odpovídající svou velikostí připojovacímu konci elektrody 305 v tomto místě v elektrickém kontaktu s dotykovou plochou 289 připojovacího konce katody 255. Dolní konec 359 těla vložky 351 je zkosen směrem dovnitř a vymezuje vačkovou plochu k zajištění tlaku na připojovací konec elektrody 255, aby tento dosedl do vybrání 357 v elektrickém kontaktu $ dotykovou plochou 289.

Elektroda 237 této druhé realizace je zpravidla válcového tvaru a má plný dolní konec 301, horní připojovací konec 305 upravený pro koaxiální teleskopické zasunutí do připojovacího konce katody 255 a propojení se středním izolátorem 239 kolem podélné osy X a kroužek 303 mezi horním a dolním koncem elektrody. Elektroda 237 ze zobrazené realizace je zhotovena z mědi, s vložkou (není zobrazena aleje podobná jako vložka 107 z první realizace) z emisního materiálu (např. hafnia) upevněnou ve vybrání (nezobrazeno ale podobné jako vybrání 109 z první realizace) na spodní straně elektrody tradičním způsobem. Kroužek 303 ie umístěn radiálně směrem ven vzhledem k hornímu a dolnímu konci 305, 301 elektrody 237, a tak vymezuje osazení 311 mezi kroužkem a horním připojovacím koncem elektrody. Střední otvor 313 je umístěn podélně v horním připojovacím konci 305 elektrody 237 a zpravidla sahá od horní části elektrody dolů do radiálního vyrovnání s kroužkem 303 elektrody. Vršek elektrody 237 je otevřený a při vsunutí elektrody 237 do katody 233 zajišťuje fluidní spojení středního otvoru katody 257 se středním otvorem elektrody 313.

S odvoláním na obr. 6 a 7 má na sobě horní připojovací konec 305 elektrody 237 sadu pružných podélně rozmístěných vidlic 361, které jsou vymezovány svislými drážkami 363 v připojovacím konci elektrody a zpravidla procházejí podél středního otvoru 313 elektrody. Těmito svislými drážkami 363 se rovněž vyfukuje pracovní plyn z připojovacího konce elektrody 305 způsobem, který je v podstatě podobný jako u otvorů 117 rozváděcího kroužku plynu 103 podle první realizace tohoto vynálezu, která je popisována výše. Vidlice 361 mají dolní konce 365, které jsou pev50 ně spojené s kroužkem 303 elektrody 237, a volné horní konce 367. Vidlice 361 jsou dostatečně pružné, aby umožnily obvykle radiální pohyb vidlic mezi normálním, nevychýleným stavem a vychýleným stavem ve kterém jsou vidlice vychýleny směrem dovnitř k sobě navzájem a ke střední podélné ose X hořáku, aby se tak zmenšil průměr připojovacího konce elektrody 305, a aby se umožnilo vložení připojovacího konce elektrody do připojovacího konce katody 255, tak jak to bude popisováno dále.

- 10CZ JU1044 DO

V preferované realizaci má zádržka elektrody 245 radiální výstupek 369, který je nedílnou součástí každé vidlice 361 a vystupuje radiálně směrem ven z volného horního konce 367 každé vidlice. Tak můžeme vidět, že zádržka 245 slouží na připojovacím konci 305 elektrody 237 k zajištění společného radiálního pohybu spolu s vidlicemi 361 mezi nevychýleným a vychýleným stavem. Každý výstupek 369 má v podstatě čtvercový nebo obdélníkový průřez (obr. 9) určující horní plochu 371, dolní plochu radiální zádržky 373 a vnější dotykovou plochu 375 k zajištění elektrického kontaktu s dotykovou plochou 289 připojovacího konce katody 255. Rozumí se však, že tvar zádržky 245 může být odlišný, aniž by to znamenalo odchýlení mimo io rozsah tohoto vynálezu, pokud má tato zádržka dolní radiální zádržnou plochu 373 vybíhající zpravidla radiálně směrem ven z připojovacího konce 305 elektrody 237 a elektroda umožňuje elektrické spojení s katodou 239. V preferované realizaci zahrnuje také připojovací konec 305 elektrody 237 Čtyři pružné vidlice 361, avšak tento počet se může pohybovat od jedné vidlice až k většímu počtu vidlicí, aniž by to znamenalo odchýlení mimo rozsah tohoto vynálezu.

Střední izolátor 239 této druhé realizace zahrnuje prstencové sedlo 315, které sahá radiálně směrem dovnitř na průměr, který je podstatně menší než vnější průměr kroužku elektrody 303, takže osazení 311 vytvořené tímto kroužkem do tohoto prstencového sedla zapadá, aby se tak omezilo vsunutí elektrody 237 do katody 233 a aby se elektroda ustavila axiálně v hlavě hořáku 231.

Zádržka 243 na středním izolátoru 239 ie tvořena prstencovým, radiálně směrem dovnitř vybíhající výstupkem 381, který je umístěn mezí spodní částí katody 239 a prstencovým sedlem 315 středního izolátoru. Jak je na zobrazené realizaci ukázáno, zádržka 243 by měla být umístěna vedle spodní části katody 233. Na dolním konci výstupku 381 je vnitřní průměr středního izolátoru zkosen směrem dovnitř a vytváří tak vačkovou plochu 383, která spouští vychytávání vidlic elektrody 361 směrem dovnitř do jejich vychýleného stavu při vkládání elektrody středním izolátorem 239. Vnitřní průměr středního izolátoru 239 je na horním konci zádržky 243 zkosen zpět směrem ven, aby se tak vytvořila radiální zádržná plocha 385 středního izolátoru ve zpravidla radiálně a axiálně opačném vztahu k zádržné ploše elektrody 373. Zkosená zádržná plocha 385 zádržky středního izolátoru 243 rovněž poskytuje vačkovou plochu k vychýlení vidlic elektrody

361 směrem dovnitř, aby se tak usnadnilo vytažení elektrody 237 z katody 233 pri rozebírání hořáku. Zádržná plocha 385 středního izolátoru 239 by měla být zkosena směrem ven na průměr rovnající se nebo poněkud menší než je vnitřní průměr dotykové plochy 289 připojovacího konce katody 255, aby se tak zajistilo vedení při zasouvání připojovacího konce elektrody 305 do připojovacího konce katody pri montáží elektrody 237 do hořáku.

Jak je možno nejlépe vidět na obr. 9, zádržka elektrody 245 ie průměrově větší než vnitřní průměr dotykové plochy 289 připojovacího konce katody 255, takže po vsunutí elektrody 237 středním izolátorem 239 do připojovacího konce katody, vidlice 261 a zádržka elektrody zůstanou ve vychýleném stavu směrem dovnitř. Vidlice 361 vychýlené směrem dovnitř vytvoří sílu, která tla40 čí na vidlice směrem ven, čímž nutí zádržku elektrody 245, aby se pohybovala směrem ven do elektrického zapojení s dotykovou plochou 289 připojovacího konce katody 255, aby se tak elektroda 237 a katoda 233 elektricky spojily.

Pri sestavování plazmového hořáku podle této druhé realizace se vsune středním izolátorem 239 elektroda 237 do hlavy plazmového hořáku horním připojovacím koncem 305 napřed. Jakmile je připojovací konec elektrody 305 tlačen kolem prstencového sedla 315 středního izolátoru 239, horní plochy 371 radiálních výstupků 369 na vidlicích 361 elektrody 237 se dostanou do záběru se zkosenou dolní vačkovou plochou 383 zádržky středního izolátoru 243. Vačková plocha 383 bude tlačit vidlice elektrody 361 směrem dovnitř proti tendenci vidlic pohybovat se směrem ven, aby se tak zádržka elektrody 245 posunula radiálně směrem dovnitř do své vychýlené polohy, čímž se vnější průměr připojovacího konce elektrody 305 u zádržky elektrody zmenší, aby se tak mohl připojovací konec elektrody vsunout dál středním izolátorem 239 do připojovacího konce katody 255 do polohy, ve níž se radiální zádržné plochy 373 zádržky elektrody 245 budou nacházet nad radiální zádržnou plochou 385 zádržky středního izolátoru 243.

- 11 CZ 301644 B6

Jakmile se zádržka elektrody 245 zatlačí směrem nahoru kolem zádržky středního izolátoru 243 a do připojovacího konce katody 255. zádržka elektrody 243 se radiálně vyrovná s dotykovou plochou 289 připojovacího konce katody 55, kde je vnitřní průměr připojovacího konce katody větší než vnitřní průměr u zádržky středního izolátoru. Vidlice elektrody 361, které jsou ve svém vychýleném stavu, vytvářejí síly působící směrem ven, které vidlice tlačí směrem ven, aby se tak zádržka elektrody 243 přesunula do svého nevychýleného stavu. Vnější dotykové plochy 375 radiálních výstupků vidlic 369 jsou tlačeny směrem ven proti dotykové ploše 289 připojovacího konce katody 289, aby se katoda 233 a elektroda 237 elektricky spojily. Pohyb zádržky elektrody 243 směrem ven zpravidla osově vyrovná (např. ve vztahu překrytí nebo převisu) zádržné plochy ¹⁰ 373 připojovacího konce elektrody 305 se zádržnou plochou 385 středního izolátoru 289. Jinými slovy, radiální zádržné plochy elektrody 373 jsou vyrovnány se zádržnou plochou středního izolátoru 385, takže v případě, že elektroda 237 začne při montáži nebo rozebírání axiálně sklouzávat směrem ven z hlavy hořáku 231, radiální zádržné plochy 373 elektrody se dostanou do záběru se zádržnou plochu 385 středního izolátoru 239, aby tak elektroda z hlavy hořáku 31 nemohla vypadnout.

Jelikož je vnější průměr připojovacího konce elektrody 305 u zádržky 243 větší než vnitřní průměr připojovacího konce katody 255 u dotykové plochy 389, vidlice elektrody 361 zůstanou po vložení elektrody 237 do katody 233 ve vychýlené poloze směrem dovnitř, aby udržely síly tlačí20 cí na zádržku elektrody 245 směrem ven proti dotykové ploše katody a podpořily tak dobrý elektrický kontakt mezi katodou 233 a elektrodou. Tam, kde dojde k malé trvalé deformaci vidlice elektrody 361 směrem dovnitř, nemusí být tlak vidlice směrem ven dostačující k tomu, aby zajistil elektrický kontakt zádržky elektrody 245 s dotykovou plochou katody 289. V takovém případě se homí plocha 371 radiálního výstupku 369 na deformované vidlici 361 dostane při vkládání připojovacího konce elektrody 305 do připojovacího konce katody 255 do záběru se zkoseným dolním koncem 359 těla vložky 355. Zkosený dolní konec 359 poskytuje vačkovou plochu, která tlačí vidlici elektrody 361 směrem ven, čímž přesouvá zádržku elektrody radiálně směrem ven, aby dosedla do vybrání 357 mezi tělem vložky 355 a dotykovou plochou 289, přičemž jsou výstupky vidlice 369 elektricky spojeny s dotykovou plochou.

Montáž se dokončí tak, že rozvaděč plynu 235 se nasadí na elektrodu 237, Špička 231 se nasadí na elektrodu, aby dosedla na uvedený rozvaděč plynu a ochranný kryt 237 se nasadí na uvedenu špičku a rozvaděč plynu a šroubováním se upevní na tělo horáku 235. aby se tak spotřební součásti v hlavě hořáku 231 axiálně upevnily. Při upevňování ochranného krytu 237 k tělu hořáku

235 zapadne osazení 311 kroužku 303 elektrody 237 do prstencového sedla 315 středního izolátoru 239, aby ustavilo elektrodu osově správně v hlavě plazmového hořáku.

Při rozebírání plazmového hořáku se ochranný kryt 237 vyjme z těla hořáku 235 a špička 231 a rozvaděč plynu 235 se z horáku vysunou. Elektroda 237 se axiálním tahem za dolní konec 301 elektrody vyjme z hořáku směrem ven. Zádržné plochy elektrody 373 se dostanou do záběru se zkosenou zádržnou plochou 385 zádržky středního izolátoru 243 a - pokud je axiální tažná síla dostatečná - zkosená zádržná plocha tlačí vidlice elektrody 361 dále směrem dovnitř, aby se zádržka elektrody 245 pohnula dále do svého vychýleného stavu a umožnila tak vytažení připojovacího konce elektrody 305 ze středního izolátoru 239,

Jak je v této druhé realizaci zobrazeno, plazmový hořák podle tohoto vynálezu zahrnuje elektrodu 237 a střední izolátor 239, které mají do sebe vzájemně zapadající zádržky 245, 243, aby se při montáži zabránilo axiálnímu pohybu elektrody směřujícímu ven z hořáku. Rozumí se však, že namísto zádržky 243 vystupující radiálně od středního izolátoru 239 může namísto toho zádržka vystupovat radiálně od vnitřní plochy připojovacího konce katody 255 podobným způsobem, jak bylo popisováno výše u první realizace tohoto vynálezu, aniž by to znamenalo odchýlení mimo rozsah tohoto vynálezu. Elektroda 237 může být také namísto toho dimenzována a konfigurována tak, aby obklopovala katodu 233, přičemž zádržka elektrody 245 by vystupovala radiálně směrem dovnitř od připojovacího konce elektrody 305 a odpovídající zádržka by sahala radiálně směrem

- 12VZJ DO ven od připojovacího konce katody 255, takže vidlice elektrody 361 by byly při relativním teleskopickém pohybu katody a elektrody vychylovány směrem ven.

Odkazujeme nyní na obr. lOa-c, kde má elektroda 37 plazmového obloukového hořáku podle s tohoto vynálezu podle první realizace (obr. 1-5) zdrsněný nebo tvarovaný vnější povrch 76 v podstatě podél celé délce elektrody, který částečně vymezuje (spolu se špičkou elektrody) plynový kanálek 133. Vnější tvarovaný povrch 76 elektrody 37 může být tvořen kruhovými jamkami nebo důlky (uvedenými na pozici 80 na obr. 10a) podobnými těm, které jsou vytvořeny na vnějším obalu golfového míčku, nebo osově probíhajícími drážkami (uvedenými na pozici 82 io na obr. 10b) nebo jednou nebo více spirálovitými drážkami podobnými závitu (uvedenými na pozici 84 na obr. 10c) na vnějším povrchu této elektrody. Axiálně probíhající drážky 82 elektrody na obr. 10b a spirálovité drážky 84 elektrody 37 na obr. 10c jsou dimenzovány a orientovány pro turbulentní pracovní plyn, který víří kolem vnějšího povrchu elektrody v kanálku 133. Na příklad elektroda 37 z obr. 10b má tvarovaný vnější povrchu 76, který je vytvořen asi 12-14 axiálně probíhajícími drážkami 82, které jsou rozmístěny stejnoměrně kolem vnějšího povrchu elektrody, přičemž každá z drážek má hloubku přibližně 0,04 cm. Bylo zjištěno, že vytvoření tvarovaného povrchu s menším počtem hlubších drážek 82 je zpravidla vhodnější než vytvoření tvarovaného povrchu s větším počtem mělčích drážek, jelikož hlubší drážky vykazují vyšší schopnost vířit pracovní plyn proudící po vnějším povrchu elektrody.

Spirálovité drážky 84 tvarovaného povrchu 76 elektrody 37 na obr. 10c mají rovněž hloubku přibližně 0,04 cm. Spirálovité drážky 84 probíhají směrem dolů po vnějším povrchu elektrody 37 napříč nebo proti směru, jímž víří pracovní plyn kolem elektrody v plynovém kanálku 133.

Stoupání každé spirálovité drážky by se mělo rovnat nebo být menší než stoupání plynu vířícího v plynovém kanálku 133, tak aby byla podélná složka každé drážky nejméně tak velká nebo raději větší než je podélná složka plynu vířícího v plynovém kanálku.

Drážky 82, 84 elektrody 37 z obr. 10b, 10c mohou být vytvořeny různými způsoby, jako je vroubkování, lisování nebo obrábění drážek na vnějším povrchu elektrody. Na příklad axiálně probíhající drážky 82 na tvarovaném povrchu 76 elektrody 37 realizace uvedené na obr. 10 se vyrobí nejlépe vroubkováním vnějšího povrchu elektrody. Rozumí se, že tvarovaný vnější povrch 76 může být zhotoven jinak než je uvedeno na obr. lOa-c, aniž by to znamenalo odchýlení mimo rozsah tohoto vynálezu. Rovněž, ačkoliv je zde tvarovaná elektroda 37 podle tohoto vynálezu uváděna a popisována ve spojení s plazmovým obloukovým hořákem podle první realizace (obr. 1 - 5), rozumí se, že tvarovaná elektroda může být používána i u jiných plazmových obloukových hořáků, u kterých je plyn veden plynovým kanálkem 133 zpravidla vířivým způsobem, aniž by to přitom znamenalo odchýlení mimo rozsah tohoto vynálezu.

Podle způsobu uváděného v tomto vynálezu užívaného k prodloužení životnosti spotřebních součástí plazmového obloukového horáku je pracovní plyn směrován tak, aby proudil směrem dolů plynovým kanálkem 133 vířivým pohybem kolem elektrody 37 po tvarovaném povrchu 76 této elektrody. Stejně jak je tomu při každém proudění kapaliny prstencovým kanálkem, na vnějším povrchu 76 elektrody 37 se vytváří hydrodynamická hraniční vrstva (obr. 13). Plyn protékající po tvarovaném povrchu 76 elektrody 37 je v této hraniční vrstvě převracen nebo vířen (obr. 14), aby se zvýšila turbulence v hraniční vrstvě v blízkosti vnějšího povrchu elektrody, čímž se zlepšuje chladicí účinnost tohoto plynu. Bylo zjištěno, že tvarovaný vnější povrch 76 elektrody 37 podporující turbulenci plynu vířícího v plynovém kanálku podstatně prodlužuje životnost elektrody. Zvláště se zjistilo, že u plazmového obloukového hořáku, v němž pracovní plyn protéká plyno50 vým kanálkem 133 vířivým směrem (např. doprava od horního konce do dolního konce plynového kanálku jak je uvedeno na obr. 1), je vhodné vytvořit tvarovaný vnější povrch 76 elektrody 37 takovým způsobem, aby probíhal od vnějšího povrchu této elektrody v odlišném směru než je směr pracovního plynu, jenž kolem této elektrody víří v plynovém kanálku 133. Na příklad axiálně probíhající drážky 82 elektrody 37 na obr. 10b jsou orientovány zpravidla ve směru pohybu hodinových ručiček ke směru víření plynu v plynovém kanálku 133. V dalším příkladě se spirá- 13CZ 301644 B6 lovité drážky 84 elektrody 37 uvedené na obr. 10c točí ve spirále po vnějším povrchu elektrody ve směru otáčení hodinových ruček nebo obráceně (tj. proti směru hodinových ručiček) ke směru plynu vířícího v plynovém kanálku 133.

Rovněž se zjistilo, že za podmínek, které existují uvnitř plynového kanálku 133. konvekční chlazení tvarovaného povrchu 37 a špičky 131 se zpravidla zvyšuje s rychlostí proudění kruhovitým plynovým kanálkem mezi vnějším průměrem elektrody a vnitřním průměrem špičky. Rychlost proudění plynu je zpravidla přímo úměrná objemové průtokové rychlosti plynu v hořáku a zpravidla nepřímo úměrná rozměrům určujícím prstencovitý prostor vytvářející plynový kanálek 133 io mezi Špičkou 131 a elektrodou 37. Aby se tudíž dále prodloužila životnost elektrody (tj. doba využitelnosti nebo provozní životnost elektrody 37 a špičky 131). je možno zvýšit příznivý účinek odvozený od tvarovaného povrchu zvýšením objemových průtokových rychlostí a/nebo zmenšením průtočného průřezu plynového kanálku 133 vymezeného elektrodou a špičkou. Zvýší—li se objemová průtoková rychlost a/nebo sníží—li se průtočný průřez prstencovitého plynového kanálku 133. povede to ke zvýšení objemové průtokové rychlosti plynu proudícího plynovým kanálkem. Průtočný průřez plynového kanálku 133 je možno zmenšit zvětšením vnějšího průměru elektrody (např. zvětšením průřezová plochy vnějšího povrchu elektrody) a/nebo zmenšením vnitřního průměru špičky (např. zmenšením průřezové plochy vnitřního povrchu špičky), aby se zúžila mezera oběma těmito součástmi.

Na příklad je vhodné zmenšit objemovou průtokovou rychlost pro hořák podle tohoto vynálezu spolu s průměrem výstupního otvoru 145 Špičky 131 tak jak se snižuje úroveň proudu, na níž je tento hořák provozován. Jelikož nedochází k odpovídajícím zmenšením průtočného průřezu plynového kanálku 133. průtočná rychlost plynu v plynovém kanálku by se podstatně snížila při nižších objemových průtokových rychlostech, což by mělo zase za následek snížení chlazení spotřebních součástí. Tomuto snížení chlazení je možno předejít použitím tvarované elektrody 37 v kombinaci s vyšší objemovou průtokovou rychlostí nebo lépe zmenšením velikosti průřezové plochy plynového kanálku 133 vymezeného elektrodou a špičkou 131, aby se tak zajistila vyšší průtoková rychlost v plynovém kanálku pro větší chlazení nebo pro oboje. Zjistilo se však, že tam, kde je použita netvarovaná elektroda, zvýšení průtokové rychlosti plynu vířícího uvnitř plynového kanálku 133 zmenšením průřezové plochy plynového kanálku skýtá jen malé nebo žádné prodloužení životnosti netvarované elektrody a může dokonce její životnost zkrátit.

Pokus

Byl realizován pokus, při němž byla provedena řada zkoušek za použití plazmového obloukového hořáku uvedeného na obr. 1 - 5 a popsaného výše. Pro každou zkoušku byl hořák vybaven elektrodou 37 a špičkou 131 a byl provozován na předem stanovené úrovni proudu, jako 80 A nebo 40 A a s předem stanovenou standardní objemovou průtokovou rychlostí odpovídající úrovni proudu, na níž byl hořák provozován, jako 90 standardních krychlových stop/hod (27,43 m/hod) a 50 standardních krychlových stop/hod (15,24 m/hod). Tak jak je zde používána, standardní objemová průtoková rychlost je měřena za pomoci běžného turbínového plynoměru umístěného na výstupu špičky 131 při atmosférickém tlaku a laboratorní teplotě. V souladu s normální konstrukcí plazmového obloukového hořáku byl středový výstupní otvor 145 špičky 131 používaný k provozu hořáku při 80 A (např. asi 0,14 cm) větší než středový výstupní otvor špičky používaní k provozování hořáku při 40 A (např. asi 0,079 cm).

Pro každou zkoušku byl vnější průměr (např. vnější povrch) elektrody 37 a vnitřní průměr (např. vnitřní povrch) špičky 131 vůči sobě vzájemně dimenzován, aby se získala odlišná průřezová plocha plynového kanálku 133 vytvořeného mezi elektrodou a špičkou. Změna průřezové plochy plynového kanálku 133 měla skutečně za následek změnu standardní průtokové rychlosti pracovního plynu vířícího v plynovém kanálku 133 kolem vnějšího povrchu elektrody 37. Standardní průtoková rychlost tak jak je zde používána je výpočtová rychlost získaná dělením standardní objemové průtokové rychlosti průřezovou plochou plynového kanálku. Průřezová plocha plyno55 vého kanálku 133, tak jak je zde používána, je vypočtena na základě nejvzdálenějšího průměru

- 14LZ, OUHHW DO elektrody 37 a neodráží žádnou další vzdálenost mezi touto elektrodou a špičkou 31 vyplývající z drážek 82 vytvořených ve vnějším povrchu této elektrody.

Jedna série zkoušek byla prováděna na proudové úrovni 80 A, přičemž se používaly elektrody 37 mající na svém povrchu osově probíhající drážky 82 a každá z drážek měla hloubku přibližně 0,038 cm. Podobná série zkoušek byla prováděna na proudové úrovní 40 A. Za účelem dalšího zkoumání byla provedena další série zkoušek na proudové úrovni 80 A, při níž se používaly netvarované elektrody a dále byla provedena další série zkoušek na proudové úrovni 80 A, při níž se používaly elektrody (nejsou vyobrazeny) mající drážky (nevyobrazeny) probíhající v podstatě io po obvodu vnějšího povrchu (např. vytvořením závitového vnějšího povrchu s vysokým stoupáním, jako přibližně 7,9 závitů/cm, aby se přibližně podobal obvodově orientovaným drážkám).

Každá zkouška zahrnovala opakovaný provoz hořáku v celém pracovním cyklu včetně spuštění hořáku, zhotovení otvorů ve zpracovávané součásti, odříznutí zpracovávané součásti a uzavření průtoku plynu hořákem. Každý pracovní cyklus trval 11 vteřin. Provoz hořáku se opakoval tak dlouho, dokud nedošlo k závažné poruše elektrody, která měla za následek, že hořák nebyl bez výměny elektrody provozuschopný. Počet pracovních cyklů dokončených do selhání elektrody byl zaznamenáván jako životnost elektrody. Údaje o životnosti uváděné v tabulce na obr. 15 se zakládají na třikrát opakovaném provedení zkoušky a na zprůměrňování těchto údajů o životnos20 ti.

Podle výsledků tohoto pokusu se praktická životnost tvarované elektrody 37 použité v plazmovém obloukovém hořáku provozovaném na úrovni proudu 80 A zpravidla zvyšovala spolu se zvýšením průtočné rychlosti v důsledku zmenšení průřezové plochy plynového kanálku 133 mezi elektrodou a špičkou 131, přičemž se udržovala konstantní úroveň proudu a standardní objemová průtoková rychlost. I když ne stejně zřetelně, zpravidla se také prodloužila i životnost tvarované elektrody 37 použité v hořáku provozovaném na 40 A, pokud se zvýšila standardní průtočná rychlost v důsledku zmenšení průřezové plochy plynového kanálku 133 a udržovala se přitom konstantní proudová úroveň a standardní objemová průtoková rychlost.

Zkušební výsledky však rovněž ukazují, že v případě, kdy je použita v hořáku netvarovaná elektroda, má zvýšení standardní průtočné rychlosti pracovního plynu vířícího v plynovém kanálku 133 malý nebo žádný účinek na životnost této elektrody, nebo se může dokonce její životnost zkrátit, i když se úroveň proudu a standardní objemová průtoková rychlost udržují na konstantní hodnotě. Z toho plyne, že výsledných výhod získaných zvýšením standardní objemové průtokové rychlosti pracovního plynu vířícího v plynovém kanálku (např. zmenšením průřezové plochy plynového kanálku) se dosahuje v kombinaci s použitím tvarované elektrody 37 schopné vyvolávat turbulenci plynou proudícího po vnějším povrchu této elektrody.

Rovněž tam, kde byla v hořáku použita elektroda mající v podstatě obvodové drážky, byla životnost elektrody podstatně kratší než tomu bylo u tvarovaných elektrod 37 zkoušených při podobných standardních průtokových rychlostí a pri stejné úrovni proudu a standardní objemové průtokové rychlosti. U plazmového obloukového hořáku, u kterého pracovní plyn víří v plynovém kanálku kolem elektrody 37 poskytují tudíž podélně probíhající drážky značně vyšší životnost elektrody než v podstatě obvodově orientované drážky.

Srovnáme-li údaje získané při zkouškách, při nichž byl hořák provozován na proudové úrovni 80 A se zkouškami, pri nichž byl hořák provozován na proudové úrovní 40 A, můžeme pozorovat, že standardní průtočná rychlost, a spolu s tím i životnost tvarované elektrody 37, se zvětšo50 vály u hořáku provozovaného na 40 A zmenšením průřezové plochy plynového kanálku 133_ spolu s úrovní proudu a standardní objemovou průtokovou rychlostí. Pokles standardní objemové průtokové rychlosti spojovaný běžně s poklesem úrovně proudu je překonán zmenšením průřezové plochy plynového kanálku 133, aby se udržela v plynovém kanálku standardní průtoková rychlost. Na příklad je vhodné dimenzovat průřezovou plochu plynového kanálku 133 pro danou úroveň proudu, při které je hořák provozován, takže standardní průtočná rychlost plynu v plyno-15CZ 301644 B6 vém kanálku je nejméně přibližně 42,67 m/sec, a ještě lépe nejméně asi 48,77 m/sec a nejlépe nejméně 57,91 m/sec.

Je možno tudíž zajistit podle dalšího aspektu tohoto vynálezu řadu elektrod 37, kde každá elek5 troda bude odpovídat jiné úrovni proudu a bude mít tvarovaný povrch 76, jako jsou na příklad drážky 82 (obr. 10b) probíhající axiálně elektrodou, aby se tak podpořila turbulence pracovního plynu proudícího po vnějším povrchu elektrody, přičemž tento pracovní plyn víří v plynovém kanálku. Zvláště se zvětší vnější průměr (např. vnější povrch), nebo - řečeno všeobecně - zvětší se průřezová plocha elektrody, tak jak se úroveň proudu, na které je hořák provozován, sníží, io Zvětšením průřezové plochy elektrody 37 se odpovídajícím způsobem zmenší průřezová plocha plynového kanálku 133, protože úroveň proudu se snižuje, aby se udržela požadovaná standardní průtoková rychlost v plynovém kanálku.

V jiné realizaci je možno zajistit sadu Špiček 131 pro hořák mající tvarovanou elektrodu 37, která je schopna dodat turbulenci plynu vířícímu v plynovém kanálku 133 kolem vnějšího povrchu elektrody. Každá ze Špiček 131 odpovídá úrovni proudu, na níž může být horák provozován. Zvláště středový výstupní otvor 145 ve špičce se zmenšuje tak jak se snižuje úroveň proudu, na které je hořák provozován. Vnitrní průměr (např. vnitřní povrch) špičky 131 se zmenšuje, takže průřezová plocha plynového kanálku 133 se odpovídajícím způsobem zmenší, tak jak se snižuje úroveň proudu na níž je hořák provozován, aby se udržela požadovaná standardní průtoková rychlost v plynovém kanálku.

V další realizaci je možno zajistit sadu elektrod 37 a špiček 131, přičemž každá sada bude obsahovat jednu elektrodu mající tvarovaný vnější povrch 76 a jednu špičku. Každá sada odpovídá určité úrovni proudu, na které může být hořák provozován. Střední výstupní otvor 145 špičky 131 se zmenšuje spolu s tím, jak se snižuje úroveň proudu, na níž je hořák provozován. Vnější průměr elektrody 37 a vnitrní průměr špičky 131 jsou vůči sobě dimenzovány tak, aby průřezová plocha plynového kanálku 133 se odpovídajícím způsobem zmenšila podle toho, tak jak se snižuje úroveň proudu, na níž je hořák provozován, aby se zpravidla udržela požadovaná standardní průto30 ková rychlost v plynovém kanálku.

Tyto sady jsou tudíž konstruovány takovým způsobem, aby se rozměry plynového kanálku 133 pro každou sadu zmenšovaly, tak jak se bude snižovat úroveň proudu (proudová intenzita). Jestliže se tudíž sníží standardní objemová průtoková rychlost při nižších úrovních proudu, zmen35 šené rozměry plynového kanálku 133 budou mít za následek vyšší standardní průtokovou rychlost v plynovém kanálku k zajištění dobrého chlazení i při nižších standardních objemových průtokových rychlostech. Průřezová plocha prstencového plynového kanálku 133 každé sady se může měnit změnou rozměrů buď elektrody 37 nebo špičky 131 nebo obou, tak aby odpovídala požadované standardní průtokové rychlosti v plynovém kanálku a prodloužila se tak životnost elektrody.

Obr. 11 zobrazuje hlavu 31 hořáku plazmového obloukového hořáku z obr. 1, u níž je vnější povrch 90 špičky hořáku 131 zdrsněn nebo jinak upraven podle tohoto vynálezu. V této realizaci je konvekční chlazení špičky hořáku 131 provedeno nasměrováním toku nevířícího plynu do kanálku sekundárního plynu 149 po tvarovaném vnějším povrchu 90 špičky. Rozumí se však, že plyn v kanálku sekundárního plynu může mít namísto toho vířivý pohyb, aniž by to znamenalo odchýlení mimo rozsah tohoto vynálezu. Upravený vnější povrch 90 špičky 131 může být zpravidla vytvořen soustřednými drážkami 92 v horním povrchu špičky rozmístěnými v určitých vzdálenostech podél tohoto povrchu nebo může mít jednu nebo více spirálovitých drážek (nejsou so vyobrazeny) nasměrovaných ve směru otáčení hodinových ručiček nebo proti směru otáčení hodinových ručiček ve vnějším povrchu špičky, takže jsou tyto drážky orientovány zpravidla napříč vůči plynu proudícímu kanálkem sekundárního plynu 149.

Obr. 1 la zobrazuje hlavu 31 hořáku z obr. 11, u níž je vnitřní povrch 94 špičky hořáku 131 zdrs55 něn nebo jinak upraven podle tohoto vynálezu. V této realizaci je konvekční chlazení špičky

- 16LZ. JU1WW DO hořáku 131 provedeno nasměrováním toku plynu směrem dolů plynovým kanálkem 133 zpravidla vířivým pohybem po upraveném vnitřním povrchu 94 Špičky. Upravený povrch 94 špičky 131 může být vytvořen axiálně probíhajícími drážkami 96 ve vnitřním povrchu špičky, nebo důlky (nejsou znázorněny ajsou podobné důlkům 80 elektrody 37 z obr. 10a) nebo jednou nebo více spirálovitými drážkami (nejsou znázorněny a jsou podobné drážkám 84 v elektrodě 37 z obr. 10c). Takto jsou axiálně probíhající drážky 96 nebo spirálovité drážky orientovány zpravidla napříč ke směru, kterým víří plyn kolem elektrody v plynovém kanálku 133 po vnitřním povrchu špičky.

io Obr. 12 zobrazuje další realizaci hlavy horáku 431 plazmového obloukového hořáku podle tohoto vynálezu. Je to typ hořáku s dvojím plynem, v němž je používán pri provozu hořáku sekundární pracovní plyn odděleně od primárního pracovního plynu. U tohoto horáku primární pracovní plyn vstupuje do hořáku vstupním otvorem 494 a je směrován do a prochází plynovým kanálkem 433 vytvořeným elektrodou 437 a špičkou 531 a poté je odváděn z hořáku středovým výstupním otvorem 566 ve špičce. Hlava hořáku 431 zahrnuje sestavu ochranného krytu 596 obsahující ochranný kryt 539 zpravidla obklopující špičku hořáku 531 v prostorovém vztahu k této špičce, aby se tak částečně vymezil kanálek sekundárního plynu 549. Sestava 596 rovněž zahrnuje záchytku 598 sloužící k upevnění sestavy ochranného krytu k tělesu hořáku 600. Sekundární pracovní plyn přichází do hlavy hořáku 431 přes druhý vstupní otvor 602 a je směrován přes hořák do kanálku sekundárního plynu 549, aby byl odveden středovým výstupním otvorem 551 v ochranném krytu 539.

Jakje uvedeno na obr. 12, vnitřní povrch 604 ochranného krytu 539 je zdrsněn nebo jinak upraven podle tohoto vynálezu. V této zobrazené realizaci je konvekční chlazení ochranného krytu

539 provedeno nasměrováním nevířícího sekundárního pracovního plynu kanálkem sekundárního plynu 549 zpravidla axiálním směrem po vnitřním povrchu 604 ochranného krytu 539. Rozumí se však, že sekundární pracovní plyn může proudit kanálkem sekundárního plynu vířivým pohybem, aniž by to znamenalo odchýlení mimo rozsah tohoto vynálezu. Tvarovaný vnitrní povrch 604 ochranného krytu 539 může být vytvořen soustřednými drážkami 606 v horním povrchu krytu rozmístěnými v určitých vzdálenostech podél tohoto vnitrního povrchu nebo může mít jednu nebo více spirálovitých drážek (nejsou vyobrazeny) nasměrovaných buď ve směru otáčení hodinových ručiček nebo proti směru otáčení hodinových ručiček, takže jsou tyto drážky orientovány zpravidla napříč vůči proudu sekundárního pracovního plynu proudícího kanálkem sekundárního plynu 549.

I když jsou tvarované povrchy spotřebních součástí hořáku zpravidla uváděné a popisované výše jako vytvořené vyhloubením do povrchu spotřebních součásti, rozumí se, že tvarovaný povrch může být vytvořen zvýšením povrchu těchto součástí v podobě hrbolů, žeber a jiných vhodných tvarů na povrchu součásti, aniž by to znamenalo odchýlení mimo rozsah tohoto vynálezu.

Vyobrazené a výše popisované realizace je možno používat v kombinaci jedné s druhou, aby se prodloužila životnost spotřebních součástí plazmového obloukového hořáku. Na příklad se uvažuje, že tvarování protilehlých povrchů vytvářejících prstencový plynový kanálek 133 (např. vnější povrch elektrody 37 a vnitřní povrch špičky 131, nebo vnější povrch špičky a vnitřní povrch ochranného krytu 549) může vytvořit dodatečnou turbulenci v hydrodynamické hraniční vrstvě chladicího plynu, aby se tak zlepšilo konvekční chlazení všech spotřebních součástí.

Vzhledem k výše uvedeným skutečnostem je možno vidět, že bylo dosaženo několika sledovaných cílů tohoto vynálezu a dalších příznivých výsledků.

Jelikož je možno provést u výše uvedených konstrukcí různé změny aniž by to znamenalo odchýlení mimo rozsah tohoto vynálezu, budiž rozuměno, že celý obsah výše uvedených popisů a průvodních výkresů bude interpretován jako ilustrativní a nebude chápán v omezujícím smyslu.

Claims (56)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   5 1. Plazmový hořák, obsahující alespoň dvě spotřební součásti vybrané ze skupiny, která sestává z elektrody (37, 237), špičky (131, 231, 531) a ochranného krytu (137, 337, 539), přičemž sousedními povrchy těchto alespoň dvou spotřebních součástí je vymezen kanálek (133, 149, 549) pro plyn a plyn v kanálku (133, 149, 549) tvoří proud s laminámí hraniční vrstvou pri alespoň jednom z uvedených sousedních povrchů, vyznačující se tím, že alespoň jeden souto sedni povrch je tvarově upraven pro iniciaci víření plynu proudícího v laminámí hraniční vrstvě bez vlivu na profil proudění v oblasti nad laminámí hraniční vrstvou pri vířivém pohybu plynu v kanálku (133, 149, 549); přičemž plyn v laminámí hraniční vrstvě je turbulentně vířen pro podporu konvekčního chlazení uvedených alespoň dvou spotřebních součástí s alespoň jedním sousedním tvarově upraveným povrchem.
2. 2. Plazmový obloukový hořák podle nároku 1, vyznačující se tím, že zahrnuje katodu (33,233) a alespoň dvě spotřební součásti, zahrnující elektrodu (37, 237) elektricky spojenou s katodou (33, 233) a špičku (131, 231, 531) obklopující alespoň podélnou část elektrody (37, 237) s odstupem od ní, přičemž kanálek (133) pro plyn je vymezen vnějším povrchem (76)

   20 elektrody (37, 237) a špičkou (131, 231, 531) a fluidně propojen se zdrojem pracovního plynu pro umožnění vstupu pracovního plynu do kanálku (133), přičemž špička (131, 231, 531) má centrální výstupní hrdlo (145) fluidně propojené s kanálkem (133) a vnější povrch (76) elektrody (37, 237) je tvarově upravený pro zvýšení konvekčního chlazení elektrody (37, 237).

   25
3. 3. Plazmový obloukový hořák podle nároku 2, vyznačující se tím, že standardní rychlost proudění pracovního plynu v kanálku (133) je udržována na hodnotě alespoň 42,7 m/sec.
4. 4. Plazmový obloukový hořák podle nároku 3, vyznačující se tím, že standardní rychlost proudění pracovního plynu v kanálku (133) je udržována na hodnotě alespoň 48,8 m/sec.
5. 5. Plazmový obloukový hořák podle nároku 4, vyznačující se tím, že standardní rychlost proudění pracovního plynu v kanálku (133) je udržována na hodnotě alespoň 57,9 m/sec.
6. 6. Plazmový obloukový hořák podle nároku 2, vyznačující se tím, že mezera mezi

   35 tvarově upraveným vnějším povrchem (76) elektrody (37, 237) a vnitřním povrchem Špičky (131,

   231, 531) vymezuje průřezovou plochu kanálku (133) vytvořeného mezi nimi, přičemž elektroda (37, 237) a špička (131, 231, 531) jsou vůči sobě dimenzovány tak, že průřezová plocha kanálku (133) odpovídá předem určené úrovni proudu, na níž může být daný hořák provozován.

   40
7. 7. Plazmový obloukový hořák podle nároku 6, vyznačující se tím, že průřezová plocha kanálku (133) pro plyn je dimenzována tak, že standardní rychlost proudění pracovního plynu protékajícího tímto kanálkem (133) je alespoň 42,67 m/sec, kdyžje hořák provozován na předem stanovené úrovni proudu.

   45
8. 8. Plazmový obloukový hořák podle nároku 7, vyznačující se tím, že předem stanovená úroveň proudu, na níž je tento hořák provozován, se pohybuje v rozmezí 40 A až 80 A.
9. 9. Plazmový obloukový hořák podle nároku 7, vyznačující se tím, že průřezová plocha kanálku (133) pro plyn se zmenšuje spolu s tím, jak se snižuje úroveň proudu, na které je

   50 tento hořák provozován.

   -1810. Plazmový obloukový hořák podle nároku 1, vyznačující se tím, že obsahuje: katodu (33,233); a

   5 uvedené alespoň dvě spotřební součásti zahrnují elektrodu (37, 237) elektricky spojenou s touto katodou (33,233); a špičku (131,231, 531) definující vnitřní povrch a obklopující s odstupem část této elektrody (37, 237), pro vymezení kanálku (133) pro primární plyn mezi vnitřním povrchem špičky (131, 231, io 531) a elektrodou (37, 237), přičemž kanálek (133) pro primární plyn je fluidně propojen se zdrojem primárního pracovního plynu pro přívod primárního pracovního plynu do kanálku (133) pro plyn, přičemž primární pracovní plyn tvoří proud s lamínámí hraniční vrstvou při vnitřním povrchu špičky (131, 231, 531), zatímco Špička (131,231, 531) má střední výstupní otvor (145) fluidně propojený skanálkem (133) pro plyn, přičemž vnitřní povrch této Špíčky (131, 231, 531) je

   15 vytvarován pro podporu konvekčního chlazení špičky (131, 231, 531).
10. 11. Plazmový obloukový hořák podle nároku 10, vyznačující se tím, že ve tvarově upraveném vnitřním povrchu Špičky (131, 231, 531) jsou vytvořeny axiálně procházející drážky (96).
11. 12. Plazmový obloukový hořák podle nároku 10, vyznačující se tím, že ve tvarově upraveném vnitřním povrchu špičky (131,231,531) je vytvořena spirálovitá drážka.
12. 13. Plazmový obloukový hořák podle nároku 12, vyznačující se tím, že pracovní

    25 plyn protéká kanálkem (133) pro plyn se spirálovitým směrem proudění kolem elektrody (37,

    237), přičemž spirálovitá drážka ve vnitřním povrchu špičky (131, 231, 531) probíhá spirálovitě proti směru spirálovitého proudu pracovního plynu kanálkem (133) pro plyn.
13. 14. Plazmový obloukový hořák podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedené

    30 alespoň dvě spotřební součásti zahrnují:

    špičku (131, 231, 531) s vnějším povrchem, ochranný kryt (137, 337, 539) obklopující špičku (131, 231, 531) sodstupem od jejího vnějšího povrchu pro vymezení kanálku (149) pro sekundární plyn pro jeho směrování hořákem po vnějším povrchu špičky <131, 231, 531), přičemž

    35 ochranný kryt (137, 337, 539) obsahuje alespoň jeden otvor (17) pro vypouštění plynu z hořáku do kanálku (149) pro sekundární plyn, zatímco vnější povrch špičky (131, 231, 531) je tvarově upravený pro podporu konvekčního chlazení Špičky (131,231, 531).
14. 15. Plazmový obloukový hořák podle nároku 14, vyznačující se tím, že ve tvarově

    40 upraveném vnějším povrchu Špičky (131,231, 531) je vytvořena alespoň jedna drážka (92).
15. 16. Plazmový obloukový hořák podle nároku 15, vyznačující se tím, že uvedená alespoň jedna drážka (92) vytvořená ve vnějším povrchu špičky (131, 231, 531) je orientována obecně příčně vzhledem ke směru proudu plynu protékajícího kanálkem (149) pro sekundární

    45 plyn.
16. 17. Plazmový obloukový hořák podle nároku 16, vyznačující se tím, že plyn protéká kanálkem (149) pro sekundární plyn axiálně, přičemž uvedená alespoň jedna drážka (92) zahrnuje soustavu drážek ve tvarově upraveném vnějším povrchu špičky (131, 231, 531) procházejících so po obvodě této špičky (131, 231, 531) s rozestupy.

    -19CZ 301644 B6
17. 18. Plazmový obloukový hořák podle nároku 1, vyznačující se tím, že zahrnuje: katodu (33,233);

    s a uvedené alespoň dvě spotřební součásti zahrnují:

    elektrodu (37,237) elektricky spojenou s touto katodou (3, 233);

    špičku (131, 231, 531) obklopující s odstupem část této elektrody (37, 237) pro vymezení kanálio ku (133) pro primární plyn, přičemž kanálek (133) pro primární plyn je fluidně propojen se zdrojem primárního pracovního plynu pro přívod pracovního plynu do kanálku (133), přičemž špička (131,231, 531) má středový výstupní otvor (145) fluidně propojený s kanálkem (133); a ochranný kryt (137, 337, 539) vymezující vnitřní povrch a s odstupem obklopující špičku (131,

    15 231, 531) vymezujíc kanálek (149) pro sekundární plyn mezi vnitřním povrchem ochranného krytu (137, 337, 539) a špičkou (131, 231, 531) pro směrování plynu hořákem po vnitřním povrchu ochranného krytu (137, 337, 539), laminámí hraniční vrstva je při vnitrním povrchu ochranného krytu (137, 337, 539), přičemž ochranný kryt (137, 337, 539) obsahuje alespoň jeden otvor (117) pro vypouštění plynu z kanálku (149) pro sekundární plyn ven z hořáku;

    a vnitřní povrch tohoto ochranného krytu (137, 337, 539) je tvarově upravený pro podporu konvekčního chlazení ochranného krytu (137, 337, 539).
18. 19. Plazmový obloukový hořák podle nároku 18, vyznačující se tím, že v tvarově

    25 upraveném vnitřním povrchu ochranného krytu (137, 337, 539) je vytvořena alespoň jedna drážka (606).
19. 20. Plazmový obloukový hořák podle nároku 19, vyznačující se tím, že uvedená alespoň jedna drážka (606) vytvořená ve vnitřním povrchu ochranného krytu (137, 337, 539) je

    30 orientována příčně vzhledem ke směru plynu protékajícího kanálkem (149) pro sekundární plyn.
20. 21. Plazmový obloukový horák podle nároku 16 nebo 20, vyznačující se tím, že uvedená alespoň jedna drážka (92; 606) je spirálovitá.

    35
21. 22. Plazmový obloukový horák podle nároku 20, vyznačující se tím, že plyn protéká kanálkem (149) pro sekundární plyn axiálně, přičemž alespoň jedna drážka (606) zahrnuje soustavu drážek ve tvarově upraveném vnitřním povrchu ochranného krytu (137, 337, 539) probíhajících obvodově kolem tohoto ochranného krytu (137, 337, 539) s rozestupy po délce ochranného krytu (137,337, 539).
22. 23. Elektroda (37, 237) pro použití v plazmovém obloukovém hořáku podle kteréhokoli z předcházejících nároků, obsahujícím katodu (33, 233), kanálek (133) pro plyn vymezený alespoň zčásti vnějším povrchem (76) elektrody (37,237) a špičkou (131, 231, 531) obklopující tuto elektrodu (37, 237) s odstupem od této elektrody (37, 237) a pracovní plyn protékající kanálkem

    45 (133) pro plyn vířivým pohybem kolem vnějšího povrchu (76) této elektrody (37, 237), přičemž kanálek (133) vymezuje proud s laminámí hraniční vrstvou při vnějším povrchu (76) elektrody (37, 237), zatímco tato elektroda (37, 237) zahrnuje:

    horní konec upravený pro elektrické spojení s katodou (33, 233);

    dolní čelní plochu s vybráním;

    vložku ve vybrání v dolní čelní ploše, přičemž vložka je zhotovená z emisní látky; a

    -20VZL JUlWt DU mezilehlou podélnou část mezi homí čelní plochou a dolní Čelní plochou elektrody (37, 237), vyznačující se tím, že vnější povrch (76) elektrody (37, 237) je na dolní části uvedené podélné části tvarově upravený

    5 pro podporu turbulence pracovního plynu proudícího v laminámí hraniční vrstvě bez vlivu na profil proudění v oblasti nad laminámí hraniční vrstvou, přičemž pracovní plyn je turbulentně vířen pro zlepšení konvekčního chlazení elektrody (37,237).
23. 24. Elektroda (37, 237) podle nároku 23, vyznačující se tím, že homí konec elektroío dy (37, 237) je konfigurován pro rychlé spojení/rozpojení s katodou (33,233).
24. 25. Elektroda (37, 23 7) podle nároku 24, vyznačující se t í m, že homí konec elektrody (37, 237) má zádržku (45) vystupující z něj radiálně a sloužící k bezzávitovému propojení s katodou (33, 233) plazmového obloukového hořáku pro zamezení axiálního pohybu elektrody

    15 (37, 237) z hořáku.
25. 26. Plazmový hořák podle nároku 2 nebo elektroda (37, 237) podle nároku 23, vyznačující se tím, že tvarově upravený vnější povrch (76) uvedené podélné části elektrody (37, 237) zahrnuje alespoň jednu drážku (82), přičemž uvedená alespoň jedna drážka (82) probíhá ve směru

    20 obecně příčném vzhledem ke směru, kterým víří pracovní plyn kolem vnějšího povrchu (76) elektrody (37, 237), přičemž uvedená alespoň jedna drážka (82) probíhá alespoň částečně axiálně ve vnějším povrchu (76) této elektrody (37, 237) a je dimenzována pro turbulentní víření pracovního plynu proudícího po vnějším povrchu (76) této elektrody (37, 237).

    25
26. 27. Plazmový obloukový hořák nebo elektroda podle nároku 26, vyznačující se tím, že tvarově upravený vnější povrch (76) elektrody (37, 237) je opatřen soustavou axiálně probíhajících drážek (82), přičemž tyto axiálně probíhající drážky (82) jsou obecně vzájemně rovnoběžně a s rozestupem uspořádány po vnějším povrchu (76) uvedené podélné části této elektrody (37,237).
27. 28. Plazmový obloukový hořák nebo elektroda (37, 237) podle nároku 27, vyznačující se tím, že uvedená soustava drážek (82) probíhá axiálně ve vnějším povrchu (76) elektrody (37, 237) po celé délce podélné Části této elektrody (37, 237).

    35
28. 29. Plazmový obloukový hořák nebo elektroda (37, 237) podle nároku 26, vyznačující se tím, že alespoň jedna drážka (84) probíhá spirálovitě ve vnějším povrchu (76) této elektrody (37, 237) směrem k dolní čelní ploše této elektrody (37, 237) ve směru opačném ke směru, kterým víří pracovní plyn kolem vnějšího povrchu (76) této elektrody (37, 237) uvnitř kanálku (133) pro plyn.
29. 30. Plazmový obloukový hořák nebo elektroda (37, 237) podle nároku 29, vyznačující se tím, že stoupání uvedené alespoň jedné spirálovité drážky (84) se přibližně rovná nebo je menší než je stoupání pracovního plynu vířícího směrem dolů tímto kanálkem (133) pro plyn.

    45
30. 31. Elektroda (37,237) podle nároku 26, vyznačující se tím, že pracovní plyn vířící v kanálku (133) pro plyn vymezuje hydrodynamickou hraniční vrstvu při vnějším povrchu (76) elektrody (37, 237), přičemž tato hraniční vrstva zahrnuje turbulentní vnější vrstvu a uvedená alespoň jedna drážka (82, 84) je dimenzována pro turbulentní víření pracovního plynu v hydrodynamické hraniční vrstvě obecně při vnějším povrchu (76) elektrody (37, 237) pro zvýšení

    50 turbulentního proudění v hraniční vrstvě pro podporu konvekčního chlazení elektrody (37, 237).
31. 32. Elektroda (37, 237) podle nároku 23, vyznačující se tím, že průřezová plocha uvedené podélné části elektrody (37, 237) odpovídá předem stanovené úrovni proudu, na níž může být daný hořák provozován.

    -21 CZ 301644 B6
32. 33. Špička (131,231,531) hořáku pro použití v plazmovém obloukovém hořáku podle kteréhokoli znároků 1 až 22 obsahujícím katodu (33, 233), elektrodu (37, 237) elektricky spojenou s katodou (33, 233) a špičku (131, 231, 531) s odstupem obklopující elektrodu (37, 237) a mající vnitřní povrch a vnéjší povrch, kanálek (133) pro primární plyn vymezený elektrodou a vnitřním

    5 povrchem Špičky (131, 231, 531) nebo částečně vnějším povrchem špičky (131, 231, 531), plyn protékající kanálkem (133) pro plyn, přičemž kanálek (133) pro plyn vymezuje proud s laminámí hraniční vrstvou pri vnitřním povrchu špičky (131, 231, 531) nebo vnějším povrchu Špičky (131,231, 531), špička(131, 231, 531) horáku, vyznačující se tím, že:

    io vnitřní povrch nebo vnější povrch špičky (131, 231, 531) je tvarově upravený pro podporu turbulence plynu proudícího v laminámí hraniční vrstvě bez vlivu na profil proudění v oblasti nad laminámí hraniční vrstvou, přičemž pracovní plyn v laminámí hraniční vrstvě je turbulentně vířen pro zlepšení konvekčního chlazení špičky (131,231, 531).

    15
33. 34. Špička (131, 231, 531) hořáku podle nároku 33, vyznačující se tím, že kanálek (133) je kanálek (133) pro primární plyn vymezený elektrodou (37, 237) a vnitřním povrchem špičky (131, 231, 531), přičemž plyn je pracovní plyn, laminámí hraniční vrstva je pri vnitřním povrchu špičky (131, 231, 531) protékající kanálkem primárního plynu, a ochranný kryt (137, 337, 539) s odstupem obklopující alespoň část špičky (131, 231, 531) pro vymezení kanálku

    20 sekundárního plynu, kterým pracovní plyn protéká, přičemž kanálek sekundárního plynu vymezuje proud s laminámí hraniční vrstvou pri vnějším povrchu špičky (131, 231, 531), přičemž špička (131, 231, 531) hořáku zahrnuje:

    dolní konec se středovým výstupním otvorem (145) fluidně propojeným s kanálkem (133) pro

    25 primární plyn sloužícím k vypouštění pracovního plynu z kanálku (133), přičemž pracovní plyn v laminámí hraniční vrstvě na vnitřním povrchu špičky (131, 231, 531) je turbulentně vířen pro podporu konvekčního chlazení špičky (131,231, 531).

    30 35. Špička (131, 231, 531) hořáku podle nároku 33, vyznačující se tím, že alespoň část vnějšího povrchu špičky (131, 231, 531) je uspořádána s odstupem od ochranného krytu (137,337, 539) obklopujícího špičku (131, 231, 531) pro vymezení kanálku (149) pro sekundární plyn, kteiým proudí pracovní plyn, přičemž kanálek (149) pro sekundární plyn vymezuje proud s laminámí hraniční vrstvou při vnějším povrchu špičky (131,231, 531), a špička (131,231, 531)
34. 35 zahrnuje dolní konec s centrálním výstupním otvorem (145) fluidně propojeným s kanálkem (133) pro primární plyn pro vypouštění pracovního plynu z kanálku (133) pro primární plyn, zatímco sekundární plyn v laminámí hraniční vrstvě pri vnějším povrchu špičky (131, 231, 531) je turbulentně vířen pro podporu konvekčního chlazení špičky (131, 231, 531).

    40
35. 36. Ochranný kryt (137, 337, 539) pro použití v plazmovém obloukovém hořáku podle kteréhokoli znároků 1 až 22, obsahujícím katodu (33, 233), kanálek (133) pro primární plyn vymezený alespoň částečně elektrodou (37, 237) elektricky spojenou s katodou (33, 233) a ji s odstupem od ní obklopující špičkou (131, 231, 531) a pracovní plyn protékající kanálkem (133) pro primární plyn, přičemž ochranný kryt (137, 337, 539) s odstupem obklopuje alespoň část špičky (131,231,

    45 531) pro vymezení kanálku (149) pro sekundární plyn mezi vnitrním povrchem ochranného krytu (137, 337, 539) a špičkou (131, 231, 531), kudy pracovní plyn protéká, přičemž kanálek (149) pro sekundární plyn má laminámí hraniční vrstvu při vnitřním povrchu ochranného krytu (137, 337, 539), přičemž ochranný kryt (137, 337, 539) zahrnuje dolní konec s alespoň jedním výstupním otvorem fluidně propojeným s kanálkem (149) pro sekundární plyn a sloužícím k vypouštění

    50 pracovního plynu z kanálku (149) pro sekundární plyn, vyznačující se tím, že vnitrní povrch ochranného krytu (137,337, 539) je tvarově upravený pro podporu turbulence plynu proudícího v laminámí hraniční vrstvě bez vlivu na profil proudění v oblasti nad laminámí hraniční vrstvou, přičemž sekundární plyn v laminámí hraniční vrstvě je turbulentně vířen pro

    55 podporu konvekčního chlazení ochranného krytu (137, 337, 539).

    -22CL JU1044 BO
36. 37. Špička (131, 231, 531) hořáku podle nároku 34 nebo 35 nebo ochranný kiyt (137, 337, 539) podle nároku 36, vyznačující se tím, že tvarově upravený povrch má v sobě vytvořeny axiálně probíhající drážky (96).
37. 38. Špička (131, 231, 531) hořáku podle nároku 34 nebo 35 nebo ochranný kryt (137, 337, 539) podle nároku 36, vyznačující se tím, že tvarově upravený vnitřní povrch nebo tvarově upravený vnější povrch špičky (131,231, 531) má v sobě vytvořenu spirálovitou drážku.

    io
38. 39, Špička (131, 231, 531) hořáku nebo ochranný kryt (137, 337, 539) podle nároku 38, vyznačující se tím, že spirálovitá drážka ve vnějším povrchu špičky (131,231,531) je orientovaná ve směru příčném ke směru proudění plynu v kanálku (149) pro sekundární plyn.
39. 40. Plazmový obloukový hořák podle kteréhokoli z nároků 1 až 22, elektroda (37, 237) podle

    15 kteréhokoli z nároků 23 až 32, Špička (131, 231, 531) hořáku podle kteréhokoli z nároků 33 až 35 nebo 37 až 39 nebo ochranný kiyt (137, 337, 539) podle kteréhokoli z nároků 36 až 39, vyznačující se tím, že tvarově upravený povrch má v sobě důlky.
40. 41. Sada elektrod (37, 237) pro použití v plazmovém obloukovém hořáku podle kteréhokoli

    20 z nároků 1 až 22, obsahujícím katodu (33, 233), elektrodu (37, 237) elektricky spojenou s touto katodou (33, 233), špičku (131,231, 531) s odstupem obklopující alespoň část této elektrody (37, 237) pro vymezení kanálku (133) pro plyn mezi vnějším povrchem elektrody (37, 237) a Špičkou (131, 231, 531), přičemž je tento kanálek (133) fluidně propojen se zdrojem pracovního plynu pro přívod pracovního plynu do tohoto kanálku (133), přičemž pracovní plyn pak v kanálku (133)

    25 proudí vířivě kolem vnějšího povrchu (76) této elektrody (37, 237) a Špička (131, 231, 531) má středový výstupní otvor (145) fluidně propojený skanálkem (133), vyznačující se tím, že uvedená sada elektrod (37,237) zahrnuje:

    alespoň dvě výměnné elektrody (37, 237), přičemž každá elektroda (37, 237) odpovídá odlišné

    30 úrovni proudu, na které může být horák provozován, a vnější povrch (76) každé z elektrod (37, 237) je tvarově upravený pro podporu turbulence pracovního plynu protékajícího po vnějším povrchu (76) elektrody (37, 237) a vířícího kolem elektrody (37, 237), přičemž průřezová plocha tvarově upraveného vnějšího povrchu (76) každé elektrody (37, 237) se zvětšuje spolu s tím, jak se snižuje úroveň proudu, na níž může být hořák provozován, pro zmenšení průřezové plochy

    35 kanálku (133) při nižší úrovni proudu.
41. 42. Sada elektrod (37, 237) podle nároku 41, vyznačující se tím, že hořák je dále typu, v němž se standardní objemová průtoková rychlost plynu protékajícího tímto hořákem snižuje spolu s tím, jak se snižuje úroveň proudu, na níž je hořák provozován, přičemž průřezová

    40 plocha tvarově upraveného vnějšího povrchu (76) každé elektrody (37, 237) je dimenzována pro udržení standardní průtočné rychlosti plynu v kanálku (133) pro plyn alespoň na hodnotě 42,67 m/sec při poklesu úrovně proudu, na které je hořák provozován.
42. 43. Sada Špiček (131, 231, 531) pro použití v plazmovém obloukovém hořáku podle kteréhokoli

    45 z nároků 1 až 22, obsahujícím katodu (33, 233), elektrodu (37, 237) elektricky spojenou s touto katodou (33, 233), špičku (131, 231, 531) s odstupem obklopující alespoň část této elektrody (37, 237) pro vymezení kanálku (133) pro plyn mezi vnějším povrchem elektrody (37, 237) a vnitřním povrchem špičky (131, 231, 531), přičemž je tento kanálek (133) fluidně propojen se zdrojem pracovního plynu pro přívod pracovního plynu do tohoto kanálku (133), přičemž pracovní

    50 plyn pak v kanálku (133) proudí vířivě kolem vnějšího povrchu této elektrody (37, 237), vnější povrch elektrody (37, 237) je tvarově upravený pro podporu turbulence pracovního plynu proudícího po vnějším povrchu (76) elektrody a vířícího kolem ní, a Špička (131,231, 531) má středový výstupní otvor (145) fluidně propojený s kanálkem (133) pro plyn, přičemž uvedený hořák je provozovatelný za různých úrovní proudu, vyznačující se tím, že uvedená sada

    55 špiček (131, 231, 531) zahrnuje alespoň dvě výměnné špičky (131, 231, 531), přičemž každá

    -23CZ 301644 B6 špička (131, 231, 531) odpovídá jiné úrovni proudu, na které je hořák provozovatelný, zatímco středový výstupní otvor (145) těchto špiček (131, 231, 531) se podstatně zmenšuje spolu se snižující se úrovní proudu, na níž je hořák provozovatelný, a každá špička (131, 231, 531) má vnitřní povrch vymezující vnitřní průřezovou plochu špičky (131, 231, 531), která se podstatně

    5 zvětšuje spolu s tím, jak se snižuje úroveň proudu, na níž je hořák provozovatelný.
43. 44. Sada špiček (131, 231, 531) podle nároku 43, vyznačující se tím, že hořák je dále typu, u něhož se standardní objemová průtoková rychlost plynu protékajícího tímto horákem snižuje spolu se snižující se úrovní proudu, na níž je hořák provozovaný, přičemž vnitřní průrezoio vá plocha každé špičky (131,231,531)je dimenzována pro udržení standardní průtočné rychlosti plynu v kanálku (133) alespoň na hodnotě asi 42,67 m/sec při klesající úrovni proudu, na níž je hořák provozován,
44. 45. Řada sad elektrod a hořákových Špiček pro použití v plazmovém obloukovém hořáku podle

    15 kteréhokoli z nároků 1 až 22, obsahujícím katodu (33, 233), elektrodu (37, 237) elektricky spojenou s touto katodou (33, 233), špičku (131, 231, 531) s odstupem obklopující alespoň část této elektrody (37, 237) pro vymezení kanálku (133) pro plyn, přičemž je tento kanálek (133) fluidně propojený se zdrojem pracovního plynu pro přívod pracovního plynu do tohoto kanálku (133), přičemž pracovní plyn v kanálku (133) proudí vířivě kolem vnějšího povrchu (76) této elektrody

    20 (37, 237) a špička (131, 231, 531) má středový výstupní otvor (145) fluidně propojený s kanálkem (133), přičemž uvedený hořák je provozovatelný na různých úrovních proudu, vyznačující se tím, že uvedená rada sad elektrod (3 7, 237) a špiček (131,231, 531) zahrnuje: soustavu sad elektrod (37, 237) a hořákových špiček (131, 231, 531), přičemž každá sada odpovídá jiné úrovni proudu, na které je hořák provozovatelný, a každá sada obsahuje elektrodu (37,

    25 237) s vnějším povrchem (76) tvarově upraveným pro podporu turbulence pracovního plynu protékajícího po vnějším povrchu elektrody (37, 237) a vířícího kolem elektrody (37, 237) a špičku (131, 231, 531), přičemž velikost středového výstupního otvoru (145) špičky (131, 231, 531) se zmenšuje pro každou sadu se snižující se úrovní proudu, na níž je hořák provozovatelný, přičemž elektroda (37, 237) a špička (131,231, 531) každé sady jsou vůči sobě vzájemně dimen30 zovány tak, že průřezová plocha kanálku (133) pro plyn, který je mezi nimi vymezen, se pro každou sadu zmenšuje spolu s tím, jak klesá úroveň proudu, na které je hořák provozovatelný.
45. 46. Řada sad elektrod (37, 237) a hořákových špiček (131, 231, 531) podle nároku 45, vyznačující se tím, že hořák je dále typu, u něhož se standardní objemová průtoková

    35 rychlost plynu protékajícího hořákem snižuje spolu se snižující se úrovní proudu, na níž je tento hořák provozovaný, přičemž elektroda (37, 237) a špička (131, 231, 531) každé sady jsou vůči sobě vzájemně dimenzovány pro udržení standardní průtokové rychlosti plynu v kanálku (133) alespoň na hodnotě 42,67 m/sec tak, jak se snižuje úroveň proudu, na níž je hořák provozován.

    40
46. 47. Způsob prodloužení životnosti spotřebních součástí plazmového obloukového hořáku podle kteréhokoli z nároků 1 až 22, zahrnujícího katodu (33, 233) a alespoň dvě spotřební součásti vybrané ze skupiny, kterou tvoří elektroda (37, 237) elektricky spojená s touto katodou (33, 233), Špička (131, 231, 531) s odstupem obklopující část této elektrody (37, 237), ochranný kryt (137, 337, 539), a dále zahrnující kanálek (133) pro plyn vymezený sousedními povrchy uvedených

    45 alespoň dvou spotřebních součástí, přičemž tento způsob zahrnuje krok vedení plynu kanálkem (133) pro vytvoření proudu s lam i námi hraniční vrstvou při alespoň jednom z uvedených sousedním povrchů, vyznačující se tím, že v této laminámí hraniční vrstvě se vytváří turbulentní víření plynu bez vlivu na profil proudění v oblasti nad laminámí hraniční vrstvou při vedení plynu kanálkem (133) pro plyn pro zvýšení turbulentního toku v hraniční vrstvě pro podporu

    50 konvekčního chlazení uvedených alespoň dvou spotřebních součástí s uvedeným sousedním povrchem a tím i prodloužení životnosti uvedených alespoň dvou spotřebních součástí.
47. 48. Způsob podle nároku 47, vyznačující se tím, že uvedené alespoň dvě spotřební součásti zahrnují špičku (131, 231, 531) a elektrodu (37, 237) a kanálek (133) je vymezen mezi

    55 špičkou (131, 231, 531) a vnějším povrchem (76) elektrody (37, 237), přičemž Špička (131, 231,

    -24CL JUIOW BO

    531) má centrální výstupní otvor (145) fluidně propojený s kanálkem (133) pro plyn, přičemž uvedený způsob dále zahrnuje krok vedení pracovního plynu kanálkem (133) pro vypouštění pracovního plynu vířícího v kanálku (133) kolem elektrody (37, 237) při jeho vedení kanálkem (133), s laminámí hraniční vrstvou při vnějším povrchu elektrody (37, 237), přičemž plyn je

    5 veden plynovým kanálkem (133) pro zvýšení turbulentního proudění v hraniční vrstvě pro zlepšení konvekčního chlazení elektrody (37, 237) a tím prodloužení životnosti elektrody (37,237).
48. 49. Způsob podle nároku 48, vyznačující se tím, že krok vedení pracovního plynu kanálkem (133) zahrnuje vedení pracovního plynu kanálkem (133) standardní průtočnou rychlosío tí alespoň 42,67 m/sec.
49. 50. Způsob podle nároku 49, vyznačující se tím, že krok vedení pracovního plynu kanálkem (133) zahrnuje vedení pracovního plynu kanálkem (133) standardní průtočnou rychlostí alespoň 48,77 m/sec.
50. 51. Způsob podle nároku 50, vyznačující se tím, že krok vedení pracovního plynu kanálkem (133) zahrnuje vedení pracovního plynu kanálkem (133) standardní průtočnou rychlostí alespoň 57,91 m/sec.

    20
51. 52. Způsob podle nároku 48, vyznačující se tím, že dále zahrnuje krok zmenšování průřezové plochy kanálku (133) pro plyn spolu stím, jak se snižuje úroveň proudu, na níž je hořák provozován.
52. 53. Způsob podle nároku 48, vyznačující se tím, že krok, při kterém se vyvolává

    25 turbulence plynu v hydrodynamické hraniční vrstvě přiléhající k vnějšímu povrchu elektrody (37,

    237) zahrnuje vedení pracovního plynu vířícího v kanálku (133) tak, že teče po tvarově upraveném vnějším povrchu (76) elektrody (37, 237) pro zvýšení turbulence pracovního plynu při vnějším povrchu (76) elektrody (37, 237) při jeho vířivém pohybu v kanálku (133) kolem elektrody (37, 237).
53. 54. Způsob podle nároku 47, vyznačující se tím, že uvedené alespoň dvě spotřební součásti zahrnují špičku (131, 231, 531) a ochranný kryt (137, 337, 539) s odstupem obklopující špičku (131, 231, 531) pro vymezení kanálku (149) mezi ochranným krytem (137, 337, 539) a vnějším povrchem špičky (131, 231, 531) pro vedení pracovního plynu hořákem, přičemž

    35 ochranný kryt (137, 337, 539) má alespoň jeden otvor (117) pro vypouštění sekundárního plynu v kanálku (149) ven z hořáku, přičemž tento způsob dále zahrnuje:

    vedení pracovního plynu kanálkem (149) pro sekundární plyn pro vypouštění z hořáku alespoň jedním otvorem (117) v ochranném krytu (137, 337, 539), přičemž pracovní plyn proudí po vněj40 ším povrchu špičky (131, 231, 531) hořáku při jeho směrování kanálkem (149) pro sekundární plyn, přičemž laminámí hraniční vrstva je při vnějším povrchu špičky (131, 231, 531); přičemž pracovní plyn je veden kanálkem (149) pro sekundární plyn pro zvýšení turbulentního toku v hraniční vrstvě pro zvýšení konvekčního chlazení špičky (131, 231, 531) hořáku a tím prodloužení životnosti špičky (131,231, 531) hořáku.
54. 55. Způsob podle nároku 47, vyznačující se tím, že uvedené alespoň dvě spotřební součásti zahrnují špičku (131, 231, 531) a elektrodu (37, 237), přičemž špička (131, 231, 531) s odstupem obklopuje část elektrody (37, 237) pro vymezení kanálku (133), přičemž Špička (131, 231, 531) má centrální výstupní otvor (145) fluidně propojený s kanálkem (133) pro plyn,

    50 a ochranný kryt (137, 337, 539) s odstupem obklopující špičku (131, 21, 531) pro vymezení kanálku (149) pro sekundární plyn mezi špičkou (131, 21, 531) a vnitřním povrchem ochranného krytu (137, 337, 539) s alespoň jedním otvorem (117) pro vypouštění plynu v kanálku (149) pro sekundární plyn ven z hořáku, přičemž uvedený způsob dále zahrnuje krok vedení pracovního plynu kanálkem (149) pro sekundární plyn pro vypouštění z hořáku alespoň jedním otvorem

    55 (117) v ochranném krytu (137, 337, 539), přičemž pracovní plyn proudí po vnitřním povrchu

    -25CZ 301644 B6 ochranného krytu (137, 337, 539) při jeho vedení kanálkem (149) pro sekundární plyn, laminámí hraniční vrstva je při vnitřním povrchu ochranného krytu (137, 337, 539), přičemž plyn je veden kanálkem (149) pro sekundární plyn pro zvýšení turbulentního toku v hraniční vrstvě pro zlepšení konvekčního chlazení ochranného krytu (137, 337, 539) a tím pro prodloužení životnosti

    5 ochranného krytu (137,337, 539).
55. 56. Způsob podle nároku 47, vyznačující se tím, že uvedené alespoň dvě spotřební součásti zahrnují špičku (131, 231, 531) a elektrodu (37, 237), přičemž špička (131, 231, 531) s odstupem obklopuje Část elektrody (37, 237) pro vymezení prstencovitého kanálku (133) mezi io vnitřním povrchem špičky (131, 231, 531) a vnějším povrchem elektrody (37, 237), přičemž kanálek (133) vymezuje proud s laminámí hraniční vrstvou při vnějším povrchu elektrody (37, 237) a laminámí hraniční vrstvou pri vnitřním povrchu špičky (131, 231, 531), přičemž špička (131, 231, 531) má středový výstupní otvor (145) fluidně propojený s tímto kanálkem (133), a tento způsob dále zahrnuje: změnu úrovně elektrického proudu dodávaného do této elektrody is (37, 237), a úpravu jednoho nebo více z následujících parametrů v reakci na změnu proudu: standardní objemové průtokové rychlosti plynu uvedeným prstencovitým kanálkem (133) a rozměrů tohoto prstencovitého kanálku (133).
56. 57. Způsob podle nároku 56, vyznačující se tím, že rozměry prstencovitého kanálku (133) pro plyn se mění alespoň jedním z následujících způsobů: zvětšením vnějšího rozměru elektrody (37, 237) a zmenšením vnitřního rozměru špičky (131, 231, 531).