DD143545A1

DD143545A1 - Kuehlkanal fuer kaskadenboegen und kaskadenplasmatrons

Info

Publication number: DD143545A1
Application number: DD21292379A
Authority: DD
Inventors: Erhard Hayess
Original assignee: Erhard Hayess
Priority date: 1979-05-16
Filing date: 1979-05-16
Publication date: 1980-08-27

Abstract

Die Erfindung betrifft den konstruktiven Aufbau von . kaskadenstabilisierten Plasmastrahlern und Bögen, besonders die Kühlung der thermisch hochbelasteten Kaskadenplatten. Ziel der Erfindung ist eine Verringerung des Arbeitsaufwandes für die Herstellung und Montage derartiger Anordnungen. Die Aufgabe besteht in der Reduzierung der Anzahl und konstruktiven Vereinfachung der verwendeten Einzelteile des Plasmatrons. Erfindungsgemäß v/ird die Aufgabe durch einen zu dem Kaskadenplattenpaket koaxialen Kühlkanal gelöst und Kaskadenplatten ohne eigene Kühlkanäle verwendet.

Description

Küiilkanal für Kaskadenbögen und Kaskadenplasmatrons

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft den konstruktiven Aufbau von Plasmastrahlern und anderen Vorrichtungen zur Erzeugung von wandstabilisierten Bögen, bei denen die Stabilisierung durch eine Kaskade gekühlter und voneinander isolierter Metallplatten erfolgt und die auf dem Gebiet der Pl_asraadiagnostik, der Piasinaspektroskopie und in der Plasmachemie eingesetzt werden können·

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Die Kühlung der in Plasmatron^ und Bogenanordnungen mit Kaskadenstabilisierung thermisch besonders hoch belasteten Kaskadenplatten und der isolierenden Dichtungen zwischen ihnen ist für den längeren ungestörten Betrieb dieser Vorrichtungen von entscheidender Bedeutung.

Es· ist bekannt, Kaskadenplatten hinreichender Dicke mit axialen, radialen und/oder tangentialen Kühlkanälen mit ge~ sonderten Kühlniittelsu- und -ableitungen zu versehen, z*B· beschrieben in Rev« Sei« Ins trum* J32 (1961) 65» Mir Bögen mit hoher Feldstärke müssen die Kaskadenplatten so dünn.

sein, daß keine Kühlkanäle mit gesonderten ZH- und Ableitungen in ihnen angeordnet werden können. In Beitr. Plasmaphys. 2J) (1976) 377 ist eine Anordnung beschrieben, bei welcher mehrere axiale Kuhlkanäle parallel und symmetrisch zur Bogenachse als Bohrungen durch das gesamte Plattenpaket geführt sind, wobei jeder Kühlkanal zwischen den einzelnen Platten isolierend abgedichtet werden muß. In Z. angew. Phys# 2J3 (1967) 456 und in K. Zwilling, Dissertation, TH Aachen 1972 sind Varianten genannt, bei denen der Kühlmittelstrom auch radial oder tangential geführt wird.

In Z. angew, Phys. 15 (1963) 440 wird das Kühlmittel radial durch vier Düsenstöcke zugeführt, eine gemeinsame Kühlkammer dient zur Abführung der Kühlflüssigkeit.

Als Nachteil für alle axialen Kühlmittelführungen erweist sich das aus dieser Konstruktion resultierende Dichtungsproblem bei hoher thermischer Belastung und der notwendigen elektrischen Isolierung der Scheiben gegeneinander, das oft nur durch Zweikomponentendichtungen zu lösen ist und einen hohen Zeitaufwand für die Herstellung und Montage erfordert.

Bei Einzelscheibenkühlung sowie radialer und tangentialer-'Strömungsführung in den Scheiben müssen die Kühlkanäle mit sehr hohem Arbeitsaufwand und unter Anwendung von Spezialtechnologien eingearbeitet werden.

Ziel der Erfindung

Es ist Ziel der Erfindung, den Arbeitsaufwand für die Herstellung und Montage von Kaskadenbogen und Kaskadenplasmatrons zu senken.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Es ist Aufgabe der Erfindung, durch eine geeignete konstruktive Lösung des Kühlkanals an Kaskadenanordnungen für mittlere Leistungen die Anzahl der erforderlichen Bauelemente zu reduzieren und so zu vereinfachen., daß keine Sondertechnologien zur Herstellung eingesetzt werden müssen·

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß Kaskaden/platten verwendet werden, die selbst keine Kühlkanäle aufweisen, und der Kühlkanal als koaxialer Ringkanal um das Kaskadenplattenpaket ausgebildet ist, begrenzt nach innen durch die Kaskadenplatten mit isolierenden und. dichtenden Zwischenlagen und nach außen durch ein schwach elastisches Rohr aus einem Isolierstoff· ·

Die Kühlflüssigkeit durchläuft zunächst im Anodenblock eine ringförmige Verteilungskammer und wird aus dieser durch eine Ringdüse oder einen Ringschlitz in den erf ihdungsgemäßen Kühlkanal geleitet, über symmetrisch angeordnete Bohrungen oder einen Ringschiita im Katodenträger wird die Kühlflüssigkeit abgeführt·

Der Aufbau des Kaskadenpaketes und die erfindungsgemäße An- Ordnung des Kühlkanals verringert besonders die Anzahl erforderlicher isolierender Dichtungen, die bei anderen Aufbauten auch im Verlauf durch die Kaskadenplatten führender Kühlkanäle benötigt werden, erleichtert die Montage, verringert die Anzahl der Fehlerquellen und trägt dadurch zur Erhöhung der Standzeit des Brenners bei.

Durch entsprechende Formgebung der Kaskadenplatten kann der Querschnitt des Kühlkanals periodisch verändert sein.

Ausführungsbeispiel

Ein Kaskadenplasmatron mit einer maximalen Bogenlänge von 30 mm für dJLe Arbeitsgase Argon oder Stickstoff oder Gemische von diesen bei einer Bogenleistung von ungefähr 20 bis 30 kW ist entsprechend der Fig. 1 so gestaltet, daß über die Zuführung 1 dem aus den Teilen 2 und 3 bestehenden und durch Rundring gedichteten Anodenblock das Kühlmittel zugeleitet wird· Die eingearbeitete Ringverteilungskammer 4 dient der Symmetrisierung des Kühlmittelstroms, der durch die koaxiale Ringdüse 5 aus dem Anodenblock austritt und den durch das aus elektrisch isolierenden, wärmebeständigen Dichtungsringen 6 und Kaskadenplatten 7 aus Kupfer gebildete Kaskadenpaket

1 2 f 23

lind ein in der Länge auf den Dichtungsdruck abgestimmtes Isolierstoffrohr 8 begrenzten schmalen Kühlkanal durchfließt· Die Energieabfuhr wird durch geeignete Wahl des Außendurchmessers der Kaskadenplatt'en 7 und des Querschnitts. des Kühlkanals auf die Bogenleistung abgestimmt.

Die Kühlmittelabfuhr erfolgt durch eine Anzahl von Bohrungen 11 in dem aus den Teilen 9 und 10 bestehenden und durch Rundringe abgedichteten Katodenträger, die in einer Ringsammeikammer 12 enden, an die das Kühlmittelableitungsrohr 13 angeschlossen ist. Durch geeignete Verbindungselemente zwischen Anodenblock und Katodenträger, die aber deren gegenseitige elektrische Isolierung gewährleisten, wird der notwendige Dichtungsdruck erzeugt und die mechanische Verbindung zwischen den Teilen des Plasmatron^ hergestellt» Die Gaszufuhr erfolgt bei dem in Pig« 1 dargestellten Plasmatron symmetrisch durch den Raum zwischen Katode 14 und Ka tod ent rager teil 9.

Die' Teile des Anodenblocks 2 und 3 können durch eine zusätzliche Verschraubung miteinander verbunden sein, wodurch ein schnelleres Auswechseln erreicht wird.

Durch die Abrundung der dem Kühlkanal zugewandten Oberfläche der Kaskadenplatte wird eine periodische Veränderung dessen Querschnitts erreicht, wodurch sich die Kühlwirkung verstärkt·

Claims

Erf indungsanspruch:

1# Kuhlkanal für KaskadenbÖgen "und Kaskadenplasmatrons, die zur Stabilisierung des Bogens bzw« des Plasmastrahls ein Paket von Kaskadenplatten enthalten, gekennzeichnet dadurch, daß die Kaskadenplatten selbst keine Kühlkanäle aufweisen und daß ein koaxialer Ringkanal um das Kaskadenpia ttenpaket besteht, begrenzt nach innen durch die Kaskadenplatten mit isolierenden und dichtenden Zwischenlagen und nach außen durch ein schwach elastisches Rohr aus einem isolierenden Material»

2_# Kühlkanal entsprechend Punkt 1, gekennzeichnet dadurch» daß der Querschnitt des Kühlkanals schmal ist und durch spezielle Formgebung der Kaskadenplatten periodisch verändert werden kann«.

.Seite Zeichnung .