DD143545A1

DD143545A1 - KUEHLKANAL FOR CASCADE BOXES AND CASCADE PLASMATRONS

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.The invention relates to the structural design of. cascade stabilized plasma emitters and arcs, especially the Cooling of the highly thermally loaded cascade plates. goal of Invention is a reduction of the workload for the Production and installation of such arrangements. The task consists in reducing the number and constructive Simplification of the individual parts of the plasmatron. According to the invention, the object is achieved by a to Cascade plate package coaxial cooling channel solved and cascade plates used without own cooling channels.

Description

Küiilkanal für Kaskadenbögen und KaskadenplasmatronsCooling channel for cascade arches and cascade plasma sumps

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

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·The invention relates to the structural design of plasma emitters and other devices for producing wall-stabilized arcs, wherein the stabilization takes place by a cascade of cooled and mutually insulated metal plates and which can be in the area of PI _a sraadiagnostik, the Piasinaspektroskopie and inserted into the plasma chemistry ·

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

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.The cooling of the cascade plates, which are subjected to particularly high thermal loads in plasmatron and cascade stabilization arrays, and the insulating seals between them is of crucial importance for the longer undisturbed operation of these devices.

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.It is known to provide cascade plates of sufficient thickness with axial, radial and / or tangential cooling passages with separate cooling passages and discharges, as described in Rev.Si "Ins trum * J32 (1961) 65" Mir Bows with high field strength, the cascade plates must be so thin.

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.be that no cooling channels with separate ZH and discharges can be arranged in them. In contribution Plasmaphys. 2J) (1976) 377 an arrangement is described in which a plurality of axial Kuhlkanäle are guided parallel and symmetrical to the sheet axis as holes through the entire plate package, each cooling channel between the individual plates must be sealed insulating. In Z. ange. Phys # 2J3 (1967) 456 and in K. Zwilling, Dissertation, TH Aachen 1972 variants are mentioned, in which the coolant flow is also guided radially or tangentially.

In Z. angew, Phys. 15 (1963) 440 wird das Kühlmittel radial durch vier Düsenstöcke zugeführt, eine gemeinsame Kühlkammer dient zur Abführung der Kühlflüssigkeit.In Z., Phys. 15 (1963) 440, the coolant is supplied radially through four nozzle blocks, a common cooling chamber serves for the discharge of the cooling liquid.

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.As a disadvantage for all axial coolant guides proves the resulting from this construction sealing problem at high thermal stress and the necessary electrical insulation of the discs against each other, which is often solved only by two-component seals and requires a lot of time for the manufacture and assembly.

Bei Einzelscheibenkühlung sowie radialer und tangentialer-'Strömungsführung in den Scheiben müssen die Kühlkanäle mit sehr hohem Arbeitsaufwand und unter Anwendung von Spezialtechnologien eingearbeitet werden.For single-disc cooling and radial and tangential flow guidance in the discs, the cooling channels have to be worked in with very high workload and using special technologies.

Ziel der ErfindungObject of the invention

Es ist Ziel der Erfindung, den Arbeitsaufwand für die Herstellung und Montage von Kaskadenbogen und Kaskadenplasmatrons zu senken.It is an object of the invention to reduce the workload for the manufacture and assembly of cascade arc and Kaskadenplasmatrons.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

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·It is an object of the invention to reduce the number of components required by a suitable constructive solution of the cooling channel of cascade arrangements for average power and thus to simplify. So that no special technologies must be used for the production ·

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· ·The object is achieved in that cascades / plates are used, which themselves have no cooling channels, and the cooling channel is designed as a coaxial annular channel around the cascade plate package, bounded inwardly by the cascade plates with insulating and. sealing liners and outward through a weakly elastic tube of an insulating material · ·

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·The cooling liquid initially passes through an annular distribution chamber in the anode block and is passed from this through an annular nozzle or a ring slot into the cooling channel according to the invention; the cooling liquid is discharged via symmetrically arranged bores or a ring slide in the cathode support.

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.The structure of the cascade package and the arrangement of the cooling channel according to the invention reduces in particular the number of required insulating seals, which are required in other constructions also in the course of the cascade plates leading cooling channels, facilitates assembly, reduces the number of sources of error and thereby contributes to increasing the Service life of the burner at.

Durch entsprechende Formgebung der Kaskadenplatten kann der Querschnitt des Kühlkanals periodisch verändert sein.By appropriate shaping of the cascade plates, the cross section of the cooling channel can be changed periodically.

Ausführungsbeispielembodiment

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 KaskadenpaketA Kaskadenplasmatron with a maximum arc length of 30 mm for dJLe working gases argon or nitrogen or mixtures of these at a sheet capacity of about 20 to 30 kW is designed in accordance with FIG. 1 so that via the feed 1 that of the parts 2 and 3 existing The incorporated ring distribution chamber 4 serves to symmetrize the coolant flow, which emerges from the anode block through the coaxial annular nozzle 5 and the cascade package formed by electrically insulating, heat-resistant sealing rings 6 and cascade plates 7 made of copper

1 2 f 231 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.a narrow cooling channel limited in length to the sealing pressure flows through the narrow limited cooling channel · The energy dissipation is achieved by a suitable choice of the outer diameter of the cascade plates 7 and of the cross section. the cooling channel matched to the sheet performance.

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.The coolant is discharged through a number of holes 11 in the consisting of the parts 9 and 10 and sealed by circular rings Katodenträger, which end in a Ringammeikammer 12, to which the coolant discharge pipe 13 is connected. By suitable connecting elements between anode block and cathode support, but which ensure their mutual electrical insulation, the necessary sealing pressure is produced and the mechanical connection between the parts of the Plasmatron ^ produced »The gas supply takes place in the Plasmatron shown in Pig« 1 symmetrically through the space between the cathode 14 and death camp participants 9.

Die' Teile des Anodenblocks 2 und 3 können durch eine zusätzliche Verschraubung miteinander verbunden sein, wodurch ein schnelleres Auswechseln erreicht wird.The 'parts of the anode block 2 and 3 may be interconnected by an additional screw, whereby a faster replacement is achieved.

Durch die Abrundung der dem Kühlkanal zugewandten Oberfläche der Kaskadenplatte wird eine periodische Veränderung dessen Querschnitts erreicht, wodurch sich die Kühlwirkung verstärkt·The rounding off of the surface of the cascade plate facing the cooling channel achieves a periodic change in its cross section, thereby increasing the cooling effect.

Claims

Claim:

1 # Kuhlkanal for KaskadenbÖgen "and Kaskadenplasmatrons that contain a package of cascade plates for stabilizing the arc or the plasma jet, marked characterized in that the cascade plates themselves have no cooling channels and that a coaxial annular channel to the Kaskadenpia ttenpaket is limited to the inside the cascade panels with insulating and sealing interlayer and outward through a weakly elastic pipe made of an insulating material »

2 _# Cooling channel according to point 1, characterized ichnet thereby »that the cross section of the cooling channel is narrow and can be changed periodically by special shaping of the cascade plates«.

.Side drawing .