DE2334449A1

DE2334449A1 - DEVICE FOR STABILIZING A LIQUID PLASMA ARC BURNER WITH A DC ARC

Info

Publication number: DE2334449A1
Application number: DE19732334449
Authority: DE
Inventors: Miloslav Bartuschka; Gustav Kyntschl; Ivo Dipl-Ing Wohlrab; Karel Dipl-Ing Zverschina
Original assignee: Vysoka Skola Chemicko Technologicka V Praze
Current assignee: Vysoka Skola Chemicko Technologicka V Praze
Priority date: 1972-07-13
Filing date: 1973-07-06
Publication date: 1974-01-24
Also published as: AT323296B; CA983586A; SE394255B; DE2334449B2; FR2193299A1; CS152750B1; FR2193299B1; CH552930A

Description

Patentanwälte Dlpl.-Ing. R. U . C T ZPatent attorneys Dlpl.-Ing. R. U. C T Z

Dtpi-'p . i\. LA\:p,vH Dr.-1 · ,. ... ::, j. i£ χ Ζ Jr. • Manchen i2, Steirwdorfrtr. 1·Dtpi-'p. i \. LA \: p, vH Dr.-1 ·,. ... ::, j. i £ χ Ζ Jr. • Manchen i2, Steirwdorfrtr. 1·

233-21.O52P(21.O53H) 6. 7. 1973233-21.O52P (21.O53H) July 6, 1973

Vysokä skola chemicko-technoloqickä, Praha (CSSR)Vysokä skola chemicko-technoloqickä, Praha (CSSR)

Vorrichtung zur Stabilisierung eines Flüssigkeits-Pias malichtbogen-Brenners mit Gleichstrom-LichtbogenDevice for stabilizing a liquid arc torch with direct current arc

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stabilisierung eines Flüssigkeits-Plasmalichtbogen-Brenners mit einem Gleichstrom-Lichtbogen. The invention relates to a device for stabilizing a liquid plasma arc torch with a direct current arc.

Die Funktion eines bekannten Flüssigkeits-Plasmabrenners mit einem Gleichstrom-Lichtbogen beruht auf dem Prinzip, daß zwischen zwei Elektroden, d. h. zwischen einer Anode und einer Kathode, ein Gleichstrom-Lichtbogen brennt, der durch einen Kanal einer Stabilisierungs-The function of a known liquid plasma torch with a Direct current arc is based on the principle that between two electrodes, i. H. between an anode and a cathode, a direct current arc burns through a channel of a stabilization

309884/0577309884/0577

233-(S 7955)-Hd-r (9)233- (S 7955) -Hd-r (9)

vorrichtung hindurch geht, die zur Bildung von stabilen hydrodynamischen Verhältnissen bei der Erreichung des nötigen Verlaufs des Gradienten der elektrischen Spannung dient. Vom Gesichtspunkt der dynamischen Verhältnisse muß der Kanal der Stabilisierungsvorrichtung einen Flüssigkeitswirbel bilden, in dessen Mitte der Lichtbogen brennt, wobei die Dicke des Flüssigkeitsfilms so sein muß, daß sie einerseits genügend das eigentliche Material des Kanals vor der Wärmeeinwirkung des Lichtbogens und des entstandenen Plasmas schützt und gleichzeitig andererseits die Entstehung des Plasmas ermöglicht.device passes through, which is used to form stable hydrodynamic Relationships in achieving the necessary course of the gradient of the electrical voltage is used. From the dynamic point of view Conditions, the channel of the stabilization device must form a fluid vortex in the middle of which the arc burns, the thickness of the liquid film must be such that on the one hand it sufficiently covers the actual material of the channel before the action of heat of the arc and the resulting plasma protects and at the same time on the other hand enables the formation of the plasma.

Falls bei einem Flüssigkeits-Plasmabrenner die Stabilisierungsvorrichtung so beschaffen ist, daß mit deren Hilfe optimale Verhältnisse sowohl in hydrodynamischer, als auch in Spannungsverhältnis-Hinsicht entstehen, kommt es entweder zu einem ungleichmäßigen Betrieb des Plasmabrenners oder zu einer solchen Herabsetzung der Lebensdauer eines Teils der Stabilisierungsvorrichtung, daß der eigentliche Flüssigkeits-Plasmabrenner nicht industriell eingesetzt werden kann. Außer dem oben angeführten Umstand hat die Stabilisierungsvorrichtung einen entscheidenden Einfluß auf die Wirksamkeit des eigentlichen Flüssigkeits-Plasmabrenners als Plasma-Generator und daher auf die Höhe der erzielten Temperatur, auf die Höhe der Ausströmungsgeschwindigkeit und dadurch auf die Möglichkeit der Anwendung des Flüssigkeits-Plasmabrenners auf den einzelnen technologischen Gebieten. If, in the case of a liquid plasma torch, the stabilization device is designed in such a way that it is used to achieve optimum conditions arise both in terms of hydrodynamics and in terms of tension, either uneven operation occurs of the plasma torch or to such a reduction in the service life of a part of the stabilization device that the actual Liquid plasma torch cannot be used industrially. In addition to the above-mentioned circumstance, the stabilization device has a decisive influence on the effectiveness of the actual Liquid plasma torch as a plasma generator and therefore to the level of the temperature achieved, to the level of the outflow velocity and thereby the possibility of using the liquid plasma torch in the individual technological fields.

Die Stabilisierungsvorrichtungen, die gegenwärtig bei Flüssigkeits-Plasmabrennern verwendet werden, zeigen eine niedrige Lebens-The stabilization devices currently used in liquid plasma torches used show a low life

309884/0577309884/0577

dauer, verursachen bedeutende Unregelmäßigkeiten des Betriebs dieser Brenner und einen niedrigen Wirkungsgrad der eigentlichen Flüssigkeits-Plasmabrenner als Plasmageneratoren und ermöglichen praktisch nicht eine ausreichend wirtschaftliche Anwendung dieser Brenner in der Produktion.duration, cause significant irregularities in the operation of these Torch and a low efficiency of the actual liquid plasma torch as plasma generators and practically do not allow a sufficiently economical application of these torches in production.

Die angeführten Nachteile beseitigt die erfindungsgemäße Vorrichtung für die Stabilisierung des Flüssigkeitsbrenners mit einem Gleichstrom-Lichtbogen dadurch, daß die einzelnen Bestandteile der Stabilisierungsvorrichtung durch eine geeignete und zweckmäßige Zusammenstellung von elektrisch leitenden und elektrisch nichtleitenden Materialien gebildet sind.The device according to the invention eliminates the stated disadvantages for the stabilization of the liquid burner with a direct current arc in that the individual components of the stabilization device by a suitable and expedient combination are formed from electrically conductive and electrically non-conductive materials.

Genauer gesagt dadurch, daß im Körper des Brenners angebrachte ringförmige austauschbare Bestandteile, nämlich eine Stirndüse, eine Mündungsdüse, ein Ring, eine Düse, eine Sammeldüse, ein abgesetzter Ring, ein zylinderförmiger Ring und eine Spannzangenbüchse einer Spannzange gegeneinander elektrisch isoliert und weiter auch elektrisch von der Zuleitung des elektrischen Stroms zur Kathode isoliert sind, die in der Spannzange befestigt ist, wobei in den Raum, der durch de.n Körper des Brenners und durch den Ring gebildet ist, ein erster Einlaß mündet und in den Raum, der durch den Körper des Brenners und durch den zylinderförmigen Ring gebildet ist, und weiter in den inneren Raum des zylinderförmigen Rings zweite Einlasse münden, wogegen ein erster Auslaß vom Raum zwischen der Stirn des Brenners und der Stirndüse ausgeht und ein zweiter Auslaß vom Raum, der durch den austauschbaren Ring und durch den abgesetzten Ring gebildet ist, ausgeht.More precisely, by being attached in the body of the burner ring-shaped interchangeable components, namely a front nozzle, an orifice nozzle, a ring, a nozzle, a collecting nozzle, a remote nozzle Ring, a cylindrical ring and a collet sleeve of a collet are electrically insulated from each other and furthermore are electrically isolated from the supply line of the electric current to the cathode, which is fixed in the collet, whereby in the space that is formed by the body of the burner and by the ring the first inlet opens into the space formed by the body of the burner and by the cylindrical ring, and further Second inlets open into the inner space of the cylindrical ring, while a first outlet opens from the space between the forehead of the burner and the front nozzle and a second outlet from the space, through the interchangeable ring and through the offset Ring is formed, goes out.

309884/0577309884/0577

2334U92334U9

Dabei ist es zweckmäßig, daß die Stirndüse, die Mündungsdüse, der Ring, die Düse, die Sammeldüse, der abgesetzte Ring, der zylinderförmige Ring und die Spannzangenbüchse der Spannzange ganz oder teilweise aus einem elektrisch nichtleitenden Material hergestellt sind.It is useful that the front nozzle, the orifice nozzle, the ring, the nozzle, the collecting nozzle, the offset ring, the cylindrical Ring and the collet sleeve of the collet entirely or partially made of an electrically non-conductive material are.

Ferner ist es vorteilhaft, daß die Düse mit einer kreisförmigen Öffnung versehen ist, die kleiner ist als die Öffnungen in den ringförmigen austauschbaren Bestandteilen.Furthermore, it is advantageous that the nozzle is provided with a circular opening which is smaller than the openings in the annular interchangeable components.

Endlich empfiehlt es sich, daß die Mündungsdüse mit einer ringförmigen Öffnung versehen ist, die kleiner ist als die Öffnungen in den kreisförmigen austauschbaren Bestandteilen.Finally it is recommended that the muzzle nozzle with an annular Opening is provided which is smaller than the openings in the circular interchangeable components.

Die Wirkung der Stabilisierungsvorrichtung des Flüssigkeitsbrenners nach der Erfindung besteht darin, daß sie einen störungsfreien Betrieb des eigentlichen Flüssigkeits-Plasmabrenners sowie auch eine Erhöhung der Lebensdauer der einzelnen Teile der Vorrichtung und eine Erhöhung der Leistung und der Ausströmungsgeschwindigkeit gewährleistet. Die Stabilisierungsvorrichtung ermöglicht die Erreichung des nötigen Verlaufs des Gradienten der elektrischen Spannung, was die Erhöhung der Lebensdauer der einzelnen Teile in Abhängigkeit von der Volt-Ampere-Kennlinie der Stromquelle des Gleichstrom-Plasmabrenners gestattet. Weiter ermöglicht ein passend gewähltes Verhältnis der Innendurchmesser und der Außendurchmesser der ringförmigen Bestandteile eine Steigerung der Wirksamkeit des eigentlichen Flüssigkeits-Plasmabrenners als Plasmagenerator. Die Anordnung, die in derThe effect of the stabilizing device of the liquid burner according to the invention is that they ensure trouble-free operation of the actual liquid plasma torch as well as a Increase in the service life of the individual parts of the device and an increase in performance and the outflow speed are guaranteed. The stabilization device makes it possible to achieve the necessary course of the gradient of the electrical voltage, what the increase in the service life of the individual parts depending on the volt-ampere characteristic of the power source of the direct current plasma torch allowed. Furthermore, a suitably selected ratio of the inner diameter and the outer diameter of the annular Components increase the effectiveness of the actual liquid plasma torch as a plasma generator. The arrangement contained in the

309884/0577309884/0577

2334U92334U9

^ j ^^m ^ j ^ ^m

Verkleinerung des Innendurchmessers der Düse oder der Büchse im Verhältnis zu den anderen kreisförmigen öffnungen besteht, ermöglicht eine Steigerung der Ausströmungsgeschwindigkeit des Plasmas und eine Steigerung des Wirkungsgrades der Ausnutzung der Quelle des elektrischen Gleichstroms des Flüssigkeits-Plasmabrenners mit einem Gleichstrom-Lichtbogen.There is a reduction in the inner diameter of the nozzle or the sleeve in relation to the other circular openings an increase in the outflow speed of the plasma and an increase in the efficiency of the utilization of the source the electrical direct current of the liquid plasma torch with a direct current arc.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Stabilisierung des Flüssigkeits-Plasmabrenners mit einem Gleichstromlichtbogen ist in der aus einer einzigen Figur bestehenden Zeichnung gezeigt.An embodiment of the device according to the invention for stabilizing the liquid plasma torch with a direct current arc is shown in the single figure drawing.

In einem Brennerkörper 29 ist eine Stabilisierungsvorrichtung des Plasmabrenners angeordnet, die gebildet ist einerseits durch kreisförmige austauschbare Metallbestandteile, nämlich durch eine Stirndüse 1, durch eine Mündungsdüse 2, durch einen Ring 3, durch eine Düse 4, durch eine Sammeldüse 5, durch einen abgesetzten Ring 7, durch einen zylinderförmigen Ring 8 und durch eine Spannzangenbüchse 9, und andererseits durch einen kreisförmigen nichtmetallischen Ring 6. Der kreisförmige nichtmetallische Ring 6 ist einerseits mit einem ersten tangentialen Einlaß 25 und mit einem zweiten tangentialen Einlaß 26 und andererseits mit einem ersten tangentialen Auslaß 27 und mit einem zweiten tangentialen Auslaß 28 versehen. Die einzelnen kreisförmigen austauschbaren Teile sind voneinander isoliert durch kreisförmige Isolierungsteile, nämlich eine erste, zweite, dritte, vierte und fünfte Isoliereinlage 18, 19, 20, 21 bzw. 22.In a torch body 29, a stabilization device of the plasma torch is arranged, which is formed on the one hand by circular exchangeable metal components, namely through a front nozzle 1, through an orifice nozzle 2, through a ring 3 a nozzle 4, through a collecting nozzle 5, through a remote one Ring 7, through a cylindrical ring 8 and through a collet sleeve 9, and on the other hand by a circular non-metallic ring 6. The circular non-metallic ring 6 is on the one hand with a first tangential inlet 25 and with a second tangential inlet 26 and on the other hand with a first tangential Outlet 27 and provided with a second tangential outlet 28. The individual circular interchangeable parts are separate from each other insulated by circular insulation parts, namely a first, second, third, fourth and fifth insulation insert 18, 19, 20, 21 or 22.

30988A/057730988A / 0577

2334U92334U9

Das Wassersystem der einzelnen Teile ist durch einen ersten Dichtungsring 23 und einen zweiten Dichtungsring 24 abgetrennt. In der Stabilisierungs vor richtung des Plasmabrenners nach der Erfindung ist weiter eine Düse 4 angebracht, die einen kleineren Öffnungsdurchmesser auf der Achse haben kann als die kreisförmigen austauschbaren Teile 1, 2, 3, 5, 7, 8 und 9.The water system of the individual parts is separated by a first sealing ring 23 and a second sealing ring 24. In the stabilization device before the plasma torch according to the invention is further attached a nozzle 4, which can have a smaller opening diameter on the axis than the circular interchangeable Parts 1, 2, 3, 5, 7, 8 and 9.

Die Stabilisierungsvorrichtung ist im vorderen Teil des Körpers durch eine Stirn 17 des Brenners befestigt. Im hinteren Teil des Körpers des Brenners ist eine Spannzange 16 mit einem Leitring 11 und mit einer Wellendichtung 12 angebracht. Die Spannzange 16 wird durch einen Abstandsring 13 angedrückt, an dem über einen großen Isolätionszwischenring 14 und einen kleinen Isolationszwischenring eine Mutter 10 anliegt.The stabilizing device is fixed in the front part of the body by a face 17 of the torch. In the back of the body A collet chuck 16 with a guide ring 11 and with a shaft seal 12 is attached to the burner. The collet 16 is pressed by a spacer ring 13, on which a large intermediate isolation ring 14 and a small intermediate isolation ring a nut 10 is applied.

In der Spannzange 16 ist eine nicht dargestellte Stangenkathode angebracht, der elektrischer Strom zugeleitet wird. Die Anode, vorteilhafterweise eine Drehanode, ist vor der Stirn des Brenners angebracht (ebenfalls nicht dargestellt).In the collet 16, a rod cathode, not shown, is attached to the electrical current is fed. The anode, advantageously a rotating anode is attached to the front of the burner (also not shown).

Die eigentliche Funktion des Plasmabrenners mit der Stabilisierungsvorrichtung geht auf den an sich bekannten Betrieb dieser Vorrichtungen zurück. Zwischen der Kathode, die in der Spannzange 16 befestigt ist und der Anode, die vor der Stirn 17 des Brenners angebracht ist, brennt der Gleichstrom lichtbogen. Dieser Lichtbogen geht durch den Kanal der Stabilisierungsvorrichtung hindurch, d. h. durch seine einzelnen Bestandteile, deren Anordnung nach der Erfindung unterThe actual function of the plasma torch with the stabilization device goes back to the known operation of these devices. Between the cathode, which is fixed in the collet 16 is and the anode, which is attached in front of the front 17 of the torch, burns the direct current arc. This arc goes through the channel of the stabilization device, d. H. by its individual components, their arrangement according to the invention under

309884/0577309884/0577

233U49233U49

Wahl elektrisch leitender und.elektrisch nicht leitender Materialien dieser Bestandteile stabile hydrodynamische Verhältnisse für die Flüssigkeit gewährleistet, zum Beispiel für Wasser, das durch die Einlasse zugeführt wird und das durch die Auslässe austritt, wodurch die richtige Funktion des Plasmas sichergestellt ist.Choice of electrically conductive and electrically non-conductive materials these constituents ensure stable hydrodynamic conditions for the liquid, for example for water that flows through the Inlets is supplied and that exits through the outlets, whereby the correct functioning of the plasma is ensured.

Die Stabilisierungsvorrichtung des Flüssigkeits-Plasmabrenners nach der Erfindung kann bei Flüssigkeits-Plasmabrennern mit einem Gleichstromlichtbogen mit verschiedenen zugeführten Leistungen in . den Grenzen von 10 - 530 KVA und für technologische Anwendungen auf der Basis eines Plasmaspritzverfahrens, chemischer Synthesen, des Schneidens, des Schweißens, einer Lichtstrahlungsquelle und dergleichen verwendet werden.The stabilization device of the liquid plasma torch according to the invention can in liquid plasma torches with a Direct current arc with various powers supplied in. the limits of 10 - 530 KVA and for technological applications on the basis of a plasma spray process, chemical syntheses, cutting, welding, a light radiation source and the like can be used.

309884/0577309884/0577

Claims

233U49 claims

1.) Device for stabilizing a liquid plasma arc torch with a direct current arc, characterized in that mounted in the body (29) of the torch ring-shaped interchangeable components, namely a front nozzle (l), an orifice nozzle (2), a ring (3), a nozzle (4), a collecting nozzle (5), a stepped ring (7), a cylindrical ring (8) and a collet sleeve (9) of a collet (16) electrically isolated from one another and also electrically from the supply line of the electrical current to the cathode, which is mounted in the collet (16), being in the space passing through the body (29) of the burner and formed by the ring (3), a first inlet (25) opens and into the space through the body (29) of the Burner and formed by the cylindrical ring (8), and further into the inner space of the cylindrical ring (8) second Inlets (26) open out, whereas a first outlet (27) extends from the space between the end (17) of the burner and the end nozzle (1) and a second outlet (28) extends from the space formed by the interchangeable ring (6) and the stepped ring (7) .

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the front nozzle (1), the orifice nozzle (2), the ring (3), the nozzle (4), the collecting nozzle (5), the offset ring (7), the cylindrical one Ring (8) and the collet sleeve (9) of the collet (16)

309884/0577

2334U9

entirely or partially made of an electrically non-conductive material
are made.

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that that the nozzle (4) is provided with a circular opening which is smaller than the openings in the annular interchangeable Ingredients (1, 2, 3, 5, 7, 8, 9).

4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the orifice nozzle (2) is provided with an annular opening which is smaller than the openings in the circular interchangeable components (1, 3, 4, 5, 7, 8, 9).

309884/0577

<0<0

LeerseiteBlank page