DE2951121C2

DE2951121C2 - Verfahren und Einrichtung zum Schutz der Düse eines Plasmabrenners hoher Leistung

Info

Publication number: DE2951121C2
Application number: DE2951121A
Authority: DE
Inventors: Jochen DDR 8010 Dresden Böhme; Harry Dr.-Ing. Förster; Bernd-Dieter Dipl.-Phys. Wenzel
Original assignee: VEB EDELSTAHLWERK 8 MAI 1945 FREITAL DDR 8210 FREITAL DD
Current assignee: VEB EDELSTAHLWERK 8 MAI 1945 FREITAL DDR 8210 FREITAL DD
Priority date: 1978-12-21
Filing date: 1979-12-19
Publication date: 1983-10-20
Also published as: SE7910466L; ATA756779A; FR2445089A1; CH643417A5; YU302579A; FR2445089B1; DD151248A1; SE432335B; GB2047509A; DE2951121A1; AT374276B; GB2047509B; JPS5595300A

Description

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Lichtleitkabel vom Düsenringspalt (6) bis zu den Fotodetektoren (5) angeordnet sind.

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schutz der Düse eines Plasmabrenners hoher Leistung, insbesondere für Plasmaschmelzöfen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Ein derartiges Verfahren und eine derartige Einrichtung ist aus der DE-OS 25 41 166 bekannt.

Während in Plasmabrennern zum Schneiden die Kathode hinter der Düse angeordnet ist und die Düse zum Einschnüren der Entladung im Düsenkanal ausgebildet ist, sitzt in Plasmabrennern hoher Leistung mit leistungsfreier wassergekühlter Düse, wie sie vorwiegend in Schmelzofen zum Einsatz kommen, die Kathode in der Düse, und der Bogen bildet sich vor der Düse aus. Des weiteren sind bei Plasmabrennern hoher Leistungen die auf die Bogenleistung bzw. die auf den Düsenkanalquerschnitt bezogenen spezifischen Gasdurchsätze im Interesse eines wirtschaftlichen Gasverbrauches und der Ofenkonstruktion um etwa einen Faktor 10 kleiner als bei Plasmabrennern kleiner Leistung, beispielsweise zum Schneiden.

Aus diesen Gründen ist die bogenstabilisierende und bogenisolierende Wirkung (Kaltgasmantel) der Gasströmung außerordentlich gering. Bei dem bekannten gattungsgemäßen Verfahren wird als Meßgröße die Kapazität des Kaltgasmantels zwischen der Düse und dem Plasmastrahl verwendet. Die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Nebenlichtbögen, die über die Düse zum Behandlungsgut überspringen, ist sehr groß. Wenn diese Nebenlichtbögen sehr stromstark im Bereich von kA sind, werden die Düsen in der kurzen Zeit von weniger als 0,1 s angeschmolzen bis zum Austritt von Wasser aus der Düse, so daß die Plasmabrenner funktionsunfähig werden. Aus der DD-PS 1 31 218 ist ein Plasmabrenner zum Einsatz in Plasmaschmelzöfen bekannt, bei dem die Düse zur Erhöhung der Lebensdauer mit einem Trägerkörper verbunden ist, der aus einem äußeren und inneren Rohr und dem dazwischenliegenden Wasserführungsrohr besteht. Die Düse besteht aus einem inneren und äußeren Düsenring, die mittels Gleitdichtung auf das innere und äußere Rohr axial aufgesetzt sind.

Die bekannten elektrischen Überwachungseinrichtungen versagen, da entweder auf Grund des gering ausgebildeten Kaltgasmantels kein Nebenlichtbogen durch Änderung der elektrischen Parameter erkannt werden kann oder da Nebenlichtbögen kleiner Leistung, die für die Düse ungefährlich sind, nicht von Nebenlichtbögen hoher Leistung unterschieden werden. Nach H. Carter und M. Donker, »Photoelektronische Bauelemente«, Philips Technische Bibliothek, 1964, S. 86 ff., sind Fotodetektoren als »Flammenwächter« bekannt Dabei wird zur Überwachung die Lichtstrahlung der Brenner genutzt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Düse eines Plasmabrenners hoher Leistung vor Zerstörung durch stromstarke Nebenlichtbögen zu schützen und zwar unabhängig davon, ob ein ausgeprägter Kaltgasmantel vorliegt oder nicht

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der gattungsgemäßen Art dadurch gelöst, daß der Düsenringspalt zwischen dem Austrittsende der Düse und der Stiftkathode mittels im Gaszuführungsbereich angeordneter Fotodetektoren überwacht wird und eine durch einen Nebenlichtbogen bewirkte zusätzliche Lichtstrahlung das Schaltsignal auslöst.

Die Detektoren befinden sich dabei so weit hinter der Kathode, daß ein kleiner öffnungswinkel zum Überwachen eines Teilbereiches des äußeren Düsenringspaltes durch jeden Photodetektor gewährleistet ist und daß im Anordnungsbereich des Detektors rine geringe Umgebungstemperatur herrscht. Obwohl die optischen Achsen der Fotodetektoren auf den Hauptlichtbogen gerichtet sind, tritt beim Auftreten von Nebenlichtbögen zwischen Kathode und Düse eine zusätzliche Lichtstrahlung auf, die durch den Photodetektor registriert wird. Diese zusätzliche Lichtstrahlung ist abhängig von der Stromstärke des Nebenlichtbogens und wird ab einer Nebenlichtbogenleistung von 10% der Hauptlichtbogenleistung für weitere Schalthandlungen ausgewertet. Beim Registrieren eines stromstarken Nebenlichtbogens durch einen der Fotodetektoren wird im Leistungskreis in den Regelkreis in bekannter Weise eingegriffen, der die Nebenlichtbögen durch Verminderung der Leistung des Hauptlichtbogens sofort ausschaltet

Bei einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist es vorteilhaft, wenn Lichtleitkabel vom Düsenringspalt bis zu den Fotodetektoren angeordnet sind, welche die Lichtstrahlung zum Detektor übertragen.

Lichtleitkabel, die das Licht zwischen einer emittierenden Quelle und einem Fotodetektor übertragen, sind beispielsweise aus dem o. g. Buch »Photoelektronische Bauelemente«, S. 92, an sich bekannt.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In der Zeichnung ist ein Plasmabrenner im Schnitt dargestellt. Der Plasmabrenner hoher Leistung ist in einem Ofen 1 angeordnet. Zwischen der wassergekühlten Halterung 2 der Kathode 3 und der wassergekühlten Düse 4 sind Fotodetektoren 5 angeordnet, deren optische Achsen auf den äußeren Düsenringspalt 6 gerichtet sind. Beim Auftreten eines Nebenlichtbogens im äußeren Düsenringspalt 6 wird durch einen der Fotodetektoren 5 ein erhöhtes Signal abgegeben. Dieses elektrische Signal wird in geeigneter Weise durch an sich bekannte Schaltelemente dem Regelkreis zugeführt, der auf die Leistungsquelle des Plasmabrenners entsprechend einwirkt. Das Schmelzgut 7 und der Lichtbogen 8 sind symbolisch dargestellt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zum Schutz der Düse eines Plasmabrenners hoher Leistung, insbesondere für Plasmaschmelzöfen, dessen Stiftkathode von der Düse für die Gasführung umgeben ist, bei dem bei Auftreten eines Nebenlichtbogens zwischen der Stiftkathode und der Düse ein Schaltsignal ausgelöst wird, das den Hauptlichtbogenstrom reduziert, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenringspalt (6) zwischen dem Austrittsende der Düse (4) und der Stiftkathode (3) mittels im Gaszuführungsbereich angeordneter Fotodetektoren (5) überwacht wird und eine durch einen Nebenlichtbogen bewirkte zusätzliche Lichtstrahlung das Schaltsignal auslöst