EA001829B1 - Плазменная горелка - Google Patents

Abstract

Использование: в плазменной технике, в частности в плазменных горелках, использующих водяной пар в качестве плазмообразующей среды.Сущность изобретения: горелка снабжена завихрителем 17 в виде тангенциальных отверстий в испарителе, во фланце 7 резервуара 3 герметично установлена электроизоляционная пробка 18 с регулировочной гайкой 19, токоподвод выполнен в виде подпружиненного толкателя 21 с ламелью 22, соединенного с катододержателем 11. Между толкателем 21 и электроизоляционной пробкой 18 установлен уплотнительный элемент 23, фиксатор положения оси электрода-катода 12 относительно выходного отверстия сопла-анода 10 выполнен в виде центрирующих втулок 25 и 26 из электроизоляционного материала, одна из которых 25 размещена между катододержателем 11 и испарителем 14, а вторая 26 - между катододержателем 11 и электроизоляционной трубкой 13. Электроизоляционная трубка 13 выполнена составной в виде двух и более сочлененных по торцевым поверхностям электроизоляционных трубок и зафиксирована в испарителе 14.

Description

Изобретение относится к электродуговым генераторам низкотемпературной плазмы (плазмотронам, плазменным горелкам) и может быть использовано в машиностроении и других отраслях промышленности для плазменной обработки материалов - резки, пайки, сварки, термической обработки поверхности материалов.

Более точно изобретение относится к плазменным горелкам с подвижным катодом, в которых в качестве составной части плазмообразующей среды используется водяной пар, образующийся непосредственно в плазмотроне за счет тепловой энергии, выделяемой электрической дугой на электродах, в частности, к тем плазменным горелкам, в которых процесс парообразования совмещен с отводом тепла от электродов, и касается плазменных горелок с вихревой стабилизацией электрической дуги плазмообразующей средой.

Известна плазменная горелка (прототип), которая по своей конструкции и входящим в нее элементам наиболее близка предлагаемому устройству и содержит те характерные узлы и элементы, что практически и все другие плазменные горелки: корпус с разрядной камерой и присоединенный к нему резервуар с влаговпитывающим материалом и отверстием для залива рабочей жидкости, соосно установленные в корпусе сопло-анод и электрод-катод, закрепленный в катододержателе, размещенном с возможностью осевого перемещения в электроизоляционной трубке, установленной в испарителе, соприкасающимся с теплопроводным кольцом, каналы, выходящие в разрядную камеру, и соприкасающимся с соплом-анодом, фиксатор положения оси электрода-катода относительно выходного отверстия сопла-анода, и токоподвод, причем катододержатель, электроизоляционная трубка и испаритель проходят через резервуар. (ВИ № 2112635 С1 6 В 23 К 10/00, пр. 20.06.97, публ. 10.06.98). Данная горелка обеспечивает надежную работу, однако она обладает следующими недостатками: такими как возможность возникновения с течением времени несоосности электрода-катода относительно сопла-анода из-за выгорания упругодеформирующихся элементов, недостаточной вихревой стабилизацией и недостаточным обжатием электрической дуги, сложной схемой обеспечения герметичности и рядом других существенных недостатков, усложняющих сборку и обслуживание плазменной горелки.

Целью настоящего изобретения является упрощение конструкции и повышение эксплуатационных качеств путем обеспечения стабильной работы горелки и увеличения срока службы ее составных частей.

Технический результат достигается тем, что плазменная горелка, содержащая корпус с разрядной камерой и присоединенный к нему резервуар с влаговпитывающим материалом и отверстием для залива рабочей жидкости, соос но установленные в корпусе сопло-анод и электрод-катод, закрепленный в катододержателе, размещенном с возможностью осевого перемещения в электроизоляционной трубке, установленной в испарителе, соприкасающимся с теплопроводным кольцом, имеющим каналы, выходящие в разрядную камеру, и соприкасающиеся с соплом-анодом, фиксатор положения оси электрода-катода относительно выходного отверстия сопла-анода, и токоподвод, катододержатель, электроизоляционная трубка и испаритель проходят через резервуар, снабжена облицовочным кожухом, завихрителем в виде тангенциальных отверстий в испарителе, резервуар снабжен дополнительной емкостью с фитилем и выполнен в виде тонкостенной оболочки с фланцами, в одном из которых герметично установлена электроизоляционная пробка с регулировочной гайкой и центральным отверстием, в котором размещен токоподвод в виде подпружиненного толкателя с ламелью, соединенного с катододержателем, а между толкателем и электроизоляционной пробкой размещен уплотнительный элемент, в центральном отверстии регулировочной гайки установлена кнопка с возможностью контакта с толкателем, фиксатор осевого положения электрода-катода относительно выходного отверстия сопла-анода, выполненных в виде центрирующих втулок из электроизоляционного материала, одна из которых размещена между катододержателем и испарителем, а вторая - между катододержателем и электроизоляционной трубкой, в центрирующих втулках выполнены сквозные пазы по внутренней и внешней поверхностям первой и второй втулок соответственно, электроизоляционная трубка выполнена составной в виде двух и более сочлененных по торцевым поверхностям электроизоляционных трубок, электроизоляционная трубка зафиксирована в испарителе. Центрирующие втулки и электроизоляционные трубки могут быть выполнены из керамики. В качестве влаговпитывающего материала может быть использовано базальтовое волокно. Уплотнительный элемент может быть выполнен в виде деформируемого кольца. Отверстие для залива рабочей жидкости может быть выполнено в дополнительной емкости резервуара и может быть снабжено клапаном. Каналы, входящие в разрядную камеру могут быть выполнены в виде тангенциальных отверстий в плоскости, перпендикулярной оси сопла-анода и примыкающей к плоскости стыка сопла-анода и кольца. Кольцо и испаритель могут быть выполнены за одно целое.

Настоящее изобретение поясняется чертежом, где изображен общий вид предложенного устройства.

Плазменная горелка содержит корпус 1, разрядную камеру 2, резервуар 3 с влаговпитывающим материалом 4 и отверстием 5 для залива рабочей жидкости. Резервуар 3 выполнен тонкостенным с фланцами 6 и 7 и соединен с дополнительной емкостью 8 с фитилем 9. Отверстие 5 для залива рабочей жидкости может быть выполнено и в дополнительной емкости 8 резервуара 3 может быть снабжено клапаном. В корпусе 1 соосно установлены сопло-анод 10 и закрепленный в катододержателе 11 с возможностью осевого перемещения электрод-катод 12. Катододержатель 11 расположен в электроизоляционной трубке 13, установленной в испарителе 14. Испаритель 14 сопряжен с теплопроводным кольцом 15, имеющим каналы 16, выходящие в разрядную камеру 2. Теплопроводное кольцо сопряжено с соплом-анодом 10. Каналы 16, входящие в разрядную камеру 2, могут быть выполнены в виде тангенциальных отверстий в плоскости, перпендикулярной оси сопла-анода 10 и примыкающей к плоскости стыка соплаанода 10 и кольца 15. Испаритель 14 снабжен завихрителем 17, выполненным в виде тангенциальных отверстий в испарителе. Во фланце 7 резервуара 3 герметично установлена электроизоляционная пробка 18 с регулировочной гайкой 19 и центральным отверстием 20. В центральном отверстии 20 размещен токоподвод, который выполнен в виде подпружиненного толкателя 21с ламелью 22, соединенного с катододержателем 11. Между толкателем 21 и электроизоляционной пробкой 18 установлен уплотнительный элемент 23, который может быть выполнен в виде деформируемого кольца. Кроме того в центральном отверстии регулировочной гайки 19 установлена кнопка 24, которая контактирует с толкателем 21. Плазменная горелка имеет также фиксатор положения оси электрода-катода 12 относительно выходного отверстия сопла-анода 10. Фиксатор выполнен в виде центрирующих втулок 25 и 26 из электроизоляционного материала, одна из которых 25 размещена между катододержателем 11 и испарителем 14, а вторая 26 - между катододержателем 11 и электроизоляционной трубкой 13. В центрующих втулках 25 и 26 выполнены сквозные пазы по внутренней и внешней поверхностям первой 25 и второй 26 втулок. Электроизоляционная трубка 13 выполнена составной в виде двух и более сочлененных по торцевым поверхностям электроизоляционных трубок и зафиксирована в испарителе 14. Центрирующие втулки 25 и 26 и электроизоляционные трубки 13 могут быть выполнены из керамики. В качестве влаговпитывающего материала 4 может быть использовано базальтовое волокно. Испаритель 14 и теплопроводное кольцо 15 могут быть выполнены за одно целое. Плазменная горелка снабжена облицовочным кожухом 27.

Предложенная плазменная горелка функционирует следующим образом.

Через отверстие 5 и внутрь резервуара 3 заливается рабочая жидкость, которая заполняет дополнительную емкость 8, пропитывает влаговпитывающий материал 4 и фитиль 9. Вклю чается источник электропитания и подается напряжение на электрод-катод 12 относительно заземленного сопла-анода 10. Возбуждение электрической дуги производится сообщением возвратно-поступательного движения электроду-катоду 12 по продольной оси между двумя точками нажатием кнопки 24 и прижатием рабочего конца электрода-катода 12 к соплу-аноду 10, при отпускании кнопки 24 пружина отводит электрод-катод 12 от сопла-анода 10 в исходное положение, создавая зазор, позволяющий среде протекать через внутренний канал сопла-анода 10. При разрыве контакта электрод-катод 12 сопло-анод 10, возбуждается электрическая дуга. Энергия, выделяемая на электроде-катоде 12 и сопле-аноде 10 горелки, при протекании тока через дугу, разогревает их, и тепло через теплопроводные элементы конструкции передается рабочей жидкости, находящейся во влаговпитывающем материале 4, заполняющем резервуар 3. Рабочая жидкость превращается в пар (плазмообразующая среда), создается избыточное давление, под действием которого пар проходит в разрядную камеру 2 и далее выходит через центральное отверстие сопла-анода 10, стабилизируя при этом электродуговой столб и одновременно охлаждая электрод-катод 12 и сопло-анод 10. Влаговпитывающий материал 4, заполняющий резервуар 3, обеспечивает равномерную подпитку испарителя 14 и, соответственно, равномерное во времени испарение воды. Оптимальный зазор между электродом-катодом 12 и соплом-анодом 10 подбирают для конкретного режима работы плазменной горелки и выставляют путем вращения регулировочной гайки 19. Навинчивая (отвинчивая) регулировочную гайку 19, перемещают катододержатель 11 внутри электроизоляционной трубки 13, регулируя расстояние между электродом-катодом 12 и соплом-анодом 10. В зависимости от требуемого режима использования горелки изменяют выходной ток источника электропитания, а для создания условий формирования устойчивого дугового столба в широком диапазоне токов вращают регулировочную гайку 19.

Изделие обеспечивает наилучшие показатели надежности, контролепригодность производственной, ремонтной и эксплуатационной технологичности плазменной горелки.

При проведении испытаний плазменной горелки, выполненной в соответствии с изобретением, получено устойчивое возбуждение и горение дуги в диапазоне токов 1-10 А при выходном напряжении источника электропитания 20-200 В.

Claims (7)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Плазменная горелка, содержащая корпус с разрядной камерой и присоединенный к нему резервуар с влаговпитывающим материалом и отверстием для залива рабочей жидкости, соос5 но установленные в корпусе сопло-анод и электрод-катод, закрепленный в катододержателе, размещенном с возможностью осевого перемещения в электроизоляционной трубке, установленной в испарителе, соприкасающимся с теплопроводным кольцом, имеющим каналы, выходящие в разрядную камеру, и соприкасающимся с соплом-анодом, фиксатор положения оси элекрода-катода относительно выходного отверстия сопла-анода, и токоподвод, причем катододержатель, электроизоляционная трубка и испаритель проходят через резервуар, отличающаяся тем, что она снабжена облицовочным кожухом, завихрителем в виде тангенциальных отверстий в испарителе, а резервуар снабжен дополнительной емкостью с фитилем и выполнен в виде тонкостенной оболочки с фланцами, в одном из которых герметично установлена электроизоляционная пробка с регулировочной гайкой и центральным отверстием, в котором размещен токоподвод в виде подпружиненного толкателя с ламелью, соединенного с катододержателем, а между толкателем и электроизоляционной пробкой размещен уплотнительный элемент, при этом в центральном отверстии регулировочной гайки установлена кнопка с возможностью контакта с толкателем, фиксатор положения оси электрода-катода относительно выходного отверстия сопла-анода выполнен в виде центрирующих втулок из электроизоляционного материала, одна из которых размещена между катододержателем и испарителем, а вторая - между катододержателем и электроизоляционной трубкой, при этом в центрирующих втулках выполнены сквозные пазы по внутренней и внешней поверхностям первой и второй втулок соответственно, а электроизоляционная трубка выполнена составной в виде двух и более сочлененных по торцевым поверхностям электроизоляционных трубок, причем электроизоляционная трубка зафиксирована в испарителе.
2. 2. Плазменная горелка по п.1, отличающаяся тем, что центрирующие втулки и электроизоляционные трубки могут быть выполнены из керамики.
3. 3. Плазменная горелка по п.1, отличающаяся тем, что в качестве влаговпитывающего материала может быть использовано базальтовое волокно.
4. 4. Плазменная горелка по п.1, отличающаяся тем, что уплотнительный элемент может быть выполнен в виде деформируемого кольца.
5. 5. Плазменная горелка по п.1, отличающаяся тем, что отверстие для залива рабочей жидкости может быть выполнено в дополнительной емкости резервуара и может быть снабжено клапаном.
6. 6. Плазменная горелка по п.1, отличающаяся тем, что каналы, входящие в разрядную камеру, могут быть выполнены в виде тангенциальных отверстий в плоскости, перпендикулярной оси сопла-анода и примыкающей к плоскости стыка сопла-анода и кольца.
7. 7. Плазменная горелка по п.1, отличающаяся тем, что кольцо и испаритель могут быть выполнены за одно целое.