EP1169889A1 - Cartridge for a plasma torch and plasma torch fitted therewith - Google Patents

Cartridge for a plasma torch and plasma torch fitted therewith

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EP1169889A1
EP1169889A1 EP00918936A EP00918936A EP1169889A1 EP 1169889 A1 EP1169889 A1 EP 1169889A1 EP 00918936 A EP00918936 A EP 00918936A EP 00918936 A EP00918936 A EP 00918936A EP 1169889 A1 EP1169889 A1 EP 1169889A1
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EP
European Patent Office
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anode
cartridge
groove
annular
assembler
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EP00918936A
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EP1169889B1 (en
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Christophe Girold
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/26Plasma torches
    • H05H1/32Plasma torches using an arc
    • H05H1/34Details, e.g. electrodes, nozzles
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05HPLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
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    • H05H1/24Generating plasma
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H05H1/00Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24Generating plasma
    • H05H1/26Plasma torches
    • H05H1/32Plasma torches using an arc
    • H05H1/34Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3478Geometrical details

Definitions

  • Arc plasmas are part of the family of thermal plasmas. These are partially ionized gaseous media, conductors of electricity but generally electrically neutral, at pressures of the order of atmospheric pressure. They are generated by means of a plasma torch, by passing one or more plasma gas (es) through an electric arc which is maintained between two electrodes.
  • es plasma gas
  • FIG. 1 illustrates very schematically the principle of such a torch.
  • Such a torch comprises two electrodes, an anode 1 and a cathode 3, concentric with one another and providing between them a gas circulation channel 7.
  • the two electrodes 1,3 are connected to a high voltage, high frequency generator (HT-HF) and to a direct current generator. They must Be energetically cooled (by circulation of water) to avoid their fusion.
  • HT-HF high voltage, high frequency generator
  • an electric arc 8 erupts between the two electrodes (cathode and anode) ionizing the gas introduced and making the inter electrode space conductive.
  • the DC generator can then flow into this space and maintain the arc.
  • the power supplied to the torch is equal to the product of the intensity delivered (which can be regulated) by the voltage which is established between one anode and the cathode. This voltage depends on several parameters such as the nature and the flow rate of gas used, but also on the wear of the electrodes for a significant part.
  • the power of the plasma 9 is equal to the power supplied to the torch minus the losses in the cooling water.
  • the wear of the electrodes is therefore highly penalizing. It depends on their geometry, the efficiency of their cooling, their coaxiality, the nature and the purity of the gases.
  • Equipment for generating a plasma 9 of arc 8 is used for thermal spraying (surface treatment), gas heating or chemical synthesis.
  • the energy supplied to the gas by the electric arc makes it possible to heat them to temperatures above 10,000 K.
  • plasma gas es
  • the choice of plasma gas is almost unlimited. It depends on the requirements of the process (oxidation, nitriding, high temperature in a reducing medium, etc.).
  • the power range is very wide, ranging from a few kilowatts to several megawatts. Very often, the choice of nature and flow plasma gases dictate the range of operation possible.
  • a torch is therefore often designed for a given application because its technology must be compatible with the choice of plasma gas and the desired working power.
  • the torches currently existing are complex assemblies, comprising at least a dozen parts (gaskets, screws and bolts, except fluids).
  • the coaxiality of the electrodes depends on the stack of machined parts with acceptable tolerances for the seals.
  • the replacement of one or both electrodes is an operation which must occur regularly (in most cases after a few tens of hours of operation). This operation always requires the disassembly / reassembly of sub-assemblies and the replacement of the seals.
  • a first known torch operates with a mixture of air / argon or oxygen / argon, its power is approximately 100 k. It consists of 15 machined parts, 21 seals, 22 screws and 6 fluid fittings. The regular wearing parts are the cathode and the anode, an insulating ring and an injection nozzle. A minimum of maintenance (change of the anode) is necessary within 100 hours of operation under the best conditions of use.
  • a second known torch has been developed for hydropyrolysis of heavy hydrocarbons. The plasmagenic gases are argon and hydrogen which are mixed with methane at the outlet of the torch. This torch is similar to a thermal spray torch.
  • the torch according to the invention aims to simplify as much as possible the mounting of the torch itself and, on the other hand, the periodic replacement of the wearing parts. It has been developed in particular for a gas heating application in a post-combustion reactor for pyrolysis gas of chlorinated radioactive waste, highly contaminated with ⁇ emitters. This reactor is intended to operate in a glove box.
  • the plasma torch according to the invention is designed in two parts, an interchangeable disposable cartridge constituting a plasma generator intended to be inserted in a connection structure and holding the cartridge.
  • the purpose of this structure for connecting and holding the cartridge is to connect the cartridge to its supplies of plasma gas, cooling fluid and electric currents.
  • This structure comprises for this purpose first means of connecting the cartridge.
  • the structure comprises second means, cooperating or not with means for fixing the cartridge, in order to keep the cartridge mechanically connected to the first means for supplying electric water and gas currents.
  • the invention relates to a plasma generator cartridge for a plasma torch, having centered on an axis AA ', an annular anode comprising a central cavity receiving a cathode centered on AA', the anode and the cathode forming an annular space between them for the production of an arc, means for distributing a plasma-producing gas, the distributed gas circulating in the annular space between the cathode and the anode, means for cooling the anode, comprising in particular conduits for an anode cooling fluid, these conduits having an inlet and an outlet, assembly means, cartridge characterized in that the assembly means comprise a cathode support having a conductive part for bringing the electric currents necessary for the operation of the torch from a current input to the cathode, means for positioning the cathode, an assembler made of an electrically insulating material, the cathode support, the assembler and the annular anode comprising hollow parts and projecting parts all axial
  • the projecting parts comprise a first and / or a second annular ring, this first and / or second annular ring, coming to be fitted in a first and / or a second annular groove. Due to this shape offering a symmetry of revolution, the assembly is simplified since it suffices to position the parts to be assembled coaxially with the assembler, the anode and / or the cathode support, to achieve fitting without it is necessary to index them angularly. According to an advantageous characteristic of this preferred mode, an annular cooling volume formed between the assembler and the anode receives a cooling fluid through a conduit leading the fluid from an exterior surface of the cartridge but preferably from the anode at this annular volume.
  • the internal radial dimensions of the assembler are greater over at least one axially central part than that of the crown of the anode housing the central cavity.
  • An annular volume for the circulation of an anode cooling fluid is thus formed between this crown of the anode and the assembler.
  • This volume is in communication with conduits for supplying and evacuating the cooling fluid, by means of conduits drilled in the anode, the assembler, or even the support.
  • the cartridge assembled according to the invention comprises an annular gas distribution volume receiving plasmagenic gas conduits and distributing the received gas, around the cathode, by means of holes opening out either on lights or a groove gas distribution terminal.
  • Gas tightness is obtained by the fact that the inter-electrode space comprises a part of revolution made of insulating material fitted in tight assembly around the cathode, on the one hand and inside the cavity of the anode. 'somewhere else.
  • the annular distribution volume is constituted by a radial groove which can be located either on the anode, or on the insulating piece of revolution, or again both on the anode and on the insulating piece of revolution. In this way the cartridge according to the invention does not require for the gas supply any seal or conduit, other than those produced by drilling or machining or molding, in the parts necessary for the operation of the torch.
  • FIG. 2 shows an axial section of an assembled cartridge according to the invention
  • FIG. 3 shows an axial section of a cathode support and a lower part of an assembler assembled with this support;
  • FIG. 4 shows a top view of the support shown in Figure 3;
  • FIG. 5 shows an axial section of a cathode centralizer and a cathode assembled with this centralizer
  • Figure 7 shows a top view of a variant of the centralizer and the cathode shown in Figure 5;
  • FIG. 8 shows an axial section of an anode, an insert assembled on this anode and an upper part of an assembler assembled with this anode;
  • - Figure 9 shows a top view of
  • FIG. 11 shows an axial section of a connection structure and holding a cartridge according to one invention assembled with a said cartridge shown schematically;
  • - Figure 12 is an axial section along a plane perpendicular to the plane of Figure 13; and - Figure 13 is a front view of the structure 80 assembled with the cartridge 100, with a partial axial section in the upper right corner.
  • cartridge 100 Description of a preferred embodiment An example of cartridge 100 according to the invention will now be described in connection with FIG. 2.
  • the cartridge 100 and the parts which compose it have shapes having a symmetry of revolution about an axis AA 'constituting the axis of the cartridge.
  • the parts, which assembled, together constitute a cartridge 100 according to the invention, are six in number. They are:
  • the parts 1 to 6 When they are assembled, the parts 1 to 6 form between them in a known manner and shown in FIG. 1, a gas circulation channel 7, an inter-electrode space where an arc can be created 8.
  • the plasma 9 (not shown in the 2) is ejected through a nozzle 13 from the anode 1.
  • the cathode support 2 described below, in conjunction with FIGS. 3 and 4 is a part of cylindrical shape having a symmetry of revolution about the axis AA '. It comprises a base or lower surface 21 of circular shape located in a plane perpendicular to the axis AA '.
  • the side opposite the base 21 has, from the center towards the periphery, a central bore 23, with a lateral surface 34 and a bottom 35, a circular groove 24 of revolution around AA ′, having two lateral edges 25, 26, a internal edge 25 and an external edge 26, as well as a bottom 27.
  • One or more through hole (s) 28 join (join) the bottom 27 of the groove 24 at the base 21.
  • support 2 includes a crown 29, having an upper surface 30 situated in a plane parallel to the base 21.
  • the lateral edges of this ring consist of the internal lateral edge 25 of the groove 24 and the lateral face 34 of the bore 23.
  • the support comprises one or more through conduits 75, joining, through the annular ring 29 adjoining the central bore 23, the lower surface 21 to the upper surface 30 of this ring 29.
  • Such a conduit 75 is shown in dotted lines in FIG. 3.
  • the support 2 comprises a peripheral crown 22 having an external lateral face 36 of diameter equal to that of the base 21 and an upper face 37.
  • the lateral edges of the crown 22 are constituted by the external lateral face 36 of the support 2 and by the external lateral face 26 of the groove 24.
  • the diameter of the bore 23 is sufficient to receive by tightening the cathode 3 which will be described later.
  • the adjustment is sufficiently tight to ensure good electrical contact between the cathode support 2 and the cathode 3.
  • the contact surface between the cathode and the anode must be as large as possible to ensure the passage of a current of several hundreds of amperes practically without losses.
  • the width of the groove 24, i.e. the difference between the radii of the outer 26 and inner edges 25 is greater than the width (i.e. the difference between the outer radius and the inner radius of the crown) of a first crown 51 of the assembler 5.
  • the diameter of the external wall 26 of the groove 24 is less than the external diameter of this crown 51 of the assembler 5 so that this crown 51 of the assembler 5 can be fitted tightly into the groove 24.
  • the assembler 5, the assembly crown 51 of which is shown in FIG. 3 are described below.
  • the cathode 3 is cylindrical in shape with a flat circular base 31 and a conical head 32. It is included in a cathode centralizer 4, shown in FIGS. 5 and 6 in position around the cathode 3.
  • the centering device 4 also has a circular shape of revolution around AA '. It comprises a basic cylindrical part 41, extended by a cylindrical part 42 of smaller outside diameter.
  • the internal diameter of the centering device 4 is constant over the entire height of the centering device, with the exception, in a first embodiment, of the diameter of an upper end portion 43 situated on the side opposite the base 41, the diameter of which is slightly greater to the inside diameter of the base 41 and of the cylindrical extension 42.
  • the centralizer 4 has through holes. In the preferred embodiment, these holes join the outer face 50 to the upper surface 49 of the centralizer 4, onto which they open at the level of lights 95 shown in FIG. 7.
  • the axes of the holes are inclined on the axis AA ', but not included in a plane containing the axis AA', so as to cause a tangential injection of the gases, inducing a vortex called a vortex which will force the arc foot to rotate in the anode so as not to not stay hooked in a preferential point.
  • these through holes 44 are drilled in the part 43 of the centralizer 4, at an axial height preferably situated at the junction with the part 42. It will be seen below that these holes 44 are intended to provide a passage for plasma gas to the inter-electrode space.
  • the flat surfaces of the centering device 4 perpendicular to the axis AA ′, are constituted by the lower 46 and upper 47 surfaces of the basic part 41 of the centering device 4.
  • the lower surface 46 of the base 41 is delimited by two concentric circles, the diameter of the inner circle being equal to the internal diameter of the centering device 4, the external diameter of this lower surface 46 being equal to the external diameter of the basic part 41.
  • the lower surface 46 of the centering device 4 may include a groove into which the passages 64, 68 or 74 open. In the assembled position, this groove is in communication with the conduits 75 of the support 2.
  • the upper surface 47 of the basic part 41 of the centralizer 4 is delimited by two circles concentric, the diameter of the outer circle is equal to the outer diameter of the basic part 41 and the diameter of the inner circle is equal to the outer diameter of the extension 42 of the centering device 4.
  • the bottom of the groove 45 is delimited by an external circle whose diameter is equal to the internal diameter of the end portion 43 and whose internal diameter is equal to the external diameter of the cathode 3.
  • the centralizer 4 is constituted by two cylindrical surfaces, a lower surface 39 corresponding to the parts 41 and 42 whose diameter is slightly less than the diameter of the cathode 3, and in the variant with groove 45, by an upper surface 40, corresponding to the part 43 whose diameter is greater than the diameter of the cathode 3.
  • the exterior lateral surfaces of the centralizer 4 are 2 in number, a lower lateral surface 38 corresponding to the base 41 and an upper lateral surface 50 corresponding to the parts 42, 43. From the point in terms of dimensions, the inside diameter of the centering device 4 is, as indicated above slightly smaller than the outside diameter of the cathode 3, so that this cathode 3 can be clamped in the centering device 4.
  • the diameter of the lower lateral surface 38 is equal to the diameters of the surface 25 of the support 2 and of a lateral surface 125 of a part e of anode 1, which will be discussed more far. These three surfaces 25, 38 and 125 are thus in the same alignment once the assembly has been carried out.
  • the internal diameter of the terminal part 43 is greater than the diameter of the cathode 3, so that the cathode 3 and the terminal part 43 together form the groove 45. It will be seen below that this groove 45 receives, through the through holes 44, a plasma gas. Variants of this centralizer 4 will now be described in connection with FIGS. 5 and 7.
  • the function of the centralizer 4 is to center and electrically isolate the cathode 3 relative to the anode 1. This function is provided by the lateral surface outer 50 of the upper part 42, which as will be seen later during the description of the cartridge 100 assembled, comes to bear in tight assembly on a bore of one anode.
  • the variants which will be described below relate to another function of the centralizer which is a function of distribution of the plasma gas in a well distributed manner in the annular volume between the anode 1 and the cathode 3.
  • the plasma gas is brought to the holes 44 by one or more conduits 127 of the anode 1 opening facing the holes 44 or preferably in a radial groove 135 of the anode 1 situated opposite the holes 44.
  • the introduction of the plasma gas can be carried out differently.
  • the internal diameter of the centering device 4 is constant, from the lower surface 46 to the surface upper 49.
  • the distribution of the plasma gas coming from conduits 127 from anode 1 is ensured by a radial annular groove 148 of the centralizer 4 shown in dotted lines in FIG. 5.
  • a groove is said to be radial when it is dug from a surface parallel to axis AA '.
  • the groove is said to be axial if it is hollowed out from a surface perpendicular to the axis.
  • the centralizer 4 has several holes 144 which are not necessarily through. These holes are drilled from the groove 148. They each open onto an axial slot 95 ′, in this variant joining the upper surface 49 of the centralizer 4 to the holes 144.
  • the grooves 148 and 45 are present, the lights 95 are not necessary.
  • the holes 144 are through and join the grooves 148 and 45.
  • the holes 144 are drilled directly from the lateral surface 50 of the upper part 42 of the centering device 4.11 will be seen later on, the holes 144 open out at the level of a radial annular groove 135 of the anode 1 receiving one or more plasma gas lines. At the other end, the holes 144 open either on slots 95 as in the first variant or on the axial groove 45.
  • the grooves 135 of the anode and 148 of the centering device 4 can be present simultaneously.
  • the junction with the gas distribution means, 45, 95 is made by axial conduits 74 or even by external external 64 or internal 68 grooves 68. is obtained by the fact that the centering device is fitted sufficiently tight in the annular cavity 10 of the anode 1, or that the cathode 3 is fitted sufficiently tight in the centralizer.
  • the anode 1 is also a part of revolution around the axis AA '. It has a central cavity 10 of axis AA '. This cavity is through and extends axially from an upper face 11 of the anode to a portion 134 of a lower face 12 of the anode 1.
  • the lower face 12 of the anode 1 is located opposite of the upper face 11 and consists of several parts located axially at different levels. From the upper face 11 to the part 134 of the lower face 12, the cavity 10 comprises an upper cylindrical part 13, the diameter of which is shown in FIGS. 8 and 9 substantially equal to the diameter of the cathode 3. This arrangement is by no means mandatory.
  • the diameter and the length of the part 13 must, in known manner, be adapted to the nature and the flow rate of the plasma gas used, the working power, and the gas speeds desired at the nozzle outlet.
  • a frusto-conical part 14 the diameter of the upper part of the part 14 is equal to the diameter of the part 13.
  • the diameter of the lower part of the frusto-conical part 14 is greater than that of the part 13.
  • there is a cylindrical lower part 15 extending axially from the lower base 16 of the frustoconical part 14 to the part 134 of the lower face 12 of the anode 1.
  • the diameter of this part 15 of the cavity 10 is greater than the largest diameter of the tapered part 14.
  • the tapered part 14 and cylindrical 15 are connected by a flat 17.
  • the ceramic insert 6 is housed in the cavity 10, at the top of the part 15. This simple part will now be described before continuing the description of the anode 1.
  • the insert 6 is a ring in the shape of a torus, generated by a rectangle in rotation around the axis AA '.
  • the width of the rectangle is equal to the width of the flat part 17. This width of the flat part 17 itself results from the difference between the radius of the lower part 15 and the radius of the lower base 16 of the frustoconical part 14.
  • This insert 6 is inserted in a tight fit so that its upper surface 61 comes to bear on the flat 17 of the anode 1.
  • the external lateral surface 62 of the insert is supported on the lateral surface 18 of the part 15 of the cavity 10 of the anode 1.
  • the outside of the anode 1 comprises the upper face 11 delimited by two circles.
  • the diameter of the outer circle is preferably equal to the outer diameter of the support 2, the diameter of the inner circle of the upper surface 11 is equal to the diameter of the upper part 13 of the cavity 10.
  • the exterior of the anode 1 also includes a cylindrical outer face 19.
  • the lower face 12 comprises several parts located axially at different levels. From the outside towards the axis AA ′, there is successively a first ring 121.
  • the outside diameter of this ring 121 is equal to the diameter of the peripheral cylinder 19.
  • the inside diameter of this ring 121 is preferably equal to the outside diameter of the outer wall 26 of the groove 24 of the support 2.
  • the lower surface 133 of this ring is a flat surface perpendicular to the axis AA '.
  • the lower surface 133 is a part of the lower surface 12 of the anode 1.
  • This groove has a groove bottom surface 124, perpendicular to the axis AA '. This surface 124 is a part of the lower surface 12 of the anode 1.
  • This groove 122 has an external cylindrical wall 126 whose diameter is equal to the internal diameter of the first ring 121. This diameter is preferably equal to the diameter of the outer wall 26 of the groove 24 of the support 2.
  • the inner diameter of the axial groove 122 is preferably equal to the diameter of the inner cylindrical wall 25 of the groove 24 of the support 2.
  • This ring 123 has a lower surface 134, perpendicular to the axis AA '. This lower surface 134 is a part of the lower surface 12 of the anode 1.
  • the ring 123 has an external cylindrical wall 125, part of which constitutes the internal cylindrical wall of the groove 122.
  • the cylindrical wall 125 has a diameter preferably equal to the internal diameter of the wall 25 of the groove 24 of the support 2.
  • One or more first conduit (s) 127 each having two ends 128, 129 drilled in the anode 1 allows (tent) a passage of fluid from one of the outer walls 11, 19 of the anode 1, to the inner wall 18 of the cavity 10.
  • the conduit 127 leads from its first end 128, at the upper surface 11 to its second end 129 located at the wall 18 of the lower part 15 of the cavity 10. It opens into this cavity 10 at an axial level located under the insert 6.
  • This or these first conduits 127 are provided for the distribution of the plasma gas.
  • this or these conduits may alternatively lead into an annular radial groove 135 hollowed out from the lateral surface 18 of the cavity 10 of the anode 1, instead of opening directly onto this surface 18.
  • the duct (s) 127 are parallel to the axis AA ′, they are located in the crown 123 containing the central cavity 10 , and they open into the groove 135.
  • the outer end 128, first conduits 127 or at least part of them can be located on an outer wall of the cartridge 100 without that this wall is a wall of the anode 1.
  • a part of the duct (s) 127 could be constituted by axial grooves of the centralizer 4 parallel to the axis AA '.
  • One or more second conduit (s) 130 each having two ends 131, 132, lead (s) from one of the external walls 11, 19 of the anode 1, towards the groove 122.
  • the conduit 130 has its first end 131 at the peripheral cylinder 19 and its second end 132 opens into the groove 122 at the bottom 124 of this groove.
  • the external end 131 of the second conduits or at least part of them can be located on an external wall of the cartridge 100 without this wall being a wall of the anode 1 It could for example be an external wall of the assembler 5 or of the support 2.
  • FIGS. 3 and 8 the lower and upper parts of the assembler 5 have been shown in order to show this assembler 5 in position relative to the support 2 (FIG. 3) and to the anode 1 (FIG.
  • the assembler 5 is shown in axial section in FIG. 10.
  • the assembler 5 comprises a lower cylindrical crown 51.
  • the diameter of the outer cylindrical surface 52 of this crown 51 is slightly greater than the diameter of the wall 26 of the groove 24 of the support 2, so that this crown 51 can be fitted in tight assembly in this groove 24.
  • the diameter of the inner wall 53 of this ring 51 is greater, at least for the part which, in the assembled position, is fitted in this groove 24, than the diameter of the inner wall 25 of the groove 24 of the support 2. In this way an axial annular volume 77 is formed between these two walls 25, 53.
  • the ring 51 has a lower surface 59 perpendicular to the axis AA '. In the assembled position, this surface 59 is not in contact with the surface 27 of the bottom of the groove 24.
  • annular volume 73 is formed between these two surfaces.
  • This crown 51 is extended by a central part 54 also in the form of a crown.
  • the diameter of the inner wall 55 of this ring 54 is greater than the diameter of the cylindrical wall 125 of the anode 1.
  • an axial annular volume 72 is formed between these two walls 55, 125. It is recalled that the wall 125 extends axially from the bottom 124 of the groove 122 of the anode 1 to the lower surface 134 of the second ring 123 of the anode 1.
  • This lower surface 134 constitutes the lowest surface of the anode 1.
  • the upper part of the assembler 5 shown in the assembled position, FIG. 8, is also in the form of a crown 56.
  • the diameter of the external wall 57 of this crown is greater than the external diameter of the external wall 126 of the groove 122 , of the anode 1.
  • the difference in dimension between the diameter of the outer wall 57 of the crown 56 and the diameter of the wall 126 is such that this crown 56 can be fitted in a tight assembly in the groove 122.
  • the diameter of the inner wall 58 of the crown 56 is greater than the diameter of the wall 125 of the anode 1. In this way an axial annular volume 76 is formed between these two walls 58, 125. It is recalled that this wall 125 from the anode 1 extends axially from the bottom 124 of the groove 122 to the part 134 of the lower surface 12 of the anode 1, which is at the lowest level of the anode. Crown 56 has a upper surface 60. In the assembled position, this surface 60 is not in contact with the surface 124 of the bottom of the groove 122. In this way an annular volume 71 is formed between these two surfaces.
  • the central part of the assembler 5 has an upper surface 65, a lower surface 66 both perpendicular to the axis AA ′, and an external lateral surface 67.
  • the upper surface 65 of the central part 54 of the assembler 5 is delimited by a circle having for diameter the outside diameter of the crown 56 and a circle having for diameter the diameter of the external lateral surface 67 of the central part 54.
  • the lower surface 66 of the central part 54 of the assembler 5 is delimited by a circle having for diameter the outside diameter of the lower crown 51 and a circle having for diameter the diameter of the outside lateral surface 67.
  • the circles of delimitation of the upper 65 and lower 66 surfaces are concentric.
  • the internal diameter of the axial central cavity 69 is constant so that the axial internal surfaces 58, 55, 53 of this cavity form only one and the same surface. This characteristic simplifies manufacturing but it is in no way mandatory.
  • the assembler 5 is presented as a part of revolution having a through axial central cavity 69. It comprises a central part 54 from which spring upwards and downwards cylindrical parts 56, 51 respectively of outside diameter smaller than the outside diameter of the central portion 54. It will be seen later that, in a first embodiment of the holding structure, the shoulder forming the central portion 54 is used to accommodate through holes and tapped holes. In this embodiment, these holes form part of the means for fixing the cartridge 100 to the holding and connection structure. The other part of these means consists of tapped holes or not of the holding and connection structure and of screws or bolts or nuts. In this embodiment, the central part 54 performs another function. One of the upper 65 or lower 66 surfaces serves as an assembly stop. In the example shown in FIG.
  • the lower surface 133 of the crown 121 of the anode 1 abuts on the upper surface 65 of the central part 54.
  • a functional clearance is formed between the upper surface 37 of the crown 22 of the support 2 of the cathode 3 and the lower surface 66 of the central part 54. Thanks to this stop 65 and to a suitable dimensioning of the grooves 122 and 24 and the axial lengths of the crowns 56, 51 one is sure to spare the spaces annulars 71 and 73.
  • the same stop function could be obtained by giving the throat bottoms 122 or 24 a rounded or conical shape, the width at the bottom of the throat decreasing with the depth of penetration.
  • the functional clearance also makes it possible to ensure contact between the surfaces 30 of the support 2 and 46 of the centralizer 4, as well as between the surfaces 134 of the anode 1 and 47 of the centralizer 4.
  • the assembler 5 can be constituted by a straight cylinder having an axial central cavity, the inside diameters and outside of the assembler being constant from the lower surface 59 to the upper surface 60.
  • the insert 6 is placed in position as described above in the anode 1.
  • the cathode 3 is inserted into the bore 23 of the support 2, the underside 31 of the cathode coming into contact with the bottom 35 of the bore 23 , the lateral face of the cathode being in contact thanks to a tight assembly of the lateral surface 34 of the bore 23. In this way an electrical contact between the cathode 3 and the support 2 is ensured on all the surfaces facing the support 2 and the cathode 3.
  • the centralizer 4 is placed around the cathode 3 as described above. The lower face 46 of the centralizer 4 is in contact with the upper face 30 of the crown 29.
  • the assembler 5 is then placed in press position, the groove 122 of the anode 1 receiving the crown 56 of the assembler 5
  • the upper part of the crown 56 and / or the edges of the groove 122 can be bevelled or chamfered to facilitate insertion.
  • the assembler 5 is in place the lower surface 133 of the crown 121 of the anode 1 is in abutment against the upper surface 65 of the central part 54 of the assembler 5.
  • the upper surface 60 of the assembler 5 n is not at the bottom of the groove 122 which means that an annular volume 71 is, as already mentioned above, formed between the lower surface 124 of the groove 122 of the anode 1 and the upper surface 60 of the crown 56
  • the anode 1 and its insert 6 thus assembled with the assembler 5 is then assembled with the support assembly 2, cathode 3 and centering device 4, the crown 51 being inserted by the press into the groove 24 of the support 2.
  • the bottom of the crown 51 and the top of the groove 24 may bevelled or chamfered.
  • annular volume 73 is therefore, as already mentioned above, formed between the lower surfaces 59 of the crown 51 and 27 of the support 2. It will be seen later that this annular volume 73 formed between these two surfaces is intended to collect the cooling water.
  • This volume annular 72 extends axially from the upper part 60 of the crown 56 to the lower part 59 of the crown 51 of the assembler 5.
  • this annular volume is formed of annular volumes 76, 72 and 77 and possible annular connecting volumes between these different parts of the volume.
  • the water is brought in through the opening 131, and through the conduit 130 on the outer surface of the anode 1, the inner end 132 of the conduit 130 opens into the annular volume 71 formed between the surfaces 124 and 60 of the groove 122 and crown 56 respectively.
  • This water can flow along the interior wall 125 of the anode 1 through the annular volume or volumes 72 up to the annular volume 73 formed between the bottom of the annular crown 51 and the bottom 27 of the groove 24.
  • the arrival of plasma gas through the opening 128 of the anode 1 is done without a gasket, the gas opening through the conduits 44 or 144 in the openings 95 arranged around the cathode 3 on the centralizer 4 , or in the groove 45, according to the variant embodiments.
  • the torch assembled according to the invention therefore comprises only six parts, the anode 1, the support 2, the cathode 3, the centering device 4, the assembler 5 and the insert 6.
  • the assembly of this torch can be carried out with fewer press operations if there are specialized tools for lateral support of the parts to be assembled.
  • the plasma gas circuit is entirely in a central part of the assembled cartridge 100. It may be a central part of the anode 1, in the form of a crown 123, this crown immediately adjoining the central cavity 10 of the anode. It may also be conduits 75 passing through the support 2 to be in communication with the passages 64, 68, 74 of the centralizer.
  • the water circuit is located at the periphery of this same ring 123 adjoining the central cavity 10 so that there is no crossing of the water and gas circuits.
  • the assembler was presented as a separate part of the support. This is due to the fact that the assembler joining the support made of a conductive material in contact with the cathode is in contact with the anode. It is therefore made of an electrically insulating material to avoid a short circuit between the anode and the cathode. It is obviously possible to produce the support in an insulating material comprising conductive bushings to connect the cathode. In this case we can consider that the assembler is made up of the parts made of insulating material and the support is made up of the parts made of conductive material.
  • Anode 1, and cathode support 2 which in
  • electrolytic copper could be made of any material, for example metallic, conductive of electricity and allowing one evacuation of very high heat fluxes.
  • the doped tungsten of cathode 3 could be machined in any metallic material having a low potential for extraction of electrons.
  • the centralizing diffuser 4 can be machined from any plastic material for assembly purposes, and having good swelling resistance to water, a high dielectric character and good mechanical resistance to radiation and to temperature.
  • the assembly body 5 may be machined from a plastic material for assembly purposes by simple plastic pressure.
  • the insulating insert 6 can be machined from a ceramic material having good impact resistance thermal, radiation and with a strong dielectric character, for example boron nitride.
  • the assemblies are of the tight fitting type produced under press, which implies a pair of suitable material:
  • the assemblies are constituted by plastic couples - copper alloy or alloy of tungsten - copper alloy.
  • connection and holding structure of the cartridge 100 will now be briefly described in connection with FIGS. 11, 12, and 13.
  • a first connection and holding structure 80 shown in FIG. 11 in an axial section, has two parts all two of revolution around the axis AA '.
  • a lower part 81 conceals a bore 83 whose internal diameter is equal to the external diameter of the support 2, so that this support 2 can easily be introduced into this part 81.
  • the example shown in FIG. 11 corresponds to one of the variants of realization of the cartridge 100 in which the cooling fluid is evacuated by the conduit (s) 28 of the support 2.
  • the lower part 81 comprises a water evacuation and a current inlet represented in 84.
  • One or more O-ring (s) make it possible in known manner to ensure sealing.
  • An upper part 82 of the holding and connection structure conceals a bore 85 whose internal diameter is equal to the external diameter of the anode 1, so that this anode 1 can easily be introduced into this part 82.
  • This structure 82 comprises an axial central hole 91 with flared edges allowing the plasma to pass.
  • the example shown in FIG. 11 corresponds to one of the variant embodiments of the cartridge 100 in which the arrival of the cooling fluid and the plasma gas are carried out through the conduit (s) 130 and 127 of the anode 1 for the water and gas supply respectively.
  • the upper part 82 has a water inlet 86 and a gas inlet 87.
  • One or more O-ring (s) make it possible in known manner to ensure sealing.
  • the water inlet 86 opens opposite the conduit 130 of the anode 1.
  • a radial groove 88 receiving the water inlet 86 allows distribution to the various conduits.
  • an axial groove not shown, receiving the gas inlet 87 allows distribution to the various conduits 127.
  • the main interest of this structure 80 is to be able to quickly exchange the cartridge 100.
  • For mounting the upper part of the cartridge that is to say that corresponding to the anode 1 is introduced into the upper part 82 of the structure 80.
  • the cartridge 100 is screwed onto the upper part 82 by means of screws 89 passing through holes in the assembler 5 and screwing into tapped holes in the upper part 82.
  • the lower part 81 is then put in place by introducing the support 2 in bore 83.
  • Means can also be provided to facilitate correct radial positioning. Screws 90 make it possible to fix the lower part 81 to the assembler. These screws pass through holes in the assembler 5 and are screwed into tapped holes in the lower part 81.
  • FIG. 13 is a front view of the structure 80 assembled with the cartridge 100, with a partial axial section in the upper right corner .
  • FIG. 12 is an axial section along a plane perpendicular to the plane of FIG. 13.
  • the lower 81 and upper 82 flanges and the cartridge 100 are kept assembled by means of a bracket 92.
  • This bracket 92 has a U shape. Two parallel arms of the U are rotatably fixed by means of screws 96 perpendicular at axis AA ′ at the upper flange 82. Insulating sleeves and washers are provided in a known manner to avoid electrical contact between the stirrup and the flange 82.
  • the lower flange 81 is provided on its underside with a central imprint 93. In the assembled position, a screw 94 mounted in the horizontal part of the U of the bracket 92 blocks the rotation of the bracket 92 around the screws 96 and exerts pressure at the impression 93.
  • Insulation electrical flange 81 and the bracket is obtained by means of an insulating sleeve 95 and insulating washers.
  • a locking lock nut 97 is provided.
  • the lock nut 97 is released and the screw 94 unscrewed until the cartridge 100 can be extracted from one of the flanges 81 or 82.
  • the flange 82 is always secured to the bracket 92 and the flange 81 is maintained, the screw 94 still inside the cavity 93.
  • the cartridge 100 can be extracted from the other flange by a slight rotation of the caliper 92 around the axis formed by the screws 96. This rotation frees the passage of the cartridge 100.
  • the procedure is reversed.
  • This method of assembly is advantageous from the mechanical point of view because it makes it possible to exert an assembly pressure of the flanges 81, 82 and of the cartridge 100 which is automatically axial. There is no risk of asymmetric pressures creating a lateral deformation constraint. It is also interesting because it allows the assembly and disassembly of the cartridge 100 by means of a single screw without the need to maintain the flanges 81, 82, which is particularly advantageous when working in a glove box.

Abstract

A plasma torch comprising a replaceable cartridge (100) consisting of only six parts: an anode nozzle (1) made from electrolytic copper, a cathode support (2) made from electrolytic copper, a doped tungsten cathode (3), a diffusing/centralising cathode made of plastic (4), an assembler made of plastic (5) and a ceramic insert (6). The parts are press-assembled and the assembly of said parts creates volumes (71, 72, 73) that make up the cooling circuit of the anode (1) and other elements of the torch, in addition to conduits and inlet fittings for the plasmagenic gas. Liquid inlets and outlets are provided by a fitting and maintenance structure for easy assembly of the cartridge (100).

Description

CARTOUCHE POUR TORCHE A PLASMA ET TORCHE A PLASMA CARTRIDGE FOR PLASMA TORCH AND PLASMA TORCH
EQUIPEEEQUIPPED
DESCRIPTIONDESCRIPTION
Domaine de 1 ' inventionField of the invention
L'invention se situe dans le domaine des torches à plasma.The invention relates to the field of plasma torches.
Etat de la technique antérieureState of the art
Les plasmas d'arc font partie de la famille des plasmas thermiques. Ce sont des milieux gazeux partiellement ionisés, conducteurs de l'électricité mais globalement électriquement neutres, à des pressions de l'ordre de la pression atmosphérique. On les génère au moyen d'une torche à plasma, en faisant passer un ou plusieurs gaz plasmagène (s) au travers d'un arc électrique que l'on entretient entre deux électrodes.Arc plasmas are part of the family of thermal plasmas. These are partially ionized gaseous media, conductors of electricity but generally electrically neutral, at pressures of the order of atmospheric pressure. They are generated by means of a plasma torch, by passing one or more plasma gas (es) through an electric arc which is maintained between two electrodes.
Pour porter des gaz à haute température et enthalpie massique élevée, on utilise des torches à arc soufflé. C'est-à-dire que l'arc est confiné à l'intérieur de la torche qui contient les deux électrodes et c'est le jet à grande vitesse de gaz à haute température (le plasma) que l'on utilise dans le procédé. La figure 1, illustre de façon très schématique le principe d'une telle torche. Une telle torche comprend deux électrodes, une anode 1 et une cathode 3, concentriques l'une de l'autre et ménageant entre elles un canal 7 de circulation de gaz. Les deux électrodes 1,3 sont reliées à un générateur haute tension, haute fréquence, (HT-HF) et à un générateur de courant continu. Elles doivent impérati- vement être energetiquement refroidies (par circulation d'eau) pour éviter leur fusion.To carry gases at high temperature and high mass enthalpy, blown arc torches are used. That is, the arc is confined inside the torch which contains the two electrodes and it is the high speed jet of gas at high temperature (the plasma) that is used in the process. Figure 1 illustrates very schematically the principle of such a torch. Such a torch comprises two electrodes, an anode 1 and a cathode 3, concentric with one another and providing between them a gas circulation channel 7. The two electrodes 1,3 are connected to a high voltage, high frequency generator (HT-HF) and to a direct current generator. They must Be energetically cooled (by circulation of water) to avoid their fusion.
Initialement et grâce au générateur HT-HF, un arc 8 électrique jaillit entre les deux électrodes (cathode et anode) ionisant le gaz introduit et rendant l'espace inter électrode conducteur. Le générateur de courant continu peut alors débiter dans cet espace et entretenir 1 ' arc .Initially and thanks to the HT-HF generator, an electric arc 8 erupts between the two electrodes (cathode and anode) ionizing the gas introduced and making the inter electrode space conductive. The DC generator can then flow into this space and maintain the arc.
La puissance fournie à la torche est égale au produit de l'intensité débitée (qui peut être régulée) par la tension qui s ' établit entre 1 ' anode et la cathode. Cette tension dépend de plusieurs paramètres tels que la nature et le débit de gaz utilisé, mais aussi de l'usure des électrodes pour une part non négligeable. La puissance du plasma 9 est égale à la puissance fournie à la torche diminuée des pertes dans l'eau de refroidissement. L'usure des électrodes est donc fortement pénalisante. Elle dépend de leur géométrie, de l'efficacité de leur refroidissement, de leur coaxialité, de la nature et de la pureté des gaz.The power supplied to the torch is equal to the product of the intensity delivered (which can be regulated) by the voltage which is established between one anode and the cathode. This voltage depends on several parameters such as the nature and the flow rate of gas used, but also on the wear of the electrodes for a significant part. The power of the plasma 9 is equal to the power supplied to the torch minus the losses in the cooling water. The wear of the electrodes is therefore highly penalizing. It depends on their geometry, the efficiency of their cooling, their coaxiality, the nature and the purity of the gases.
Des équipements permettant de générer un plasma 9 d'arc 8 sont utilisés pour la projection thermique (traitement de surface) , le chauffage de gaz ou la synthèse chimique. L'énergie fournie au(x) gaz par l'arc électrique permet de les échauffer à des températures supérieures à 10.000 K.Equipment for generating a plasma 9 of arc 8 is used for thermal spraying (surface treatment), gas heating or chemical synthesis. The energy supplied to the gas by the electric arc makes it possible to heat them to temperatures above 10,000 K.
Le choix du ou des gaz plasmagènes est quasi illimité. Il est fonction des exigences du procédé (oxydation, nitruration, haute température en milieu réducteur, ....). L'éventail de puissance est très étendu, il va de quelques kilowatt à plusieurs mégawatt. Très souvent, le choix de la nature et du débit des gaz plasmagenes dicte la gamme de fonctionnement possible.The choice of plasma gas (es) is almost unlimited. It depends on the requirements of the process (oxidation, nitriding, high temperature in a reducing medium, etc.). The power range is very wide, ranging from a few kilowatts to several megawatts. Very often, the choice of nature and flow plasma gases dictate the range of operation possible.
Une torche est donc souvent conçue pour une application donnée car sa technologie doit être compa- tible avec le choix du gaz plasmagène et la puissance de travail souhaitée.A torch is therefore often designed for a given application because its technology must be compatible with the choice of plasma gas and the desired working power.
Sa taille, sa forme et sa simplicité peuvent également prendre de l'importance s'il s'agit de travailler en milieu exigu ou hostile. Les torches actuellement existantes sont des ensembles complexes, comprenant au moins une dizaine de pièces (joints d' étanchéité, visserie et raccords en fluides exceptés) . La coaxialité des électrodes dépend de l'empilement de pièces usinées avec des tolérances acceptables pour les joints d' étanchéité.Its size, shape and simplicity can also become important if it is a question of working in a confined or hostile environment. The torches currently existing are complex assemblies, comprising at least a dozen parts (gaskets, screws and bolts, except fluids). The coaxiality of the electrodes depends on the stack of machined parts with acceptable tolerances for the seals.
Le remplacement d'une ou des deux électrodes est une opération qui doit intervenir régulièrement (dans la plupart des cas après quelques dizaines d'heures de fonctionnement) . Cette opération nécessite toujours le démontage/remontage de sous-ensembles et le changement des joints d' étanchéité.The replacement of one or both electrodes is an operation which must occur regularly (in most cases after a few tens of hours of operation). This operation always requires the disassembly / reassembly of sub-assemblies and the replacement of the seals.
A titre d'illustration trois exemples de torches à plasma connues sont ci-après commentés brièvement . Une première torche connue fonctionne avec un mélange d'air/argon ou oxygène/argon, sa puissance est d'environ 100 k . Elle est constituée de 15 pièces usinées, 21 joints, 22 vis et 6 raccords fluides. Les pièces d'usure régulière sont la cathode et l'anode, une bague isolante et une buse d'injection. Un minimum de maintenance (changement de l'anode) est nécessaire à moins de 100 heures de fonctionnement dans les meilleures conditions d'utilisation. Une seconde torche connue a été développée pour 1 'hydropyrolyse d'hydrocarbures lourds. Les gaz plasmagenes sont de 1 ' argon et de 1 ' hydrogène qui sont mélangés à du méthane en sortie de torche. Cette torche s'apparente à une torche de projection thermique. On y trouve, excepté les raccords d'alimentation en fluide et la visserie, 10 pièces usinées et 7 joints toriques. Comme troisième exemple, il est cité l'une des torches les plus simples commercialisée par la société SULZER METCO. C'est la torche de projection thermique F4-MB. Ce type de torche fonctionne classiquement avec de l'argon, de l'hélium et de l'azote seul ou en mélange. L'ajout d'hydrogène est souvent utilisé pour gagner de la puissance (augmentation de la tension d'arc) . On dénombre tout de même 8 pièces usinées, 14 joints toriques, 12 éléments de visserie et 3 raccords fluides .By way of illustration, three examples of known plasma torches are briefly discussed below. A first known torch operates with a mixture of air / argon or oxygen / argon, its power is approximately 100 k. It consists of 15 machined parts, 21 seals, 22 screws and 6 fluid fittings. The regular wearing parts are the cathode and the anode, an insulating ring and an injection nozzle. A minimum of maintenance (change of the anode) is necessary within 100 hours of operation under the best conditions of use. A second known torch has been developed for hydropyrolysis of heavy hydrocarbons. The plasmagenic gases are argon and hydrogen which are mixed with methane at the outlet of the torch. This torch is similar to a thermal spray torch. There are, except the fluid supply fittings and hardware, 10 machined parts and 7 O-rings. As a third example, it is cited as one of the simplest torches sold by the company SULZER METCO. It is the F4-MB thermal projection torch. This type of torch conventionally works with argon, helium and nitrogen alone or in mixture. The addition of hydrogen is often used to gain power (increase in arc voltage). There are still 8 machined parts, 14 O-rings, 12 fasteners and 3 fluid fittings.
La torche, selon l'invention, vise à simplifier au maximum le montage de la torche elle-même et, d'autre part, le remplacement périodique des pièces d'usure. Elle a été développée en particulier pour une application de chauffage de gaz dans un réacteur de postcombustion de gaz de pyrolyse de déchets radioactifs chlorés, fortement contaminés en émetteurs α. Ce réacteur est destiné à fonctionner dans une boîte à gant .The torch according to the invention aims to simplify as much as possible the mounting of the torch itself and, on the other hand, the periodic replacement of the wearing parts. It has been developed in particular for a gas heating application in a post-combustion reactor for pyrolysis gas of chlorinated radioactive waste, highly contaminated with α emitters. This reactor is intended to operate in a glove box.
En milieu hostile (radioactif, avec obligation de travailler en boîte à gants ou au télémanipulateur) , le travail doit être simplifié au maximum. L'échange standard de sous-ensembles est souvent préférable au démontage et au remontage de pièces isolées dans un ensemble complexe. Le temps d'intervention est plus court, la fiabilité d'un sous-ensemble neuf et contrôlé est bien meilleure que celle d'un ensemble complexe démonté et remonté .In a hostile environment (radioactive, with the obligation to work in a glove box or with the manipulator), work must be simplified as much as possible. The standard exchange of sub-assemblies is often preferable to the disassembly and reassembly of individual parts in a complex assembly. The intervention time is shorter, the reliability of a new and controlled sub-assembly is much better than that of a complex assembly disassembled and reassembled.
A cette fin, la torche à plasma selon l'invention est conçue en deux parties, une cartouche interchangeable jetable constituant un générateur de plasma destiné à s ' insérer dans une structure de raccordement et maintien de la cartouche. Cette structure de raccordement et maintien de la cartouche a pour but de raccorder la cartouche à ses alimentations en gaz plasmagène, en fluide de refroidissement et en courants électriques. Cette structure comporte à cette fin des premiers moyens de raccordement de la cartouche.To this end, the plasma torch according to the invention is designed in two parts, an interchangeable disposable cartridge constituting a plasma generator intended to be inserted in a connection structure and holding the cartridge. The purpose of this structure for connecting and holding the cartridge is to connect the cartridge to its supplies of plasma gas, cooling fluid and electric currents. This structure comprises for this purpose first means of connecting the cartridge.
Ces premiers moyens servent d ' intermédiaires pour les alimentations en courants électriques, en eau et en gaz. Ces alimentations sont donc complètement désolidarisées de la cartouche plasma.These first means serve as intermediaries for the supply of electric currents, water and gas. These supplies are therefore completely disconnected from the plasma cartridge.
La structure comporte des second moyens coopérant ou non avec des moyens de fixation de la cartouche pour maintenir la cartouche mécaniquement raccordée aux premiers moyens d'alimentation en courants électriques eau et gaz.The structure comprises second means, cooperating or not with means for fixing the cartridge, in order to keep the cartridge mechanically connected to the first means for supplying electric water and gas currents.
Brève description de 1 ' invention L'invention est relative à une cartouche génératrice de plasma pour une torche à plasma, ayant centrés sur un axe AA' , une anode annulaire comportant une cavité centrale recevant une cathode centrée sur AA' , l'anode et la cathode ménageant entre elles un espace annulaire pour la production d'un arc, des moyens de distribution d'un gaz plasmagène, le gaz distribué circulant dans 1 ' espace annulaire entre la cathode et l'anode, des moyens de refroidissement de l'anode, comportant notamment des conduits pour un fluide de refroidissement de l'anode, ces conduits ayant une entrée et une sortie, des moyens d'assemblage, cartouche caractérisée en ce que les moyens d'assemblage comportent un support de cathode ayant une partie conductrice pour amener les courants électriques nécessaires au fonctionnement de la torche d'une entrée de courant à la cathode, des moyens pour positionner la cathode, un assembleur réalisé dans une matière électriquement isolante, le support de cathode, l'assembleur et l'anode annulaire comportant des parties creuses et des parties saillantes toutes axées parallèlement à l'axe AA' , les parties saillantes étant emmanchées serrées dans les parties creuses. De la sorte le montage mécanique est réalisé avec une seule pièce d'assemblage auxiliaire, l'assembleur, par de simples opérations effectuées à la presse pour pousser selon une direction axiale les parties saillantes dans les parties creuses. Il sera vu plus loin qu'avec un outillage adapté une seule opération à la presse est nécessaire.Brief description of the invention The invention relates to a plasma generator cartridge for a plasma torch, having centered on an axis AA ', an annular anode comprising a central cavity receiving a cathode centered on AA', the anode and the cathode forming an annular space between them for the production of an arc, means for distributing a plasma-producing gas, the distributed gas circulating in the annular space between the cathode and the anode, means for cooling the anode, comprising in particular conduits for an anode cooling fluid, these conduits having an inlet and an outlet, assembly means, cartridge characterized in that the assembly means comprise a cathode support having a conductive part for bringing the electric currents necessary for the operation of the torch from a current input to the cathode, means for positioning the cathode, an assembler made of an electrically insulating material, the cathode support, the assembler and the annular anode comprising hollow parts and projecting parts all axially parallel to the axis AA ′, the projecting parts being fitted tightly into the hollow parts. In this way the mechanical assembly is carried out with a single auxiliary assembly part, the assembler, by simple operations carried out with the press to push in an axial direction the projecting parts in the hollow parts. It will be seen later that with a suitable tool, only one press operation is necessary.
Dans le mode préféré de réalisation, les parties saillantes comporte une première et/ou une seconde couronne annulaire, cette première et/ou seconde couronne annulaire, venant s'emmancher dans une première et/ou une seconde gorge annulaire. Du fait de cette forme offrant une symétrie de révolution le montage se trouve simplifié puisqu'il suffit de positionner coaxialement les pièces à assembler avec l'assembleur, l'anode et/ou le support de cathode, pour réaliser l'emmanchement sans qu'il soit nécessaire de les indexer angulairement . Selon une caractéristique avantageuse de ce mode préféré, un volume annulaire de refroidissement ménagé entre l'assembleur et l'anode reçoit un fluide de refroidissement au travers d'un conduit menant le fluide d'une surface extérieure de la cartouche mais préférentiellement de l'anode à ce volume annulaire. L' étanchéité du volume annulaire est obtenu par le fait que le diamètre extérieur de la couronne saillante a une valeur légèrement supérieure à celle de la gorge dans laquelle elle est emmanchée. De la sorte la cartouche selon 1 ' invention ne nécessite pour l'alimentation en eau aucun joint ou conduit autre que ceux réalisés par perçage ou usinage ou moulage dans les pièces nécessaires au fonctionnement de la torche. Dans le mode préféré de réalisation qui sera décrit ci-après l'assembleur est une pièce en matériau électriquement isolant comportant une couronne inférieure et une couronne supérieure coaxiales . La couronne inférieure est emmanchée dans une gorge du support, la couronne supérieure est emmanchée dans une gorge de l'anode. Cette gorge de l'anode est périphérique d'une couronne de l'anode. Cette couronne de l'anode loge la cavité centrale de l'anode. Dans ce mode de réalisation les dimensions radiales intérieures de l'assembleur sont supérieures sur au moins une partie axialement centrale à celle de la couronne de l'anode logeant la cavité centrale. Un volume annulaire pour la circulation d'un fluide de refroidissement de l'anode est ainsi ménagé entre cette couronne de l'anode et l'assembleur. Ce volume est en communication avec des conduits d'amenée et d'évacuation du fluide de refroidissement, par l'intermédiaire de conduits percés dans l'anode, l'assembleur, ou encore le support. De façon préférentielle également la cartouche assemblée selon 1 ' invention comporte un volume annulaire de distribution de gaz recevant des conduits de gaz plasmagenes et distribuant le gaz reçu, autour de la cathode, par l'intermédiaire de trous débouchant soit sur des lumières ou une gorge terminale de distribution de gaz. L' étanchéité au gaz est obtenue par le fait que l'espace inter électrode comporte une pièce de révolution en matériau isolant emmanchée en assemblage serré autour de la cathode, d'une part et à l'intérieur de la cavité de l'anode d'autre part. Le volume annulaire de distribution est constituée par une gorge radiale qui peut être située soit sur l'anode, soit sur la pièce isolante de révolution soit encore à la fois sur l'anode et sur la pièce isolante de révolution. De la sorte la cartouche selon l'invention ne nécessite pour l'alimentation en gaz aucun joint ou conduit, autre que ceux réalisés par perçage ou usinage ou moulage, dans les pièces nécessaires au fonctionnement de la torche.In the preferred embodiment, the projecting parts comprise a first and / or a second annular ring, this first and / or second annular ring, coming to be fitted in a first and / or a second annular groove. Due to this shape offering a symmetry of revolution, the assembly is simplified since it suffices to position the parts to be assembled coaxially with the assembler, the anode and / or the cathode support, to achieve fitting without it is necessary to index them angularly. According to an advantageous characteristic of this preferred mode, an annular cooling volume formed between the assembler and the anode receives a cooling fluid through a conduit leading the fluid from an exterior surface of the cartridge but preferably from the anode at this annular volume. The tightness of the annular volume is obtained by the fact that the outside diameter of the projecting crown has a value slightly greater than that of the groove in which it is fitted. In this way the cartridge according to the invention does not require for the water supply any joint or conduit other than those produced by drilling or machining or molding in the parts necessary for the operation of the torch. In the preferred embodiment which will be described below, the assembler is a piece of electrically insulating material comprising a lower ring and a coaxial upper ring. The lower crown is fitted into a groove in the support, the upper crown is fitted into a groove of the anode. This groove of the anode is peripheral to a crown of the anode. This anode ring houses the central cavity of the anode. In this embodiment, the internal radial dimensions of the assembler are greater over at least one axially central part than that of the crown of the anode housing the central cavity. An annular volume for the circulation of an anode cooling fluid is thus formed between this crown of the anode and the assembler. This volume is in communication with conduits for supplying and evacuating the cooling fluid, by means of conduits drilled in the anode, the assembler, or even the support. Preferably also the cartridge assembled according to the invention comprises an annular gas distribution volume receiving plasmagenic gas conduits and distributing the received gas, around the cathode, by means of holes opening out either on lights or a groove gas distribution terminal. Gas tightness is obtained by the fact that the inter-electrode space comprises a part of revolution made of insulating material fitted in tight assembly around the cathode, on the one hand and inside the cavity of the anode. 'somewhere else. The annular distribution volume is constituted by a radial groove which can be located either on the anode, or on the insulating piece of revolution, or again both on the anode and on the insulating piece of revolution. In this way the cartridge according to the invention does not require for the gas supply any seal or conduit, other than those produced by drilling or machining or molding, in the parts necessary for the operation of the torch.
D'autres avantages et intérêts de l'invention apparaîtront lors de la description d'un mode préféré et de variantes de réalisation qui vont être fait ci- après en regard des dessins annexés.Other advantages and advantages of the invention will become apparent during the description of a preferred embodiment and of variant embodiments which will be made below with reference to the appended drawings.
Brève description des dessinsBrief description of the drawings
- la figure 1, déjà commentée illustre le principe d'une torche à plasma ;- Figure 1, already discussed, illustrates the principle of a plasma torch;
- la figure 2 représente une coupe axiale d'une cartouche assemblée selon l'invention ;- Figure 2 shows an axial section of an assembled cartridge according to the invention;
- la figure 3 représente une coupe axiale d'un support de cathode et d'une partie inférieure d'un assembleur assemblé avec ce support ; - la figure 4 représente une vue de dessus du support représenté figure 3 ;- Figure 3 shows an axial section of a cathode support and a lower part of an assembler assembled with this support; - Figure 4 shows a top view of the support shown in Figure 3;
- la figure 5 représente une coupe axiale d'un centreur de cathode et une cathode assemblée avec ce centreur ;- Figure 5 shows an axial section of a cathode centralizer and a cathode assembled with this centralizer;
- la figure 6 représente une vue de dessus du centreur et de la cathode représentés figure 5 ;- Figure 6 shows a top view of the centralizer and the cathode shown in Figure 5;
- la figure 7 représente une vue de dessus d'une variante du centreur et de la cathode représentés figure 5 ;- Figure 7 shows a top view of a variant of the centralizer and the cathode shown in Figure 5;
- la figure 8 représente une coupe axiale d'une anode, d'un insert assemblé sur cette anode et d'une partie supérieure d'un assembleur assemblé avec cette anode ; - la figure 9 représente une vue de dessus de- Figure 8 shows an axial section of an anode, an insert assembled on this anode and an upper part of an assembler assembled with this anode; - Figure 9 shows a top view of
1 ' anode et de 1 ' insert représentés figure 8 ;1 anode and 1 insert shown in Figure 8;
- la figure 10 représente une coupe axiale d'un assembleur ;- Figure 10 shows an axial section of an assembler;
- la figure 11 représente une coupe axiale d'une structure de raccordement et maintien d'une cartouche selon 1 ' invention assemblé avec une dite cartouche représentée schématiquement ;- Figure 11 shows an axial section of a connection structure and holding a cartridge according to one invention assembled with a said cartridge shown schematically;
- la figure 12 est une coupe axiale selon un plan perpendiculaire au plan de la figure 13 ; et - la figure 13 est une vue de face de la structure 80 assemblée avec la cartouche 100, avec une coupe axiale partielle dans le coin supérieur droit.- Figure 12 is an axial section along a plane perpendicular to the plane of Figure 13; and - Figure 13 is a front view of the structure 80 assembled with the cartridge 100, with a partial axial section in the upper right corner.
Description d'un mode préféré de réalisation Un exemple de cartouche 100 selon l'invention, sera maintenant décrit en liaison avec la figure 2. Dans cet exemple de réalisation, la cartouche 100 et les pièces qui la composent, présentent des formes ayant une symétrie de révolution autour d'un axe AA' constituant l'axe de la cartouche.Description of a preferred embodiment An example of cartridge 100 according to the invention will now be described in connection with FIG. 2. In this embodiment, the cartridge 100 and the parts which compose it, have shapes having a symmetry of revolution about an axis AA 'constituting the axis of the cartridge.
Les pièces, qui assemblées, constituent ensemble une cartouche 100 selon l'invention, sont au nombre de 6. Il s'agit :The parts, which assembled, together constitute a cartridge 100 according to the invention, are six in number. They are:
-d'une tuyère anode en cuivre électrolytique 1-an electrolytic copper anode nozzle 1
-d'un support cathode en cuivre électrolytique 2-an electrolytic copper cathode support 2
-d'une cathode en tungstène dopé 3-a doped tungsten cathode 3
-d'un diffuseur centreur cathode en matière plastique 4 -d'un assembleur en matière plastique 5 -d'un insert céramique 6.-a plastic cathode centering diffuser 4 -a plastic assembler 5 -a ceramic insert 6.
Lorsqu'elles sont assemblées, les pièces 1 à 6 ménagent entre elles de façon connue et représentée figure 1, un canal de circulation de gaz 7, un espace inter électrode où peut se créer un arc 8. Le plasma 9 (non représenté sur la figure 2) est éjecté par une tuyère 13 de 1 ' anode 1.When they are assembled, the parts 1 to 6 form between them in a known manner and shown in FIG. 1, a gas circulation channel 7, an inter-electrode space where an arc can be created 8. The plasma 9 (not shown in the 2) is ejected through a nozzle 13 from the anode 1.
Chacune de ces pièces ainsi que leur mode d'assemblage seront maintenant décrits. Le support de cathode 2 décrit ci-après, en liaison avec les figures 3 et 4, est une pièce de forme cylindrique ayant une symétrie de révolution autour de l'axe AA' . Il comporte une base ou surface inférieure 21 de forme circulaire située dans un plan perpendiculaire à l'axe AA' . Le côté opposé à la base 21 comporte, du centre vers la périphérie, un alésage central 23, avec une surface latérale 34 et un fond 35, une gorge 24 circulaire de révolution autour de AA', ayant deux bords latéraux 25, 26, un bord interne 25 et un bord externe 26, ainsi qu'un fond 27. Un ou plusieurs trou (s) traversant (s) 28 joint (joignent) le fond 27 de la gorge 24 à la base 21. Entre la gorge 24 et l'alésage 23, le support 2 comporte une couronne 29, ayant une surface supérieure 30 située dans un plan parallèle à la base 21. Les bords latéraux de cette couronne sont constitués par le bord latéral interne 25 de la gorge 24 et la face latérale 34 de l'alésage 23. Dans une variante de réalisation où le gaz plasmagène est introduit au travers du support 2, le support comporte un ou plusieurs conduits traversants 75, joignant au travers de la couronne annulaire 29 jouxtant l'alésage central 23, la surface inférieure 21 à la surface supérieure 30 de cette couronne 29. Un tel conduit 75 est représenté en pointillés figure 3. Enfin, le support 2 comporte une couronne périphérique 22 ayant une face latérale externe 36 de diamètre égal à celui de la base 21 et une face supérieure 37. Les bords latéraux de la couronne 22 sont constitués par la face latérale externe 36 du support 2 et par la face latérale externe 26 de la gorge 24.Each of these parts and their method of assembly will now be described. The cathode support 2 described below, in conjunction with FIGS. 3 and 4, is a part of cylindrical shape having a symmetry of revolution about the axis AA '. It comprises a base or lower surface 21 of circular shape located in a plane perpendicular to the axis AA '. The side opposite the base 21 has, from the center towards the periphery, a central bore 23, with a lateral surface 34 and a bottom 35, a circular groove 24 of revolution around AA ′, having two lateral edges 25, 26, a internal edge 25 and an external edge 26, as well as a bottom 27. One or more through hole (s) 28 join (join) the bottom 27 of the groove 24 at the base 21. Between the groove 24 and the bore 23, support 2 includes a crown 29, having an upper surface 30 situated in a plane parallel to the base 21. The lateral edges of this ring consist of the internal lateral edge 25 of the groove 24 and the lateral face 34 of the bore 23. In an alternative embodiment where the plasma gas is introduced through the support 2, the support comprises one or more through conduits 75, joining, through the annular ring 29 adjoining the central bore 23, the lower surface 21 to the upper surface 30 of this ring 29. Such a conduit 75 is shown in dotted lines in FIG. 3. Finally, the support 2 comprises a peripheral crown 22 having an external lateral face 36 of diameter equal to that of the base 21 and an upper face 37. The lateral edges of the crown 22 are constituted by the external lateral face 36 of the support 2 and by the external lateral face 26 of the groove 24.
Du point de vue des dimensions, le diamètre de l'alésage 23 est suffisant pour recevoir en ajustage serrant la cathode 3 qui sera décrite plus loin. L'ajustage est suffisamment serrant pour assurer un bon contact électrique entre le support de cathode 2 et la cathode 3. La surface de contact entre la cathode et l'anode doit être aussi grande que possible pour assurer le passage d'un courant de plusieurs centaines d'ampères pratiquement sans pertes. La largeur de la gorge 24, c'est-à-dire la différence entre les rayons des bords externe 26 et interne 25 est supérieure à la largeur (c'est-à-dire la différence entre le rayon externe et le rayon interne de la couronne) d'une première couronne 51 de l'assembleur 5. Par contre, le diamètre de la paroi externe 26 de la gorge 24 est inférieur au diamètre externe de cette couronne 51 de l'assembleur 5 en sorte que cette couronne 51 de l'assembleur 5 puisse être emmanchée serrée dans la gorge 24. L'assembleur 5 dont la couronne 51 d'assemblage est représentée figure 3 sont décrits plus loin.From the point of view of dimensions, the diameter of the bore 23 is sufficient to receive by tightening the cathode 3 which will be described later. The adjustment is sufficiently tight to ensure good electrical contact between the cathode support 2 and the cathode 3. The contact surface between the cathode and the anode must be as large as possible to ensure the passage of a current of several hundreds of amperes practically without losses. The width of the groove 24, i.e. the difference between the radii of the outer 26 and inner edges 25 is greater than the width (i.e. the difference between the outer radius and the inner radius of the crown) of a first crown 51 of the assembler 5. On the other hand, the diameter of the external wall 26 of the groove 24 is less than the external diameter of this crown 51 of the assembler 5 so that this crown 51 of the assembler 5 can be fitted tightly into the groove 24. The assembler 5, the assembly crown 51 of which is shown in FIG. 3 are described below.
La cathode 3 et le centreur 4 seront maintenant décrits en référence aux figures 5 et 6 dans lesquelles ces pièces apparaissent en position assemblée.The cathode 3 and the centering device 4 will now be described with reference to FIGS. 5 and 6 in which these parts appear in the assembled position.
La cathode 3 est de forme cylindrique à base circulaire plate 31 et à tête conique 32. Elle est incluse dans un centreur 4 de cathode, représenté figures 5 et 6 en position autour de la cathode 3.The cathode 3 is cylindrical in shape with a flat circular base 31 and a conical head 32. It is included in a cathode centralizer 4, shown in FIGS. 5 and 6 in position around the cathode 3.
Le centreur 4 a aussi une forme circulaire de révolution autour de AA' . Il comporte une partie cylindrique basique 41, prolongée par une partie cylindrique 42 de diamètre extérieur plus faible. Le diamètre intérieur du centreur 4 est constant sur toute la hauteur du centreur à l'exception, dans une première variante de réalisation, du diamètre d'une partie terminale supérieure 43 situé du côté opposé à la base 41, dont le diamètre est légèrement supérieur au diamètre intérieur de la base 41 et de la prolongation cylindrique 42. Le centreur 4 comporte des trous traversants . Dans le mode préféré de réalisation ces trous joignent la face extérieure 50 à la surface supérieure 49 du centreur 4, sur laquelle ils débouchent au niveau de lumières 95 représentées figure 7. Dans ce mode de réalisation préféré les axes des trous sont inclinés sur l'axe AA' , mais non compris dans un plan contenant l'axe AA' , de manière à provoquer une injection tangentielle des gaz, induisant un tourbillon appelé vortex qui va forcer le pied d'arc à tourner dans l'anode de façon à ne pas rester accroché en un point préférentiel . Dans la variante avec gorge annulaire axiale 45, ces trous traversant 44 sont percés dans la partie 43 du centreur 4, à une hauteur axiale se situant de préférence à la jonction avec la partie 42. Il sera vu plus loin que ces trous 44 sont destinés à ménager un passage de gaz plasmagène vers l'espace inter électrode. Lorsque le ou les points d'arrivée de gaz se situent sur le support 2, il est avantageux de prévoir des passages de gaz menant de la surface inférieure du centreur 4 aux moyens de répartition du gaz plasmagène, ces moyens étant comme il sera vu plus tard soit une gorge axiale 45 soit les lumières 95. Ces passages peuvent être constitués soit par des conduits axiaux 74 soit par des gorges axiales extérieures 64 ou intérieures 68, ou encore par des combinaisons de conduits 74, gorges intérieures 68 ou gorges extérieures 64.The centering device 4 also has a circular shape of revolution around AA '. It comprises a basic cylindrical part 41, extended by a cylindrical part 42 of smaller outside diameter. The internal diameter of the centering device 4 is constant over the entire height of the centering device, with the exception, in a first embodiment, of the diameter of an upper end portion 43 situated on the side opposite the base 41, the diameter of which is slightly greater to the inside diameter of the base 41 and of the cylindrical extension 42. The centralizer 4 has through holes. In the preferred embodiment, these holes join the outer face 50 to the upper surface 49 of the centralizer 4, onto which they open at the level of lights 95 shown in FIG. 7. In this preferred embodiment, the axes of the holes are inclined on the axis AA ', but not included in a plane containing the axis AA', so as to cause a tangential injection of the gases, inducing a vortex called a vortex which will force the arc foot to rotate in the anode so as not to not stay hooked in a preferential point. In the variant with an axial annular groove 45, these through holes 44 are drilled in the part 43 of the centralizer 4, at an axial height preferably situated at the junction with the part 42. It will be seen below that these holes 44 are intended to provide a passage for plasma gas to the inter-electrode space. When the gas inlet point or points are located on the support 2, it is advantageous to provide gas passages leading from the lower surface of the centralizer 4 to the means for distributing the plasma gas, these means being as will be seen more later either an axial groove 45 or the openings 95. These passages can be formed either by axial conduits 74 or by external axial 64 or internal 68 grooves, or alternatively by combinations of conduits 74, internal grooves 68 or external grooves 64.
Les surfaces planes du centreur 4 perpendiculaires à l'axe AA' , sont constituées par les surfaces inférieure 46 et supérieure 47 de la partie basique 41 du centreur 4. La surface inférieure 46 de la base 41 est délimitée par deux cercles concentriques, le diamètre du cercle interne étant égal au diamètre interne du centreur 4 , le diamètre externe de cette surface inférieure 46 étant égal au diamètre externe de la partie basique 41. Lorsque le gaz plasmagène est introduit au travers du support 2, la surface inférieure 46 du centreur 4 peut comporter une gorge dans laquelle débouchent les passages 64, 68 ou 74. En position assemblé, cette gorge est en communication avec les conduits 75 du support 2. La surface supérieure 47 de la partie basique 41 du centreur 4 est délimitée par deux cercles concentriques, le diamètre du cercle externe est égal au diamètre extérieur de la partie basique 41 et le diamètre du cercle intérieur est égal au diamètre extérieur de la prolongation 42 du centreur 4. Les surfaces planes du centreur 4 perpendiculaires à l'axe AA' sont également constituées, dans l'une des variantes du centreur 4 par le fond 48 d'une gorge 45 et enfin par la surface supérieure 49 du centreur 4.The flat surfaces of the centering device 4 perpendicular to the axis AA ′, are constituted by the lower 46 and upper 47 surfaces of the basic part 41 of the centering device 4. The lower surface 46 of the base 41 is delimited by two concentric circles, the diameter of the inner circle being equal to the internal diameter of the centering device 4, the external diameter of this lower surface 46 being equal to the external diameter of the basic part 41. When the plasma gas is introduced through the support 2, the lower surface 46 of the centering device 4 may include a groove into which the passages 64, 68 or 74 open. In the assembled position, this groove is in communication with the conduits 75 of the support 2. The upper surface 47 of the basic part 41 of the centralizer 4 is delimited by two circles concentric, the diameter of the outer circle is equal to the outer diameter of the basic part 41 and the diameter of the inner circle is equal to the outer diameter of the extension 42 of the centering device 4. The planar surfaces of the centering device 4 perpendicular to the axis AA 'are also constituted, in one of the variants of the centering device 4, by the bottom 48 of a groove 45 and finally by the upper surface 49 of the centering device 4.
Le fond de gorge 45 est délimité par un cercle extérieur dont le diamètre est égal au diamètre intérieur de la partie terminale 43 et dont le diamètre intérieur est égal au diamètre externe de la cathode 3.The bottom of the groove 45 is delimited by an external circle whose diameter is equal to the internal diameter of the end portion 43 and whose internal diameter is equal to the external diameter of the cathode 3.
Enfin, la surface intérieure axiale du centreurFinally, the axial inner surface of the centering device
4 est constituée par deux surfaces cylindriques, une surface inférieure 39 correspondant aux parties 41 et 42 dont le diamètre est légèrement inférieur au diamètre de la cathode 3 , et dans la variante avec gorge 45, par une surface supérieure 40, correspondant à la partie 43 dont le diamètre est supérieur au diamètre de la cathode 3. Les surfaces latérales extérieures du centreur 4 sont au nombre de 2 , une surface latérale inférieure 38 correspondant à la base 41 et une surface latérale supérieure 50 correspondant aux parties 42, 43. Du point de vue des dimensions, le diamètre intérieur du centreur 4 est, comme indiqué ci-dessus légèrement inférieur au diamètre extérieur de la cathode 3, en sorte que cette cathode 3 puisse être emmanchée en serrage dans le centreur 4. Dans le mode de réalisation préféré, le diamètre de la surface latérale inférieure 38 est égal aux diamètres de la surface 25 du support 2 et d'une surface latérale 125 d'une partie de l'anode 1, dont il sera parlé plus loin. Ces trois surface 25, 38 et 125 sont ainsi dans le même alignement une fois l'assemblage réalisé. Dans la variante comportant une gorge supérieure 45, le diamètre intérieur de la partie terminale 43 est supérieur au diamètre de la cathode 3, en sorte que la cathode 3 et la partie terminale 43 forment ensemble la gorge 45. Il sera vu plus loin, que cette gorge 45 reçoit par l'intermédiaire des trous traversants 44, un gaz plasmagène. Des variantes de ce centreur 4 seront maintenant décrites en liaison avec les figures 5 et 7. Le centreur 4 a pour fonction de centrer et d'isoler électriquement la cathode 3 par rapport à 1 ' anode 1. Cette fonction est assurée par la surface latérale extérieure 50 de la partie supérieure 42, qui comme cela sera vu plus tard lors de la description de la cartouche 100 assemblée, vient en appui en assemblage serré sur un alésage de 1 ' anode . Les variantes qui vont être décrites ci-après sont relatives à une autre fonction du centreur qui est une fonction de distribution du gaz plasmagène de façon bien répartie dans le volume annulaire entre 1 ' anode 1 et la cathode 3. Dans le mode décrit ci-dessus le gaz plasmagène est amené aux trous 44 par un ou plusieurs conduit (s) 127 de l'anode 1 débouchant face aux trous 44 ou préfèrentiellement dans une gorge radiale 135 de l'anode 1 située face aux trous 44.4 is constituted by two cylindrical surfaces, a lower surface 39 corresponding to the parts 41 and 42 whose diameter is slightly less than the diameter of the cathode 3, and in the variant with groove 45, by an upper surface 40, corresponding to the part 43 whose diameter is greater than the diameter of the cathode 3. The exterior lateral surfaces of the centralizer 4 are 2 in number, a lower lateral surface 38 corresponding to the base 41 and an upper lateral surface 50 corresponding to the parts 42, 43. From the point in terms of dimensions, the inside diameter of the centering device 4 is, as indicated above slightly smaller than the outside diameter of the cathode 3, so that this cathode 3 can be clamped in the centering device 4. In the preferred embodiment , the diameter of the lower lateral surface 38 is equal to the diameters of the surface 25 of the support 2 and of a lateral surface 125 of a part e of anode 1, which will be discussed more far. These three surfaces 25, 38 and 125 are thus in the same alignment once the assembly has been carried out. In the variant comprising an upper groove 45, the internal diameter of the terminal part 43 is greater than the diameter of the cathode 3, so that the cathode 3 and the terminal part 43 together form the groove 45. It will be seen below that this groove 45 receives, through the through holes 44, a plasma gas. Variants of this centralizer 4 will now be described in connection with FIGS. 5 and 7. The function of the centralizer 4 is to center and electrically isolate the cathode 3 relative to the anode 1. This function is provided by the lateral surface outer 50 of the upper part 42, which as will be seen later during the description of the cartridge 100 assembled, comes to bear in tight assembly on a bore of one anode. The variants which will be described below relate to another function of the centralizer which is a function of distribution of the plasma gas in a well distributed manner in the annular volume between the anode 1 and the cathode 3. In the mode described below above, the plasma gas is brought to the holes 44 by one or more conduits 127 of the anode 1 opening facing the holes 44 or preferably in a radial groove 135 of the anode 1 situated opposite the holes 44.
Selon une première variante de réalisation, l'introduction du gaz plasmagène peut être réalisée différemment.According to a first alternative embodiment, the introduction of the plasma gas can be carried out differently.
Dans cette première variante représentée en vue de dessus figure 7, le diamètre intérieur du centreur 4 est constant, de la surface inférieure 46 à la surface supérieure 49. La répartition du gaz plasmagène en provenance de conduits 127 de l'anode 1 est assurée par une gorge annulaire radiale 148 du centreur 4 représentée en pointillés figure 5. Une gorge est dite radiale lorsqu'elle est creusée à partir d'une surface parallèle à l'axe AA' . La gorge est dite axiale si elle est creusée à partir d'une surface perpendiculaire à l'axe. Selon cette variante, le centreur 4 a plusieurs trous 144 non nécessairement traversants. Ces trous sont percés à partir de la gorge 148. Ils débouchent chacun sur une lumière axiale 95', joignant dans cette variante la surface supérieure 49 du centreur 4 aux trous 144.In this first variant shown in plan view in FIG. 7, the internal diameter of the centering device 4 is constant, from the lower surface 46 to the surface upper 49. The distribution of the plasma gas coming from conduits 127 from anode 1 is ensured by a radial annular groove 148 of the centralizer 4 shown in dotted lines in FIG. 5. A groove is said to be radial when it is dug from a surface parallel to axis AA '. The groove is said to be axial if it is hollowed out from a surface perpendicular to the axis. According to this variant, the centralizer 4 has several holes 144 which are not necessarily through. These holes are drilled from the groove 148. They each open onto an axial slot 95 ′, in this variant joining the upper surface 49 of the centralizer 4 to the holes 144.
Selon une seconde variante les gorges 148 et 45 sont présentes, les lumières 95 ne sont pas nécessaires. Les trous 144 sont traversants et joignent les gorges 148 et 45.According to a second variant, the grooves 148 and 45 are present, the lights 95 are not necessary. The holes 144 are through and join the grooves 148 and 45.
Enfin selon une troisième variante les trous 144 sont percés directement à partir de la surface latérale 50 de la partie supérieure 42 du centreur 4.11 sera vu plus loin que les trous 144 débouchent au niveau d'une gorge 135 annulaire radiale de l'anode 1 recevant un ou plusieurs conduits de gaz plasmagène. A l'autre extrémité les trous 144 débouchent soit sur des lumières 95 comme dans la première variante ou sur la gorge axiale 45. Les gorges 135 de l'anode et 148 du centreur 4 peuvent être présentes simultanément.Finally, according to a third variant, the holes 144 are drilled directly from the lateral surface 50 of the upper part 42 of the centering device 4.11 will be seen later on, the holes 144 open out at the level of a radial annular groove 135 of the anode 1 receiving one or more plasma gas lines. At the other end, the holes 144 open either on slots 95 as in the first variant or on the axial groove 45. The grooves 135 of the anode and 148 of the centering device 4 can be present simultaneously.
Si comme vu plus haut le gaz plasmagène est introduit au travers du centreur la jonction avec les moyens de répartition du gaz, 45, 95, se fait par des conduits axiaux 74 ou encore par des gorges axiales extérieures 64 ou intérieures 68. L' étanchéité est obtenue par le fait que le centreur est emmanché suffisamment serré dans la cavité annulaire 10 de l'anode 1, ou que la cathode 3 est emmanchée suffisamment serrée dans le centreur.If, as seen above, the plasma gas is introduced through the centralizer, the junction with the gas distribution means, 45, 95, is made by axial conduits 74 or even by external external 64 or internal 68 grooves 68. is obtained by the fact that the centering device is fitted sufficiently tight in the annular cavity 10 of the anode 1, or that the cathode 3 is fitted sufficiently tight in the centralizer.
L ' anode 1 et son insert céramique 6 seront maintenant décrits en liaison avec les figures 8 et 9.The anode 1 and its ceramic insert 6 will now be described in conjunction with FIGS. 8 and 9.
L'anode 1 est également une pièce de révolution autour de l'axe AA' . Elle comporte une cavité centrale 10 d'axe AA' . Cette cavité est traversante et s'étend axialement d'une face supérieure 11 de l'anode à une partie 134 d'une face inférieure 12 de l'anode 1. La face inférieure 12 de l'anode 1 se situe à l'opposé de la face supérieure 11 et se compose de plusieurs parties situées axialement à différents niveaux. De la face supérieure 11 à la partie 134 de la face inférieure 12, la cavité 10 comporte une partie cylindrique supérieure 13 dont le diamètre est représenté sur les figures 8 et 9 sensiblement égal au diamètre de la cathode 3. Cette disposition n'est nullement obligatoire. Le diamètre et la longueur de la partie 13 doivent, de façon connue, être adaptés à la nature et au débit du gaz plasmagène utilisé, à la puissance de travail, et aux vitesses de gaz souhaitées en sortie de tuyère. Vient ensuite une partie tronconique 14. le diamètre de la partie supérieure de la partie 14 est égal au diamètre de la partie 13. Le diamètre de la partie inférieure de la partie tronconique 14 est supérieur à celui de la partie 13. Enfin, vient une partie inférieure 15 cylindrique s ' étendant axialement de la base inférieure 16 de la partie tronconique 14 à la partie 134 de la face inférieure 12 de l'anode 1. Le diamètre de cette partie 15 de la cavité 10 est supérieur au plus grand diamètre de la partie tronconique 14. Les parties tronconique 14 et cylindrique 15 sont reliées par un méplat 17. L' insert céramique 6 est logé dans la cavité 10, dans le haut de la partie 15. Cette pièce simple sera maintenant décrite avant de continuer la description de l'anode 1. L ' insert 6 est une bague en forme de tore, engendré par un rectangle en rotation autour de l'axe AA' . La largeur du rectangle est égale à la largeur du méplat 17. Cette largeur du méplat 17 résulte elle-même de la différence entre le rayon de la partie inférieure 15 et le rayon de la base inférieure 16 de la partie tronconique 14.The anode 1 is also a part of revolution around the axis AA '. It has a central cavity 10 of axis AA '. This cavity is through and extends axially from an upper face 11 of the anode to a portion 134 of a lower face 12 of the anode 1. The lower face 12 of the anode 1 is located opposite of the upper face 11 and consists of several parts located axially at different levels. From the upper face 11 to the part 134 of the lower face 12, the cavity 10 comprises an upper cylindrical part 13, the diameter of which is shown in FIGS. 8 and 9 substantially equal to the diameter of the cathode 3. This arrangement is by no means mandatory. The diameter and the length of the part 13 must, in known manner, be adapted to the nature and the flow rate of the plasma gas used, the working power, and the gas speeds desired at the nozzle outlet. Next comes a frusto-conical part 14. the diameter of the upper part of the part 14 is equal to the diameter of the part 13. The diameter of the lower part of the frusto-conical part 14 is greater than that of the part 13. Finally, there is a cylindrical lower part 15 extending axially from the lower base 16 of the frustoconical part 14 to the part 134 of the lower face 12 of the anode 1. The diameter of this part 15 of the cavity 10 is greater than the largest diameter of the tapered part 14. The tapered part 14 and cylindrical 15 are connected by a flat 17. The ceramic insert 6 is housed in the cavity 10, at the top of the part 15. This simple part will now be described before continuing the description of the anode 1. The insert 6 is a ring in the shape of a torus, generated by a rectangle in rotation around the axis AA '. The width of the rectangle is equal to the width of the flat part 17. This width of the flat part 17 itself results from the difference between the radius of the lower part 15 and the radius of the lower base 16 of the frustoconical part 14.
Cet insert 6 est inséré en ajustage serré de telle sorte que sa surface supérieure 61 vienne en appui sur le méplat 17, de l'anode 1. La surface latérale extérieure 62 de 1 ' insert est en appui sur la surface latérale 18 de la partie 15 de la cavité 10 de 1 ' anode 1.This insert 6 is inserted in a tight fit so that its upper surface 61 comes to bear on the flat 17 of the anode 1. The external lateral surface 62 of the insert is supported on the lateral surface 18 of the part 15 of the cavity 10 of the anode 1.
L'extérieur de l'anode 1, comprend la face supérieure 11 délimitée par deux cercles. Le diamètre du cercle extérieur est de préférence égal au diamètre extérieur du support 2 , le diamètre du cercle intérieur de la surface supérieure 11 est égal au diamètre de la partie supérieure 13 de la cavité 10. L'extérieur de l'anode 1 comprend également une face extérieure cylindrique 19. La face inférieure 12 comprend plusieurs parties situées axialement à des niveaux différents. De l'extérieur vers l'axe AA' , on trouve successivement une première couronne 121. Le diamètre extérieur de cette couronne 121 est égal au diamètre du cylindre périphérique 19. Le diamètre intérieur de cette couronne 121 est de préférence égal au diamètre extérieur de la paroi extérieure 26 de la gorge 24 du support 2. la surface inférieure 133 de cette couronne est une surface plane perpendiculaire à l'axe AA' . La surface inférieure 133 est une partie de la surface inférieure 12 de l'anode 1.The outside of the anode 1 comprises the upper face 11 delimited by two circles. The diameter of the outer circle is preferably equal to the outer diameter of the support 2, the diameter of the inner circle of the upper surface 11 is equal to the diameter of the upper part 13 of the cavity 10. The exterior of the anode 1 also includes a cylindrical outer face 19. The lower face 12 comprises several parts located axially at different levels. From the outside towards the axis AA ′, there is successively a first ring 121. The outside diameter of this ring 121 is equal to the diameter of the peripheral cylinder 19. The inside diameter of this ring 121 is preferably equal to the outside diameter of the outer wall 26 of the groove 24 of the support 2. the lower surface 133 of this ring is a flat surface perpendicular to the axis AA '. The lower surface 133 is a part of the lower surface 12 of the anode 1.
On trouve ensuite une gorge 122. Cette gorge a une surface de fond de gorge 124, perpendiculaire à l'axe AA' . Cette surface 124 est une partie de la surface inférieure 12 de l'anode 1. Cette gorge 122 a une paroi cylindrique extérieure 126 dont le diamètre est égal au diamètre intérieur de la première couronne 121. Ce diamètre est de préférence égal au diamètre de la paroi extérieure 26 de la gorge 24 du support 2. Le diamètre intérieur de la gorge axiale 122 est de préférence égal au diamètre de la paroi cylindrique intérieure 25 de la gorge 24 du support 2. On trouve enfin une seconde couronne 123. Cette couronne 123 a une surface inférieure 134, perpendiculaire à l'axe AA'. Cette surface inférieure 134 est une partie de la surface inférieure 12 de l'anode 1. La couronne 123 a une paroi cylindrique extérieure 125 dont une partie constitue la paroi cylindrique intérieure de la gorge 122.Then there is a groove 122. This groove has a groove bottom surface 124, perpendicular to the axis AA '. This surface 124 is a part of the lower surface 12 of the anode 1. This groove 122 has an external cylindrical wall 126 whose diameter is equal to the internal diameter of the first ring 121. This diameter is preferably equal to the diameter of the outer wall 26 of the groove 24 of the support 2. The inner diameter of the axial groove 122 is preferably equal to the diameter of the inner cylindrical wall 25 of the groove 24 of the support 2. Finally, there is a second ring 123. This ring 123 has a lower surface 134, perpendicular to the axis AA '. This lower surface 134 is a part of the lower surface 12 of the anode 1. The ring 123 has an external cylindrical wall 125, part of which constitutes the internal cylindrical wall of the groove 122.
La paroi cylindrique 125 a un diamètre de préférence égal au diamètre intérieur de la paroi 25 de la gorge 24 du support 2. Un ou plusieurs premier (s) conduit (s) 127 ayant chacun deux extrémités 128, 129 percé (s) dans l'anode 1 permet (tent) un passage de fluide de l'une des parois extérieures 11, 19 de l'anode 1, vers la paroi intérieure 18 de la cavité 10. Dans l'exemple représenté en liaison avec les figures 8 et 9, le conduit 127 mène de sa première extrémité 128, au niveau de la surface supérieure 11 à sa seconde extrémité 129 située au niveau de la paroi 18 de la partie inférieure 15 de la cavité 10. Il débouche dans cette cavité 10 à un niveau axial situé sous 1 ' insert 6. Ce ou ces premiers conduits 127 sont prévus pour la distribution du gaz plasmagène. Selon une variante évoquée plus haut en liaison avec la description du centreur 4 et de ses variantes, ce ou ces conduits peuvent alternativement déboucher dans une gorge radiale annulaire 135 creusée à partir de la surface latérale 18 de la cavité 10 de l'anode 1, au lieu de déboucher directement sur cette surface 18. Dans le mode de réalisation préféré représenté figures 8 et 9 le ou les conduit(s) 127 sont parallèles à l'axe AA' , ils se situent dans la couronne 123 recelant la cavité centrale 10, et ils débouchent dans la gorge 135. II convient de noter que selon des variantes l'extrémité extérieure 128, des premiers conduits 127 ou au moins d'une partie d'entre elles peut se situer sur une paroi extérieure de la cartouche 100 sans que cette paroi soit une paroi de l'anode 1. Ce pourrait être par exemple un conduit (non représenté) parallèle à l'axe AA' remontant de la base du support 2 au travers de ce support et du centreur 4. Selon une variante de ce mode de réalisation une partie du ou des conduits 127, pourraient être constitués par des gorges axiales du centreur 4 parallèles à l'axe AA' .The cylindrical wall 125 has a diameter preferably equal to the internal diameter of the wall 25 of the groove 24 of the support 2. One or more first conduit (s) 127 each having two ends 128, 129 drilled in the anode 1 allows (tent) a passage of fluid from one of the outer walls 11, 19 of the anode 1, to the inner wall 18 of the cavity 10. In the example shown in connection with Figures 8 and 9 , the conduit 127 leads from its first end 128, at the upper surface 11 to its second end 129 located at the wall 18 of the lower part 15 of the cavity 10. It opens into this cavity 10 at an axial level located under the insert 6. This or these first conduits 127 are provided for the distribution of the plasma gas. According to a variant mentioned above in connection with the description of the centering device 4 and its variants, this or these conduits may alternatively lead into an annular radial groove 135 hollowed out from the lateral surface 18 of the cavity 10 of the anode 1, instead of opening directly onto this surface 18. In the preferred embodiment shown in FIGS. 8 and 9 the duct (s) 127 are parallel to the axis AA ′, they are located in the crown 123 containing the central cavity 10 , and they open into the groove 135. It should be noted that, according to variants, the outer end 128, first conduits 127 or at least part of them can be located on an outer wall of the cartridge 100 without that this wall is a wall of the anode 1. It could for example be a conduit (not shown) parallel to the axis AA ′ rising from the base of the support 2 through this support and the centralizer 4. According to a variant of this m ode of embodiment a part of the duct (s) 127, could be constituted by axial grooves of the centralizer 4 parallel to the axis AA '.
Un ou plusieurs second conduit (s) 130 ayant chacun deux extrémités 131, 132, mène(nt) de l'une des parois extérieures 11, 19 de l'anode 1, vers la gorge 122. Dans l'exemple représenté en liaison avec les figures 8 et 9, le conduit 130 a sa première extrémité 131 au niveau du cylindre périphérique 19 et sa seconde extrémité 132 débouche dans la gorge 122 au niveau du fond 124 de cette gorge. Il convient de noter que selon des variantes l'extrémité extérieure 131 des seconds conduits ou au moins d'une partie d'entre elles peut se situer sur une paroi extérieure de la cartouche 100 sans que cette paroi soit une paroi de l'anode 1. Ce pourrait être par exemple une paroi extérieure de l'assembleur 5 ou du support 2.One or more second conduit (s) 130 each having two ends 131, 132, lead (s) from one of the external walls 11, 19 of the anode 1, towards the groove 122. In the example shown in connection with Figures 8 and 9, the conduit 130 has its first end 131 at the peripheral cylinder 19 and its second end 132 opens into the groove 122 at the bottom 124 of this groove. It should be noted that, according to variants, the external end 131 of the second conduits or at least part of them can be located on an external wall of the cartridge 100 without this wall being a wall of the anode 1 It could for example be an external wall of the assembler 5 or of the support 2.
Le mode d'assemblage et l'assemblage des pièces 1-6, constituant ensemble une cartouche 100 pour torche plasma selon l'invention, seront maintenant décrits en liaison avec les figures 2, 3, 5 et 8.The method of assembly and the assembly of parts 1-6, constituting together a cartridge 100 for a plasma torch according to the invention, will now be described in conjunction with FIGS. 2, 3, 5 and 8.
Tout d'abord, l'assembleur 5 sera décrit en liaison avec les figures 3, 8 et 10.First of all, the assembler 5 will be described in connection with FIGS. 3, 8 and 10.
Sur les figures 3 et 8 les parties inférieure et supérieure de 1 ' assembleur 5 ont été représentées afin de montrer cet assembleur 5 en position par rapport au support 2 (figure 3) et à l'anode 1 (figureIn FIGS. 3 and 8 the lower and upper parts of the assembler 5 have been shown in order to show this assembler 5 in position relative to the support 2 (FIG. 3) and to the anode 1 (FIG.
8) respectivement.8) respectively.
L'assembleur 5 est représenté en coupe axiale figure 10.The assembler 5 is shown in axial section in FIG. 10.
L ' assembleur 5 comporte une couronne cylindrique inférieure 51. Le diamètre de la surface cylindrique extérieure 52 de cette couronne 51 est légèrement supérieur au diamètre de la paroi 26 de la gorge 24 du support 2, de façon que cette couronne 51 puisse être emmanchée en assemblage serré dans cette gorge 24. Le diamètre de la paroi intérieure 53 de cette couronne 51 est supérieur, au moins pour la partie qui, en position assemblée, est emmanchée dans cette gorge 24, au diamètre de la paroi intérieure 25 de la gorge 24 du support 2. De la sorte un volume 77 annulaire axial est ménagé entre ces deux parois 25, 53. La couronne 51 a une surface inférieure 59 perpendiculaire à l'axe AA' . En position assemblée cette surface 59 n'est pas au contact de la surface 27 du fond de la gorge 24. De la sorte un volume annulaire 73 est ménagé entre ces deux surfaces. Cette couronne 51 est prolongée par une partie centrale 54 également en forme de couronne. Le diamètre de la paroi intérieure 55 de cette couronne 54 est supérieur au diamètre de la paroi cylindrique 125 de l'anode 1. De la sorte un volume annulaire axial 72 est ménagé entre ces deux parois 55, 125. Il est rappelé que la paroi 125 s'étend axialement du fond 124 de la gorge 122 de l'anode 1 à la surface inférieure 134 de la seconde couronne 123 de l'anode 1. Cette surface inférieure 134 constitue la surface la plus inférieure de 1 ' anode 1.The assembler 5 comprises a lower cylindrical crown 51. The diameter of the outer cylindrical surface 52 of this crown 51 is slightly greater than the diameter of the wall 26 of the groove 24 of the support 2, so that this crown 51 can be fitted in tight assembly in this groove 24. The diameter of the inner wall 53 of this ring 51 is greater, at least for the part which, in the assembled position, is fitted in this groove 24, than the diameter of the inner wall 25 of the groove 24 of the support 2. In this way an axial annular volume 77 is formed between these two walls 25, 53. The ring 51 has a lower surface 59 perpendicular to the axis AA '. In the assembled position, this surface 59 is not in contact with the surface 27 of the bottom of the groove 24. In this way an annular volume 73 is formed between these two surfaces. This crown 51 is extended by a central part 54 also in the form of a crown. The diameter of the inner wall 55 of this ring 54 is greater than the diameter of the cylindrical wall 125 of the anode 1. In this way an axial annular volume 72 is formed between these two walls 55, 125. It is recalled that the wall 125 extends axially from the bottom 124 of the groove 122 of the anode 1 to the lower surface 134 of the second ring 123 of the anode 1. This lower surface 134 constitutes the lowest surface of the anode 1.
La partie supérieure de l'assembleur 5 représentée en position assemblée, figure 8, est également en forme d'une couronne 56. Le diamètre de la paroi extérieure 57 de cette couronne est supérieur au diamètre extérieur de la paroi extérieure 126 de la gorge 122, de l'anode 1. La différence de dimension entre le diamètre de la paroi extérieure 57 de la couronne 56 et le diamètre de la paroi 126 est telle que cette couronne 56 peut être emmanchée en assemblage serré dans la gorge 122.The upper part of the assembler 5 shown in the assembled position, FIG. 8, is also in the form of a crown 56. The diameter of the external wall 57 of this crown is greater than the external diameter of the external wall 126 of the groove 122 , of the anode 1. The difference in dimension between the diameter of the outer wall 57 of the crown 56 and the diameter of the wall 126 is such that this crown 56 can be fitted in a tight assembly in the groove 122.
Le diamètre de la paroi intérieure 58 de la couronne 56 est supérieur au diamètre de la paroi 125 de l'anode 1. De la sorte un volume 76 annulaire axial est ménagé entre ces deux parois 58, 125. Il est rappelé que cette paroi 125 de l'anode 1 s'étend axialement du fond 124 de la gorge 122 à la partie 134 de la surface inférieure 12 de l'anode 1, qui se trouve au plus bas niveau de l'anode. La couronne 56 a une surface supérieure 60. En position assemblée cette surface 60 n'est pas au contact de la surface 124 du fond de la gorge 122. De la sorte un volume annulaire 71 est ménagé entre ces deux surfaces. La partie centrale de l'assembleur 5 a une surface supérieure 65, une surface inférieure 66 toutes deux perpendiculaires à l'axe AA' , et une surface latérale extérieure 67.The diameter of the inner wall 58 of the crown 56 is greater than the diameter of the wall 125 of the anode 1. In this way an axial annular volume 76 is formed between these two walls 58, 125. It is recalled that this wall 125 from the anode 1 extends axially from the bottom 124 of the groove 122 to the part 134 of the lower surface 12 of the anode 1, which is at the lowest level of the anode. Crown 56 has a upper surface 60. In the assembled position, this surface 60 is not in contact with the surface 124 of the bottom of the groove 122. In this way an annular volume 71 is formed between these two surfaces. The central part of the assembler 5 has an upper surface 65, a lower surface 66 both perpendicular to the axis AA ′, and an external lateral surface 67.
La surface supérieure 65 de la partie centrale 54 de l'assembleur 5 est délimitée par un cercle ayant pour diamètre le diamètre extérieur de la couronne 56 et un cercle ayant pour diamètre le diamètre de la surface latérale extérieure 67 de la partie centrale 54. De même, la surface inférieure 66 de la partie centrale 54 de l'assembleur 5 est délimitée par un cercle ayant pour diamètre le diamètre extérieur de la couronne inférieure 51 et un cercle ayant pour diamètre le diamètre de la surface latérale extérieure 67. Les cercles de délimitation des surfaces supérieure 65 et inférieure 66 sont concentriques. Dans l'exemple représenté sur les figures le diamètre intérieur de la cavité centrale axiale 69 est constant en sorte que les surfaces intérieures axiales 58, 55, 53 de cette cavité ne forment qu'une seule et même surface. Cette caractéristique simplifie la fabrication mais elle n'est nullement obligatoire.The upper surface 65 of the central part 54 of the assembler 5 is delimited by a circle having for diameter the outside diameter of the crown 56 and a circle having for diameter the diameter of the external lateral surface 67 of the central part 54. Similarly, the lower surface 66 of the central part 54 of the assembler 5 is delimited by a circle having for diameter the outside diameter of the lower crown 51 and a circle having for diameter the diameter of the outside lateral surface 67. The circles of delimitation of the upper 65 and lower 66 surfaces are concentric. In the example shown in the figures, the internal diameter of the axial central cavity 69 is constant so that the axial internal surfaces 58, 55, 53 of this cavity form only one and the same surface. This characteristic simplifies manufacturing but it is in no way mandatory.
En résumé l'assembleur 5 se présente comme une pièce de révolution ayant une cavité centrale axiale 69 traversante. Il comporte une partie centrale 54 d'où jaillissent vers le haut et vers le bas des parties cylindriques 56, 51 respectivement de diamètre extérieur plus petit que le diamètre extérieur de la partie centrale 54. Il sera vu plus tard que, dans un premier exemple de réalisation de la structure de maintien, l'epaulement formant la partie centrale 54 est utilisé pour loger des trous traversants et des trous taraudés. Dans ce mode de réalisation ces trous forment une partie des moyens de fixation de la cartouche 100 à la structure de maintien et raccordement. L'autre partie de ces moyens est constituée par des trous taraudés ou non de la structure de maintien et raccordement et de vis ou boulons ou écrous . Dans ce mode de réalisation la partie centrale 54 assure une autre fonction. L'une des surfaces supérieure 65 ou inférieure 66 sert de butée d'assemblage. Dans l'exemple représenté figure 2, la surface inférieure 133 de la couronne 121 de l'anode 1 vient en butée sur la surface supérieure 65 de la partie centrale 54. Par contre un jeu fonctionnel est ménagé entre la surface supérieure 37 de la couronne 22 du support 2 de la cathode 3 et la surface inférieure 66 de la partie centrale 54. Grâces à cette butée 65 et à un dimensionnement adapté des gorges 122 et 24 et des longueurs axiales des couronnes 56, 51 on est sûr de ménager les espaces annulaires 71 et 73. La même fonction de butée pourrait être obtenu en donnant aux fonds de gorge 122 ou 24 une forme arrondie ou conique, la largeur au fond de la gorge diminuant avec la profondeur de pénétration. Le jeu fonctionnel permet également d'assurer le contact entre les surfaces 30 du support 2 et 46 du centreur 4, de même qu'entre les surfaces 134 de l'anode 1 et 47 du centreur 4.In summary, the assembler 5 is presented as a part of revolution having a through axial central cavity 69. It comprises a central part 54 from which spring upwards and downwards cylindrical parts 56, 51 respectively of outside diameter smaller than the outside diameter of the central portion 54. It will be seen later that, in a first embodiment of the holding structure, the shoulder forming the central portion 54 is used to accommodate through holes and tapped holes. In this embodiment, these holes form part of the means for fixing the cartridge 100 to the holding and connection structure. The other part of these means consists of tapped holes or not of the holding and connection structure and of screws or bolts or nuts. In this embodiment, the central part 54 performs another function. One of the upper 65 or lower 66 surfaces serves as an assembly stop. In the example shown in FIG. 2, the lower surface 133 of the crown 121 of the anode 1 abuts on the upper surface 65 of the central part 54. On the other hand, a functional clearance is formed between the upper surface 37 of the crown 22 of the support 2 of the cathode 3 and the lower surface 66 of the central part 54. Thanks to this stop 65 and to a suitable dimensioning of the grooves 122 and 24 and the axial lengths of the crowns 56, 51 one is sure to spare the spaces annulars 71 and 73. The same stop function could be obtained by giving the throat bottoms 122 or 24 a rounded or conical shape, the width at the bottom of the throat decreasing with the depth of penetration. The functional clearance also makes it possible to ensure contact between the surfaces 30 of the support 2 and 46 of the centralizer 4, as well as between the surfaces 134 of the anode 1 and 47 of the centralizer 4.
Selon une variante de réalisation, l'assembleur 5 peut être constitué par un cylindre droit ayant une cavité centrale axiale les diamètres intérieur et extérieur de l'assembleur étant constants de la surface inférieure 59 à la surface supérieure 60.According to an alternative embodiment, the assembler 5 can be constituted by a straight cylinder having an axial central cavity, the inside diameters and outside of the assembler being constant from the lower surface 59 to the upper surface 60.
L'assemblage de la torche sera maintenant décrit.The assembly of the torch will now be described.
L'insert 6 est placé en position comme décrit plus haut dans l'anode 1. La cathode 3 est insérée dans l'alésage 23 du support 2, la face inférieure 31 de la cathode venant au contact du fond 35 de l'alésage 23, la face latérale de la cathode étant au contact grâce à un assemblage serré de la surface latérale 34 de l'alésage 23. De la sorte un contact électrique entre la cathode 3 et le support 2 est assuré sur toutes les surfaces en regard du support 2 et de la cathode 3. Le centreur 4 est placé autour de la cathode 3 comme décrit plus haut. La face inférieure 46 du centreur 4 se trouve au contact de la face supérieure 30 de la couronne 29. L'assembleur 5 est alors mis en position sous presse, la gorge 122 de l'anode 1 recevant la couronne 56 de l'assembleur 5. La partie supérieure de la couronne 56 et/ou les bords de la gorge 122 peuvent être biseautés ou chanfreinés pour faciliter l'introduction. Lorsque l'assembleur 5 est en place la surface inférieure 133 de la couronne 121 de l'anode 1 est en butée contre la surface supérieure 65 de la partie centrale 54 de l'assembleur 5. La surface supérieure 60 de l'assembleur 5 n'est pas au fond de la gorge 122 ce qui fait qu'un volume annulaire 71 est, comme déjà signalé plus haut, ménagé entre la surface inférieure 124 de la gorge 122 de l'anode 1 et la surface supérieure 60 de la couronne 56. L'anode 1 et son insert 6 ainsi assemblé avec l'assembleur 5 est alors assemblé avec l'ensemble support 2, cathode 3 et centreur 4, la couronne 51 venant s'insérer à la presse dans la gorge 24 du support 2. Pour faciliter l'insertion, le bas de la couronne 51 et le haut de la gorge 24 peuvent être biseautés ou chanfreinés. Lorsque l'opération d'emmanchement est terminée, un jeu fonctionnel subsiste comme représenté de façon exagérée figure 2, entre la surface inférieure 66 de la partie centrale 54 de l'assembleur 5 et la face supérieure 37 de la couronne 22 du support 2. La surface inférieure 59 de la couronne 51 de l'assembleur 5 n'est pas au contact du fond de gorge 27 de la gorge 24, un volume annulaire 73 se trouve donc, comme déjà signalé plus haut, ménagé entre les surfaces inférieures 59 de la couronne 51 et 27 du support 2. Il sera vu ultérieurement que ce volume annulaire 73 ménagé entre ces deux surfaces est destiné à recueillir l'eau de refroidissement .The insert 6 is placed in position as described above in the anode 1. The cathode 3 is inserted into the bore 23 of the support 2, the underside 31 of the cathode coming into contact with the bottom 35 of the bore 23 , the lateral face of the cathode being in contact thanks to a tight assembly of the lateral surface 34 of the bore 23. In this way an electrical contact between the cathode 3 and the support 2 is ensured on all the surfaces facing the support 2 and the cathode 3. The centralizer 4 is placed around the cathode 3 as described above. The lower face 46 of the centralizer 4 is in contact with the upper face 30 of the crown 29. The assembler 5 is then placed in press position, the groove 122 of the anode 1 receiving the crown 56 of the assembler 5 The upper part of the crown 56 and / or the edges of the groove 122 can be bevelled or chamfered to facilitate insertion. When the assembler 5 is in place the lower surface 133 of the crown 121 of the anode 1 is in abutment against the upper surface 65 of the central part 54 of the assembler 5. The upper surface 60 of the assembler 5 n is not at the bottom of the groove 122 which means that an annular volume 71 is, as already mentioned above, formed between the lower surface 124 of the groove 122 of the anode 1 and the upper surface 60 of the crown 56 The anode 1 and its insert 6 thus assembled with the assembler 5 is then assembled with the support assembly 2, cathode 3 and centering device 4, the crown 51 being inserted by the press into the groove 24 of the support 2. To facilitate insertion, the bottom of the crown 51 and the top of the groove 24 may be bevelled or chamfered. When the fitting operation is finished, a functional clearance remains as shown in an exaggerated manner in FIG. 2, between the lower surface 66 of the central part 54 of the assembler 5 and the upper face 37 of the ring 22 of the support 2. The lower surface 59 of the crown 51 of the assembler 5 is not in contact with the groove bottom 27 of the groove 24, an annular volume 73 is therefore, as already mentioned above, formed between the lower surfaces 59 of the crown 51 and 27 of the support 2. It will be seen later that this annular volume 73 formed between these two surfaces is intended to collect the cooling water.
Le fonctionnement de la torche sera maintenant explicité. En tant que torche, le fonctionnement est le fonctionnement habituel d'une torche, par contre le circuit d'arrivée d'eau de refroidissement et le circuit de gaz plasmagène seront maintenant commentés . Il est tout d'abord rappelé, que dans l'exemple représenté les parois intérieures 53 de la couronne inférieure 51, 55 de la partie centrale 54 et 58 de la couronne supérieure 56 de l'assembleur 5 sont alignées. Il est rappelé également que le diamètre intérieur de l'assembleur 5 est supérieur au diamètre extérieur de la couronne 123 de l'anode 1, au diamètre de la surface latérale extérieure 38 du centreur 4 et au diamètre de la paroi intérieure de la gorge 24 du support 2 en sorte qu'un volume annulaire 72 est ménagé. Ce volume annulaire 72 s'étend axialement de la partie supérieure 60 de la couronne 56 à la partie inférieure 59 de la couronne 51 de l'assembleur 5. Dans le cas le plus général ce volume annulaire est formé des volumes annulaires 76, 72 et 77 et d'éventuels volumes annulaires de raccordement entre ces différentes parties de volume. L'eau est amenée par l'ouverture 131, et au travers du conduit 130 sur la surface extérieure de l'anode 1, l'extrémité intérieure 132 du conduit 130 débouche dans le volume annulaire 71 ménagé entre les surfaces 124 et 60 de la gorge 122 et de la couronne 56 respectivement. Cette eau peut s'écouler le long de la paroi intérieure 125 de l'anode 1 au travers du ou des volumes annulaires 72 jusqu'au volume annulaire 73 ménagé entre le bas de la couronne annulaire 51 et le fond 27 de la gorge 24. Cette eau s'écoule par le ou les conduit (s) 28 ménagé (s) dans le bas de la gorge annulaire 24. On voit ainsi, que le circuit d'eau est assuré sans joint d' étanchéité interne à la torche, grâce à l'assemblage serré des couronnes 51 et 56 dans les gorges 24 et 122 respectivement. Naturellement les arrivées et départs d'eau pourraient être placés différemment l'essentiel étant qu'une circulation d'eau refroidisse une couronne de l'anode 1.The operation of the torch will now be explained. As a torch, the operation is the usual operation of a torch, however the cooling water inlet circuit and the plasma gas circuit will now be discussed. It is first of all recalled that in the example shown the interior walls 53 of the lower ring 51, 55 of the central part 54 and 58 of the upper ring 56 of the assembler 5 are aligned. It is also recalled that the internal diameter of the assembler 5 is greater than the external diameter of the crown 123 of the anode 1, the diameter of the external lateral surface 38 of the centralizer 4 and the diameter of the internal wall of the groove 24 of the support 2 so that an annular volume 72 is provided. This volume annular 72 extends axially from the upper part 60 of the crown 56 to the lower part 59 of the crown 51 of the assembler 5. In the most general case this annular volume is formed of annular volumes 76, 72 and 77 and possible annular connecting volumes between these different parts of the volume. The water is brought in through the opening 131, and through the conduit 130 on the outer surface of the anode 1, the inner end 132 of the conduit 130 opens into the annular volume 71 formed between the surfaces 124 and 60 of the groove 122 and crown 56 respectively. This water can flow along the interior wall 125 of the anode 1 through the annular volume or volumes 72 up to the annular volume 73 formed between the bottom of the annular crown 51 and the bottom 27 of the groove 24. This water flows through the conduit (s) 28 formed in the bottom of the annular groove 24. It can thus be seen that the water circuit is ensured without a seal internal to the torch, thanks to the tight assembly of the crowns 51 and 56 in the grooves 24 and 122 respectively. Naturally the water arrivals and departures could be placed differently the main thing being that a circulation of water cools a ring of the anode 1.
De même, l'arrivée de gaz plasmagène par l'ouverture 128 de l'anode 1 se fait sans joint d' étanchéité, le gaz débouchant par les conduits 44 ou 144 dans les ouvertures 95 disposées autour de la cathode 3 sur le centreur 4, ou dans la gorge 45, selon les variantes de réalisation. La torche assemblée selon l'invention ne comprend donc que six pièces, l'anode 1, le support 2, la cathode 3, le centreur 4, l'assembleur 5 et l'insert 6. L'assemblage de cette torche peut être effectué avec moins d'opérations à la presse si l'on dispose d'outillage spécialisé de maintien latéral des pièces à assembler. Du point de vue des fonctions des différentes pièces composant la cartouche 100 assemblée on observera que si la cathode 3 est suffisamment serrée dans l'alésage 23 du support 2, le support 2 la cathode 3 le centreur 4 dont la partie 42 est serrée dans la cavité 10 de l'anode 1, et l'anode 1 forment un ensemble assemblé. Dans ces conditions l'assembleur 5 en coopération avec les gorges 24 du support 2 et 122 de l'anode peut n'être considéré que comme une partie du circuit d'eau. Il sera vu aussi plus tard que l'assemblage de la cartouche 100 peut être consolidé par le montage de la cartouche 100 en position dans la structure de maintien et raccordement .Similarly, the arrival of plasma gas through the opening 128 of the anode 1 is done without a gasket, the gas opening through the conduits 44 or 144 in the openings 95 arranged around the cathode 3 on the centralizer 4 , or in the groove 45, according to the variant embodiments. The torch assembled according to the invention therefore comprises only six parts, the anode 1, the support 2, the cathode 3, the centering device 4, the assembler 5 and the insert 6. The assembly of this torch can be carried out with fewer press operations if there are specialized tools for lateral support of the parts to be assembled. From the point of view of the functions of the different parts making up the assembled cartridge 100, it will be observed that if the cathode 3 is sufficiently tightened in the bore 23 of the support 2, the support 2 the cathode 3 the centering device 4, the part 42 of which is tightened in the cavity 10 of anode 1, and anode 1 form an assembled assembly. Under these conditions the assembler 5 in cooperation with the grooves 24 of the support 2 and 122 of the anode can only be considered as part of the water circuit. It will also be seen later that the assembly of the cartridge 100 can be consolidated by mounting the cartridge 100 in position in the support and connection structure.
On observera aussi que si la cartouche 100 est aussi simple, cela tient à l'architecture globale de la cartouche. Ainsi le circuit de gaz plasmagène se trouve entièrement dans une partie centrale de la cartouche 100 assemblée. Il peut s'agir d'une partie centrale de l'anode 1, en forme de couronne 123, cette couronne jouxtant immédiatement la cavité centrale 10 de l'anode. Il peut s'agir aussi de conduits 75 traversants le support 2 pour être en communication avec les passages 64, 68, 74 du centreur. Le circuit d'eau se trouve lui à la périphérie de cette même couronne 123 jouxtant la cavité centrale 10 en sorte qu'il n'y a pas de croisement des circuits d'eau et de gaz .It will also be observed that if the cartridge 100 is so simple, this is due to the overall architecture of the cartridge. Thus, the plasma gas circuit is entirely in a central part of the assembled cartridge 100. It may be a central part of the anode 1, in the form of a crown 123, this crown immediately adjoining the central cavity 10 of the anode. It may also be conduits 75 passing through the support 2 to be in communication with the passages 64, 68, 74 of the centralizer. The water circuit is located at the periphery of this same ring 123 adjoining the central cavity 10 so that there is no crossing of the water and gas circuits.
Il convient de remarquer que l'assembleur a été présenté comme une pièce distincte du support. Ceci est dû au fait que l'assembleur qui joint le support réalisé dans un matériau conducteur au contact de la cathode est au contact de l'anode. Il est donc réalisé dans un matériau isolant électriquement pour éviter un court circuit entre l'anode et la cathode. Il est évidemment possible de réaliser le support dans un matériau isolant comportant des traversées conductrices pour connecter la cathode. Dans ce cas on peut considérer que l'assembleur est constitué par les parties en matériau isolant et le support par les parties en matériau conducteur.It should be noted that the assembler was presented as a separate part of the support. this is due to the fact that the assembler joining the support made of a conductive material in contact with the cathode is in contact with the anode. It is therefore made of an electrically insulating material to avoid a short circuit between the anode and the cathode. It is obviously possible to produce the support in an insulating material comprising conductive bushings to connect the cathode. In this case we can consider that the assembler is made up of the parts made of insulating material and the support is made up of the parts made of conductive material.
Quelques indications relative aux matériaux des composants de la cartouche 100 seront maintenant apportées . L'anode 1, et le support de cathode 2 qui dansSome indications relating to the materials of the components of cartridge 100 will now be provided. Anode 1, and cathode support 2 which in
1 ' exemple de réalisation sont en cuivre électrolytique pourraient être réalisés dans tout matériau, par exemple métallique, conducteur de l'électricité et permettant 1 ' évacuation de flux thermiques très élevés . Le tungstène dopé de la cathode 3 pourrait être usiné dans tout matériau métallique présentant un faible potentiel d'extraction des électrons.1 embodiment are made of electrolytic copper could be made of any material, for example metallic, conductive of electricity and allowing one evacuation of very high heat fluxes. The doped tungsten of cathode 3 could be machined in any metallic material having a low potential for extraction of electrons.
Le diffuseur centreur 4 peut être usiné dans tout matériau plastique pour les besoins d'assemblage, et présentant une bonne tenue au gonflement à l'eau, un fort caractère diélectrique et une bonne tenue mécanique au rayonnement et à la température .The centralizing diffuser 4 can be machined from any plastic material for assembly purposes, and having good swelling resistance to water, a high dielectric character and good mechanical resistance to radiation and to temperature.
Le corps assembleur 5 peut-être usiné dans un matériau plastique pour les besoins d'assemblage par simple pression plastique.The assembly body 5 may be machined from a plastic material for assembly purposes by simple plastic pressure.
L'insert isolant 6 peut être usiné dans un matériau céramique présentant une bonne tenue aux chocs thermiques, au rayonnement et doté d'un fort caractère diélectrique, par exemple du nitrure de bore.The insulating insert 6 can be machined from a ceramic material having good impact resistance thermal, radiation and with a strong dielectric character, for example boron nitride.
Il a été vu que les assemblages sont du type emmanchement serré réalisé sous presse, ce qui sous- entend un couple de matériau adapté : Dans le cas de la torche présenté, les assemblages sont constitués par des couples plastique - alliage de cuivre ou alliage de tungstène - alliage de cuivre.It has been seen that the assemblies are of the tight fitting type produced under press, which implies a pair of suitable material: In the case of the torch presented, the assemblies are constituted by plastic couples - copper alloy or alloy of tungsten - copper alloy.
D'autres couples de matériaux peuvent être envisagés, en particulier des matériaux céramiques pourrait remplacer les matériaux plastiques, si l'on interposait, de façon en elle-même connue, entre la poupée de pression et le vérin de presse d'assemblage un vibreur. Deux exemples de structure de raccordement et de maintien de la cartouche 100 seront maintenant succinctement décrites en liaison avec les figures 11, 12, et 13. Une première structure de raccordement et de maintien 80 représentée figure 11 selon une coupe axiale, comporte deux parties toutes deux de révolution autour de l'axe AA' . Une partie inférieure 81 recèle un alésage 83 dont le diamètre intérieur est égal au diamètre extérieure du support 2, en sorte que ce support 2 puisse facilement être introduit dans cette partie 81. L'exemple représenté figure 11 correspond à l'une des variantes de réalisation de la cartouche 100 dans laquelle l'évacuation du fluide de refroidissement se fait par le ou les conduits 28 du support 2. C'est pourquoi dans cet exemple la partie inférieure 81 comporte une évacuation d'eau et une arrivée de courant représentés en 84. Un ou plusieurs joint (s) torique (s) permettent de façon connue d'assurer 1 ' étanchéité. Une partie supérieure 82 de la structure de maintien et de raccordement recèle un alésage 85 dont le diamètre intérieur est égal au diamètre extérieur de l'anode 1, en sorte que cette anode 1 puisse facilement être introduit dans cette partie 82. Cette structure 82 comporte un trou central axial 91 à bords évasées permettant le passage du plasma. L'exemple représenté figure 11 correspond à l'une des variantes de réalisation de la cartouche 100 dans laquelle l'arrivée du fluide de refroidissement et du gaz plasmagène se font par le ou les conduits 130 et 127 de l'anode 1 pour l'arrivée d'eau et de gaz respectivement. C'est pourquoi dans cet exemple la partie supérieure 82 comporte une arrivée d'eau 86 et une arrivée de gaz 87. Un ou plusieurs joint (s) torique (s) permettent de façon connue d'assurer 1 ' étanchéité. L'arrivée d'eau 86 débouche face au conduit 130 de l'anode 1. Lorsqu'il y a plusieurs conduits 130 une gorge radiale 88 recevant l'arrivée d'eau 86 permet la distribution aux divers conduits. De même pour l'arrivée de gaz, lorsqu'il y a plusieurs conduits 127 une gorge axiale non représentée recevant l'arrivée de gaz 87 permet la distribution aux divers conduits 127.Other couples of materials can be envisaged, in particular ceramic materials could replace the plastic materials, if one interposed, in itself known manner, between the doll of pressure and the jack of press of assembly a vibrator . Two examples of connection and holding structure of the cartridge 100 will now be briefly described in connection with FIGS. 11, 12, and 13. A first connection and holding structure 80 shown in FIG. 11 in an axial section, has two parts all two of revolution around the axis AA '. A lower part 81 conceals a bore 83 whose internal diameter is equal to the external diameter of the support 2, so that this support 2 can easily be introduced into this part 81. The example shown in FIG. 11 corresponds to one of the variants of realization of the cartridge 100 in which the cooling fluid is evacuated by the conduit (s) 28 of the support 2. This is why in this example the lower part 81 comprises a water evacuation and a current inlet represented in 84. One or more O-ring (s) make it possible in known manner to ensure sealing. An upper part 82 of the holding and connection structure conceals a bore 85 whose internal diameter is equal to the external diameter of the anode 1, so that this anode 1 can easily be introduced into this part 82. This structure 82 comprises an axial central hole 91 with flared edges allowing the plasma to pass. The example shown in FIG. 11 corresponds to one of the variant embodiments of the cartridge 100 in which the arrival of the cooling fluid and the plasma gas are carried out through the conduit (s) 130 and 127 of the anode 1 for the water and gas supply respectively. This is why in this example the upper part 82 has a water inlet 86 and a gas inlet 87. One or more O-ring (s) make it possible in known manner to ensure sealing. The water inlet 86 opens opposite the conduit 130 of the anode 1. When there are several conduits 130, a radial groove 88 receiving the water inlet 86 allows distribution to the various conduits. Similarly for the gas inlet, when there are several conduits 127, an axial groove, not shown, receiving the gas inlet 87 allows distribution to the various conduits 127.
L'intérêt principal de cette structure 80 est de pouvoir procéder rapidement à l'échange de la cartouche 100. Pour le montage la partie supérieure de la cartouche, c'est à dire celle correspondant à l'anode 1 est introduite dans la partie supérieure 82 de la structure 80. Pour faciliter un positionnement radial permettant de bien faire correspondre les arrivées d'eau et de gaz avec les orifices 128, 131 de l'anode on peut prévoir des détrompeurs sur la partie supérieure 82 et sur l'anode 1.Lorsqu' elle est en place la cartouche 100 est vissée sur la partie supérieure 82 au moyens de vis 89 passant au travers de trous de l'assembleur 5 et se vissant dans des trous taraudés de la partie supérieure 82. On met ensuite en place la partie inférieure 81 en introduisant le support 2 dans l'alésage 83. On peut également prévoir des moyens pour faciliter un positionnement radial correct. Des vis 90 permettent de fixer la partie inférieure 81 à l'assembleur. Ces vis passent au travers de trous de l'assembleur 5 et se vissent dans des trous taraudés de la partie inférieure 81.The main interest of this structure 80 is to be able to quickly exchange the cartridge 100. For mounting the upper part of the cartridge, that is to say that corresponding to the anode 1 is introduced into the upper part 82 of the structure 80. In order to facilitate a radial positioning allowing the water and gas inlets to correspond well with the orifices 128, 131 of the anode, it is possible to provide polarizing elements on the upper part 82 and on the anode 1 .When it is in place the cartridge 100 is screwed onto the upper part 82 by means of screws 89 passing through holes in the assembler 5 and screwing into tapped holes in the upper part 82. The lower part 81 is then put in place by introducing the support 2 in bore 83. Means can also be provided to facilitate correct radial positioning. Screws 90 make it possible to fix the lower part 81 to the assembler. These screws pass through holes in the assembler 5 and are screwed into tapped holes in the lower part 81.
Un mode actuellement préféré de réalisation de la structure 80 sera maintenant effectué en liaison avec les figures 12 et 13. La figure 13 est une vue de face de la structure 80 assemblée avec la cartouche 100, avec une coupe axiale partielle dans le coin supérieur droit. La figure 12 est une coupe axiale selon un plan perpendiculaire au plan de la figure 13.A currently preferred embodiment of the structure 80 will now be carried out in conjunction with FIGS. 12 and 13. FIG. 13 is a front view of the structure 80 assembled with the cartridge 100, with a partial axial section in the upper right corner . FIG. 12 is an axial section along a plane perpendicular to the plane of FIG. 13.
Selon ce mode de réalisation les flasques inférieur 81 et supérieur 82 et la cartouche 100 sont maintenus assemblés au moyen d'un etrier 92. Cet etrier 92 a une forme en U. Deux bras parallèles du U sont rotativement fixées au moyen de vis 96 perpendiculaires à l'axe AA' au flasque supérieur 82. Des manchons et rondelles isolantes sont prévus de façon connue pour éviter les contacts électriques entre l' etrier et le flasque 82. Le flasque inférieure 81 est muni sur sa face inférieure d'une empreinte centrale 93. En position assemblée une vis 94 montée dans la partie horizontale du U de l' etrier 92 bloque la rotation de 1' etrier 92 autour des vis 96 et exerce une pression au niveau de l'empreinte 93. empêchant le mouvement des flasques 82 et 81 dans la direction axiale. L'isolation électrique du flasque 81 et de l' etrier est obtenue au moyen d'un manchon isolant 95 et de rondelles isolantes. Il est prévu un contre-écrou de blocage 97.According to this embodiment, the lower 81 and upper 82 flanges and the cartridge 100 are kept assembled by means of a bracket 92. This bracket 92 has a U shape. Two parallel arms of the U are rotatably fixed by means of screws 96 perpendicular at axis AA ′ at the upper flange 82. Insulating sleeves and washers are provided in a known manner to avoid electrical contact between the stirrup and the flange 82. The lower flange 81 is provided on its underside with a central imprint 93. In the assembled position, a screw 94 mounted in the horizontal part of the U of the bracket 92 blocks the rotation of the bracket 92 around the screws 96 and exerts pressure at the impression 93. preventing the movement of the flanges 82 and 81 in the axial direction. Insulation electrical flange 81 and the bracket is obtained by means of an insulating sleeve 95 and insulating washers. A locking lock nut 97 is provided.
La distance entre le bras horizontal de l' etrier 92 et la face inférieure du flasque 81 est suffisante pour permettre le désengagement de la cartouche 100 des alésages 83 et 85 des flasques 81 et 82 respectivement.The distance between the horizontal arm of the stirrup 92 and the underside of the flange 81 is sufficient to allow disengagement of the cartridge 100 from the bores 83 and 85 of the flanges 81 and 82 respectively.
Le fonctionnement est le suivant :The operation is as follows:
Pour le démontage de la cartouche 100 le contre-écrou 97 est débloqué et la vis 94 dévissée jusqu'à ce que la cartouche 100 puisse être extraite de l'un des flasques 81 ou 82. Dans cette position le flasque 82 est toujours solidaire de l' etrier 92 et le flasque 81 est maintenu, la vis 94 toujours à l'intérieur de l'empreinte 93. Dans cette position des flasques la cartouche 100 peut être extraite de l'autre flasque par une légère rotation de l' etrier 92 autour de l'axe formé par les vis 96. Cette rotation libère le passage de la cartouche 100. Pour le remontage on procède inversement.For disassembly of the cartridge 100, the lock nut 97 is released and the screw 94 unscrewed until the cartridge 100 can be extracted from one of the flanges 81 or 82. In this position the flange 82 is always secured to the bracket 92 and the flange 81 is maintained, the screw 94 still inside the cavity 93. In this position of the flanges the cartridge 100 can be extracted from the other flange by a slight rotation of the caliper 92 around the axis formed by the screws 96. This rotation frees the passage of the cartridge 100. For reassembly, the procedure is reversed.
Ce mode d'assemblage est intéressant du point de vue mécanique car il permet d'exercer une pression d'assemblage des flasques 81, 82 et de la cartouche 100 qui est automatiquement axiale. Il n'y a pas de risque de pressions dissymétriques créant une contrainte de déformation latérale. Il est également intéressant car il permet le montage et le démontage de la cartouche 100 au moyen d'une seule vis sans nécessité de maintien des flasques 81, 82, ce qui est particulièrement intéressant lorsqu'on travaille en boîte à gants.This method of assembly is advantageous from the mechanical point of view because it makes it possible to exert an assembly pressure of the flanges 81, 82 and of the cartridge 100 which is automatically axial. There is no risk of asymmetric pressures creating a lateral deformation constraint. It is also interesting because it allows the assembly and disassembly of the cartridge 100 by means of a single screw without the need to maintain the flanges 81, 82, which is particularly advantageous when working in a glove box.
Naturellement d'autres moyens mécaniques de fixation de la cartouche 100 à la structure 80 sont à la portée de l'homme du métier. Les étanchéités sont assurées par des joints et par le fait que la cartouche 100 est ajustée dans les alésages 83, 85.Naturally, other mechanical means for fixing the cartridge 100 to the structure 80 are within the reach of those skilled in the art. The seals are ensured by seals and by the fact that the cartridge 100 is fitted in the bores 83, 85.
Les adaptations nécessaires de la structure 80 pour la rendre compatible avec les variantes décrites en rapport avec la cartouche 100 relativement aux lieux d'arrivée ou départ d'eau ou de gaz sont à la portée de l'homme du métier et ne seront pas commentées. The necessary adaptations of the structure 80 to make it compatible with the variants described in relation to the cartridge 100 relative to the places of arrival or departure of water or gas are within the reach of the skilled person and will not be commented on .

Claims

REVENDICATIONS
1. Cartouche (100) génératrice de plasma pour une torche à plasma, ayant centrés sur un axe AA' , une anode (1) annulaire comportant une cavité centrale (10) formée à l'intérieur d'une couronne centrale (123) de l'anode (1), cette cavité centrale (10) recevant une cathode (3) centrée sur AA' , l'anode (1) et la cathode (3) ménageant entre elles un espace annulaire pour la production d'un arc, des moyens de distribution d'un gaz plasmagène, le gaz distribué circulant dans l'espace annulaire entre la cathode (3) et l'anode (1), des moyens de refroidissement de l'anode (1), comportant notamment des conduits pour un fluide de refroidissement de l'anode (1), ces conduits ayant une entrée et une sortie, des moyens d'assemblage, cartouche caractérisée en ce que les moyens d'assemblage comportent un support (2) de cathode ayant une partie conductrice pour amener les courants électriques nécessaires au fonctionnement de la torche d'une entrée de courant à la cathode (3), des moyens (2, 23, 4) pour positionner la cathode (3), un assembleur (5) le support (2) de cathode (3), l'assembleur (5) et l'anode (1) annulaire comportant des parties creuses (24, 122) et des parties saillantes (51, 56) toutes axées parallèlement à l'axe AA', les parties saillantes (51, 56) étant emmanchées serrées dans les parties creuses (24, 122) .1. Cartridge (100) generating plasma for a plasma torch, having centered on an axis AA ', an annular anode (1) comprising a central cavity (10) formed inside a central ring (123) of the anode (1), this central cavity (10) receiving a cathode (3) centered on AA ′, the anode (1) and the cathode (3) providing between them an annular space for the production of an arc, means for distributing a plasma gas, the distributed gas circulating in the annular space between the cathode (3) and the anode (1), means for cooling the anode (1), comprising in particular conduits for an anode cooling fluid (1), these conduits having an inlet and an outlet, assembly means, cartridge characterized in that the assembly means comprise a cathode support (2) having a conductive part for bringing the electric currents necessary for the operation of the torch from a current input to the cathode (3), means (2, 23, 4) for positioning the cathode (3), an assembler (5) the support (2) of the cathode (3), the assembler (5) and the annular anode (1) having hollow parts (24, 122) and projecting parts (51, 56) all axially parallel to the axis AA ', the projecting parts (51, 56) being fitted tightly into the hollow parts (24, 122).
2. Cartouche (100) selon la revendication 1 caractérisée en ce que une ou des parties creuses (24,2. Cartridge (100) according to claim 1 characterized in that one or more hollow parts (24,
122) sont constituées par des gorges annulaires (24, 122) et en ce que, une ou des parties saillantes (51, 56) sont constituées par des couronnes annulaires (51, 56) , le diamètre extérieure des couronnes (51, 56) étant supérieur au diamètre extérieur des gorges (24, 122) en sorte que une ou des couronnes annulaires (51, 56) sont emmanchées serrées dans une ou des gorges annulaires (24, 122).122) are formed by annular grooves (24, 122) and in that, one or more projecting parts (51, 56) are constituted by annular rings (51, 56), the outer diameter of the crowns (51, 56) being greater than the outer diameter of the grooves (24, 122) so that one or more annular crowns (51, 56) are fitted tightly in one or more annular grooves (24, 122).
3. Cartouche (100) selon la des revendication 2 caractérisée en ce que une partie saillante (51) de l'assembleur (5) est constituée par une couronne annulaire (51) inférieure d'axe AA' ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une surface inférieure, en ce que une partie creuse (24) du support (2) de cathode (3) est constituée par une gorge annulaire (24) centrée sur l'axe AA' , la gorge (24) ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une surface (27) de fond de gorge (24), et en ce que le diamètre extérieur de la couronne annulaire (51) inférieure de l'assembleur (5) est légèrement supérieur au diamètre extérieur de la gorge annulaire (24) du support (2) de cathode (3) en sorte que la couronne annulaire (51) inférieure de l'assembleur (5) est emmanchée serrée dans la gorge annulaire (24) du support (2) de cathode (3).3. Cartridge (100) according to claim 2 characterized in that a projecting part (51) of the assembler (5) is constituted by an annular ring (51) of lower axis AA 'having an outside diameter, a diameter interior and a lower surface, in that a hollow part (24) of the cathode support (2) (3) is constituted by an annular groove (24) centered on the axis AA ', the groove (24) having a diameter outside, an inside diameter and a bottom groove surface (27) (24), and in that the outside diameter of the lower annular ring (51) of the assembler (5) is slightly greater than the outside diameter of the groove ring (24) of the cathode support (2) (3) so that the lower annular ring (51) of the assembler (5) is fitted tightly into the annular groove (24) of the cathode support (2) ).
4. Cartouche (100) selon la revendication 3 caractérisée en ce que une partie saillante (56) de l'assembleur (5) est constituée par une couronne annulaire (56) supérieure d'axe AA' ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieure et une surface supérieure, en ce que une partie creuse (122) de l'anode (1) annulaire est constituée par une gorge annulaire (122) centrée sur l'axe AA', la gorge (122) ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une surface de fond de gorge (124) , et en ce que le diamètre extérieur de la couronne annulaire (56) supérieure de l'assembleur (5) est légèrement supérieur au diamètre extérieur de la gorge annulaire (122) de l'anode (1) en sorte que la couronne annulaire (56) supérieure de l'assembleur (5) est emmanchée serrée dans la gorge annulaire (122) de l'anode (1) .4. Cartridge (100) according to claim 3 characterized in that a projecting part (56) of the assembler (5) is constituted by an annular ring (56) upper axis AA 'having an outer diameter, an inner diameter and an upper surface, in that a hollow part (122) of the annular anode (1) is constituted by an annular groove (122) centered on the axis AA ', the groove (122) having an outside diameter, a inside diameter and a bottom groove surface (124), and in that the outside diameter of the annular crown (56) upper part of the assembler (5) is slightly greater than the outside diameter of the annular groove (122) of the anode (1) so that the upper annular ring (56) of the assembler (5) is fitted tightly into the annular groove (122) of the anode (1).
5. Cartouche (100) selon la revendication 2 caractérisée en ce que une première partie saillante (51) de l'assembleur (5) est constituée par une couronne annulaire (51) inférieure d'axe AA' ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une surface inférieure (59), en ce que une partie creuse (24) du support (2) de cathode (3) est constituée par une gorge annulaire (24) centrée sur l'axe AA', la gorge (24) ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une surface (27) de fond de gorge, et en ce que le diamètre extérieur de la première couronne annulaire (51) de l'assembleur (5) est légèrement supérieur au diamètre extérieur de la gorge annulaire (24) du support (2) de cathode (3) en sorte que la couronne annulaire (51) inférieure de l'assembleur (5) est emmanchée serrée dans la gorge annulaire (24) du support (2) de cathode (3) et en ce que une seconde partie saillante (56) de l'assembleur (5) est constituée par une couronne annulaire (56) supérieure d'axe AA' ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieure et une surface supérieure (60), en ce que une partie creuse (122) de l'anode (1) annulaire est constituée par une gorge annulaire (122) centrée sur l'axe AA' , la gorge ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une surface de fond de gorge (124) , et en ce que le diamètre extérieur de la seconde couronne annulaire (56) de l'assembleur (5) est légèrement supérieur au diamètre extérieur de la gorge annulaire (122) de l'anode (1) en sorte que la couronne annulaire (56) supérieure de l'assembleur (5) est emmanchée serrée dans la gorge annulaire (122) de 1 ' anode (1) . 5. Cartridge (100) according to claim 2 characterized in that a first projecting part (51) of the assembler (5) is constituted by an annular ring (51) lower axis AA 'having an outside diameter, a diameter interior and a lower surface (59), in that a hollow part (24) of the support (2) of cathode (3) is constituted by an annular groove (24) centered on the axis AA ', the groove (24) having an outside diameter, an inside diameter and a bottom groove surface (27), and in that the outside diameter of the first annular ring (51) of the assembler (5) is slightly greater than the outside diameter of the groove ring (24) of the cathode support (2) (3) so that the lower annular ring (51) of the assembler (5) is fitted tightly into the annular groove (24) of the cathode support (2) ) and in that a second projecting part (56) of the assembler (5) is constituted by an annular ring (56) sup axis AA ′ having an outside diameter, an inside diameter and an upper surface (60), in that a hollow part (122) of the annular anode (1) is constituted by an annular groove (122) centered on axis AA ′, the groove having an outside diameter, an inside diameter and a bottom groove surface (124), and in that the outside diameter of the second annular ring (56) of the assembler (5) is slightly greater than the outside diameter of the groove annular (122) of the anode (1) so that the upper annular ring (56) of the assembler (5) is fitted tightly into the annular groove (122) of one anode (1).
6. Cartouche (100) selon la revendication 5 caractérisée en ce que l'assembleur (5) comporte une partie centrale creuse (69) joignant les couronnes (51, 56) inférieures et supérieures, cette partie centrale (69) ayant un diamètre intérieure, en ce que la gorge (122) de l'anode (1) recevant la couronne (56) supérieure de l'assembleur (5) est périphérique de la couronne centrale (123) de l'anode (1) formant la cavité centrale (10) de l'anode (1), le diamètre intérieur d'une partie au moins de l'assembleur (5) étant supérieur au diamètre extérieur de la couronne centrale (123) de l'anode (1) en sorte qu'un premier volume annulaire (72) se trouve ménagé entre l'assembleur (5) et la couronne centrale (123) de l'anode (1), ce volume (72) étant en communication avec l'extérieur de la cartouche (100) au travers d'au moins deux conduits (130, 28), un conduit (130) d'amené d'un fluide de refroidissement et un conduit (28) d'évacuation d'un fluide de refroidissement.6. Cartridge (100) according to claim 5 characterized in that the assembler (5) comprises a hollow central part (69) joining the crowns (51, 56) lower and upper, this central part (69) having an inner diameter , in that the groove (122) of the anode (1) receiving the upper crown (56) of the assembler (5) is peripheral to the central crown (123) of the anode (1) forming the central cavity (10) of the anode (1), the inside diameter of at least part of the assembler (5) being greater than the outside diameter of the central crown (123) of the anode (1) so that a first annular volume (72) is arranged between the assembler (5) and the central crown (123) of the anode (1), this volume (72) being in communication with the outside of the cartridge (100) through at least two conduits (130, 28), a conduit (130) for supplying a cooling fluid and a conduit (28) for discharging a cooling fluid.
7. Cartouche (100) selon la revendication 6 caractérisée en ce que en position assemblé la surface (60) supérieure de la couronne supérieure de l'assembleur (5) n'abute pas le fond de la gorge (124) de l'anode (1), en sorte qu'un second volume annulaire (71) se trouve ménagé entre cette surface supérieure (60) et le fond de gorge (124), l'un (130) des conduits de communication avec l'extérieur débouchant dans ce volume (71) . 7. Cartridge (100) according to claim 6 characterized in that in the assembled position the upper surface (60) of the upper crown of the assembler (5) does not abut the bottom of the groove (124) of the anode (1), so that a second annular volume (71) is formed between this upper surface (60) and the bottom of the groove (124), one (130) of the communication conduits with the outside opening into this volume (71).
8. Cartouche (100) selon l'une des revendications 6 ou 7 caractérisée en ce que en position assemblé la surface (59) inférieure de la couronne inférieure (51) de l'assembleur (5) n'abute pas le fond (27) de la gorge (24) du support (2), en sorte qu'un troisième volume annulaire (73) se trouve ménagé entre cette surface inférieure (59) et le fond8. Cartridge (100) according to one of claims 6 or 7 characterized in that in the assembled position the lower surface (59) of the lower ring (51) of the assembler (5) does not abut the bottom (27 ) of the groove (24) of the support (2), so that a third annular volume (73) is formed between this lower surface (59) and the bottom
(27) de gorge (24) l'un des conduits (28) de communication avec 1 ' extérieur débouchant dans ce volume (73) .(27) groove (24) one of the conduits (28) for communication with one exterior opening into this volume (73).
9. Cartouche (100) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte un centreur (4) ayant une cavité axiale centrée sur la cathode (3), une surface inférieure (46), une surface (38, 50) extérieure latérale, une surface (39) latérale intérieure, une surface supérieure (48, 49) au moins une partie (42) supérieure du centreur (4) étant ajustée à l'intérieur de la cavité centrale (10) de l'anode (1), un ou plusieurs passage(s) (44, 144, 95, 45, 64, 68, 74) mettant en communication la surface (50, 46) extérieure latérale ou inférieure avec la surface supérieure (48, 49) de la partie (42) supérieure du centreur (4) .9. Cartridge (100) according to one of claims 1 to 8, characterized in that it comprises a centralizer (4) having an axial cavity centered on the cathode (3), a lower surface (46), a surface ( 38, 50) lateral exterior, an interior lateral surface (39), an upper surface (48, 49) at least an upper part (42) of the centralizer (4) being fitted inside the central cavity (10) of the anode (1), one or more passage (s) (44, 144, 95, 45, 64, 68, 74) bringing the lateral or lower external surface (50, 46) into communication with the upper surface (48, 49) of the upper part (42) of the centralizer (4).
10. Cartouche (100) selon la revendication 9 caractérisée en ce que des passages (44, 144) sont constitués par des conduits (44, 144) joignant la surface extérieure latérale (50) du centreur (4) soit à une gorge (45) annulaire axiale du centreur (4) formée entre le centreur (4) et la cathode (3) par un décrochement de la surface (39) latérale intérieure du centreur (4) , soit à des lumières 95 formées à la surface supérieure (49)du centreur (4). 10. Cartridge (100) according to claim 9 characterized in that passages (44, 144) are constituted by conduits (44, 144) joining the lateral outer surface (50) of the centralizer (4) or to a groove (45 ) axial annular of the centering device (4) formed between the centering device (4) and the cathode (3) by an offset of the inner lateral surface (39) of the centering device (4), that is to say holes 95 formed on the upper surface (49 ) of the centralizer (4).
11. Cartouche (100) selon la revendication 10, caractérisée en ce que des conduits (44, 144) ont une ligne axiale non contenue dans un plan axial du centreur (4) . 11. Cartridge (100) according to claim 10, characterized in that conduits (44, 144) have an axial line not contained in an axial plane of the centralizer (4).
12. Cartouche (100) selon l'une des revendication 10 ou 11 caractérisée en ce que des conduits (44, 144) ont une extrémité débouchant dans une gorge (148) radiale formée sur la surface (50) latérale extérieure du centreur (4) . 12. Cartridge (100) according to one of claims 10 or 11 characterized in that conduits (44, 144) have one end opening into a radial groove (148) formed on the outer lateral surface (50) of the centralizer (4 ).
13. Cartouche (100) selon l'une des revendication 10 ou 11 caractérisée en ce que les conduits (44, 144) ont une extrémité débouchant dans une gorge (135) intérieure radiale de la cavité intérieure (10) de l'anode (1). 13. Cartridge (100) according to one of claims 10 or 11 characterized in that the conduits (44, 144) have one end opening into a groove (135) inner radial of the inner cavity (10) of the anode ( 1).
14. Cartouche (100) selon l'une des revendications 9 à 13 caractérisée en ce que l'anode14. Cartridge (100) according to one of claims 9 to 13 characterized in that the anode
(1) est muni de un ou plusieurs conduits (127) passant axialement au travers d'une couronne centrale (123) de l'anode (1) entourant la cavité centrale (10) de l'anode (1) et débouchant face à une extrémité des passages (44, 144) du centreur (4) .(1) is provided with one or more conduits (127) passing axially through a central ring (123) of the anode (1) surrounding the central cavity (10) of the anode (1) and opening facing one end of the passages (44, 144) of the centralizer (4).
15. Cartouche (100) selon l'une des revendications 9 à 13 caractérisée en ce que le support15. Cartridge (100) according to one of claims 9 to 13 characterized in that the support
(2) est muni de un ou plusieurs conduits (75) passant au travers du support (2) et communiquant avec des passages (64,68, 74) du centreur (4).(2) is provided with one or more conduits (75) passing through the support (2) and communicating with passages (64, 68, 74) of the centralizer (4).
16. Cartouche (100) selon l'une des revendications 9 à 13 caractérisée en ce que le support (2) est muni d'un alésage (23) central, cet alésage (23) logeant une partie inférieure de la cathode (3).16. Cartridge (100) according to one of claims 9 to 13 characterized in that the support (2) is provided with a central bore (23), this bore (23) accommodating a lower part of the cathode (3) .
17. Cartouche (100) selon la revendication 16 caractérisée en ce que le support (2) est muni d'une couronne (29) centrale formée autour de l'alésage (23) logeant la partie inférieure de la cathode (3), une surface (30) supérieure de cette couronne (29) étant au contact de la surface inférieure (46) du centreur (4) .17. Cartridge (100) according to claim 16 characterized in that the support (2) is provided with a central ring (29) formed around the bore (23) housing the lower part of the cathode (3), an upper surface (30) of this ring (29) being in contact with the lower surface (46) of the centralizer (4).
18. Cartouche (100) selon la revendication 17 caractérisée en ce que le centreur (4) est muni d'un épaulement (41) inférieur ayant une surface (46) inférieure et une surface (47) supérieure, la surface inférieure de cet épaulement constituant la surface (46) inférieure du centreur (4), et la surface (47) supérieure de cet épaulement (41) étant au contact d'une surface (134) inférieure de la couronne centrale (123) de l'anode (1) .18. Cartridge (100) according to claim 17 characterized in that the centralizer (4) is provided with a lower shoulder (41) having a lower surface (46) and an upper surface (47), the lower surface of this shoulder constituting the lower surface (46) of the centering device (4), and the upper surface (47) of this shoulder (41) being in contact with a lower surface (134) of the central crown (123) of the anode (1 ).
19. Torche à plasma caractérisée en ce qu'elle comporte une structure (80) de raccordement et de maintien d'une cartouche (100) pour torche à plasma selon l'une des revendications 1 à 18, cette structure ayant une partie supérieure (82) comportant un alésage (85) de réception de l'anode (1) de la cartouche, un trou (91) axial central dont le diamètre est au moins égal ou supérieur au diamètre de la partie (13) supérieure de la cavité (10) centrale de l'anode (1), et une partie inférieure (81) comportant un alésage (83) de réception du support (2) de la cartouche, la structure ayant des moyens (89, 90, 92, 96, 97) de fixation à la cartouche (100) et portant des arrivées (86, 87) d'un fluide de refroidissement, de gaz plasmagène, et des moyens (84) d'évacuation du fluide de refroidissement ces moyens venant, au montage de la cartouche (100) dans la structure (80) , se positionner face aux conduits (127, 130, 75) correspondants de la cartouche (100) .19. Plasma torch characterized in that it comprises a structure (80) for connecting and holding a cartridge (100) for a plasma torch according to one of claims 1 to 18, this structure having an upper part ( 82) comprising a bore (85) for receiving the anode (1) of the cartridge, a central axial hole (91) whose diameter is at least equal to or greater than the diameter of the upper part (13) of the cavity ( 10) central anode (1), and a lower part (81) comprising a bore (83) for receiving the support (2) of the cartridge, the structure having means (89, 90, 92, 96, 97 ) of attachment to the cartridge (100) and carrying inlets (86, 87) of a cooling fluid, of plasma gas, and means (84) for evacuating the cooling fluid, these means coming, when mounting the cartridge (100) in the structure (80), position itself facing the corresponding conduits (127, 130, 75) of the cartridge (100).
20. Torche à plasma selon la revendication 19 caractérisée en ce que les moyens de fixation à la cartouche (100) de la structure de fixation et de maintien (80) comporte un etrier (92) rotativement fixé à la partie supérieure (82) de la structure (80) comportant l'alésage (85) de réception de l'anode (1) de la cartouche, une vis (94) montée dans l' etrier (92) venant en appui sur la partie inférieure (81) de la structure (80) comportant l'alésage (83) de réception du support (2) de la cartouche (100). 20. Plasma torch according to claim 19 characterized in that the means for fixing to the cartridge (100) of the fixing and retaining structure (80) comprises a stirrup (92) rotatably fixed to the upper part (82) of the structure (80) comprising the bore (85) for receiving the anode ( 1) of the cartridge, a screw (94) mounted in the bracket (92) coming to bear on the lower part (81) of the structure (80) comprising the bore (83) for receiving the support (2) of the cartridge (100).
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