ITBO20000235A1 - Torcia al plasma ad elevata sicurezza . - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE dal titolo:

TORCIA AL PLASMA AD ELEVATA SICUREZZA.

II presente trovato concerne una torcia al plasma ad elevata sicurezza passiva.

Nelle torce di questo tipo un arco elettrico, definito da un arco voltaico stabilito tra l'oggetto metallico su cui si opera ed un elettrodo, viene utilizzato in unione a gas mono- o biatomici (ad esempio contenenti argo, idrogeno, azoto, ossigeno ed altri) con la funzione di portare il gas stesso allo stato di plasma con temperature elevatissime fin oltre i 20000°C.

E' previsto, generalmente, un elettrodo cilindrico montato sulla torcia e collegato, mediante un conduttore, al polo negativo della tensione di potenza. E' altresì previsto un anodo a forma di cappetta od ugello montato sull'elettrodo in modo da ricoprirne la parte terminale. L’ugello è isolato elettricamente dall'elettrodo e collegabile, mediante un secondo conduttore, al polo positivo delia tensione di potenza. L’ugello è, a sua volta, mantenuto nella sua posizione stabile di funzionamento mediante l’utilizzazione di un ulteriore elemento esterno, definito portaugello.

Quest’ultimo elemento ha la funzione: di bloccaggio dell'ugello relativamente all'elettrodo, dal momento che l'ugello costituisce elemento di consumo e quindi richiede frequentemente di essere ricambiato; di chiusura di contatti elettrici di sicurezza che permettono, solamente in corrispondenza della loro posizione di intercettazione, di chiudere il circuito elettrico ed alimentare potenza alla torcia; di isolamento della torcia nella sua porzione esterna, essendo il portaugello normalmente rivestito di materiale isolante; di permettere la fuoriuscita del gas attraverso una pluralità di fori distribuiti in corrispondenza della sua porzione distale prossima all'insieme ugello-elettrodo.

In sostanza l’impegno sempre maggiore delle case costruttrici di torce è rivolto alla costruzione delle stesse in modo da garantire sicurezze sempre maggiori da parte dell’utilizzatore finale, in considerazione degli elevati valori di tensione che si trovano in corrispondenza della porzione distale della torcia stessa.

In questa ricerca si è però riscontrato che, nel caso l’utilizzatore si dimenticasse di inserire l’ugello e comunque montasse il portaugello sulla torcia - al momento di una sostituzione per ricambio dell’ugello stesso - la torcia si troverebbe ugualmente in condizioni di mancanza di sicurezza. Infatti (si veda a tale proposito la successiva figura 3 allegata) la porzione terminale dell’elettrodo (come detto collegato al polo negativo) e la porzione interna metallica, quindi conduttrice, del portaugello (collegata al polo positivo) potrebbero essere toccate da un dito dell’utilizzatore che sarebbe quindi assoggettato all’alta tensione. Notare come le norme in materia prevedano le verifiche di sicurezza attraverso l'utilizzazione di un cosiddetto dito di prova convenzionale come verrà indicato in figura 4.

Il presente trovato è relativo ad una torcia ai plasma che preveda l'impossibilità di essere assoggettati a scariche elettriche non volute ed accidentali, anche nel caso non sia presente l’ugello.

Viene, quindi, prevista una torcia al plasma di sicurezza comprendente un corpo a sviluppo prevalente longitudinale presentante, inferiormente, una estremità distale, o bocca di taglio, tramite la quale vengono eseguite lavorazioni di taglio nelle quali il flusso derivante dall’arco di taglio fuoriesce dalla porzione distale stessa; questo corpo comprende un elemento centrale collegabile al polo negativo di un generatore di corrente associato, da un lato, ad un condotto di alimentazione di un flusso di gas e, all’altro lato, ad un elettrodo; una porzione tubolare circondante l’elemento centrale, collegabile al polo positivo del generatore di corrente, al quale è associabile, in maniera risolvibile un portaugello sviluppantesi fino in prossimità dell’elettrodo e supportante un ugello, elettricamente collegabile al polo positivo, circondante l’elettrodo e calzato sullo stesso per il tramite di un distanziale in materiale isolante; l'elettrodo è associato all’elemento centrale in maniera risolvibile, ed il portaugello presenta un diametro di passaggio distale maggiore del massimo valore in diametro dell’insieme elettrodo - distanziale in modo tale che, anche in assenza deH’ugello, l'insieme elettrodo - distanziale, in funzione del loro accoppiamento risolvibile e/o del valore di pressione del gas, si separano dall’elemento centrale.

Le caratteristiche tecniche del trovato, secondo i suddetti scopi, sono chiaramente riscontrabili dal contenuto delle rivendicazioni sotto riportate ed i vantaggi dello stesso risulteranno maggiormente evidenti nella descrizione che segue, fatta con riferimento ai disegni allegati, che ne rappresentano una forma di realizzazione puramente esemplificativa e non limitativa, in cui:

- la figura 1 illustra una torcia in una sua rappresentazione schematica laterale;

- le figure 2, 3 e 4 illustrano, in una vista in sezione, tre differenti configurazioni della porzione distale della torcia di cui al presente trovato, rispettivamente completa di tutti gli elementi e componenti di funzionamento, priva del solo ugello ed, infine, priva sia del'ugello, sia del'elettrodo.

Conformemente alle figure allegate, e con particolare riferimento alle figura 1 , una torcia al plasma realizzata in accordo con il presente trovato presenta un corpo C a sviluppo prevalente longitudinale e dotato di una porzione, inferiore, distale D.

Tramite questa estremità distale D, o bocca di taglio, vengono eseguite le lavorazioni di taglio nelle quali il flusso derivante dall'arco di taglio fuoriesce dalla porzione distale stessa (vedi freccia F di figura 1).

Come osservabile nelle figure 2, 3 e 4, il corpo C comprende:

un elemento centrale 9, cilindrico, collegabile al polo negativo di un generatore di corrente (schematicamente indicato con il segno -, nelle figure); questo elemento 9 è associato, da un lato, ad un condotto 10 di alimentazione di un flusso di gas F1 (che può essere costituito da aria) e, all’altro lato, ad un elettrodo 3;

una porzione tubolare 8, circondante l’elemento centrale 9, collegabile al polo positivo del generatore di corrente (schematicamente indicata con il segno , nelle figure), al quale è associabile, in maniera risolvibile e tramite avvitamento su relative filettature, un portaugello 1 e 2 sviluppantesi fino in prossimità dell’elettrodo 3.

Questo portaugello 1 e 2, rastremato verso l’estremità distale D, supporta un ugello 5, elettricamente collegabile al polo positivo, il quale, montato, circonda l’elettrodo 3, in quanto risulta calzato sullo stesso elettrodo 3 per il tramite di un distanziale 4 in materiale isolante.

Il distanziale 4 è tecnicamente chiamato, in gergo tecnico del settore, distributore di gas, in quanto lo stesso è provvisto di una pluralità di fori 4a passanti per permettere il passaggio di gas, a flusso a vortice, nell’intercapedine creata tra elettrodo 3 ed ugello 5 montato per poi defluire lungo un’apertura 5a centrale dell’ugello stesso. I flussi di passaggio del gas sono indicati con F2, quello esterno all’elettrodo 3, di raffreddamento, e passante per fori radiali 1a del portaugello 1 e 2, ed F3 quello interno all’elettrodo 3 che risulta il gas plasmogeno attivo di taglio.

Per maggiore precisione, diciamo che con elettrodo 3 si è denominato l'insieme elettrodo 3 vero e proprio {una singola picchetta in Afnio o Zirconio) innsetata all’estremità di un corpo cilindrico definente il portaelettrodo 3a, illustrati, in sezione, nelle figure 2, 3 e 4.

Come chiaramente osservabile sempre nelle figure 2, 3 e 4, l’elettrodo 3, 3a è associato all'elemento centrale 9 in maniera risolvibile, ovvero è innestato senza interferenza allo stesso elemento centrale.

Il portaugello 1 e 2, come indicato nella figura 3, presenta un diametro di passaggio distale D1 maggiore del massimo valore in diametro D2 dell’insieme elettrodo 3, 3a - distanziale 4: tale architettura permette, anche in assenza deH’ugello 5, all'insieme elettrodo 3, 3a - distanziale 4 di separarsi dall’elemento centrale 9 (vedi freccia F4 di figura 3). In altre parole, l’elettrodo 3, 3a - distanziale 4 possono fuoriuscire dal portaugello 1 , 2 (come vedremo nel seguito) senza azioni provenienti dall’esterno dello stesso portaugello 1 , 2, ma esclusivamente in funzione del loro accoppiamento risolvibile con l’elemento 9 e/o per il valore di pressione del gas in arrivo dal condotto 10.

Infatti, l’elettrodo 3, 3a presenta, in corrispondenza della confluenza con il citato condotto 10, una superficie 12 atta ad essere investita dal flusso F1 di aria realizzante una forza sufficiente a consentire il distacco dell’elettrodo 3, 3a dall’elemento centrale 9: in pratica l’elettrodo 3, 3a presenta, in corrispondenza della confluenza con il condotto 10, una sede 13 all’interno della quale il condotto 10 si inserisce parzialmente, ciò realizzando, in virtù della pressione del gas, la citata forza di distacco scaricata in questa camera 13 di contrasto per il flusso F1 tale da permettere il citato distacco.

Operativamente, vedi figura 3, l'elettrodo 3, 3a risulta distaccabile dall’elemento centrale 9, in assenza dell’ugello 5, nel momento in cui vi è l’attivazione del flusso F1 di gas in un tempo precedente al tempo di attivazione dell'energia elettrica ai relativi poli positivo e negativo (circa 0.5 secondi): in tal modo ancora prima che la torcia risulti attiva, l’elettrodo 3, 3a risulta distaccato e non più collegato elettricamente.

In figura 4 si può osservare come il valore del diametro di passaggio distale D1 risulti minore del massimo valore del diametro di un dito di prova convenzionale, indicato con DPC così da impedirne il passaggio all’interno del portaugello 1 , 2 in caso di mancanza del citato insieme elettrodo 3, 3a - distanziale 4 e quindi l’impossibilità di contatto accidentale tra i due poli collegati al generatore di corrente.

In sostanza, la sicurezza della torcia di cui al presente trovato deriva dal fatto che, anche in presenza del portaugello montato che determina la chiusura dei contatti elettrici di attivazione del generatore di potenza ed in contemporanea assenza deN’ugello (situazione questa configurabile nella figura 3), l’insieme determinato dall'elettrodo 3, 3a e dal distanziale 4 non permane in tale posizione, ma cade per gravità propria o per vibrazioni fino a definire la configurazione di sicurezza di figura 4.

Preferenzialmente, questo distacco viene favorito, anzi obbligato, dalla usuale tecnica di attivazione della torcia che prevede, dapprima l'immissione del gas all’interno del condotto 10 e successivamente, diciamo per un ritardo valutabile attorno al mezzo secondo, l’attivazione del generatore di potenza. Questo ritardo è sufficiente al gas per "sparare” fuori dal portaugello l’insieme elettrodo 3, 3a - distanziale 4 proprio in virtù anche della differenza dei diametri in gioco, ove D1 è maggiore di D2.

II trovato così concepito è suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti neU'ambito del concetto inventivo. Ad esempio, la protezione in oggetto e la corona sopraddette possono essere modificate in funzione della conformazione dell’ugello, potendosi in tal modo utilizzare per ugelli di tipo cilindrico, conico, ecc.. Inoltre, tutti i dettagli possono essere sostituiti da elementi tecnicamente equivalenti.

Claims (6)

1. RIVENDICAZIONI 1. Torcia al plasma di sicurezza del tipo presentante un corpo (C) a sviluppo prevalente longitudinale presentante, inferiormente, una estremità distale (D), o bocca di taglio, tramite la quale vengono eseguite lavorazioni di taglio nelle quali il flusso derivante dall'arco di taglio fuoriesce dalla porzione distale stessa; detto corpo (C) presentando: un elemento centrale (9) collegabile al polo negativo di un generatore di corrente associato, da un lato, ad un condotto (10) di alimentazione di un flusso di gas e, all'altro lato, ad un elettrodo (3); una porzione tubolare (8) circondante detto elemento centrale (9), collegabile al polo positivo di detto generatore di corrente, al quale è associabile, in maniera risolvibile; un portaugello (1, 2) sviluppantesi fino in prossimità di detto elettrodo (3)e supportante; un ugello (5), elettricamente collegabile al detto polo positivo, circondante detto elettrodo (3) e calzato sullo stesso per il tramite di un distanziale in materiale isolante (4); caratterizzata dai fatto che detto elettrodo (3) è associato al detto elemento centrale (9) in maniera risolvibile e che detto portaugello (1, 2) presenta un diametro di passaggio distale (D1) maggiore del massimo valore in diametro (D2) dell'insieme di detto elettrodo (3) - distanziale (4) in modo tale che, anche in assenza di detto ugello (5), il detto insieme elettrodo (3) - distanziale (4), in funzione del loro accoppiamento risolvibile e/o del valore di pressione del detto gas, si separano da detto elemento centrale (9).
2. 2. Torcia secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto elettrodo (3) presenta, in corrispondenza della confluenza con detto condotto (10), una superficie (12) atta ad essere investita da detto flusso di aria realizzante una forza sufficiente a consentire la separazione dell'insieme elettrodo (3) - distanziale (4) da detto elemento centrale (9).
3. 3. Torcia secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto insieme elettrodo (3) - distanziale (4) risultano separabile da detto elemento centrale (9) in corrispondenza di una attivazione di detto flusso di gas in un tempo precedente al tempo di attivazione dell’energia elettrica ai relativi poli positivo e negativo.
4. 4. Torcia secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto elettrodo (3) presenta, in corrispondenza della confluenza con detto condotto (10), una sede (13) all’interno della quale detto condotto (10) si inserisce parzialmente, ciò realizzando, in virtù della pressione del gas, detta forza di distacco.
5. 5. Torcia secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detto valore del diametro di passaggio distale (D1) risulta minore del massimo valore del diametro di un dito di prova convenzionale (DPC) cosi da impedirne il passaggio all’interno del detto portaugello (1, 2) in caso di mancanza del detto insieme elettrodo (3) - distanziale (4) e quindi l'impossibilità di contatto accidentale tra i due poli collegati al generatore di corrente.
6. 6. Torcia secondo le rivendicazioni precedenti e secondo quanto descritto ed illustrato con riferimento alle figure degli uniti disegni e per gli accennati scopi.