NO130291B - - Google Patents

Description

Fremgangsmåte og apparat for å starte en elektrisk lysbue.

Oppfinnelsen vedrører -en fremgangsmåte og et apparat for

å starte en elektrisk lysbue mellom en første og en andre elektrode som er plasert i en -avstand på minst 25 mm fra hverandre inne i et kammer, idet hver elektrode har e-t sentralt borehull, Idet'borehulle-

ne i det vesentlige er koaksiale i forhold til hverandre og med kam-

merets langsgående akse, og hvor det anvendes en stang S£>m går fra den ene elektrode til den andre.

Elektriske lysbuer med høy.intensitet benyttes som lys-

kilder og varmekilder. En slik elektrisk lysbuekilde er vist og be-

skrevet i U.3. patent n-r. "3.364.387 hvor buen blir innsnevret ved

hjelp av en hvirvlende gass som blåses inn i lysbuekammeret. Gassen hvirvler rundt innover langs sentralaksen av kammeret og danner et lavtrykksområde som begrenser og konsentrerer lysbuen og som derved øker buens intensitet. Bruken av en slik hvirvlende gass-strøm er like effektiv for både korte og lange lysbuer. Lengden av buen bestemmes1 av avstanden av elektrodene. Der hvor avstanden mellom elektrodene har en større lengde enn omkring 2,5 cm, i det etterfølgende definert som en lang bue, blir konvensjonelle frem-gangsmåter, som f. eks. høyfrekvensteknikk,, for å starte buen, upraktiske. Por å bryte ned et gap på 2,5 cm mellom et par hule elektroder i en argonatmosfære, trenges det f. eks. en spenning på omkring ho kilovolt som i det minste er flere størrelsesordner høyere enn det som ellers er nødvendig når først buen er dannet. Ved å benytte høyfrekvens har man dessuten ingen sikkerhet for at tenning vil oppstå ved de forhåndsbestemte stedene på enden av elektrodene. Følgelig trenges det et startsystem for lysbuen som lar seg forene med bruken av en hvirvlende gasstrøm uten at det forårsaker forurensning av lysbuekammeret, og at det fungerer ved forholdsvis lav spenning og er fullstendig isolert fra ytre krefter.

Det er derfor hovedhensikten med foreliggende oppfinnelse å sørge for en fremgangsmåte og et apparat for å starte en lysbue i en strålingskilde mellom et par hule elektroder som er ad-skilt i en på forhånd hvilken som helst bestemt avstand.

Hensikten med oppfinnelsen oppnås med en fremgangsmåte for å starte en elektrisk lysbue mellom en børste og en andre elektrode som er plasert i en avstand på minst 25 mm fra hverandre inne i et kammer, idet hver elektrode har et sentralt borehull, idet borehullene i det vesentlig er koaksiale i forhold til hverandre og med kammerets.langsgående akse, og hvor det anvendes en stang som går fra den ene elektrode til den, andre, som er kjennetegnet ved at det benyttes en stang med en diameter som er mindre enn diameteren, til hvert av borehullene, og at det innblåses en gass i kammeret på en slik måte at det dannes et sterkt hvirvlende strøm- . ningsmønster rundt kammerets langsgående akse, tilstrekkelig til å bevirke at stangen utfører en presisjonsbevegelse rundt aksen slik at det oppstår en innvendig rotasjonskontakt med borehullet 1 hvej? elektrode, at det påtrykkes en relativt lav spenning over elektrodene for tilveiebringelsen av en lysbue mellom stangen og den andre elektrode, og at omtrent samtidig hermed stangen trekkes tilbake slik at den nevnte lysbue strekkes ut fra den andre elektrode til den første elektrode..

Oppfinnelsen vedrører også et apparat for å starte en elektrisk lysbue i samsvar med fremgangsmåten, og apparatet er kjennetegnet ved et stempelkammer som står i forbindelse med bore-. hulle1: til en av de hule elektroder for opptak av stangen, og pneumatiske innretninger .,- _m er koblet, til den fremragende ende av stangen og tilpasset ved en innfatning på en tilhørende reguleringsinnretning til fremføring av stangens frie ende inn i borehullet på den motsatte elektrode og ved en annen innfatning på reguleringsinnretningen for å trekke tilbake stangens frie ende inn i stempelkammeret-

Oppfinnelsen skal i det følgende nærmere forklares ved hjelp av et utførelseseksempel som er fremstilt på tegningen. Fig. 1 er et lengdesnitt, avbrutt langs linjen A - A"<*>", som illustrerer en strålingskilde med to hule elektroder koblet sammen med startanordningen for en lysbue ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 2 er et funksjonsdiagram som delvis skjematisk illustrerer startrekkefølgen for lysbuen ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 er et elektrisk skjematisk blokkdiagram som illustrerer en kretsanordning for å utføre den ønskede tidsrekkefølgen i overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse. ;Strålingskilden 10 som er vist-i den illustrerte anord-ning på fig. 1, innbefatter et par manifoldkonstruksjoner 12 og 14 som i det vesentlige er like, som understøtter mellom seg en lang-strakt rør formet kappe 16 som danner et gasstett kammer 18. Den rørformede kappen 1.6 er i en viss radia-l avstand omgitt av en koaksialt plasert ytre rørformet kappe 19-. Kappene 16 og 19 er laget av .gjennomsiktig materiale, som f. eks. kvarts. ;Den utskiftbare elektroden 20 er i en ende forbundet ;til manifoldkonstruksjonen 14, mens den andre enden stikker inn i kammeret 18. På lignende måte er den utskiftbare elektroden 22 ;i en ende forbundet til manifoldkonstruksjonen 12 og den andre enden stikker inn i kammeret 18. Hver elektrode har i det vesentlige sylindrisk geometri og har sentrale borehull i koaksialt forhold til hverandre og til den longitudinale aksen av kammeret 18. Avstanden mellom elektrodene er fast og kan representere, ;for formål ifblge foreliggende oppfinnelse, en hvilken som helst på forhånd bestemt avstand selv om fordelene ved oppfinnelsen blir tydelige for en elektrodeavstand på i det minste 2,5 cm. ;Manifoldkonstruksjonene 12 og 14 inkluderer fluidum-passasjene som vist i fig. 1 for gjennomstrømning og fjerning av kjolevæske slik som f.eks. vann. Det er sorget for tilleggs-passas jer for sirkulering av gass gjennom strålingskilden 10 i en lukket krets. Gassen besorger en rekke funksjoner som inkluderer avicjbling av kvartskappen, innsnevring av lysbuen når denne er blitt dannet, og sorger for, på en måte som vil bli beskrevet i det fdlgende, den pneumatiske energien for startanordningen. Rekkefolgen for gasstrommene vil bli diskutert mer fullstendig i forbindelse med fig. 2. ;Startanordningen 30 innbefatter et hus 32 som inkluderer en hul del 34 som avgrenser et stempelhus 35. I huset 35 er det montert et stempel 36 og en startstang 38. Huset 32 er skrudd<* >fast til rammen av manifoldkonstruksjonen 14 slik at den sylindriske hule delen 34 strekker seg ut fra manifoldkonstruksjonen 14 i koaksial innstilling med den longitudinal- aksen av kammeret 18. Flensavslutningen 40 i den bakre enden av den sylindriske delen 34, har en indre'overflate 42 som fungerer som den ytre stoppanordningen for stemplet. Forpartiet 44 av manifoldkonstruksjonen 14 strekker seg inn i åpningen av den sylindriske delen 34 og fungerer som den fremre stoppanordningen for stemplet. Forpartiet 44 har et sentralt borehull 45 som virker som en foring for • startstangen-38. Når stemplet 36 er i sin helt tilbaketrukne posisjon, hviler den spisse tuppen 46 av startstangen 38 inne i borehullet 45 i forpartiet 44.

Stemplet 36 er representert av en ledende hylsekonstruk-sjon 48 montert omkring startstangen 38 ved dens bakre ende og ved hjelp av gjenger skrudd fast til en ytre ikke-ledende éel 50 som f.eks. teflon. Delen 50 er tilstrekkelig forspent mot den indre overflaten av delen 34 for å fungere som en pakning for fluidum. Overflatene av stemplet 36 og forpartiet 44 som stoter sammen har kjegleform for kontrollerbar stopping av stemplet 36.

Huset 32 av startanordningen 30 inkluderer en gass-passasje 52 for å kunne slippe igjennom en gass til stempelhuset 35 gjennom åpningene 54 som er plasert i den ytterste enden av den sylindriske delen 34. Den innblåste gassen er begrenset til om-rådet bak stemplet 36. Når det er blitt bygget opp et tilstrekkelig trykk, vil stemplet 36 bevege seg i strømretningen mot kammeret 18 og bevirke at st;., .stangen 38 fores gjennom borehullet 60

i elektroden 20, deretter aksialt tvers gjennom kammeret 18 og inn i borehullet 62 i elektroden 22 inntil stemplet 36 blir stoppet av forpartiet 44. Lengden av startstangen 38 bestemmes av avstanden som skal tilbakelegges mellom elektrodene 20 og 22. Tuppen 46 av startstangen 38 skulle fortrinnsvis bare strekke seg et kort styk-ke inn i borehullet 62 i elektroden 22.

En kraftkilde (ikke vist) er forbundet til et par kon-taktpunkter 68 og 70 med den negative siden av kraftkilden tilkoplet slik at elektroden 20 blir katoden. I overensstemmelse med foreliggende oppfinnelse foretrekkes det at startstangen 38 fungerer som en forlengelse av katoden i etableringen av en bue mellom elektrodene. Med denne anordningen har pålitelig starting blitt demonstrert uten at det har sprutet fra startstangen 38.

Katodelektroden 20 kan være laget i det vesentlige av wolfram eller den kan innbefatte en ledende ytre del av f.eks. kobber med et indre lag av wolfram eller toriumoksydert wolfram i den enden som er nærmest lysbuekammeret 18. Anodeelektroden 22 kan være laget av et hvilket som helst ledende materiale som f.eks. kobber. Startstangen 38 bor være laget av et forholdsvis sterkt ledende materiale slik som wolfram eller 2 % toriumoksydert wolfram. For korrekt drift må diameteren'på startstangen 38 være mindre enn storrelsen på borehullet i hver av elektrodene 20 og 22.

For å unngå mulig forurensing av kammeret 18 under startperioden og for å sorge for optimal startpålitelighet, skulle startoperasjonen utfores i overensstemmelse med den rekkefblgen sem er fremlagt i det etterfølgende med henvisning til fig. 1 til og med 3-

Som vist i fig. 2 leverer tilførselskilden 78 gass under trykk til strålingskilden 10 og startanordningen 30. En hvilken som helst edelgass slik som f.eks. argon, krypton eller xenon, kan benyttes. Retningen på gasstrommen bestemmes ved hjelp av en rekke konvensjonelle elektromagnetiske kontrollventiler henholdsvis SVI, SV2, SV3, SV4, SV5 og SV6. Kontrollventilen SVI er en kon-vensjonell treveis ventil som har to separate stromningsveier hvor den ene åpner tiiforselslinjen 84 for linjen 86 mens den andre lufter ut linjen 86 til utblåsningslinjen 87. Det er sør-get for tilleggskontroll for gassen ved henholdsvis regulerings-åpningene 80 og 82. Returveien for gassen er i fig. 2 vist ved stiplede linjer. Selv om det er vist en lukket returvei til til-førselskilden, må det være klart at utblåsningsgassen kan fores direkte ut i atmosfæren.

Ved begynnelsen av en tenningssyklus for en lysbue, er startstangen 38 i ro i sin fullt tiibaketrukne posisjon med stemplet 36 opp mot den ytre stoppanordningen 42, spenningen over elektrodene er ikke tilkoplet og alle kontrollventilene er lukket. Stemplet og startstangkonstruksjonen blir derved påvirket ved aktivisering av den treveis kontrollventilen SVI som åpner til-for selslinjen 84 inn til linjen 86. Utblåsningslinjen 87 er lukket. Gassen strømmer nå fra tilførselskilden 78 langs linjen 84 gjennom reguleringsåpning 80 inn til linjen 86 og deretter inn til startanordningen 3O. Som klarere vist i fig. 1 kommer gassen inn i startanordningen 30 gjennom passasjen 52 >, ; inn i stempelhuset 35 gjennom åpningene 54 som'er plasert ved den baicre enden av anordningen bak stemplet 36. Stemplet 36 og den ledsagende startstangen 38 fores i strømretningen inntil stemplet blir stoppet av forpartiet 44 med tuppen 46 av startstangen 38 plasert inne i borehullet 62 i anodeelektroden 22. Reguleringsåpningen 80 begrenser stromningshastigheten for gassen til stempelhuset 35 og kontrollerer derved hastigheten på stempelbevegelsen. Etter at stemplet 36 har fullfort sin bevegelse i strømretningen, blir kontrollventilen SV2 åpnet og danner passasje forbi åpningen 80 og forårsaker maksimal strom og maksimal trykktilforsel bak stemplet 36 for å holde det fast på plass. Kontrollventilen SV3 bir deretter åpnet og tillater gassen å strømme fra tilførselskilden 78 inn i strålingskilden 10.' Gassen kommer inn i kammeret 18 av strålingskilden 10 gjennom åpninger som er plasert omkring'om-kretsen av elektroden 20. Gassen hvirvler rundt innover fra elektroden 20 på en måte som ligner en tornado. Oppbygningen av hvirvelstrommen blir kontrollert av reguleringsåpningen 82. En sakte oppbygning av hvirvelstrommen betraktes som ønskelig for å hindre startstangen fra å bli bdelagt. Gassen blåses ut gjennom det sentrale borehullet i hver elektrode 20 og 22, passerer gjennom et par konvensjonelle varmevekslere 90 og 92 og deretter inn i linjen 94. Era linjen 94 passerer utblåsningsgassen gjennom en trykkreduksjonsventil 96 og returnerer til tilførselskilden 78. Reduksjonsventilen 96 utforer den viktige funksjonen ved innsnevring av utblåsningsstrommen slik at det dannes tilstrekkelig mottrykk over startanordningen 30 og fblgelig startstemplet 36 for at det skal være mulig for startstangen 38 å trekke seg raskt tilbake noe som vil bli diskutert i det fblgende.

Etter ytterligere en kort tidsforsinkelse blir kontrollventilene SV4 og SV5 åpnet. Kontrollventilen SV4 tillater at det utvikles en maksimal hvirvelstrom av gassen inne i lysbuekammeret 18. Trykkreduksjonsventilen 98 som er plasert i serie med kontrollventilen SV5, blir brukt for å regulere tilforselstrykket ved elektroden 20 og følgelig i kammer 18 ved å fjerne en kontrollert mengde gass fra linjen 99. Ved å opprettholde et redusert trykk i nevnte kammer, minimaliseres den nbdvendige startspenningen. En spenning på omkring 1000 volt f.eks. har blitt funnet å være tilstrekkelig for å starte en 10 cm lang lysbue.

Det settes nå spenning over elektrodene og en lysbue utvikles øyeblikkelig mellom den spisse tuppen av startstangen 38 og et punkt inne i borehullet 62 i anodeelektroden 22. Den hvirv-.lende gassen tjener til å rotere startstangen omkring sin sentral-akse såvel som at den bevirker at startstangen går rundt eller slenger frem og tilbake og danner kontinuerlig indre rotasjonskontakt inne i borehullet i hver elektrode. Det må legges merke til at den hvirvlende gassen blir fort inn i strålingskilden for spenningen settes på. Dersom denne rekkefolgen ikke er riktig, kan tuppen av startstangen muligens sveise seg fast til borehullet 62 i anodelektroden. Dessuten vil lysbuen ikke bli innsnevret på

riktig måte langs den longitudinale aksen av strålingskilden 10.

I tillegg vil det bli vanskelig å hindre lysbuen fra å uthule om-kretsen av startstangen i kontaktpunktet med katodeelektrodens overflate 60.

Samtidig som det settes på spenning, blir den treveis kontrollventilen SVI igjen aktivisert og stenger for tilforselstrykket til linje 86 og åpner'Utblåsningsapningen' for å binde sammen linje 86 til linje 87. 'Trykket bak stemplet 36 blir nå luftet ut gjennom linje 87 og returneres til hovedtilfbrselskilden 78.

Som nevnt ovenfor forårsaker reduksjonsventilen 96 en innsnevring

av gassen som strbmmer ut fra borehullene i elektrodene slik at det utvikles et mottrykk over startanordningen 30 og startstemplet 36. G-asstrbmmen gjennom startanordningen 30 er parallell med gass-strbmmen gjennom reduksjonsventilen 96. Med en gang trykket fra kammer 35 av startanordningen 30 hlir sluppet fri, tvinges startstangen til å trekke seg tilbake til sin opprinnelige hvileposisjon med stemplet 36 plasert mot stoppanordningen 42 i enden av kammeret 35. Etter hvert som startstangen beveges mot strømretningen forlenger den lysbuen inntil denne kommer i kontakt med borehullet 60 i katodeelektroden 20. Her spiller igjen den hvirvlende gass-strbmmen i lysbuekammeret 18 en viktig rolle under startoperasjonen. Den hvirvlende gassen innsnevrer ikke bare lysbuen, men den hindrer lysbuen fra å bli dradd ut av borehullet 62 i anodeelektroden. Uten denne hvirvlende gasstrbmmen ville den forlengede lysbuen soke minste motstands vei som ved enden av anodeelektroden ville være mellom tuppen av startstangen 46 og tuppen av anodeelektroden 22 snarere enn å forbli inne i borehullet 62 i anodeelektroden som bnsket.

Etter at stemplet 36 er returnert til sin opprinnelige hvileposisjon, blir SV6 aktivisert. Med kontrollventilen SV6 åpen, dannes det passasje forbi reduksjonsventilen 96 slik at det oppstår en reduksjon av trykkfallet over startanordningen 30 og startstemplet 36 til det samme trykket som er over varmevekslerne 90 og 92 som for formål med foreliggende oppfinnelse, kan neglisjeres. Kontrollventilen SV5 blir deretter lukket og bringer tilfbrsels-trykket til sin maksimale verdi for å sbrge for maksimal hvirvel-styrke og trykk i lysbuekammeret 18.

De elektromagnetiske kontrollventilene SVI til SV6 kan "bli aktivisert automatisk i den ovenfor beskrevne foretrukne rekkefolge ved å benytte et hvilket som helst antall forskjellige konvensjonelle tidsforsinkelseskretser. En forenklet tidsforsinkel-seskrets for å aktivisere kontrollventilene i riktig rekkefolge er vist i fig. 3« Kretsen inkluderer en rekke konvensjonelle tids-forsinkelses-reléer som hvert er mekanisk forhåndsinnstilt for å utlose sine kontakter etter at de er aktivisert og i overensstemmelse med en på forhånd bestemt tidsforsinkelse. Som vist blir en vekselstromkilde 100 påtrykket TD (tidsforsinkelsesrelé n) som etter f.eks.. 10 sekunder lukker den normalt åp^ ne kontakten TDCn (kontakt n i tidsforsinkelsesreléet n) av releet TD og aktiviserer derved SV"n (elektromagnetisk ventil n). Vekselstrbmkilden 100

blir samtidig påtrykket over en rekke like par parallelle grener hvor en gren av hvert part inneholder.et tidsforsinkelsesrelé og i serie med dette en kontakt av tidsforsinkelsesreléet i den fore-gående parallelle grenen, og hvor den andre grenen av paret inne-holder en elektromagnetisk kontrollventil i serie med en ti,dsfor-sinkelseskontakt av tidsforsinkelsesreléet i denne grenen. Man ser dette tydeligere med henvisning til fig. 3 hvor det andre paret med parallelle grener symbolsk representerer en serie av slike gren-par, en krets av hver gren har et tidsforsinkelsesrelé TDn+^ i serie med en tidsforsinkelsesrele-kontakt TDCn og den andre kretsen har en elektromagnetisk kontrollventil SVn+^ i serie med en tidsforsinkelsesrelékontakt ^C^^ hvor n representerer på hverandre folgende nummer og A er et helt trinn senere. Det kan be-merkes at virkningen av en hvilken som helst elektromagnetisk ventil slik som f.eks. SVn kan oppheves på et senere tidspunkt i tids-rekkefølgen ved hjelp av en normalt lukket kontakt slik som TDC ,A av tidsforsinkelsesreléet TD - .

n+A n+ A

Den tiden som medgår mellom hver hendelse i startrekke-folgen er ikke kritisk. En tidsperiode mellom hendelsene hvor det har blitt indikert at det skal gå en viss tid, varer vanlig-

vis fra 4 til 15 sekunder.

Selv om hvert av de. foretrukne trinnene av startoperasjonen har blitt beskrevet i detalj, må man forstå at ikke alle trinnene er nbdvendige for å utfore oppfinnelsen. F.eks. er det ikke vesentlig med den gradvise oppbygningen av en hvirvlende gasstrom såvel som den gradvise oppbygningen av stempeltrykket, selv om det er ønskelig. Dessuten er det ikke nødvendig å regulere trykket inne i lysbuekammeret under-startintervallet selv om dette foretrekkes. Selv om oppfinnelsen er blitt beskrevet ved å benytte et tilbakestrømningssystem for gassen., er det videre tydelig at. utblåsningsgassen, dersom det ønskes, kan luftes ut til atmosfæren. Dessuten kan et separat gassforråd benyttes for startanordningen. Det er imidlertid ønskelig for en sikker drift, i overensstemmelse med oppfinnelsen, at den hvirvlende gassen føres inn i kammeret før spenningen over elektrodene blir satt på.

Claims (2)

1. Fremgangsmåte for å starte en elektrisk lysbue mellom en første og en andre elektrode som er plasert i en avstand på minst 25 mm fra hverandre inne i et kammer, idet hver elektrode har et sentralt borehull, idet borehullene i det vesentlige er koaksiale i forhold til hverandre og med kammerets langsgående akse, og hvor det anvendes en stang som går fra den ene elektrode til den andre, karakterisert ved at det benyttes en stang med en diameter som er mindre enn diameteren til hvert av borehullene, og at det innblåses en gass i kammeret på en slik måte at det dannes et sterkt hvirvlende strømningsmønster rundt kammerets langsgående akse, tilstrekkelig til å bevirke at stangen utfører en presisjonsbevegelse rundt aksen slik at det oppstår en innvendig rotasjonskontakt med borehullet i hver elektrode, at det påtrykkes en relativt lav spenning over elektrodene for tilveiebringelsen av en lysbue mellom stangen og den andre elektrode, og at omtrent samtidig hermed stangen trekkes tilbake slik at den nevnte lysbue strekkes ut fra den andre elektrode til den første elektrode.

2. Apparat for å starte en elektrisk lysbue i samsvar med fremgangsmåten ifølge krav 1,karakterisert ved et stempelkammer som står i forbindelse med borehullet til en av de hule elektroder for opptak av stangen, og pneumatiske innretninger som er koblet til den fremragende ende av stangen og tilpasset ved en innfatning på en tilhørende reguleringsinnretning til fremføring av stangens frie ende inn i borehullet på den motsatte elektrode og ved en annen innfatning på reguleringsinnretningen for å trekke tilbake stangens frie ende inn i stempelkammeret.