NO175340B - Plasmabrenner for overfört lysbue - Google Patents

Abstract

Plasmabrenner for overføring åv lysbuer.Ved drift av plasmabrennere kan parasittlysbuer opptre som påvirker ytelsen til brenneren og er farlig for viktige deler av brenneren. For å forhindre dette er det mellom ringkanalen (17) for plasmagassen og en ringkanal (13) mellom dysestykket (3) og brennermantelen (16) anordnet jevnt over omkretsen fordelte passasjekanaler (43, 44). Gjennom disse blir en del av plasmagassen avgrenet og anvendt for kjøling av dyseområdet og for borttrenging av elektrisk ledende nedslag av støv eller lignende og for å forhindre tilbakeslag av plasmabuekreller. En glidende ført flens (29) på ringkanalen (33) virker ved temperaturbetinget relativbevegelse mot eventuell elektrisk brodannelse av tilsmussing. IB. \ 17 36 a

Description

Foreliggende oppfinnelse angår plasmabrenner for overførende lysbuer med en sentrisk elektrode, et konsentrisk dysestykke, som angitt i innledningen til krav 1.

Et vesentlig problem ved drift av plasmabrennere, spesielt med vekselstrøm er opptreden av parasittlysbuer, som brenner parallelt i forhold til hovedlysbuen, idet de spesielt innbefatter i strømmen den nedre kanten til den nedre dysemantelen henholdsvis brennermantelen og det ytre området til dysefrontsiden henholdsvis brennerfrontsiden. Parasittlysbuer påvirker ikke bare stabiliteten til lysbuesøylen og dermed virkningsgraden og økonomien ved en plasmabrenner henholdsvis et anlegg drevet med plasmabrenner, men de kan generelt til og med medføre fullstendig ødeleggelse av plasmabrenneren.

Fra DE-PS 33 28 777 er det kjent å hindre parasittlysbuer ved å forsyne ringkanalen mellom elektroden og dysen på dysens innside med en elektrisk isolerende utforing. Dette bevirker imidlertid kun en delvis beskyttelse da parasittlysbuer kan finne en strømbane utenfor den isolerende tildekningen.

DE-PS 34 35 680 beskriver en ytterligere metode for å forhindre parasittlysbuer. Det på frontveggdelen tilgrensende avsnitt til den indre veggdelen til en vannavkjølt dyse er elektrisk isolert fra det mot den ytre veggdelen tilgrensende avsnitt av frontveggdelen ved hjelp av isolasjonsdeler som går gjennom de respektive angjeldende veggdeler over hele tverrsnittsflaten, og en av i solasjonsdelene er anordnet i frontveggdelen til dysen. Ved svært varm ovnatmosfære er det imidlertid svært vanskelig å finne et egnet isolasjonsmateriale for dysens frontvegg.

Ytterligere eksempler på teknikkens stilling er vist i EP-patentsøknad nr. 196 612.

Ved en videreutvikling av nevnte idé er isolasjonen anordnet på frontflaten til dysen anbrakt i et frontsidig spor. En slik plasmabrenner er også blitt fremstilt. Det frontsidige sporet dannes på ene siden ved hjelp av den ytre veggen til en dysestuss eller et dyseendestykke og på andre siden ved hjelp av en brennermantel, idet brennermantelen har på sin frontside en flens som peker mot brennerens akse, og hvor det derved tilveiebringes en viss varmebeskyttelse for det bakoverliggende isolasjonsstykke. Drives denne brenneren imidlertid i en atmosfære med elektrisk ledende partikler, f.eks. metallstøv eller gruvestøv, så kan det elektrisk ledende støvet avsettes på det avkjølte isolasjonsstykket slik at det oppstår en elektrisk bro fra dysestøtten til brennermantelen, og nå kan parasittlysbuer flyte over den ytre frontsidige kanten til brennermantelen.

Foreliggende oppfinnelse har til oppgave å tilveiebringe en ytterligere begrensning av muligheten for dannelse av parasittlysbuer, spesielt ved drift med vekselstrøm.

Denne oppgaven løses ved en plasmabrenner som angitt innledningsvis og hvis karakteristiske trekk fremgår av krav 1. Ytterligere trekk ved oppfinnelsen fremgår av de øvrige uselvstendige kravene.

Gjennom disse passasjekanalene blir en del av plasmagassen avgrenet og ledet inn i den frontsidige ringkanalen. Gjennom disse passasjekanalene strømmende gass kjøler munnings-henholdsvis utløpsområdet til frontsidige ringkanalen. Eventuelt opptredende elektrisk ledende damper eller støv hindres i å gå inn i kanalen. Videre forhindres tilbake-slående plasmabuekrøller og smelte- og slaggsprut, som vil trenge inn i ringkanalen, avvises og avkjøles. Som følge av kjølevirkningen til den gjennom ringkanalen strømmende gassen tilveiebringes en lengre levetid for sjiktet eller over-trekket som befinner seg i munningsområdet. Totalt tilveiebringes en økning av levetiden til plasmabrenneren.

Ved gjennomgang av passasjekanalene gjennom den rørformede isolasjonsanordningen forhindres nedslag av elektrisk ledende damper eller støv på det avgjørende stedet.

Fortrinnsvis er den rørformede isolasjonsanordningen dannet av to ringer, av hvilke den ene er vendt mot kjølekretsløpet og innbefattet av dette, og en andre ring av høytemperatur-fast isolasjonsmateriale (keramikk) som beskytter den førstnevnte ringen av trykkfast isolasjonsmateriale mot termosjokk, høye temperaturgradienter og tilsmussing.

Ringen av høytemperaturbestandig materiale er fortrinnsvis opplagret med aksial og radial klaring. Ifølge drifts-betingede svingingspåvirkning kan denne ringen dreie seg og således ytterligere forhindre at det oppstår elektriske broer som følge av avsetting av elektrisk ledende støv.

Den frontsidige ringkanalen er fortrinnsvis forsynt med en munningsdel, som avtar konisk mot brennerens akse, ved hvilken lysåpningsdiameteren til den ytre dysedelen, som danner den frontsidige kanalen, er mindre på frontsiden enn den ytre diameteren til den rørformede isolasjonsanordningen før det kjegleformede forløpet til ringkanalen. Ved denne foretrukne utformingen av ringkanalen fremkommer en spesiell beskyttelse mot termisk stråling for isolasjonsanordningen.

Den indre veggen til den ytre dysedelen, som danner den frontsidige ringkanalen, har en på en indre dysedel glidende ført flens. Som følge av relativbevegelsen mellom flensen og den indre dysedelen ved en lengdeutvidelse av den ytre dysedelen forhindres likeledes elektrisk brodannelse av tilsmussing.

Den totale indre eller ytre flaten til den frontsidige ringkanalen kan bestå av isolasjonsmateriale eller ha et overtrekk av isolasjonsmateriale.

Foreliggende oppfinnelse skal i det påfølgende beskrives nærmere med henvisning til tegningen, hvor brenneren er vist i lengdesnitt.

Plasmabrenneren har en sentrisk elektrode 1 med en kjegle-stumpformet mantel- eller endeflate 2 om hvilken er anordnet konsentrisk en dysestuss eller dyseendéstykke 3 med henholdsvis indre veggdel 4, en frontveggdel 5 og en ytre veggdel 6. Den indre veggdelen 4 har et svakt konisk veggavsnitt 7, hvilken mantellinje forløper i det vesentlige parallelt i forhold til mantellinjen til elektrodens 1 kjeglestumpformede endeflate 2. Mellom frontveggdelen 5 og den ytre veggdelen 6 befinner seg et sterkere konisk overgangsavsnitt 8. I området av munningen er skrudd en sl itasjebeskyttelsesring 9 av wolfram i dysestussen 3. Frontflaten til frontveggdelen 5 rager, sett i retning av lysbuen, over den planformede frontflaten til elektroden 1.

Den indre veggdelen 4 til dysestussen 3 er festet løsbart via en ytre gjenge med et isolasjonsringlegeme 11 av forsterket høyeffektkunststoff. Ringlegemet 11 er via et gjengepar forbundet med en indre dysedel 12, som igjen via et gjengepar er skrudd sammen med et indre brennermantelrør 13. Den aksiale posisjonen til dysestussen 3 er dermed bestemt av ringlegemet 11, den indre dysedelen 12 og det indre røret 13.

Det indre brennermantelrøret 13 er med sin øvre ende forbundet med en (ikke vist) rørforbinder, av hvilken også det midtre røret 14 og det ytre røret 15 til brennermantelen 16 fastholdes.

Det indre røret 13 og elektroden 1 danner en ringformet kanal 17 for plasmagass, som går over i ringkanalavsnittet 19 mellom elektroden 1 og dysestussen 3. For dette formål er isolasjonsringlegemet 11 forsynt med parallelt i forhold til brenneraksen 20 forløpende passasjer 21.

Ved sin nedre ende har den indre dysedelen 12 en utover åpen utsparing, som inneholder en isolasjonsring 22 av termosjokk-og høytemperaturfast materiale (keramikk) og en nedre isolasjonsring 24, som består av trykkvanntett materiale (keramikk). Den høytemperaturfaste isolasjonsringen 22 har mot kanalen 17 en omløpende utsparing 23 og er montert med aksial og radial klaring slik at den ikke fastholdes, men kan dreie seg. Den danner med en del av den indre dysedelen 12 og den ytre veggen 6 til dysestussen 3 en felles ytre flate. Den trykkvanntette isolasjonsringen 24 går fra den indre dysedelen 12 til innsiden av den ytre veggen 6 til dysestussen 3.

Rundt den indre dysedelen 12 er anordnet et metallisk ringlegeme 25, som har en sylindrisk ytre flate, som er noe større enn den felles ytre flaten til isolasjonsringen 22 og dysestussen 3.

Det midtre røret 14 er forbundet med sin nedre ende trykktett med den indre dysedelen 12 og er forsynt med sylindrisk ytre delflate, hvis diameter igjen er større enn den ytre flaten til ringlegemet 25.

På det ytre røret 15 er skrudd en ytre dysedel 26, som består av en ytre dysemantel 27 og en indre vegg 28. Den indre veggen 28 er ført trykktett glidende over en flens 29 på ringlegemet 25. Flensen 29 har et mot brenneraksen 20 pekende ringformet fremspring 30, som kan gli på den felles ytre flaten til den indre dysedelen 12 og isolasjonsringen 22. På flensen 29 er videre fastholdt via en avstandsholder 31 den midtre- eller ombøyningsveggen 32 til den ytre dysedelen 26. Den midtre veggen 32 er ført trykktett glidende på den nedre sylindriske flaten til brennermantelens midtre rør 14.

Den ytre veggen 6 til dysestussen 3, den høytemperaturf aste isolasjonsringen 22, flensen 29 og den indre veggen 28 til den ytre dysedelen 26 danner en mot den bakovervendte ende lukket, frontsidig, åpen ringkanal 33. Ved det skrå veggavsnittet 8 til dysestussen 3 og et konisk forløpende avsnitt 34 til den indre veggen 28 får ringkanalen 33 et mot frontsiden konisk på aksen 20 til plasmabrenneren rettet forløp.

På den indre dysedelen 12 er festet en ombøyningsdel 35 for kjølemiddelkretsløpet.

Kjølemiddelet flyter gjennom ringkanalen 36, som er dannet av det indre brennermantelrøret 13 og det midtre brenner-mantelrøret 14 mot jevnt på omkretsen fordelte kanalavsnitt 37, 38, som er ført gjennom den nedre delen av det midtre brennermantelrøret 14 henholdsvis den indre dysedelen 12. Deretter flyter kjølemiddelet videre gjennom ringkanalen dannet av den indre veggdelen til dysestussen 3 og om-bøyningsdelen 35, ombøyes av ombøyningsdelen 35, føres mellom ombøyningsdelen 35 og den indre dysedelen 12, gjennom kanalavsnittene 39, 40, som er ført gjennom den indre dysedelen 12 henholdsvis ringlegemet 25, og inn i den ytre dysedelen 26. I den ytre dysedelen 26 flyter kjølemiddelet først mellom den indre veggen 28 og ombøyningsveggen 32, avbøyes av ombøyningsveggen 32 og flyter gjennom ringkanalen dannet av ombøyningsveggen 32 og den ytre veggen 27 og videre gjennom ringkanalen, som er dannet av det midtre røret 14 og det ytre røret 15, og tilbake til utløpet. Brennermantelen 16 med den ytre dysedelen 26 og dysestussen 3 har altså et felles kjølemiddelkretsløp.

Kanalavsnittet 37 til 40 forløper i respektive over hele omkretsen jevnt fordelt radiale snittflater. Gjennom respektive andre forskjellig fra den nevnte radiale snitt-flatene, er ført gjennom den indre dysedelen 12 respektive kanalavsnitt henholdsvis en boring 43, som fører fra hovedringkanalen 17 til omløpende utsparing 23 til isolasjonsringen 22. Videre går det gjennom den høytemperaturfaste isolasjonsringen 22 boringer eller kanalavsnitt 44, som fører fra sin omløpende utsparing 23 mot sin ytre flate og dermed til den frontsidige ringkanalen 33. Totalt er dermed en passasjekanal henholdsvis en pneumatisk ledningsforbindelse fra hovedgasskanalen 17 til den frontsidige ringkanalen 33.

Claims (6)

1. Plasmabrenner for overførende lysbuer med . en sentrisk elektrode (1), et konsentrisk dysestykke (3), idet det mellom elektroden (1) og dysestykket (3) er anordnet en fra en første ringkanal (17) med plasmagass forsynbar ringspalte, og med en konsentrisk brennermantel (16) med ytre (15), midtre (14) og indre (13) vegg, idet det mellom dysestykket (3) og brennermantelen (16) er anordnet frontsidig en andre ringkanal (33), karakterisert ved at den indre veggen til den andre ringkanalen (33) er dannet delvis av en rørformet isolasjonsanordning (22, 24), som skiller elektrisk dysestykket (3) og brennermantelen (16), at mellom den første ringkanalen (17) for plasmagassen og den frontsidige andre ringkanalen (33) er jevnt fordelt over omkretsen, passasjekanaler (43, 44), og at passasjekanalene (43, 44) går gjennom den rørformede isolasjonsanordningen (22, 24) inn i den frontsidige andre ringkanalen (33).

2. Plasmabrenner ifølge krav 1, karakterisert ved at den ringformede isolasjonsanordningen (22, 24) består av en av et kjølekretsløp innbefattet ring (24) av trykkfast isolasjonsmateriale og en ring (22) av høytempera-turbestandig materiale som danner en del av veggen til den frontsidige andre ringkanal (33), og at passasjekanalene (43, 44) går gjennom den høytemperaturbestandige ringen (22) inn i den frontsidige andre ringkanalen (33).

3. Plasmabrenner ifølge krav 2, karakterisert ved at ringen av høytemperaturbestandig materiale, som danner en del av veggen til den frontsidige andre ringkanalen (33), er opplagret med aksial og radial klaring.

4. Plasmabrenner ifølge et av kravene 2 til 4, karakterisert ved at den frontsidige andre ringkanalen (33) har et mot brenneraksen (20) konvergerbart munningsområde og at lysdiameteren til den ytre dysedelen (26, 28, 34), som danner den frontsidige andre ringkanalen (33), er ved f rontsiden mindre enn den ytre diameteren til den rørformede isolasjonsanordningen (22, 24).

5 . Plasmabrenner ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den indre veggen (28) til den ytre dysedelen (26), som danner den frontsidige andre ringkanalen (33), har en flens (29), som er ført glidende på den indre dysedelen (12, 25).

6. Plasmabrenner ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at den totale indre og/eller ytre flate til den frontsidige andre ringkanalen (33) består av isolasjonsmateriale eller har et overtrekk av isolasjonsmateriale .