PT96494B

PT96494B - Catodo arrefecido por gas para macarico de arco

Info

Publication number: PT96494B
Application number: PT96494A
Authority: PT
Inventors: Craig Foreman; Peter Vierboom
Original assignee: Univ Sydney; Electricity Commission Of New
Priority date: 1990-01-17
Filing date: 1991-01-16
Publication date: 1996-10-31
Also published as: IN180745B; KR920704551A; AU644132B2; CA2073986C; EP0571374A1; WO1991011089A1; GR3020567T3; CN1053379A; ZA91350B; PT96494A; JPH05505697A; US5296668A; EP0571374A4; EP0571374B1; ATE140579T1; ES2091912T3; CA2073986A1; DE69120968D1; AU7160791A; KR0137957B1

Description

Descrição referente á patente de invenção de THE UNIVERSITY DF SYDNEY australiana, estabelecida em Parramatta Road, Sydney, New South Wales, 2006, Austral ia e de THE ELECTRICITY COMMISSION DF NEW SOUTH WALES, australiana, industrial e comercial, estabelecida em Hyde Park Tower, Park and Elisabeth Streets, Sydney, New South Wales, 2000, Austrália (inventores: Craig ( Foreman e Peter Vierboom, residentes na Austrália), para, CÁTODO ARREFECIDO POR GÁS PARA MAÇARICO DE ARCO.

DESCRIÇÃO

ÂMBITO TéCNICQ

A presente invenção refere-se a um cátodo arrefecida por gás para um maçarico de arco de corrente contínua (dc). Os maçaricos de arco de corrente contínua não devem ser confundidas com dispositivos de arco transferido, tais como, por exemplo, os bicos de soldadura TIG, em que o ânodo compreende uma peÇa de trabalho, é proporeionada uma bainha em torno do cátodo dos bicos de soldadura TIG e é feito passar um caudal muito elevada de gás inerte (não gás de processo) através da bainha para proporcionar um ambiente inerte e evitar a oxidação do cátodo e da peça a soldar.

Os maçaricos de arco de corrente contínua não devem também ser confundidos com dispositivos de arco intermitente como por exemplo os que são propostos para motores a jacto.

• Nos maçaricos de arco de corrente . contínua é aquecido um gás de serviço por um arco de corrente

continua <dc) para criar um plasma que passa em seguida para fora do maçarico através de um bico que constitui o seu ânodo oco. 0 dispositivo opera continuamente durante longos periodos de tempo, e o plasma pode ser utilizado para efectuar a ignição do combustível, como por exemplo carvão pulverizado, em caldeiras de produção de vapor utilizadas para a produção de energia eléctrica. 0 plasma pode ser em seguida utilizado para estabilizar a combustão do carvão, e ι i

I em muitas outras aplicações, por exempla em altos fornos e ί para obter calor de processo. i

ENQUADRAMENTO DA INVENÇÃO

Os maçaricos de arco de corrente contínua convencionais sãoarrefecidos com água, e as passagens para a água passam geralmente através do cátodo e do ânodo. 0 arrefecimento é essencial dado que ele evita que o cátodo atinja temperaturas onde ele se degrada devido a fusão ou ebulição. Além disso, a radiação térmica do cátodo a altas temperaturas tornará impossível controlar o arco. □ gás de serviço é convenci analmente injectado directamente no espaço existente entre o ânodo e o cátodo, através da passagem no isolamento que os separa.

A disposição arrefecida com água envolve a ligação de tubos de água ao maçarico, e dado que a água conduz a electricidade, é necessário que o circuito eléctrico seja electricamente isolado. Existe um perigo potencial nestes sistemas dado que se uma das mangueiras de água saltar durante o serviço pode ser dispersada água quente e possivelmente a alta tensão de uma forma incontrolada.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO é proporeionado, de acordo com a presente invenção, um cátodo arrefecido por gás para um maçarica de arco de corrente contínua. 0 cátodo tem uma ponta ligada a um corpo, uma passagem de gás para o gás de serviço atravessa o corpo do cátodo, e passa próximi da ponta e abandona o corpo

numa posição adjacente à ponta. 0 cátodo está afastado do ânodo por meio de uma gola feita de um material isolante.

Todo o gás de serviço necessário para manter o arco é fornecido através do cátodo e fac o arrefecimento deste à medida que entra no ânodo.

Um turbi1ionador rodeia de preferência a ponta do cátodo, a juzante das saídas através das quais o gás de serviço abandona o corpo. 0 turbilhão do gás aumenta a estabilidade do arco na região dos cátodos, e faz rodar a raiz do ânodo, o que reduz a erosão do ânodo. Numa realização muito preferida este turbi1ionador é feito de metal e à medida que α maçarico aquece até a sua temperatura de serviço eleexpande-se e veda contra a gola que isola o cátodo do ânodo.

Numa realização particularmente vantajosa da invenção a passagem do gás através do cátodo comunica com a ponta de forma a que o gás de serviço contacta a ponta à medida que ele passa através do cátodo.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A invenção será agora descrita como exemplo apenas, com referência aos desenhos anexos nos quais a figura 1 é uma secção esquemática através da parede de uma caldeira de vapor em que pode ser utilizado um maçarico de arco de acordo com a invenção;

a figura 2a é uma vista em planta e em secção parcial de um maçarico de arco de acordo com a presente invenção;

a figura 2b é uma vista em secção do ânodo da figura 2a tomada ao longo das linhas da secção Ilb-IIb;

a figura 3a é uma vista em planta do cátodo da figura 2a; e a figura 3b é uma vista em planta da ponta do cátodo da figura 3a.

FORMA DE REALIZAggQ PREFERIDA

Referindo em primeiro lugar 1, caldeira de vapor típica tem uma parede externa 1 e parede 2 revestida com tubos de água 3.

câmaras de água acomoda um maçarico em continua 4. Existe uma passagem 5 que se estende da parede externa 1 para fornecer gás de serviço ao maçarico de arco.

Uma cavidade uma uma nas arco de corrente

Em serviço, o maçarico de arco 4 emite um jacto de plasma indicado geralmente pela região 6, para o interior da caldeira para aquecer a água que existe nos tubos 3. è introduzido pó de carvão, através de condutas que não são indicadas a não ser esquematicamente pela seta 7, directamente no plasma o que aumenta α rendimento energética; dando tipicamente um aumento de dez vezes no rendimento energético. 0 ar da câmara de ar secundário 8 é misturada com mais pó de carvão e é enviada por meio de uma bomba através de um turbi1ionador ?, na direcção indicada geralmente pela seta 10, para a região do plasma em que ele sofre a ignição, aumentando ainda mais o rendimento energético; produzindo tipicamente de novo um aumento de dez vezes no rendimento energéti co.

maçarico de arco 4, que se apresenta com maior detalhe na figura 2, compreende um cátodo indicado geralmente por 11 e um ânodo oco indicado geralmente por 12. 0 cátodo compreende um corpo de cátodo cobre 13 (que se pode ver melhor na figura 3a) e uma ponta de tungsténio com a forma de um toro 14 (que se pode ver melhor na figura 3b). Uma gola isolante cerâmica (macor) 15 rodeia o cátodo, e este é por sua vez rodeada por uma câmara de cátodo de latão 16. □ próprioânodo 17 é feito de cobre, e está afastado e isolada do cátodo pela gola 15.

As superfícies exteriores do ânodo têm • 1ongitudinalmente uns sulcos alongados 18, que se podem ver . na figura 2b, e que estão rodeados por uma guia de latão com

1? para definir passagens de água que se estendem

longitudinalmente ao longo do exterior do ânodo. Uma câmara de ânodo de latão 20 serve para suportar o ânodo e o guia de água. Uma câmara de admissão de água anelar 21 permite que a água de arrefecimento seja bombeada, durante o serviço, ao longo das passagens que se estendem 1ongitudinalmente ao longo do exterior do ânodo. Esta água regressa em seguida de novo ao longo do exterior do guia de água 19 para uma câmara de saída de água anelar 22.

Observando agora a figura 3a, será explicada com maior detalhe a estrutura do cátodo 11. 0 corpo do cátodo 13 é penetrado na sua extremidade exterior por um canal de gases que se estende axialmente 23. 0 canal de gases 23 está em comunicação com um canal roscada internamente 24 que se estente para o corpo do cátodo desde a extremidade interna. Passagens que se estendem radialmente 25 alongam-se para fora da canal de gases 23 ande encontram o canal 24. Um turbi1ionador de cobre 26 está posicionado na parte mais interna do corpo de cátodo 13 e estende-se radialmente para o exteri or.

A ponta do cátodo 14 compreende uma extremidade em abóbada 27 com uma haste externamente rascada que se estende axialmente 28; ver a figura 3b. A ponta é rascada no corpo do cátodo 13 e a rosca da haste 28 interliga-se com a rosca interna do canal 24 de forma a que a haste 18 obstrui completamente a passagem 24 e a extremidade da haste está adjacente a extremidade da canal de gases 23.

Durante o serviço, é feito passar um gás de serviço não oxidante como por exemplo o azoto através da passagem 5 para o canal 23. 0 gás de serviço encontra a extremidade da haste 28 e abandona o cátodo através das passagens que se estendem pelo perfil em degraus do 15 é forçado através radialmente 25. 0 gás é confinado corpo do cátodo e a gala isolante do turbi1ionador 26 para ser transformado num plasma dentro da interior oco do ânodo 17

por descarga eléctrica entre a ponta do cátodo 14 e o ânodo

17.

O acato está -frio à medida que atravessa o canal 23 e atinge a extremidade da haste 28 para manter toda a ponta 14 fria durante a operação. 0 gás também mantém frio o corpo 13.

□ turbi1ionador 26 é tipicamente fabricado de um metal como por exemplo o cobre, e à medida que o maçarico aquece até a temperatura de serviço ele expande-se para contactar a superfície interior da gola isolante 15 e criar uma vedação.

Foi verificado na prática que a geometria do maçarico e as condições de operação podem ser cuidadosamente escolhidas se se pretende operar um maçarico de arco de acordo com a invenção de forma satisfatória ao longo de períodos extensos de tempo. Numa realização prática a ponta do cátodo 14 tem um diâmetro de 20 mm e um comprimento de 25 mm e a haste roscada 28 estende-se desde a bae de cerca de 10 mm. A passagem de gases 23 é de cerca de 7 mm de diâmetro e o azoto é fornecido a um caudal de cerca de 2,5 g/s. Por meio de uma tensão de 300 V e uma corrente de 200. A fornecida ao arco, a temperatura atinge pelo turbi1ionador 26 não é superior a 800^eC.

Embora tenha sido descrita a invenção com referência a uma realização particular, deve ser anotado que ela pode ser realizada em muitas outras formas. Por exemplo, as passagens de gases podem-se estender através do cátodo em outras configurações. 0 arrefecimento do gás pode também ser proporcionado ao ânodo 12 se desejada. Deve também notar—se que o tungsténio com a forma de toro não é estritamente o único material de que a ponta do cátodo pode ser feita, mas ela pode ser fabricada de um material que possui um elevado . ponto de fusão, e que seja susceptível de emissão * termoiónica.

Claims

REIVINDICAÇÕES

- 1* Cátodo arrefecido por gás para um maçarico de arco de corrente contínua, possuindo o cátodo um corpo (13) , uma ponta (14) ligada a uma das extremidades do corpo (13) , e uma passagem de gás (23) que se estende através do corpo (13) e que passa próximo da ponta (14) de modo a abandonar o corpo (13) adjacente à ponta (14) através das saídas (25), sendo o cátodo caracterizado por compreender um turbilionador (26) que envolve a ponta (14) do cátodo a jusante das saídas (25), em que durante a utilização todo o caudal de gás através da passagem de gás é dirigido de modo a arrefecer a ponta (14) e o corpo (13) e recebe energia para se transformar num plasma.
- 2* Cátodo arrefecido por gás de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o turbilionador (26) ser feito de metal e, durante a utilização, à medida que o maçarico aquece até atingir a sua temperatura de serviço ele se expandir e efectuar a vedação contra uma gola (15) que isola o cátodo do ânodo.

- 3^a Cátodo arrefecido por gás de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizado por a passagem (23) através do cátodo comunicar com a ponta (14) de modo a que o gás de serviço contacte com a ponta quando ele passa através do cátodo.

As requerentes reivindicam a prioridade do pedido de patente australiano apresentado em 17 de Janeiro de