RU144523U1 - Узел для удерживания электрода в дуговой плазменной горелке с контактным поджигом(варианты) - Google Patents

Abstract

1. Узел для удерживания электрода в дуговой плазменной горелке с контактным поджигом, содержащей:токоподводящий катод, связанный с источником питания и оканчивающийся поверхностью передачи энергии,полость горелки,элемент в виде сопла ификсирующий элемент для фиксации элемента в виде сопла относительно полости горелки,причем узел для удерживания электрода содержит:изолятор, выполненный с возможностью введения посредством скольжения в полость горелки и сконфигурированный для удержания в ней посредством фиксирующего элемента при фиксации элемента в виде сопла;электрод, содержащий продольную ось и находящийся, по меньшей мере, частично в указанном изоляторе, причем указанный электрод выполнен с возможностью перемещения в направлении оси между передним положением для взаимодействия с элементом в виде сопла с тем, чтобы запустить горелку, и задним положением, удаленным от элемента в виде сопла так, чтобы поддерживать плазменную дугу, причем указанный электрод оканчиваетсядистальным концом, включающим в себя испускающий элемент, ипроксимальным концом, оканчивающимся задней оконечной поверхностью электрода;плунжер, изготовленный из проводящего материала и находящийся в указанном изоляторе, причем указанный плунжер содержитпереднюю контактную поверхность, сконфигурированную так, чтобы разъемно сопрягаться с указанной задней оконечной поверхностью электрода, изаднюю секцию плунжера, оканчивающуюся задней поверхностью плунжера;контактный элемент, сконфигурированный для зацепления с указанным изолятором и содержащийгруппу проходов для газа, проходящих через него для того, чтобы обеспечить поток г

Description

Область техники

Настоящая полезная модель относится к плазменным горелкам с контактным поджигом, и, более конкретно, к новой структуре для обеспечения электрического соединения расходуемого электрода с источником питания.

Уровень техники

В патенте США 4,791,268 раскрывается дуговая плазменная горелка с контактным поджигом, в которой электрод смещен вперед при помощи плунжера, который находится внутри закрытой структуры; указанная структура сформирована так, что значительная часть электрода не подвержена воздействию потока газа, который улучшил бы охлаждение, и похоже, что возле плунжера проходит небольшой поток газа. Дополнительно, контакт между плунжером и электродом существует только на протяжении относительно небольших плоских контактных поверхностей, причем такая конфигурация может быть чувствительна к снижению площади контакта из-за любого нежелательного материала, расположенного между этими поверхностями.

В патентах США 8,035,055 и 8,115,136 раскрываются различные конфигурации электродов для дуговых плазменных горелок с контактным поджигом, а также сведения об известном из уровня техники электроде, в котором используют подпружиненный контакт для питания энергией, предназначенный для смещения электрода по направлению к его переднему положению. В известном из уровня техники устройстве, раскрытом в этих патентах, электрод и контакт находятся в постоянном зацеплении. Согласно основным вариантам осуществления в соответствием с изобретениями, раскрытыми в этих патентах, пружина расположена между электродом и контактом для смещения электрода от контакта. Согласно этим вариантам осуществления электрод находится в прямом зацеплении с контактом только тогда, когда находится в заднем положении, которое представляет собой положение для поддержания вспомогательной дуги косвенного действия и плазменной дуги прямого действия для резки. Хотя электрод содержит пружину, пружина может быть потеряна при открытии горелки для осуществления замены электрода.

Возможно, чтобы избежать возможности потери пружин при открытии горелки для осуществления замены электрода, в указанных патентах также раскрываются несколько вариантов осуществления, в которых используют электрод с подпружиненным проводящим элементом, который прикреплен к электроду, что обеспечивает удержание пружины. Крепление проводящего элемента и пружины к электроду требует, чтобы эти компоненты были заменены вместе с электродом, что увеличивает стоимость электрода, который является расходуемой частью.

Согласно другим вариантам осуществления электрод установлен с использованием штыкового соединения, в котором пружина расположена сзади охватывающей секции штыкового элемента и, таким образом, удерживается в узле. Электрод выполнен совместно с охватываемой частью соединения, причем при вставке в рабочее положение и закреплении в этом положении указанная часть взаимодействует с пружиной. Согласно другому варианту осуществления пружину удерживают при помощи неподвижного кольца, которое перекрывает часть пружины, причем два штыря расположены так, чтобы проходить через отверстие и входить в зацепление с пружиной. Указанная конфигурация обеспечивает ограниченный контакт. Хотя указанные недавние решения преодолевают проблемы крепления пружины и проводящего элемента к электроду, это приводит к усложнению структуры электрода, что в свою очередь повышает стоимость изготовления, а также может ограничить поток воздуха над пружиной и контактной частью электрода, тем самым, ухудшая охлаждение. Этим вариантам осуществления, по-видимому, также присущи недостатки, связанные с ограниченным зацепления между пружиной и электродом, что, таким образом, ограничивает эффективность электрического контакта между ними. Эти ограничения могут пояснить, почему электрод, предлагаемый в настоящее время владельцем патента, представляет собой вариант осуществления, показанный на фиг.3A и 3B патентов ′155 и ′136, который содержит пружину и проводящий элемент, прикрепленный к электроду.

Раскрытие полезной модели

Настоящая полезная модель относится к узлу для удерживания электрода, предназначенному для использования в плазменных горелках с контактным поджигом, для расположения электрода и обеспечения электрического контакта с электродом, а также обеспечения его быстрой и легкой замены. Узел включает в себя структуру для подачи тока к электроду, а также для обеспечения его ограниченного перемещения в продольном направлении, как рассмотрено ниже.

Под термином «электрод» в контексте настоящей заявки подразумевают расходуемый элемент горелки, который может быть быстро и легко заменен, когда сопло горелки удалено.

Плазменная горелка, попадающая в объем настоящей полезной модели, содержит токопроводящий катод, который присоединен к источнику питания и оканчивается поверхностью передачи энергии. Горелка содержит полость горелки, предназначенную для расположения полого изолятора, который зацепляется с электродом посредством скольжения, и через который вводят подаваемый под давлением газ в камеру, ограниченную, частично, посредством элемента в виде сопла. Фиксирующий элемент фиксирует сопло относительно полости горелки. Горелка сконструирована так, чтобы позволить перемещение электрода между передним положением, в котором он контактирует с элементом в виде сопла, причем в это время ток проходит через электрод для запуска горелки, и задним положением, удаленным от сопла, в которое электрод перемещают под воздействием давления газа, вводимого через изолятор, создавая камеру для генерирования и сохранения плазмы. Вначале поддерживают вспомогательную дугу, проходящую от электрода к соплу, создавая вспомогательную плазменную дугу. Когда горелку располагают в непосредственной близости к разрезаемому изделию, происходит перенос указанной дуги косвенного действия, проходящей от электрода к элементу в виде сопла, так, чтобы создать дугу от электрода к изделию, тем самым, создавая плазменную дугу прямого действия. Узел согласно настоящей полезной модели включает в себя изолятор и электрод, а также сопутствующие им элементы для обеспечения более плотного электрического контакта и улучшенного охлаждения электрода. Сопутствующие элементы позволяют упростить электрод, что позволяет упростить и удешевить его изготовление.

Изолятор сформирован из токонепроводящего материала, а также сконструирован с возможностью вставки посредством скольжения в полость горелки вместо стандартного кольца для создания завихрений, при этом он удерживается в полости стандартным способом. Как правило, изолятор находится в принудительном зацеплении с элементом в виде сопла, который, в свою очередь, зафиксирован посредством фиксирующего элемента. Изолятор выполнен с проходами для газа, предназначенными для введения газа в область горелки, ограниченную, частично, элементом в виде сопла, аналогично стандартному кольцу для создания завихрений. Указанный газ создает давление для перемещения электрода по направлению к его заднему положению, в котором он отстоит от сопла, а также обеспечивает подачу газа для поддержания плазмы, при этом остальная часть газа течет обратно вдоль электрода, обеспечивая охлаждение.

Электрод узла содержит продольную ось, при этом во время работы часть электрода находится внутри изолятора. Электрод является подвижным между передним положением, в котором он взаимодействует с элементом в виде сопла горелки, и задним положением, в котором электрод смещен назад от элемента в виде сопла. Переднее положение служит в качестве положения для пуска горелки; когда электрод расположен таким образом, ток может быть пропущен через электрод через упругий элемент, а после отсоединения электрода от элемента в виде сопла произойдет генерирование дуги, которая начинает формирование вспомогательной плазменной дуги. Когда электрод находится в указанном заднем положении, вспомогательную дугу поддерживают между электродом и элементом в виде сопла, при этом основной ток больше не проходит через упругий элемент. При последующем расположении горелки в непосредственной близости от изделия происходит перенос указанной плазменной дуги косвенного действия от элемента в виде сопла к изделию.

Электрод содержит дистальный конец, который содержит испускающий элемент, и проксимальный конец. Проксимальный конец электрода предпочтительно оканчивается неплоской задней оконечной поверхностью электрода. Один пример указанной задней оконечной поверхности электрода представляет собой характеризующийся формой усеченного конуса выступ или характеризующийся формой усеченного конуса стакан.

Хотя в приведенном ниже описании оконечная поверхность рассматривается в контексте непрерывных поверхностей, следует понимать, что поверхность не обязательно должна быть строго непрерывной, и может быть квазинепрерывной. В любом случае, характеризующаяся формой усеченного конуса поверхность с углом растворения от 16° до 60° является практически применимой, и более ограниченный диапазон углов приблизительно от 40° до 60° считается особенно эффективным.

Плунжер, изготовленный из токопроводящего материала, во время работы также находится внутри изолятора, при этом он расположен сзади электрода. Плунжер содержит переднюю контактную поверхность, которая сконфигурирована так, чтобы разъемно сопрягаться с задней оконечной поверхностью электрода; причем указанные разъемно сопрягающиеся поверхности сконфигурированы так, что они могут быть приведены в зацепление с сопряжением посредством перемещения вдоль продольной оси электрода. Таким образом, когда задняя оконечная поверхность электрода представляет собой вогнутую поверхность, передняя контактная поверхность плунжера представляет собой сопрягаемую выпуклую поверхность. Наличие неплоских сопрягающихся поверхностей, таких как конические поверхности, увеличивает площадь контакта между электродом и плунжером для снижения сопротивления контакта, а также увеличения теплопередачи, причем конические или характеризующиеся формой усеченного конуса поверхности также обеспечивают центрирование для того, чтобы поддерживать электрод и плунжер выровненными относительно друг друга. Плунжер обеспечивает радиатор для выделения тепла из электрода, частично, в виду наличия обширного контакта между плунжером и электродом, тем самым, обеспечивая более низкие рабочие температуры компонентов во время работы горелки. Плунжер оканчивается задней секцией, которая оканчивается задней поверхностью плунжера.

Наличие плунжера, через который ток протекает к электроду, обеспечивает преимущество в том, что используемый электрод может характеризоваться очень простой структурой и может быть легко и быстро заменен без необходимости замены дополнительных частей, что необходимо согласно нескольким вариантам осуществления, раскрытым в патентах США 8,035,055 и 8,115,136, в которых используют упругую пружину для протекания тока во время запуска, при этом указанная пружина удерживается на электроде при помощи проводящего элемента. Крепление проводящего элемента и пружины к электроду требует осуществлять замену этих компонентов совместно с электродом, что повышает стоимость электрода, который является расходуемой частью. Основной вариант осуществления согласно этим патентам не содержит подпружиненный проводящий элемент, и, следовательно, не требует, чтобы пружина была прикреплена к электроду. Тем не менее, если пружина не прикреплена к электроду, она либо прикреплена к катоду горелки, что усложняет замену пружины в случае необходимости, либо представляет собой незакрепленный элемент, который может быть потерян при удалении электрода для замены.

Согласно другим вариантам осуществления, раскрытым в указанных патентах, проводящий элемент не встроен в электрод, таким как варианты осуществления, представленные на фиг.12-15 этих патентов, в которых электрод поддерживают в зацеплении с пружиной посредством штыкового соединения, требуется специальная механическая обработка проксимального конца электрода; это ограничивает способность обеспечивать хорошее электрическое соединение. Штыковое соединение может также снижать интенсивность потока газа через электрод и, следовательно, ухудшать охлаждение.

Согласно другому варианту осуществления упомянутых выше патентов, представленному на фиг.16, стержни, выступающие из электрода, проходят через ограниченную область прохода в изоляторе. Указанное ограничение служит для удержания пружины в изоляторе; тем не менее, это достигается за счет усложнения изготовления электрода и снижения площади контакта с пружиной, что может ограничить способность обеспечивать надлежащую дугу для формирования вспомогательной дуги.

Согласно некоторым вариантам осуществления настоящей полезной модели плунжер не только обеспечивает большую поверхность, предназначенную для контакта с электродом, но также он изготовлен из серебра или сплава на основе серебра, что обеспечивает превосходную электропроводность и теплопроводность, а также обеспечивает границу между плунжером и электродом с низким тепловым и электрическим сопротивлением. Применение серебра должно также снизить сопротивление контакта между пружиной и плунжером, тем самым, повышая отвод тепла от пружины в случае, когда критическая температура пружины достигается в результате резистивного нагревания (I²R).

Согласно некоторым вариантам осуществления плунжер сконфигурирован для прохождения за пределы внешнего диаметра проксимального конца электрода так, чтобы обеспечить основной поток охлаждающих газов по своей поверхности. Указанная выступающая часть дополнительно улучшает охлаждение электрода и, следовательно, должна увеличить срок его эксплуатации. Выполнение плунжера с увеличенными поверхностями, которые сконфигурированы для отклонения газа, текущего в направлении назад, увеличивает охлаждающее действие плунжера посредством увеличения потока по поверхностям плунжера. Охлаждение плунжера может быть дополнительно увеличено, когда задняя секция плунжера характеризуется уменьшенным поперечным сечением, что приводит к формированию ступенчатого профиля; причем указанная ступень увеличивает завихрения в потоке газа рядом с задней секцией плунжера и способствует перемешиванию газа для увеличения охлаждения.

Предусмотрен контактный элемент из токопроводящего материала, который прикреплен к изолятору и сконфигурирован для зацепления с ним так, чтобы контактный элемент находился в принудительном зацеплении с поверхностью передачи энергии катода горелки, когда изолятор закреплен в рабочем положении посредством фиксирующего элемента. Контактный элемент в узле согласно настоящей полезной модели содержит группу контактных проходов для газа, через которые может пройти газ, протекающий обратно вдоль электрода, и оканчивается контактной передней поверхностью и контактной задней поверхностью. Согласно многим вариантам осуществления контактная передняя поверхность сконфигурирована для сопряжения, по меньшей мере, с частью задней поверхности плунжера, когда электрод находится в своем заднем положении. Контактная задняя поверхность находится в зацеплении с поверхностью передачи энергии, когда изолятор закреплен в рабочем положении. Контактный элемент может быть легко зафиксирован в рабочем положении внутри изолятора посредством осуществления прессовой посадки.

Упругий элемент (пружина) прикреплен к контактному элементу и задней секции плунжера. Имеются средства для поддерживания зацепления контактного элемента, плунжера и пружины; причем эти средства удерживают эти элементы внутри изолятора при замене электрода, предотвращая потерю элементов. Согласно одному варианту осуществления указанное средство для поддержания контакта обеспечено посредством фрикционного зацепления между упругим элементом, плунжером и контактным элементом.

Согласно некоторым вариантам осуществления, в дополнение к зацеплению с пружиной поверхностей фрикционного контакта, плунжер и контактный элемент могут быть соединены друг с другом при помощи резьбового соединения, а именно посредством сопряжения спирали пружины с сопрягающимися спиральными канавками на контактном элементе и плунжере.

Выполнение такого принудительного зацепления не только обеспечивает поддержание этих элементов в соединенном состоянии во время работы так, чтобы обеспечить механическое соединение, но также обеспечивает хороший тепловой контакт между пружиной и плунжером. Этот тепловой контакт способствует теплопередаче от пружины к элементам, с которыми она соединена, для увеличения рассеивания тепла, образованного в результате резистивного нагрева (I²R). В случаях, когда свойства пружины ухудшаются в виду перегрева из-за резистивного нагрева, что может привести либо к возникновению коррозии, либо к закаливанию пружины, указанный фрикционный контакт может привести к лучшей теплоотдаче, и, таким образом, снизить вероятность перегрева пружины, который может негативно повлиять на ее упругость.

Согласно некоторым вариантам осуществления повреждение пружины может произойти в результате закаливания и/или коррозии пружины, что вызвано внешним нагреванием, которому подвержена пружина. Применение серебряного плунжера может также служить снижению температурных колебаний пружины.

Согласно некоторым вариантам осуществления средства для поддержания зацепления контактного элемента, плунжера и пружины предоставлены, по меньшей мере, частично, посредством структуры изолятора. Согласно этим вариантам осуществления изолятор содержит центральный пояс, характеризующийся уменьшенным поперечным сечением, что обеспечивает проход, который ограничен так, чтобы плунжер не мог пройти через него. Указанное ограничение обеспечивает разделенный на две части проход, содержащий переднюю секцию прохода для приема электрода и заднюю секцию прохода для ограничения перемещения плунжера и пружины, хотя согласно многим другим вариантам осуществления часть плунжера проходит через ограничивающий пояс в переднюю секцию прохода для зацепления с электродом. Согласно некоторым вариантам осуществления центральный пояс обеспечивает отверстие, характеризующееся уменьшенным поперечным сечением, которое является достаточно большим, чтобы проксимальный конец электрода мог пройти через него. Тем не менее, в любом случае отверстие должно быть достаточно большим для обеспечения разнесенного взаимного расположения электрода и центрального пояса с тем, чтобы обеспечить свободное пространство для потока воздуха. Центральный пояс расположен таким образом, чтобы, когда контактный элемент, пружина и плунжер установлены внутри изолятора, пружина (упругий элемент) постоянно находилась в сжатом состоянии и существовал зазор между плунжером и центральным поясом для того, чтобы обеспечить ограниченный поток газа, когда электрод установлен внутри горелки и находится в своем переднем положении, а также в контакте с соплом горелки.

Предоставлены средства для поддержания устойчивого заднего положения электрода. Устойчивое положение электрода, когда горелка работает в режиме генерирования плазмы, помогает точно расположить электрод по отношению к элементу в виде сопла, чтобы обеспечить желаемые условия функционирования, а также избежать колебаний объема камеры для создания плазмы. Детали указанных средств для поддержания устойчивого заднего положения электрода представляют собой функцию элементов, которые используют для обеспечения пути тока от контактного элемента к электроду, как рассмотрено ниже.

Средства для обеспечения пути тока между контактным элементом и электродом, когда электрод находится в переднем положении и в заднем положении (эти положения были рассмотрены выше), могут быть обеспечены посредством различных структур, что будет, частично, зависеть от схем электрического соединения. В любом случае, когда упругий элемент является токопроводящим, по меньшей мере, часть тока проходит через упругий элемент для обоих положений электрода.

Согласно некоторым вариантам осуществления многожильный проводящий элемент, такой как скрученный или сплетенный провод или кабель (который, по меньшей мере, частично является жестким), соединяет контактный элемент и плунжер для протекания, по меньшей мере, части тока. В таких случаях, правильный выбор размеров упругого элемента и многожильного проводящего элемента может обеспечить протекание к электроду тока, достаточного для его функционирования в обоих положениях, а также обеспечить достаточную гибкость упругого элемента для обеспечения плавного перехода между двумя конечными положениями электрода во время работы горелки. В таких случаях средства для обеспечения устойчивого заднего положения электрода могут быть выполнены различными путями. Согласно одной схеме средство для поддержания устойчивого заднего положения электрода обеспечено посредством того, что упругий элемент является пружинной сжатия, которая характеризуется такими размерами по отношению к другим элементам, чтобы перемещение электрода в его заднее положение вызывало сжатие плунжером витков упругого элемента до тех пор, пока витки пружины не окажутся в прилегающем контакте. Указанная сложенная конфигурация пружины служит в качестве жесткого несжимаемого цилиндра для ограничения движения назад электрода. Согласно альтернативному варианту осуществления, в котором многожильный проводящий элемент находится внутри оболочки, ограниченной упругим элементом (витками пружины), многожильный проводящий элемент складывается и образует проводящую массу, находящуюся между контактным элементом и плунжером.

Согласно многим вариантам осуществления ток к электроду, когда он находится в своем заднем положении, подают, по меньшей мере, частично, по прямому пути между контактным элементом и плунжером. В таких случаях прилегающий контакт между контактной передней поверхностью контактного элемента и задней поверхностью плунжера может также обеспечить средство для поддержания устойчивого заднего положения электрода. В подобной схеме средство для поддержания устойчивого заднего положения электрода может быть обеспечено посредством прилегающего контакта с изолятором, расположенным между задней поверхностью плунжера и контактной передней поверхностью. Однако, в таких случаях альтернативный путь тока, такой как многожильный провод, как рассмотрено выше, может быть необходим для того, чтобы обеспечить протекание необходимого тока. При использовании изолятора плунжер может быть выполнен меньшего размера, что снижает затраты при изготовлении плунжера из серебра. Изолятор предпочтительно прикреплен либо к контактному элементу, либо к плунжеру, например, посредством прессовой посадки или термостойкого клея.

Краткое описание фигур

На фиг.1-3 представлены виды в разрезе, на которых представлен узел для удерживания электрода, предназначенный для дуговой плазменной горелки с контактным поджигом, причем указанный узел образует один вариант осуществления согласно настоящей полезной модели. На фиг.1 представлен узел, установленный в горелку, причем изолятор узла, зафиксирован в полости горелки, а остальные элементы узла, находятся, по меньшей мере, частично в изоляторе; при этом в результате фиксации изолятора в рабочем положении происходит проталкивание контактного элемента к токоподводящему катоду горелки. На фиг.1 представлен узел в конфигурации, когда электрод находится в переднем положении, в котором он контактирует с элементом в виде сопла горелки.

На фиг.2 представлен частичный покомпонентный вид узла, представленного на фиг.1, на котором показаны отдельные компоненты при удалении из горелки. Электрод содержит проксимальный конец, который содержит заднюю оконечную поверхность, сформированную в качестве углубления, которая сопрягается с плунжером, который содержит соответствующую переднюю контактную поверхность, и который в свою очередь взаимодействует с упругим элементом, который смещает плунжер и электрод вперед относительно контактного элемента, который прикреплен к изолятору.

На фиг.3 представлен узел, показанный на фиг.1 и 2, в процессе эксплуатации, при этом электрод был перемещен под давлением газа в заднее положение, в котором он удален от элемента в виде сопла для генерирования дуги; причем расстояние между этими двумя положениями электрода на фигурах представлено увеличенным в иллюстративных целях. Согласно этому варианту осуществления ток проходит от контактного элемента к электроду через упругий элемент и плунжер, когда электрод находится в переднем положении, представленном на фиг.1, а также проходит прямо от контактного элемента через плунжер, когда электрод находится в заднем положении, представленном на фиг.3, в котором поверхности контактного элемента и плунжера взаимодействуют друг с другом. Согласно этому варианту осуществления контакт этих поверхностей также служит для обеспечения устойчивого заднего положения электрода.

На фиг.4 представлен вид в разрезе варианта осуществления, который аналогичен варианту, представленному на фиг.1, за исключением того, что узел содержит многожильный провод для пропускания электрического тока между контактным элементом и плунжером для обеспечения большей способности пропускания тока к электроду. Согласно этому варианту осуществления плунжер и контактный элемент прижаты друг к другу, когда электрод находится в заднем положении для обеспечения устойчивого заднего положения электрода.

На фиг.5 представлен вид в разрезе другого варианта осуществления, в котором используют конфигурацию проводника, представленную на фиг.4, при этом он отличается тем, что используют изолирующий элемент, расположенный между плунжером и контактным элементом для определения заднего положения электрода и, следовательно, длины камера для создания плазмы.

На фиг.6 представлен вид в разрезе другого варианта осуществления, подобного варианту, представленному на фиг.4; однако, согласно этому варианту осуществления многожильный провод расположен внутри оболочки, ограниченной витками упругого элемента.

На фиг.7-9 представлены виды в разрезе, иллюстрирующие другой вариант осуществления, который характеризуется многочисленными признаками, которые являются общими с вариантом осуществления, представленным на фиг.1-3, но который устраняет необходимость фрикционной посадки для того, чтобы элементы оставались внутри изолятора при удалении электрода. На фиг.7 представлен вариант осуществления перед приведением электрода во взаимодействие с плунжером, когда электрод не полностью вставлен в изолятор. Изолятор содержит центральный пояс, который разделяет проход на переднюю камеру, в которой электрод может быть приведен в зацепление посредством скольжения, и заднюю камеру, которая ограничивает перемещение упругого элемента и плунжера. Пояс ограничивает отверстие, характеризующееся уменьшенным поперечным сечением, которое характеризуется размером для предотвращения прохождения плунжера через него, тем самым обеспечивается то, что упругий элемент и плунжер остаются в постоянном зацеплении; причем плунжер согласно указанному варианту осуществления содержит выступающий буртик для обеспечения его удержания посредством центрального пояса. Эта конфигурация изолятора и плунжера также улучшает охлаждение посредством увеличения потока охлаждающих газов по поверхности плунжера.

На фиг.8 представлен вариант осуществления, аналогичный варианту, представленному на фиг.7; однако, в этом положении электрод и плунжер находятся в полном зацеплении. Уменьшенное поперечное сечение изолятора должно быть сконфигурировано так, чтобы плунжер не мог пройти через него. Размер области уменьшенного поперечного сечения согласно этому варианту осуществления подобран таким образом, чтобы он обеспечивал прохождение проксимального конца электрода через указанную область при перемещении электрода под давлением газа. Поперечное сечение должно также быть достаточно большим для обеспечения расположения электрода и отверстия на некотором расстоянии так, чтобы в процессе эксплуатации газ протекал вокруг электрода, когда электрод находится в заднем положении. Согласно этому варианту осуществления часть плунжера может выступать за центральный пояс с тем, чтобы способствовать совмещению электрода с плунжером, когда электрод удален.

На фиг.9 представлен вариант осуществления, представленный на фиг.7 и 8, когда электрод, частично, прошел через характеризующийся уменьшенным поперечным сечением центральный пояс изолятора, и задняя поверхность плунжера вошла в зацепление с контактным элементом.

На фиг.10 и 11 представлен вариант осуществления, аналогичный варианту на фиг.7-9, но в котором передняя поверхность плунжера проходит так, чтобы войти в зацепление с характеризующейся уменьшенным поперечным сечением областью изолятора без необходимости в буртике, применяемом в ранее изложенном варианте осуществления. Эта увеличенная поверхность может создавать меньшее препятствие для потока газа через характеризующуюся уменьшенным поперечным сечением область за пределы плунжера.

На фиг.12 представлен вид в разрезе, на котором показан вариант осуществления, аналогичный варианту на фиг.7-9, но в котором электрод содержит неплоскую заднюю оконечную поверхность электрода, которая представляет собой характеризующуюся формой усеченного конуса выпуклую поверхность, и плунжер содержит неплоскую переднюю контактную поверхность, которая выполнена в форме сопрягающегося вогнутого характеризующегося формой усеченного конуса стакана.

На фиг.13-15 представлен вариант осуществления, подобный варианту, который показан на фиг.7-9, но в котором плунжер сконфигурирован так, что он входит в зацепление с контактным элементом таким образом, чтобы ограничить перемещение назад электрода перед достижением проксимальным концом электрода отверстия между передней секцией прохода и задней секцией прохода. Этот вариант осуществления также иллюстрирует кольцо для создания завихрений, которое сформировано в качестве отдельного элемента, а не в качестве составной части изолятора.

На фиг.16 и 17 представлен вариант осуществления, который аналогичен варианту, представленному на фиг.13-15, но в котором геометрическая форма электрода является такой, что проксимальный конец электрода характеризуется поперечным сечением, которое больше сечения отверстия, и, следовательно, будет предотвращать его прохождение в отверстие между передней секцией прохода и задней секцией прохода независимо от его зацепления с плунжером.

Подробное раскрытие полезной модели

На фиг.1-3 представлены виды в разрезе, на которых изображен узел 100 для удерживания электрода, предназначенный для использования в дуговой плазменной горелке 102 с контактным поджигом (которая представлена только частично). Указанная горелка 102 может быть аналогична горелкам, рассматриваемым в патентах США №8,035,055 и 8,115,136, причем узел 100 для удерживания электрода заменяет стандартную структуру для удерживания электрода и подачи электрического тока к нему. Горелка 102 содержит токоподводящий катод 104 (представлен на фиг.1), который соединен с источником питания (не показан) и содержит поверхность 106 передачи энергии, предназначенную для контакта со стандартным электродом. Катод 104 установлен в элементе 108 корпуса горелки, который сконфигурирован с полостью 110 горелки, предназначенной для размещения стандартного изолированного кольцевого элемента для создания завихрений. Элемент 112 в виде сопла может быть зафиксирован на изоляторе и элементе 108 корпуса горелки при помощи фиксирующего элемента 114, который соединен при помощи резьбы с элементом 108 корпуса горелки.

Узел 100 содержит изолятор 116, который сконфигурирован для подвижной установки на катод 104 так, чтобы располагаться в полости 110 горелки вместо кольцевого элемента для создания завихрений/изолятора, который обычно используют. Изолятор 116 удерживается на месте при помощи зацепления с элементом 112 в виде сопла, когда фиксирующий элемент 114 навинчивают на элемент 108 корпуса горелки. Изолятор 116 содержит группу завихряющих проходов 117 для газа, и сконфигурирован в виде стандартного изолированного кольцевого элемента для создания завихрений, но отличается от стандартного кольцевого элемента для создания завихрений тем, что содержит полость 118 для контактного элемента (которая лучше всего видна на фиг.2), рассмотренную ниже. Изолятор 116 может удерживаться в полости 110 горелки при помощи принудительного зацепления уплотнительного 119 кольца, которое установлено в изоляторе 116, с катодом 104.

Изолятор 116 служит в качестве части структуры для размещения электрода 120 с продольной осью 122, а также подачи к нему электрического тока, причем электрод сформирован из проводящего материала, такого как медь. Электрод 120 является подвижным в отношении изолятора 116 между передним положением (представлено на фиг.1) и задним положением (представлено на фиг.3). Электрод 120 содержит дистальный конец 124 (отмечен на фиг.2), содержащий испускающий элемент 126, встроенный в него, и проксимальный конец 128, который оканчивается неплоской задней оконечной поверхностью 130 электрода. Согласно этому варианту осуществления электрод 120 содержит спиральное ребро 132, которое способствует выделению тепла для охлаждения электрода 120. Указанный электрод является свободно располагающимся элементом и свободным от крепления к другим элементам, в результате чего он может быть легко удален после удаления фиксирующего элемента 114 и элемента 112 в виде сопла из элемента 108 корпуса горелки. Удаление электрода 120 может быть выполнено тогда, как остальная часть структуры узла 100 будет нетронута.

Задняя оконечная поверхность 130 электрода, входящая в состав электрода 120, является вогнутой поверхностью, формирующей углубление. Согласно этому варианту осуществления задняя оконечная поверхность 130 электрода симметрично расположена вдоль продольной оси 122 и оканчивается проксимальным концом 128. При приближении к проксимальному концу 128 электрода поперечное сечение задней оконечной поверхности 130 электрода увеличивается. В узле 100 задняя оконечная поверхность 130 электрода характеризуется формой усеченного конуса, что обеспечивает непрерывную поверхность. Коническое сечение, определяющее заднюю оконечную поверхность 130 электрода, может быть сформировано при помощи вращения вокруг продольной оси 122 сегмента линии, наклоненного относительно оси 122 так, чтобы определять конус, характеризующийся углом a растворения, составляющим приблизительно от 16° до 60°, и более предпочтительно приблизительно от 40° до 60°. Угол растворения, составляющий приблизительно 50°, считают эффективным для обеспечения желаемой площади контакта, а также поддержания угла α достаточно большим для снижения допусков, необходимых для обеспечения точной продольной установки элемента, сопряженного с задней оконечной поверхностью 130 электрода, как рассмотрено ниже.

Узел 100 для удерживания электрода также содержит плунжер 136, который также изготовлен из материала с высокой проводимостью. Плунжер 136 согласно этому варианту осуществления может быть изготовлен из серебра или сплава на основе серебра, что приводит к высокой тепловой и электрической проводимости через границы контакта между плунжером 136 и смежными элементами. Плунжер 136 содержит переднюю секцию 138 плунжера (также отмеченную на фиг.2), содержащую неплоскую переднюю контактную поверхность 139 плунжера, и заднюю секцию 140 плунжера (лучше всего представленную на фиг.2), которая оканчивается задней поверхностью 142 плунжера. Согласно этому варианту осуществления передняя контактная поверхность 139 плунжера сконфигурирована для сопряжения с задней оконечной поверхностью 130 электрода, и, следовательно, является выпуклой и характеризуется формой усеченного конуса. Хотя представлены характеризующиеся формой усеченного конуса поверхности (130, 139), следует понимать, что могут быть использованы другие формы поверхностей. Указанные неплоские сопрягающиеся поверхности должны увеличивать тепловую и электрическую проводимость по сравнению с использованием плоских поверхностей в виду увеличенной площади контактной поверхности. Для обеспечения сопряжения электрода 120 с плунжером 136, сопрягающиеся поверхности должны быть сконфигурированы так, чтобы устранить любые препятствия, которые будут мешать их взаимодействию, создаваемому при помощи перемещения вдоль продольной оси 122. Характеризующиеся формой усеченного конуса поверхности (130, 139), ограничивающие конус с углом растворения, составляющим приблизительно по меньшей мере 16°, будут предотвращать скрепление, что позволит поверхностям (130, 139) обеспечить неплоские разъемные сопрягающиеся поверхности, которые могут быть легко выведены из зацепления при удалении электрода 120.

В случаях, когда захваченный воздух, скорее всего, будет представлять проблему, в плунжере может быть выполнен проход 144, такой как просверленное отверстие, который проходит от передней секции 138 плунжера к задней поверхности 142 плунжера, чтобы обеспечить выход воздуха, захваченного между передней контактной поверхностью 139 плунжера и задней оконечной поверхностью 130 электрода. Альтернативные структуры могут быть использованы для обеспечения пути для выхода захваченного воздуха, такие как одна или несколько канавок в одной или обеих сопрягающихся поверхностях (130, 139).

Контактный элемент 146, сформированный из токопроводящего материала, прикреплен к изолятору 116 так, чтобы находиться в полости 118 для контактного элемента; предпочтительно контактный элемент 146 запрессован в изолятор 116.

Контактный элемент 146 содержит группу проходов 148 для газа, проходящих через него, и содержит контактную переднюю поверхность 150 и контактную заднюю поверхность 152. Контактный элемент 146 сконфигурирован так, чтобы, когда изолятор 116 закреплен в полости 110 горелки при помощи элемента 112 в виде сопла и фиксирующего элемента 114, контактная задняя поверхность 152 принудительно зацеплялась с поверхностью 106 передачи энергии катода 104. Указанное принудительное зацепление обеспечивает более плотный контакт с катодом 104 по сравнению с многочисленными вариантами осуществления, рассмотренными в патентах ′055 и ′136, в которых используют давление пружины для обеспечения указанного контакта. Контактная передняя поверхность 150 выполнена на контактной передней секции 154 контактного элемента 146.

Упругий элемент 156 обеспечивает соединение между плунжером 136 и контактным элементом 146, причем согласно этому варианту осуществления упругий элемент 156 представляет собой цилиндрическую пружину сжатия. Упругий элемент 156 зацепляется с задней секцией 140 плунжера и контактной передней секцией 154, и служит для смещения плунжера 136 во взаимодействие с задней оконечной поверхностью 130 электрода, когда электрод 120 находится внутри горелки 102 и удерживается в ней при помощи элемента 112 в виде сопла, в результате чего происходит смещение электрода 120 в его переднее положение, представленное на фиг.1. В этом положении, взаимодействие электрода 120 с элементом 112 в виде сопла позволяет току, проходящему через электрод 120 к элементу 112 в виде сопла, замкнуть цепь. Затем через изолятор 116 водят газ, благодаря чему создают повышенное давление в области, ограниченной элементом 112 в виде сопла и дистальным концом 124 электрода 120; в результате создания указанного давления происходит смещение электрода 120 с преодолением усилия упругого элемента 156 обратно в его заднее положение, представленное на фиг.3 (расстояние, пройденное электродом 120, увеличено на указанных фигурах в иллюстративных целях). Когда электрод 120 отводят от элемента 112 в виде сопла, ток обеспечивает формирование дуги между ними, при этом указанная дуга нагревает газ в ограниченной области для генерирования плазмы, причем ограниченная область, окружающая дистальный конец 124 служит в качестве камеры 158 для создания плазмы. В результате движения электрода 120 назад происходит перемещение плунжера 136, который находится в зацеплении с электродом 120, что заставляет плунжер 136 перемещаться в направлении контактного элемента 146, сжимая упругий элемент 156. Согласно этому варианту осуществления средства для поддержания зацепления плунжера 136, упругого элемента 156 и контактного элемента 146 друг с другом предоставлены посредством выполнения задней секции 140 плунжера и контактной передней секции 154 таким образом, чтобы они находились во фрикционном зацеплении с упругим элементом 156. То есть, упругий элемент 156 находится во фрикционном зацеплении как с плунжером 136, так и с контактным элементом 146. Сила трения является достаточной для того, чтобы плунжер 136 оставался на месте внутри изолятора 116 и, следовательно, внутри полости 110 горелки, когда горелку 102 открывают и удаляют электрод 120.

Согласно варианту осуществления, аналогичному варианту, показанному на фиг.1-3, плунжер и контактные элементы содержат резьбы, сконфигурированные для обеспечения резьбового зацепления между упругим элементом и плунжером, а также упругим элементом и контактным элементом.

С целью стабилизации объема камеры 158 для создания плазмы, когда горелка 102 работает либо в режиме с дугой косвенного действия, либо в режиме с дугой прямого действия, предоставлены средства для обеспечения устойчивого заднего положения электрода 120. Согласно этому варианту осуществления плунжер 136 и контактный элемент 146 сконфигурированы так, чтобы задняя поверхность 142 плунжера 136 входила в зацепление с контактной передней поверхностью 150 контактного элемента 146 при перемещении электрода 120 назад в заднее положение. Следует отметить, что это положение поддерживают не только в режиме работы с дугой прямого действия, но оно также необходимо для поддержания стабильного режима с дугой косвенного действия.

Контактный элемент 146 выполнен с канавкой 160 для удаления газов, проходящей поперек контактной передней поверхности 150, которая расположена для сообщения с проходом 144 в плунжере для обеспечения пути удаления нагретого воздуха, когда плунжер 136 и контактный элемент 146 примыкают друг к другу. Следует понимать, что указанная канавка для удаления газов может альтернативно быть выполнена в плунжере 136.

Средства для обеспечения пути тока между контактным элементом 146 и электродом 120, когда электрод находится в переднем положении и в заднем положении, выполнены для проведения электрического тока от источника питания горелки 102 к электроду 120. В узле 100 для удерживания электрода средства для обеспечения пути тока включают в себя упругий элемент 156, который проводит весь ток к электроду 120, когда электрод 120 находится в переднем положении, представленном на фиг.1 (когда существует контакт между электродом 120 и элементом 112 в виде сопла), и включают в себя зацепление задней поверхности 142 плунжера и контактной передней поверхности 150, когда электрод 120 находится в своем заднем положении. Следует отметить, что указанное заднее положение является преимущественным положением для электрода, и является также положением для стабилизированного режима со вспомогательной дугой. В обоих положениях ток протекает от плунжера 136 к электроду 120 благодаря контакту между передней контактной поверхностью 139 плунжера 136 и задней оконечной поверхностью 130 электрода 120. Таким образом, в режиме работы со вспомогательной дугой или с дугой прямого действия, когда электрод 120 находится в своем заднем положении, зацепление плунжера 136 и контактного элемента 146 обеспечивает как стабилизацию заднего положения электрода 120, так и путь тока от контактного элемента 146 к плунжеру 136, который, в свою очередь, проводит ток к электроду 120. Благодаря относительно большим контактным поверхностям (142, 150), ток, проходящий к электроду 120 в заднем положении по упомянутому последним пути, значительно больше, чем ток, текущий через упругий элемент 156, причем уменьшенный ток, а также уменьшенная теплопередача к плунжеру 136 и контактному элементу 146, защищают упругий элемент 156 от перегрева, который иначе может нанести вред его упругости.

В дополнение к проблемам с термической обработкой, которые снижают упругость пружины 156 в виду резистивного нагрева пружины, пружина 156 подвержена нагреву посредством проведения тепла от электрода 120 через плунжер 136 к пружине 156. Дополнительный нагрев может быть вызван газом, проходящим рядом с пружиной 156, поскольку он может быть достаточно горячим, чтобы вызвать подобное ухудшение характеристик пружины во время ее использования. Кроме того, газ, проходящий рядом с пружиной 156, может отрицательно воздействовать на пружину 156, вызывая коррозию пружины, в случае если газ характеризуется достаточной температурой.

На фиг.4 представлен вид в разрезе узла 200 для удерживания электрода, который аналогичен узлу 100 для удерживания электрода, представленному на фиг.1, и содержит изолятор 202, электрод 204, плунжер 206, контактный элемент 208 и упругий элемент 210. Согласно этому варианту осуществления предоставлен дополнительный проводник 212, который обеспечивает прямое соединение между контактным элементом 208 и плунжером 206. Дополнительный проводник 212 предпочтительно представляет собой многожильный скрученный кабель для обеспечения высокой степени гибкости. Дополнительный проводник 212 может обеспечивать средства для создания пути тока между контактным элементом 208 и электродом 204 через плунжер 206, когда электрод 204 находится в переднем положении и в заднем положении, либо в одиночку, либо совместно с упругим элементом 210.

Поскольку дополнительный проводник 212, либо в одиночку, либо совместно с упругим элементом 210, может проводить весь ток от контактного элемента 208 к плунжеру 206 при работе в любом режиме, плунжер 206 и контактный элемент 208 не обязательно должны быть сконфигурированы для взаимного зацепления, когда электрод 204 находится в заднем положении. Однако, представленная схема контактного взаимодействия согласно варианту осуществления, представленному на фиг.4, сама по себе не гарантирует стабилизацию электрода 204 при работе в режиме генерирования плазмы горелки, в которой используют узел 200. Альтернативная структура, обеспечивающая средства для предоставления устойчивого заднего положения электрода, может быть необходима. Одно из таких средств может быть предоставлено посредством конфигурирования упругого элемента 210 так, что его витки полностью складываются и взаимодействуют друг с другом, когда упругий элемент 210 сжимают при перемещении электрода 204 в заднее положение. Указанная схема может быть более практичной при формировании упругого элемента путем механической обработки цилиндрического элемента, причем в этом случае упругий элемент может быть сформирован как одно целое с контактным элементом. Однако, технические требования к упругому элементу 210 могут увеличить стоимость его изготовления, при этом может быть обеспечена лишь ограниченная стабильность.

На фиг.5 представлен вид в разрезе другого варианта осуществления настоящей полезной модели, причем узел 250 для удерживания электрода и в этом случае содержит изолятор 252, электрод 254, плунжер 256, контактный элемент 258, упругий элемент 260 и дополнительный проводник 262. Однако узел 250 отличается от узла 200 для удерживания электрода структурой, которая использована для обеспечения устойчивого заднего положения электрода 254. В узле 250 для удерживания электрода изолятор 264 расположен между плунжером 256 и контактным элементом 258. Изолятор 264 прикреплен либо к задней секции 266 плунжера 256, как представлено на фиг.5 и рассмотрено ниже, либо к контактной передней поверхности 268 контактного элемента 258. Изолятор 264 может быть сформирован из подходящего жесткого, токонепроводящего материала, такого как пластмасса Vespel®, и может быть прикреплен к плунжеру 256 посредством фрикционной посадки или термостойкого клея, такого как Loctite® Super Glue ULTRA Gel Control. Альтернативно, токонепроводящий материал может быть нанесен на заднюю поверхность задней секции 266 плунжера 256 для формирования изолятора 264. Подобные технологии могут быть использованы при креплении изолятора 264 к контактному элементу 258, а не к плунжеру 256.

Изолятор 264 содержит направленную назад опорную 270 поверхность изолятора. При перемещении электрода 254 из его переднего положения в его заднее положение происходит зацепление опорной поверхности 270 изолятора с контактной передней поверхностью 268, причем зацепление этих поверхностей (268, 270) обеспечивает стабилизацию плунжера 256 и электрода 254, которая аналогична стабилизации, обеспечиваемой рассмотренными выше поверхностями (142, 150) узла 100 для удерживания электрода.

Крепление изолятора 264 к плунжеру 256 может блокировать проход 272, проходящий через плунжер 256. С целью продолжения прохода 272 в плунжере изолятор 264 выполнен с проходом 274 в изоляторе.

Хотя согласно варианту осуществления, представленному на фиг.5, используют изолятор, расположенный между плунжером и контактным элементом для ограничения заднего положения электрода, следует понимать, что могут быть использованы альтернативные структуры для физического ограничения движения назад электрода без необходимости в прямом контакте между плунжером и контактным элементом, в частности, в случае наличия дополнительного проводника. Например, изолятор может быть выполнен с выступами, которые сконфигурированы для зацепления с электродом и/или плунжером с тем, чтобы заблокировать дальнейшее перемещение назад, как только электрод достигнет установленного для него заднего положения.

На фиг.6 представлен вид в разрезе узла 300 для удерживания электрода, который опять аналогичен узлу 200 для удерживания электрода, представленному на фиг.4, но отличается средствами для обеспечения устойчивого заднего положения электрода 302. И в этом случае плунжер 304 и контактный элемент 306 находятся в зацеплении с упругим элементом 308, а также соединены друг с другом дополнительным проводником 310, причем все указанные элементы расположены внутри изолятора 312. В узле 300 для удерживания электрода дополнительный проводник 310 находится внутри цилиндрической оболочки, ограниченной упругим элементом 308.

На фиг.7-9 представлены виды в разрезе, иллюстрирующие узел 350 для удерживания электрода, который формирует другой вариант осуществления настоящей полезной модели, который содержит множество признаков, совместных с узлом 100 для удерживания электрода, показанным на фиг.1-3. Узел 350 для удерживания электрода и в этом случае содержит электрод 352, находящийся в зацеплении с плунжером 354, который в свою очередь находится в зацеплении с упругим элементом 356, который в этом случае представляет собой проводящую пружину. При помощи упругого элемента 356 плунжер служит для смещения вперед электрода 352, а также для обеспечения пути электрического тока к электроду 352. Этот вариант осуществления устраняет необходимость в осуществлении фрикционной посадки между плунжером 354 и упругим элементом 356, а также фрикционной посадки между упругим элементом 356 и контактным элементом 358 для поддержания плунжера 354 и упругого элемента 356 на месте внутри изолятора 360 при удалении электрода 352. Хотя скрепляющая посадка не является обязательной для удержания плунжера 354, она по-прежнему может быть предпочтительной для обеспечения электрического контакта между этими элементами. Согласно этому варианту осуществления изолятор 360 включает в себя кольцо для создания завихрений, а также сквозной проход 362, который проходит по длине изолятора 360.

На фиг.7 представлен узел 350 для удерживания электрода, когда электрод 352 не контактирует с плунжером 354. В проходе 362 через изолятор 360 выполнен пояс 364, характеризующийся уменьшенным поперечным сечением, который формирует ограниченное поясом отверстие 366, которое разделяет проход 362 на переднюю камеру 368 и заднюю камеру 370. Передняя камера 368 характеризуется таким поперечным сечением, чтобы электрод 352 мог быть установлен в камере, а также мог перемещаться в ней посредством скольжения. Плунжер 354, в свою очередь, выполнен с буртиком 372, который характеризуется размером, превышающим размер ограниченного поясом отверстия 366; указанная компоновка размеров обеспечивает то, что перемещение плунжера 354 ограничено так, чтобы буртик 372 и упругий элемент 356 были расположены в задней камере 370. Таким образом, упругий элемент 356 смещает плунжер 354 так, чтобы ввести буртик 372 в принудительное зацепление с поясом 364, как представлено на фиг.7.

Буртик 372 расположен сзади передней контактной поверхности 374 плунжера 354, которая сконфигурирована для зацепления посредством сопряжения с задней оконечной поверхностью 376 электрода в проксимальном конце 378 электрода 352, когда электрод 352 установлен так, чтобы частично находиться внутри изолятора 360, как представлено на фиг.8 и 9. Хотя буртик 372 не может пройти через отверстие 366 пояса 364, передняя контактная поверхность 374 должна проходить вперед на расстояние, достаточное для того, чтобы позволить плунжеру 354 смещать электрод 352 по направлению к соплу (не показано) горелки, в которой установлен узел 350. Изолятор 360 и плунжер 354 должны быть сконфигурированы так, чтобы, когда электрод установлен в горелке и сопло находится в рабочем положении, образовывать зазор (a) между поясом 364 и плунжером 354, как представлено на фиг.8. Этот зазор (a) должен характеризоваться размером, достаточным для того, чтобы предотвратить ограничение обратного потока охлаждающего газа, который проходит по спиральному ребру 380 электрода 352.

Проксимальный конец 378 электрода 352 согласно этому варианту осуществления характеризуется таким размером, чтобы, когда электрод 352 перемещен под давлением газа назад в свое заднее положение, в котором проксимальный конец 378 проходит в или, по меньшей мере, частично через ограниченное поясом отверстие 366, электрод 352 и пояс 364 оставались в разнесенном взаимном расположении для сохранения между ними зазора (b), как представлено на фиг.9. Этот зазор (b) выполнен достаточно большим для того, чтобы поддерживать свободный поток газа между поясом 364 и электродом 352, когда электрод 352 перемещен в свое заднее положение. Согласно этому варианту осуществления часть передней контактной поверхности 374 плунжера 354 проходит через пояс 364, когда буртик 372 находится в зацеплении с характеризующимся уменьшенным поперечным сечением поясом 364, причем указанная проходящая вперед часть передней контактной поверхности 374 служит для того, чтобы помочь выполнить совмещение в направлении оси плунжера 354 и электрода 352 так, чтобы передняя контактная поверхность 374 плунжера 354 находилась в надлежащем зацеплении с задней оконечной поверхностью 376 электрода, когда электрод 352 установлен.

Как и в случае узла 100, показанного на фиг.1-3, плунжер 354, упругий элемент 356 и контактный элемент 358 сконструированы так, чтобы обеспечить проталкивание плунжера 354 электродом 352 (который под давлением газа, вводимого через кольцо для создания завихрений, перемещается назад) с преодолением усилия упругого элемента 356 до тех пор, пока плунжер 354 не войдет в зацепление с контактным элементом 358, как представлено на фиг.9. Зацепление плунжера 354 и контактного элемента 358 определяет заднее положение электрода 352, причем указанное зацепление в свою очередь обеспечивает средства для обеспечения устойчивого заднего положения электрода 352, а также средства для обеспечения пути тока между контактным элементом 358 и электродом 352, когда электрод находится в заднем положении. Средства для обеспечения пути тока, когда электрод 352 находится в переднем положении, обеспечены при помощи упругого элемента 356, но могут включать в себя дополнительный проводник, такой как описанный выше проводник.

Дополнительное преимущество буртика 372 плунжера 354 заключается в том, что он должен действовать для отклонения обратного потока охлаждающего газа, который прошел через зазор (b) между электродом 352 и поясом 364. Это отклонение должно увеличить поток охлаждающего газа вдоль поверхностей плунжера 354, тем самым, увеличивая его способность действовать в качестве радиатора, чтобы способствовать охлаждению электрода 352, с которым плунжер 354 находится в тепловом контакте. Буртик 372 может дополнительно увеличивать охлаждение посредством обеспечения воротника, поверх которого протекает газ, тем самым, увеличивая завихрение потока вдоль задней части плунжера 354, чтобы способствовать перемешиванию газа при его протекании за пределы плунжера 354.

На фиг.10 и 11 представлен узел 350′ для удерживания электрода, который аналогичен узлу 350 для удерживания электрода, показанному на фиг.7-9, но в котором плунжер 354′ не содержит буртик 372. Согласно этому варианту осуществления передняя контактная поверхность 374′ плунжера 354′ является увеличенной, и отверстие 366′, ограниченное характеризующимся уменьшенным поперечным сечением поясом 364′ изолятора 360′, сконфигурировано для зацепления с передней контактной поверхностью 374′ для ограничения перемещения плунжера 354′ в направлении вперед, при этом часть передней контактной поверхности 374′ проходит через отверстие 366′, ограниченное характеризующимся уменьшенным поперечным сечением поясом 364′, для зацепления с электродом 352′. Когда электрод 352′ находится в зацеплении с плунжером 354′ и сопло горелки (не показано) находится в рабочем положении, в котором сопло взаимодействует с электродом 352′, между плунжером 354′ и поясом 364′ существует зазор (a′), через который может протекать газ. Электрод 352′ также может характеризоваться такой формой и размерами, чтобы, когда он под давлением газа перемещается в свое заднее положение, в котором он проходит в отверстие 366′, образованный в результате зазор (b′) был достаточным для протекания через него газа.

На фиг.12 представлен узел 400 для удерживания электрода, которому присуще множество признаков, общих с рассмотренным выше узлом 350 для удерживания электрода. И в этом случае узел содержит изолятор 402, электрод 404, плунжер 406, упругий элемент 408 и контактный элемент 410, причем изолятор 402 сформирован с поясом 412 для обеспечения отверстия 414 с уменьшенным поперечным сечением.

В узле 400 электрод 404 содержит проксимальный конец 416, который является коническим для формирования характеризующейся формой усеченного конуса выпуклой задней оконечной поверхности 418 электрода. Плунжер 406 содержит переднюю контактную поверхность плунжера 420, которая сформирована в качестве характеризующегося формой усеченного конуса углубления, сформованного для приема с возможностью сопряжения задней оконечной поверхности 418 электрода. Электрод 404 сконфигурирован в отношении пояса 412 так, чтобы он мог быть вставлен в переднюю контактную поверхность плунжера 420 с образованием зацепления.

На фиг.13-15 представлен узел 450 для удерживания электрода, который формирует другой вариант осуществления настоящей полезной модели, и которому присуще множество признаков, общих с узлом 350 для удерживания электрода, представленным на фиг.7-9. И в этом случае узел 450 содержит электрод 452, который зацепляется с плунжером 454, который, в свою очередь, зацепляется с упругим элементом 456, которые соединен с питающим контактным элементом 458, причем эти элементы (454, 456, 458) служат для подачи электрической энергии к электроду 452, когда электрод смещен в переднее положение посредством упругого элемента 456. Электрод 452 сопряжен с плунжером 454, как и в более ранних вариантах осуществления. Узел содержит изолятор 460 с проходящим через него проходом 462. Проход 462 содержит пояс 464, который разделяет проход 462 на переднюю камеру 466 и заднюю камеру 468. Плунжер 454 и упругий элемент 456 и в этом случае заключены в задней камере 468.

Этот вариант осуществления отличается от более раннего узла 350 для удерживания электрода в том, что плунжер 454 содержит цилиндрическую выступающую часть 470, расположенную между характеризующейся формой усеченного конуса передней контактной поверхностью 472 плунжера и буртиком 474. Указанная цилиндрическая выступающая часть 470 характеризуется длиной L (отмеченной на фиг.14 и 15), которую выбирают достаточно длинной для того, чтобы предотвратить вхождение электрода 452 в отверстие 476 (отмеченное на фиг.13), ограниченное поясом 464. Указанная длина L обеспечивает то, что зазор (a) остается свободным во время работы горелки, как представлено на фиг.14. Выступающая часть 470 должна также характеризоваться длиной L, достаточной для того, чтобы существовал зазор (b), когда электрод 452 находится в своем заднем положении, как представлено на фиг.15. Эти условия обеспечивают поток газа за пределы плунжера 454 при введении газа в проход 462.

Изолятор 460 согласно этому варианту осуществления не содержит встроенного кольца для создания завихрений, а содержит ступенчатый передний край 478 изолятора, который стабилизирует отдельное кольцо 480 для создания завихрений, как лучше всего представлено на фиг.13.

На фиг.16 и 17 представлен узел 450′ для удерживания электрода, которому присущи все ограничения узла 450 для удерживания электрода, представленного на фиг.13-15, при этом он отличается от более раннего варианта осуществления тем, что электрод 452′ содержит проксимальную концевую область 482, характеризующуюся диаметром D_E электрода, который больше диаметра D₀ отверстия 476′; причем указанная геометрическая форма должна увеличивать завихрения потока воздуха в пределах плунжера 454′ и, таким образом, должна увеличивать теплопередачу между потоком воздуха и плунжером 454′.

Хотя новые признаки настоящей полезной модели были описаны в отношении конкретных вариантов осуществления и предпочтительных практических применений, специалисту в данной области техники следует понимать, что замена материалов и модификация деталей могут быть выполнены без отступления от сущности настоящей полезной модели.

Claims (20)

1. Узел для удерживания электрода в дуговой плазменной горелке с контактным поджигом, содержащей:

токоподводящий катод, связанный с источником питания и оканчивающийся поверхностью передачи энергии,

полость горелки,

элемент в виде сопла и

фиксирующий элемент для фиксации элемента в виде сопла относительно полости горелки,

причем узел для удерживания электрода содержит:

изолятор, выполненный с возможностью введения посредством скольжения в полость горелки и сконфигурированный для удержания в ней посредством фиксирующего элемента при фиксации элемента в виде сопла;

электрод, содержащий продольную ось и находящийся, по меньшей мере, частично в указанном изоляторе, причем указанный электрод выполнен с возможностью перемещения в направлении оси между передним положением для взаимодействия с элементом в виде сопла с тем, чтобы запустить горелку, и задним положением, удаленным от элемента в виде сопла так, чтобы поддерживать плазменную дугу, причем указанный электрод оканчивается

дистальным концом, включающим в себя испускающий элемент, и

проксимальным концом, оканчивающимся задней оконечной поверхностью электрода;

плунжер, изготовленный из проводящего материала и находящийся в указанном изоляторе, причем указанный плунжер содержит

переднюю контактную поверхность, сконфигурированную так, чтобы разъемно сопрягаться с указанной задней оконечной поверхностью электрода, и

заднюю секцию плунжера, оканчивающуюся задней поверхностью плунжера;

контактный элемент, сконфигурированный для зацепления с указанным изолятором и содержащий

группу проходов для газа, проходящих через него для того, чтобы обеспечить поток газа через указанный контактный элемент,

контактную переднюю поверхность и

контактную заднюю поверхность, причем указанный контактный элемент находится в зацеплении с указанным изолятором таким образом, чтобы указанная контактная задняя поверхность находилась в принудительном зацеплении с поверхностью передачи энергии катода при удерживании указанного изолятора в полости горелки;

упругий элемент, находящийся в зацеплении с указанным контактным элементом и указанной задней секцией плунжера;

средство для поддержания указанного плунжера, указанного упругого элемента и указанного контактного элемента в зацеплении друг с другом, обеспечивая удержание указанного плунжера и указанного упругого элемента в указанном изоляторе;

средство для обеспечения устойчивого заднего положения указанного электрода,

средство для обеспечения пути тока между указанным контактным элементом и указанным электродом, когда указанный электрод находится в переднем положении и

средство для обеспечения пути тока между указанным контактным элементом и указанным электродом, когда указанный электрод находится в заднем положении.

2. Узел по п.1, отличающийся тем, что указанная задняя оконечная поверхность электрода и указанная передняя контактная поверхность плунжера представляют собой сопрягающиеся неплоские поверхности.

3. Узел по п.2, отличающийся тем, что указанная задняя оконечная поверхность электрода и указанная передняя контактная поверхность плунжера представляют собой поверхности, характеризующиеся формой усеченного конуса.

4. Узел по п.3, отличающийся тем, что указанное средство для поддержания зацепления указанного плунжера, указанного упругого элемента и указанного контактного элемента выполнено в виде фрикционного зацепления указанного упругого элемента с указанным контактным элементом и с указанной задней секцией указанного плунжера.

5. Узел по п.2, отличающийся тем, что указанное средство для поддержания зацепления указанного плунжера, указанного упругого элемента и указанного контактного элемента дополнительно содержит:

центральный пояс указанного изолятора, характеризующийся таким размером поперечного сечения, чтобы сформировать отверстие, характеризующееся таким размером, чтобы указанный плунжер не мог пройти через него, причем указанный центральный пояс ограничивает переднюю камеру, в которой находится, по меньшей мере, часть указанного электрода, и заднюю камеру, в которой находятся указанный контактный элемент, указанный упругий элемент и, по меньшей мере, часть указанного плунжера, и указанный центральный пояс расположен так, чтобы указанный упругий элемент находился в сжатом состоянии.

6. Узел по п.5, отличающийся тем, что указанное отверстие, ограниченное указанным поясом, характеризуется таким размером, чтобы обеспечить прохождение части указанного проксимального конца указанного электрода через него, при этом между ними остается зазор для потока газа через него.

7. Узел по п.1, отличающийся тем, что указанный упругий элемент представляет собой проводящую пружину, при этом указанное средство для обеспечение пути тока между указанным контактным элементом и указанным электродом, когда указанный электрод находится в переднем положении, включает в себя указанную проводящую пружину и указанный плунжер.

8. Узел по п.7, отличающийся тем, что указанное средство для обеспечения пути тока между указанным контактным элементом и указанным электродом, когда указанный электрод находится в переднем положении, дополнительно содержит:

многожильный провод, соединяющий указанный контактный элемент и

указанный плунжер.

9. Узел по п.7, отличающийся тем, что указанный электрод, когда находится в заднем положении, толкает указанный плунжер в положение, в котором существует физический контакт между указанной контактной передней поверхностью указанного контактного элемента и указанной задней поверхностью указанного плунжера, причем указанный контакт выполняет функции указанного средства для обеспечения устойчивого заднего положения указанного электрода.

10. Узел по п.8, отличающийся тем, что устойчивое заднее положение указанного электрода обеспечено благодаря сложенному состоянию указанной пружины.

11. Узел по п.8, отличающийся тем, что указанное средство для обеспечения устойчивого заднего положения указанного электрода выполнено в виде изолирующего элемента, установленного, по меньшей мере, на одном из указанного плунжера и указанного контактного элемента и расположенного таким образом, чтобы находиться между ними.

12. Узел по п.1, отличающийся тем, что указанный изолятор представляет собой цилиндрический элемент, содержащий проходящий через него проход, причем указанный проход содержит центральный пояс, который разделяет указанный проход на переднюю камеру, сконфигурированную так, что указанный электрод может быть приведен в зацепление с ней посредством скольжения, и заднюю камеру, которая ограничивает перемещение указанного упругого элемента и указанного плунжера, и указанный проход содержит отверстие, ограниченное указанным центральным поясом, которое связывает указанную переднюю камеру и указанную заднюю камеру;

причем указанный центральный пояс и указанное отверстие сконфигурированы так, чтобы позволить указанному электроду входить в зацепление с указанным плунжером, когда горелка находится в собранном состоянии, а также обеспечивать разнесенное взаимное расположение между указанным плунжером и указанным центральным поясом, и между указанным электродом и указанным центральным поясом.

13. Узел по п.12, отличающийся тем, что дополнительно содержит

средство для предотвращения вхождения указанного электрода в указанное отверстие.

14. Узел по п.13, отличающийся тем, что устойчивое заднее положение указанного электрода предоставлено посредством контакта между указанным плунжером и указанным контактным элементом, который ограничивает перемещение назад указанного плунжера и указанного электрода при взаимодействии с указанным плунжером,

причем указанный плунжер содержит выступающую часть с длиной L, которая выбрана для блокировки перемещения указанного электрода в указанном отверстии, когда указанный плунжер взаимодействует с указанным контактным элементом.

15. Узел по п.14, отличающийся тем, что указанный проксимальный конец указанного электрода характеризуется диаметром D_E, который больше диаметра D₀ указанного отверстия.

16. Узел по п.15, отличающийся тем, что указанный плунжер изготовлен из металла, выбранного из группы, состоящей из

серебра и

сплавов на основе серебра.

17. Узел по п.1, отличающийся тем, что указанный плунжер изготовлен из металла, выбранного из группы, состоящей из

серебра и

сплавов на основе серебра.

18. Узел для удерживания электрода в дуговой плазменной горелке с контактным поджигом, содержащей,

по существу, цилиндрическую полость горелки, содержащую проксимальный конец полости и дистальный конец полости;

токоподводящий катод, связанный с источником питания и оканчивающийся контактной поверхностью, расположенной в проксимальном конце полости, и

элемент в виде сопла, который может быть зафиксирован относительно полости горелки так, чтобы, по существу, закрывать дистальный конец полости,

причем узел для удерживания электрода содержит:

электрод, оканчивающийся дистальным концом электрода, который содержит испускающий элемент, и проксимальным концом электрода, оканчивающимся оконечной поверхностью электрода,

причем указанный электрод выполнен с возможностью перемещения относительно элемента в виде сопла между передним положением, в котором указанный дистальный конец электрода взаимодействует с элементом в виде сопла, и задним положением, в котором указанный электрод находится на расстоянии от элемента в виде сопла; и

узел для удерживания электрода, содержащий

полый изолятор с центральной осью, причем указанный изолятор находится в таком зацеплении с полостью горелки, которое обеспечивает его удерживание в указанной полости,

причем указанный изолятор сконфигурирован так, чтобы частично вмещать указанный электрод, при этом указанный электрод выполнен с возможностью перемещения внутри изолятора между передним положением и задним положением, и

указанный изолятор дополнительно сконфигурирован так, чтобы обеспечить свободное удаление указанного электрода из указанного изолятора, когда элемент в виде сопла удален из фиксированного положения относительно полости,

контактный элемент, изготовленный из проводящего материала и присоединенный к указанному изолятору так, чтобы находиться в области проксимального конца полости горелки, причем указанный контактный элемент дополнительно содержит

проксимальную поверхность контактного элемента, которая расположена так, чтобы находиться в принудительном зацеплении с контактной поверхностью катода, когда указанный изолятор зафиксирован в полости горелки, и

дистальную поверхность контактного элемента,

упругий элемент, находящийся в принудительном зацеплении с указанной дистальной поверхностью контактного элемента,

плунжер, изготовленный из проводящего материала и содержащий

проксимальную поверхность плунжера, которая находится в принудительном зацеплении с указанным упругим элементом так, чтобы указанный упругий элемент смещал указанный плунжер от указанного контактного элемента, и

дистальная поверхность плунжера, которая сконфигурирована с возможностью зацепления в направлении оси, по меньшей мере, с частью указанной оконечной поверхности указанного электрода, причем указанное зацепление заставляет указанный плунжер сжимать указанный упругий элемент, когда указанный электрод находится в дистальном положении электрода,

средство для ограничения перемещения указанного электрода по направлению к указанному контактному элементу таким образом, чтобы определить заднее положение указанного электрода,

средство для обеспечения пути тока между указанным контактным элементом и указанным электродом, когда указанный электрод смещен из своего заднего положения,

средство для обеспечения пути тока между указанным контактным элементом и указанным электродом, когда указанный электрод находится в заднем положении, и

средство для поддержания указанного плунжера и указанного упругого элемента, соединенные с указанным контактным элементом, когда указанный электрод удален из указанного полого изолятора.

19. Узел по п.18, отличающийся тем, что указанная оконечная поверхность электрода и указанная дистальная поверхность плунжера представляют собой неплоские поверхности.

20. Узел по п.19, отличающийся тем, что указанный изолятор содержит проходящий через него проход, причем указанный проход содержит центральный пояс, который разделяет указанный проход на переднюю камеру, сконфигурированную так, что указанный электрод может быть приведен в зацепление с ней посредством скольжения, и заднюю камеру, которая ограничивает перемещение указанного упругого элемента и указанного плунжера, и указанный проход содержит отверстие, ограниченное указанным центральным поясом, которое связывает указанную переднюю камеру и указанную заднюю камеру, и

причем указанный пояс и указанное отверстие сконфигурированы так, чтобы позволить указанному электроду входить в зацепление с указанным плунжером, когда горелка находится в собранном состоянии, а также обеспечивать разнесенное взаимное расположение между указанным плунжером и указанным поясом и между указанным электродом и указанным поясом.