RU2041039C1 - Steam-and-water plasmotron - Google Patents
Steam-and-water plasmotron Download PDFInfo
- Publication number
- RU2041039C1 RU2041039C1 RU93007715A RU93007715A RU2041039C1 RU 2041039 C1 RU2041039 C1 RU 2041039C1 RU 93007715 A RU93007715 A RU 93007715A RU 93007715 A RU93007715 A RU 93007715A RU 2041039 C1 RU2041039 C1 RU 2041039C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- arc
- plasma torch
- glass
- plasma
- water
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности к плазменной технике, и может быть использовано в различных технологических операциях: плазменной резке, сварке, наплавке и т.д. The invention relates to mechanical engineering, in particular to plasma technology, and can be used in various technological operations: plasma cutting, welding, surfacing, etc.
Известен пароводяной плазмотрон, включающий корпус, установленный в нем электрододержатель с закрепленным в нем электродом, сопло, укрепленное на корпусе с зазором относительно электрода, образующим камеру формирования дуги, устройство парообразования в виде пленочного испарителя, систему охлаждения плазмотрона в виде каналов в корпусе, включающую расположенные в полости электрода и электрододержателя радиаторы охлаждения, и патрубок подачи пара в плазмотрон. Пароводяной плазмотрон снабжен токоподводом. Недостатком известного плазмотрона является необходимость точной подачи охлаждающей воды или подачи из вне водяного пара с точно заданными теплофизическими параметрами в случае недостаточной мощности парообразования пленочного испарителя (при изменении мощности плазменной дуги) с тем, чтобы обеспечить гарантированное охлаждение теплонагруженных деталей плазмотрона и одновременно исключить попадание воды в виде капелек жидкости в камеру формирования дуги, чтобы обеспечить стабильную работу плазмотрона. Known steam-water plasmatron, comprising a housing, an electrode holder installed therein with an electrode fixed therein, a nozzle mounted on the housing with a gap relative to the electrode forming an arc-forming chamber, a vaporization device in the form of a film evaporator, a plasma torch cooling system in the form of channels in the housing, including located in the cavity of the electrode and electrode holder cooling radiators, and a pipe for supplying steam to the plasma torch. The steam-water plasma torch is equipped with a current lead. A disadvantage of the known plasma torch is the need for an accurate supply of cooling water or an external steam supply with precisely specified thermophysical parameters in case of insufficient vaporization power of the film evaporator (when changing the plasma arc power) in order to ensure guaranteed cooling of the heat-loaded parts of the plasma torch and at the same time to prevent water from entering the in the form of liquid droplets into the arc chamber to ensure stable operation of the plasma torch.
Данная конструкция плазмотрона не обеспечивает стабильной работы плазмотрона, так как не исключает попадание капель воды в камеру формирования дуги и не дает возможности регулирования мощностью плазмотрона в процессе его работы, требующейся по технологии (изменение толщины листа, скорости резания и т.д.) потому, что количество плазмообразующего газа и интенсивность охлаждения теплонагруженных деталей зависят от конструкции плазмотрона и имеют ограниченный диапазон варьирования при небольшом уровне мощности плазмотрона. Кроме того, необходимость подачи пара от внешнего источника влечет за собой наличие сложной системы парообразования, с паропроводами, отвечающими условиям надежности работы и безопасности персонала и тем самым усложняет и удорожает конструкцию плазмотрона и его эксплуатацию. This design of the plasma torch does not provide stable operation of the plasma torch, since it does not exclude the ingress of water droplets into the arc chamber and does not make it possible to control the power of the plasma torch during its operation, which is required by technology (changing sheet thickness, cutting speed, etc.) because that the amount of plasma-forming gas and the cooling rate of heat-loaded parts depend on the design of the plasma torch and have a limited range of variation with a small power level of the plasma torch. In addition, the need to supply steam from an external source entails the presence of a complex vaporization system, with steam pipelines that meet the conditions of reliable operation and personnel safety, and thereby complicates and increases the cost of the plasma torch design and its operation.
Наиболее близким к заявляемому является пароводяной плазмотрон, включающий корпус, установленный в нем электрододержатель с закрепленным в нем электродом, сопло, укрепленное на корпусе с зазором относительно электрода, образующим камеру формирования дуги, устройство парообразования, выполненное в виде пористой сужающейся трубки с порами 1,5-1500 мк, укрепленной внутри сопла. Плазмотрон включает также систему охлаждения плазмотрона в виде каналов, выполненных в корпусе, с патрубком подачи воды, снабженным регулирующим устройством, и токоподвод. Вода подается в плазмотрон через патрубок подачи воды и, проходя по каналам системы охлаждения, охлаждает рабочую камеру, электрод и сопло. В результате охлаждения плазмотрона вода нагревается, частично испаряется и подается по каналам системы охлаждения в сужающуюся трубку из пористого материала для создания плазмообразующего тела и подачи его в камеру формирования дуги. Проходя под давлением через поры сужающейся трубки, вода нагревается и распыляется, образуя на выходе из пористой трубки в камере формирования дуги двухфазную смесь, являющуюся плазмообразующим телом, которое далее подается к соплу. Двухфазная смесь, выходя из пор трубки с большой скоростью, при взаимодействии с другой ионизируется, образуя плазму. Однако, процесс парообразования, происходящий непосредственно в камере формирования дуги ведет к интенсивному охлаждению дуги за счет потерь энергии на скрытую теплоту парообразования капелек воды двухфазной смеси, попавших в камеру формирования дуги за счет неполного испарения ее. Эти потери энергии в камере формирования дуги снижают мощность плазмотрона (из-за понижения температуры плазмы), а попадание капелек воды в камеру формирования дуги при изменении мощности плазмотрона ведет к мгновенному (со скоростью взрыва) локальному увеличению объема плазмообразующего газа (более чем в 700 раз), что вызывает нестабильность горения дуги вплоть до ее гашения, а следовательно исключает возможность регулирования мощности дуги при работе плазмотрона. Кроме того, образование двухфазной смеси прохождением воды через пористую поверхность трубки не обеспечивает равномерную подачу плазмообразующего тела в камеру формирования дуги в результате засорения пор, образования накипи, оплавления пор при высоких температурах, что также влечет за собой нестабильность горения дуги и не позволяет регулировать ее мощность в процессе работы. Closest to the claimed one is a steam-water plasma torch, including a housing, an electrode holder installed therein with an electrode fixed therein, a nozzle mounted on the housing with a gap relative to the electrode forming an arc-forming chamber, a vaporization device made in the form of a porous tapering tube with 1.5 pores -1500 microns, fortified inside the nozzle. The plasma torch also includes a plasma torch cooling system in the form of channels made in the housing, with a water supply pipe equipped with a control device, and a current lead. Water is supplied to the plasma torch through a water supply pipe and, passing through the channels of the cooling system, cools the working chamber, electrode and nozzle. As a result of cooling the plasma torch, the water heats up, partially evaporates, and is supplied through the channels of the cooling system to a tapering tube of porous material to create a plasma-forming body and supply it to the arc-forming chamber. Passing under pressure through the pores of the tapering tube, the water is heated and sprayed, forming a two-phase mixture at the outlet of the porous tube in the arc chamber, which is a plasma-forming body, which is then supplied to the nozzle. A two-phase mixture, leaving the pores of the tube at high speed, ionizes when interacting with another, forming a plasma. However, the process of vaporization that takes place directly in the arc-forming chamber leads to intensive cooling of the arc due to energy losses due to the latent heat of vaporization of water droplets of a two-phase mixture that enter the arc-forming chamber due to its incomplete evaporation. These energy losses in the arc chamber reduce the power of the plasma torch (due to lower plasma temperature), and droplets of water entering the arc chamber when the plasma torch power changes leads to an instantaneous (with explosion speed) local increase in the volume of the plasma-forming gas (more than 700 times ), which causes instability of the arc burning up to its extinction, and therefore excludes the possibility of regulating the arc power during operation of the plasma torch. In addition, the formation of a two-phase mixture by the passage of water through the porous surface of the tube does not provide a uniform supply of the plasma-forming body to the arc-forming chamber as a result of clogging of pores, scale formation, and pore fusion at high temperatures, which also entails instability of arc burning and does not allow controlling its power in progress.
В основу изобретения положена задача увеличения мощности плазменной дуги и стабильности работы плазмотрона за счет снижения потерь на охлаждение теплонагруженных узлов плазмотрона и плазмообразование рабочего тела с обеспечением регулирования мощности плазменной дуги в процессе работы плазмотрона. The basis of the invention is the task of increasing the power of the plasma arc and the stability of the plasma torch by reducing the cooling losses of the heat-loaded nodes of the plasma torch and plasma formation of the working fluid with the regulation of the power of the plasma arc during operation of the plasma torch.
Поставленная задача решается тем, что в пароводяном плазмотроне, содержащем корпус, установленный в нем электрододержатель с закрепленным в нем электродом, сопло, закрепленное на корпусе с зазором относительно электрода, образующим камеру формирования дуги, систему охлаждения в виде каналов и патрубков в корпусе, патрубка подачи воды, с регулирующим устройством, а также устройство парообразования, устройство парообразования выполнено в виде парогенератора с закрепленным на нерабочем торце плазмотрона стаканом с трубкой, имеющей ребра на наружной поверхности, и установленной в стакане с зазором относительно него, и с нагревательным элементом, закрепленным на стакане, при этом полость трубки соединена с камерой формирования дуги и полостью стакана, а полость стакана соединена с системой охлаждения. Нагревательный элемент снабжен источником питания с регулятором напряжения. На камере формирования дуги установлен датчик температуры, связанный с регулятором напряжения. The problem is solved in that in a steam-water plasma torch containing a housing, an electrode holder installed therein with an electrode fixed thereto, a nozzle mounted on the housing with a gap relative to the electrode forming an arc forming chamber, a cooling system in the form of channels and nozzles in the housing, a supply pipe water, with a regulating device, as well as a steam generation device, a steam generation device made in the form of a steam generator with a glass attached to the inactive end of the plasma torch with a tube having ribs on the outer surface, and installed in the glass with a gap relative to it, and with a heating element mounted on the glass, while the tube cavity is connected to the arc forming chamber and the glass cavity, and the glass cavity is connected to the cooling system. The heating element is equipped with a power source with a voltage regulator. A temperature sensor connected to a voltage regulator is installed on the arc-forming chamber.
Выполнение устройства парообразования в виде парогенератора, закрепленного на нерабочем торце плазмотрона (за пределами камеры формирования дуги), соединенного последовательно с системой охлаждения плазмотрона, снабженной регулятором подачи воды и регулятором напряжения позволило получить плазмообразующее тело в виде осушенного пара, в котором исключено наличие капелек воды в камере формирования дуги при всех уровнях мощности плазмотрона при гарантии охлаждения теплонагруженных узлов, и обеспечить тем самым оптимальные условия работы плазмотрона, увеличить его мощность и стабильность в работе. The implementation of the vaporization device in the form of a steam generator mounted on the idle end of the plasma torch (outside the arc chamber), connected in series with the cooling system of the plasma torch, equipped with a water supply regulator and a voltage regulator made it possible to obtain a plasma-forming body in the form of dried steam, in which the presence of water droplets in the arc forming chamber at all power levels of the plasma torch while guaranteeing the cooling of heat-loaded nodes, and thereby ensure optimal conditions for plasmatron bots, increase its power and stability in operation.
В данной конструкции интенсивность охлаждения плазмотрона, мощность плазменной дуги, количество плазмообразующего газа и степень осушенности рабочего тела в виде водяного пара не зависят жестко друг от друга, что позволяет варьировать мощностью плазмотрона, обеспечивать необходимые условия его работы при изменении технологических параметров (изменении мощности при врезании, при изменении толщины листа, при изменении скорости резания и т.д. ). In this design, the cooling intensity of the plasma torch, the power of the plasma arc, the amount of plasma forming gas, and the degree of dehydration of the working fluid in the form of water vapor are not rigidly dependent on each other, which makes it possible to vary the power of the plasma torch and provide the necessary conditions for its operation when changing technological parameters (changing power when cutting , when changing the thickness of the sheet, when changing the cutting speed, etc.).
Выполнение парогенератора в виде стакана, закрепленного на нерабочем торце плазмотрона с трубкой, имеющей ребра на наружной поверхности и установленной в стакане с зазором относительно него, и с нагревательным элементом, закрепленным на стакане, снабженным источником питания и регулятором напряжения, связанным с датчиком температуры, установленным на камере формирования дуги в совокупности с системой охлаждения в виде каналов и патрубков в корпусе плазмотрона, связывают в единую последовательную цепь независящие друг от друга элементы, включающие систему охлаждения плазмотрона с регулятором подачи воды, парогенератор и камеру формирования дуги. The implementation of the steam generator in the form of a glass, mounted on the non-working end of the plasma torch with a tube having ribs on the outer surface and installed in the glass with a gap relative to it, and with a heating element mounted on the glass, equipped with a power source and voltage regulator associated with the temperature sensor installed on the chamber of the formation of the arc, in conjunction with the cooling system in the form of channels and nozzles in the plasma torch body, the elements independent of each other are connected in a single serial circuit s, including the plasma torch cooling system with a water supply control, the steam generator and the arc formation chamber.
По этой цепи протекает рабочее тело сначала в виде жидкости (вода), затем в виде двухфазной смеси и в виде осушенного пара в котором исключено наличие капелек воды в камере формирования дуги. Этим достигается использование энергии от охлаждения теплонагруженных узлов плазмотрона на плазмообразование рабочего тела, снижение тем самым потерь энергии, повышение мощности плазменной дуги и ее стабильности, что в свою очередь обеспечивает возможность регулирования мощности плазменной дуги в процессе работы плазмотрона. The working fluid flows along this chain, first in the form of a liquid (water), then in the form of a two-phase mixture and in the form of dried steam, in which the presence of water droplets in the arc chamber is excluded. This achieves the use of energy from cooling the heat-loaded nodes of the plasma torch to plasma formation of the working fluid, thereby reducing energy losses, increasing the power of the plasma arc and its stability, which in turn provides the ability to control the power of the plasma arc during the operation of the plasma torch.
Отсутствие капелек воды в камере формирования дуги исключает потери, связанные с скрытой теплотой парообразования, что ведет к увеличению температуры плазменной дуги, при одном и том же потреблении энергии и в конечном итоге к увеличению мощности плазмотрона. The absence of water droplets in the arc chamber eliminates the losses associated with the latent heat of vaporization, which leads to an increase in the temperature of the plasma arc, at the same energy consumption, and ultimately to an increase in the power of the plasma torch.
Осушенность рабочего газа позволяет обеспечить стабильность в работе плазмотрона при всех уровнях мощности независимо от ее величины, в том числе и в процессе запуска плазмотрона в работу. The drying of the working gas makes it possible to ensure stability in the operation of the plasma torch at all power levels, regardless of its value, including during the start-up of the plasma torch.
Последовательное соединение в системе охлаждения парогенератора и камеры формирования дуги позволяет использовать полностью всю энергию, в том числе и энергию, идущую на нагрев деталей плазмотрона от воздействия плазменной дуги, и энергию на поддержание осушенности газа, на плазмообразование рабочего тела, что повышает КПД работы плазмотрона и тем самым его мощность. The serial connection in the cooling system of the steam generator and the arc-forming chamber makes it possible to use all of the energy, including the energy used to heat the plasma torch parts from the action of the plasma arc, and the energy to maintain the dehumidification of the gas, and the plasma formation of the working fluid, which increases the efficiency of the plasma torch and thereby its power.
Интенсивный теплоотвод от теплонагруженных деталей плазмотрона позволяет повысить нагрузку на них, т.е. увеличить температуру плазмы и тем самым увеличить мощность плазмотрона. Кроме того увеличивается безотказность, стабильность в работе плазмотрона из-за повышения долговечности теплонагруженных деталей (сопло, электрод). Intensive heat removal from heat-loaded parts of the plasma torch allows you to increase the load on them, i.e. increase the plasma temperature and thereby increase the power of the plasma torch. In addition, the reliability, stability of the plasma torch increases due to increased durability of heat-loaded parts (nozzle, electrode).
Конструкция плазмотрона позволяет варьировать расходом и давлением рабочего тела независимо от жестко заданных конструктивных особенностей камеры формирования дуги, за счет этого можно увеличить динамический напор плазменной дуги, что эквивалентно увеличению мощности плазмотрона, так как увеличивается прорезающая способность плазмотрона. Кроме того, варьирование расходом и давлением рабочего тела позволяет сильнее обжимать плазменный шнур дуги (за счет более интенсивного завихрения), что ведет к увеличению плотности мощности плазменной струи и также увеличивает ее прорезающую способность. The design of the plasma torch allows you to vary the flow rate and pressure of the working fluid, regardless of the rigidly set design features of the arc chamber, due to this, you can increase the dynamic pressure of the plasma arc, which is equivalent to increasing the power of the plasma torch, since the cutting ability of the plasma torch increases. In addition, the variation in the flow rate and pressure of the working fluid allows a stronger compression of the plasma arc cord (due to more intense turbulence), which leads to an increase in the power density of the plasma jet and also increases its penetrating ability.
Варьирование мощностью плазмотрона как за счет регулирования расхода воды (т. е. расхода плазмообразующего тела), так и за счет режима работы парогенератора, связанного с датчиком температуры, установленным на камере формирования дуги вплоть до выключения парогенератора при большой мощности плазменной дуги, когда нагрева от плазменной струи достаточно для образования и осушки требуемого количества пара или при переключении на малую мощность плазмотрона, например при резке тонких листов, позволяет выбрать оптимальный режим работы плазмотрона, повысить его КПД, при различных технологических требованиях, обеспечить при этом стабильность его работы за счет отсутствия капелек воды в камере формирования дуги при изменении мощности плазмотрона, повышение стойкости и надежности в работе теплонагруженных деталей за счет оптимального температурного режима работы их при изменении мощности плазмотрона. Varying the power of the plasma torch both by regulating the flow of water (i.e., the flow rate of the plasma forming body), and due to the mode of operation of the steam generator associated with the temperature sensor installed on the arc forming chamber until the steam generator turns off when the plasma arc is high, when the heating is a plasma jet is sufficient for the formation and drying of the required amount of steam or when switching to a low power plasma torch, for example when cutting thin sheets, allows you to choose the optimal mode of operation of the plasma otron, to increase its efficiency, under various technological requirements, while ensuring the stability of its operation due to the absence of water droplets in the chamber of the arc formation when the power of the plasma torch is changed, the stability and reliability of the heat-loaded parts increase due to the optimal temperature mode of operation when the power of the plasma torch is changed .
Таким образом новый технический результат увеличение мощности плазмотрона и стабильности дуги за счет снижения потерь энергии на плазмообразование, достигается за счет выполнения устройства парообразования в виде парогенератора, укрепления его на нерабочем торце плазмотрона, последовательного соединения его с системой охлаждения при наличии в цепи его питания регулятора напряжения и датчика температуры на камере формирования дуги. Все это обеспечивает оптимальные условия охлаждения плазмотрона и возможность регулирования мощности в процессе работы плазмотрона. Thus, a new technical result is an increase in the power of the plasma torch and arc stability due to the reduction of energy losses due to plasma formation, achieved by performing a steam generation device in the form of a steam generator, strengthening it at the inactive end of the plasma torch, connecting it in series with the cooling system if there is a voltage regulator in its power circuit and a temperature sensor on the arc forming chamber. All this provides optimal conditions for cooling the plasma torch and the ability to control power during operation of the plasma torch.
На чертеже представлен пароводяной плазмотрон. The drawing shows a steam-water plasmatron.
Пароводяной плазмотрон включает корпус 1, патрубок 2 подачи дистиллированной воды в плазмотрон с встроенным в него игольчатым клапаном 3, регулирующим подачу воды в плазмотрон и токоподвод 4, соединенный посредством полого электрододержателя 5, укрепленного на корпусе 1 с медным электродом 6, вставленным в электрододержатель 5. В медный электрод 6 запрессован термохимический катод в виде гафниевой вставки 7. Внутри полого электрододержателя 5 установлена с зазором 8 трубка 9 подачи воды для охлаждения электрода 6. Снаружи электрододержателя 5 укреплены завихритель 10 плазмообразующего газа и изолирующие втулки 11 и 12, центрирующие медное сопло 13 с плазмоформирующим каналом 14 и рубашку 15 охлаждения относительно электрода 6. The steam-water plasma torch includes a housing 1, a nozzle 2 for supplying distilled water to the plasma torch with a needle valve 3 built into it, regulating the water supply to the plasma torch and current lead 4, connected via a hollow electrode holder 5, mounted on the housing 1 with a copper electrode 6 inserted into the electrode holder 5. A thermochemical cathode is pressed into the copper electrode 6 in the form of a hafnium insert 7. Inside the hollow electrode holder 5, a water supply pipe 9 is installed with a gap 8 to cool the electrode 6. Outside of the electrode holder 5 strengthened the plasma swirl gas 10 and insulating sleeves 11 and 12, centering the copper nozzle 13 with the plasma forming channel 14 and the cooling jacket 15 relative to the electrode 6.
Плазмоформирующий канал 14 выполнен в виде центрального сквозного отверстия с конической входной частью. В рубашке 15 охлаждения сопло 13 выполнены каналы подвода 16 и отвода 17 воды, входящие в систему охлаждения плазмотрона. Имеющаяся в пароводяном плазмотроне система охлаждения теплонагруженных узлов включает в себя установленные по ходу движения и последовательно соединенные игольчатый клапан 3, регулирующий подачу воды в плазмотрон, патрубок 2 подачи воды в плазмотрон трубку 9 подачи воды в электрододержатель 5, зазор 8 между трубкой 9 и электрододержателем 5, распределительный канал 18 в корпусе 1, канал 16 подвода воды к рубашке 15 охлаждения, рубашку 15 охлаждения, канал 17 отвода воды от рубашки 15 охлаждения и канал 19 в корпусе 1, с помощью которого система охлаждения плазмотрона соединяется с парогенератором 20, выполненным в виде стакана 21, закрепленного на нерабочем торце плазмотрона. Внутри стакана 21 установлена полая трубка 22 с ребрами 23 на внешней ее поверхности, закрепленная на нерабочем торце корпуса 1 плазмотрона с зазором 24 относительно стакана 21. На стакане 21 закреплен нагревательный элемент 25, выполненный в виде спирали из нихрома диаметром 0,2 мм, в цепи 26 электропитания которой установлен регулятор 27 напряжения. The plasma forming channel 14 is made in the form of a central through hole with a conical inlet. In the cooling jacket 15, the nozzle 13 has channels for supplying 16 and water outlet 17 included in the plasma torch cooling system. The cooling system of heat-loaded units available in the steam-water plasmatron includes a needle valve 3 installed in the direction of travel and connected in series, regulating the water supply to the plasmatron, a water supply pipe 2 to the plasma torch, a water supply pipe 9 to the electrode holder 5, a gap 8 between the tube 9 and the electrode holder 5 , a distribution channel 18 in the housing 1, a channel 16 for supplying water to the cooling jacket 15, a cooling jacket 15, a channel 17 for discharging water from the cooling jacket 15, and a channel 19 in the housing 1 with which the cooling system Denia torch is connected to the steam generator 20, made in the form of a cup 21 mounted on the non-working end of the plasma torch. Inside the cup 21, a hollow tube 22 with ribs 23 on its outer surface is mounted, fixed to the inactive end of the plasmatron case 1 with a gap 24 relative to the cup 21. A heating element 25, made in the form of a nichrome spiral with a diameter of 0.2 mm, is fixed on the cup 21 power supply circuit 26 of which a voltage regulator 27 is installed.
Снаружи нагревательный элемент 25 закрыт кожухом 28. Внутренняя полость трубки 22 с помощью каналов 29 и 30 и полости 31 между рубашкой 15 и электрододержателем 5 соединена с завихрителем 10 и камерой 32 формирования дуги, образованной в зазоре между электродом 6 и соплом 13. Outside, the heating element 25 is closed by a casing 28. The internal cavity of the tube 22 by means of channels 29 and 30 and a cavity 31 between the jacket 15 and the electrode holder 5 is connected to the swirler 10 and the arc forming chamber 32 formed in the gap between the electrode 6 and the nozzle 13.
На внешней стороне рубашки 15 на уровне камеры 32 формирования дуги установлен датчик 33 температуры, выполненный в виде хромелькопелевой термопары, соединенной с сетью электропитания нагревательного элемента системой управления 34. On the outer side of the jacket 15 at the level of the arc forming chamber 32, a temperature sensor 33 is installed, made in the form of a chromelpel thermocouple connected to the power supply network of the heating element by the control system 34.
Пароводяной плазмотрон работает следующим образом. По цепи 26 электропитания нагревательного элемента 25 подается электрический ток и за счет тепла, выделившегося на спирали, плазмотрон нагревается до температуры 120-180оС, фиксируемой датчиком 33 температуры. По достижении этой температуры по патрубку 2 начинают постоянно подавать дистиллированную воду комнатной температуры в электрододержатель 5, проходя по которому вода нагревается и закипает. Кипящая вода поступает через канал 16 в рубашку 15 охлаждения сопла 13, а затем по каналам 17 и 19 в парогенератор 20, где на ребрах 23 докипают остатки неиспарившейся воды. Образовавшийся водяной пар на них же и осушается под действием нагрева спирали при прохождении зазора 24. Далее через внутреннюю полость парогенератора 20 осушенный пар поступает по каналам 29 и 30 в полость 31 на завихритель 10. Проходя через завихритель 10, пар завихряется и подается в камеру 32 формирования дуги в качестве плазмообразующего тела.Steam-plasma torch works as follows. 26 power supply circuit of the heating element 25 is supplied electric current and by the heat evolved on helix plasma torch is heated to a temperature of about 120-180 C., a temperature sensor 33 fixated. Upon reaching this temperature, pipe 2 begins to constantly supply distilled water at room temperature to the electrode holder 5, passing through which the water heats up and boils. Boiling water enters through the channel 16 into the cooling jacket 15 of the nozzle 13, and then through the channels 17 and 19 to the steam generator 20, where the remaining evaporated water is boiled on the ribs 23. The water vapor formed on them is also dried by heating the spiral while passing the gap 24. Then, through the internal cavity of the steam generator 20, the dried steam flows through the channels 29 and 30 into the cavity 31 to the swirl 10. Passing through the swirl 10, the steam swirls and enters the chamber 32 the formation of an arc as a plasma-forming body.
По токоподводу 4 к электроду 6 подается импульс высокого напряжения, который пробивает промежуток в камере 32 между электродом 6 и соплом 13. Дуга зажигается. Далее по токоподводу 4 к электроду 6 поступает постоянный ток величиной 100-400А и напряжением порядка 200В. При взаимодействии с дугой водород и кислород осушенного пара ионизируются, образуя стабильно горящую плазму температурой свыше 10 000 оС градусов. В теле разрезаемого металла ионы водорода и кислорода рекомбинируют с выделением тепла, идущего на расплавление металла. В дальнейшем атомы водорода и кислорода соединяются в молекулу воды, выделяющаяся при этом энергия идет также на расплавление разрезаемого металла, а так как количество атомов кислорода и водорода строго соответствует стехиометрическому соотношению молекулы воды, то разрезаемый металл не окисляется, капельки расплавленного металла удаляются из зоны резки в компактном виде, т.е. водяной пар является для них защитной средой.A high voltage pulse is supplied to the electrode 6 through the current supply 4, which punches the gap in the chamber 32 between the electrode 6 and the nozzle 13. The arc ignites. Further, through a current supply 4, a direct current of 100-400A and a voltage of about 200V is supplied to the electrode 6. By reaction with hydrogen and oxygen arc dry vapor are ionized to form a plasma stably burning temperature over 10 000 C degrees. In the body of the metal to be cut, hydrogen and oxygen ions recombine with the release of heat going to the molten metal. Subsequently, the hydrogen and oxygen atoms are combined into a water molecule, the energy released in this case also goes to the melting of the metal being cut, and since the number of oxygen and hydrogen atoms strictly corresponds to the stoichiometric ratio of the water molecule, the metal being cut does not oxidize, droplets of the molten metal are removed from the cutting zone in compact form, i.e. water vapor is a protective environment for them.
Процесс резки является экологически чистым, выделяющиеся в процессе резки пары воды безвредны. The cutting process is environmentally friendly, water vapor released during the cutting process is harmless.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93007715A RU2041039C1 (en) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | Steam-and-water plasmotron |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU93007715A RU2041039C1 (en) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | Steam-and-water plasmotron |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU93007715A RU93007715A (en) | 1995-03-20 |
| RU2041039C1 true RU2041039C1 (en) | 1995-08-09 |
Family
ID=20137001
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU93007715A RU2041039C1 (en) | 1993-02-08 | 1993-02-08 | Steam-and-water plasmotron |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2041039C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT503646B1 (en) * | 2006-09-15 | 2007-12-15 | Fronius Int Gmbh | Water vapor plasma burner for cutting a workpiece, comprises a feed line for a liquid, a heating device, an evaporator for forming a gas from the liquid, a cathode detachably connected to a movably mounted piston rod, and a nozzle |
| WO2010053387A1 (en) * | 2008-06-25 | 2010-05-14 | Centrum Innowacji, Badan I Wdrozen | A method and reactor for thermal decomposition of water |
-
1993
- 1993-02-08 RU RU93007715A patent/RU2041039C1/en active
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| Патент ГДР N 282564, кл. H 05H 1/34, 1984. * |
| Патент США N 3830428, кл. B 23K 9/00, 1974. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AT503646B1 (en) * | 2006-09-15 | 2007-12-15 | Fronius Int Gmbh | Water vapor plasma burner for cutting a workpiece, comprises a feed line for a liquid, a heating device, an evaporator for forming a gas from the liquid, a cathode detachably connected to a movably mounted piston rod, and a nozzle |
| US8455785B2 (en) | 2006-09-15 | 2013-06-04 | Fronius International Gmbh | Water-vapor plasma torch, and wear-detection and process-control method to be used with such a water-vapor plasma torch |
| WO2010053387A1 (en) * | 2008-06-25 | 2010-05-14 | Centrum Innowacji, Badan I Wdrozen | A method and reactor for thermal decomposition of water |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5609777A (en) | Electric-arc plasma steam torch | |
| US3854032A (en) | Superheated electric arc steam generator | |
| US5247152A (en) | Plasma torch with improved cooling | |
| JPH0710361B2 (en) | Improved plasma frame spray gun method and apparatus with adjustable ratio of radial to tangential plasma gas flow | |
| CA1242000A (en) | Plasma arc bulk air heating apparatus | |
| RU2041039C1 (en) | Steam-and-water plasmotron | |
| RU2071190C1 (en) | Electric arc plasma torch | |
| JP4217286B2 (en) | Method and apparatus for supplying liquid fuel and gaseous fuel to a gas turbine | |
| JPH09196302A (en) | Vapor producer | |
| EP0640426B1 (en) | Electric arc plasma torch | |
| US3376468A (en) | Method and apparatus for heating gases to high temperatures | |
| RU2055449C1 (en) | Plasma generation process | |
| RU2072640C1 (en) | Arc-plasma torch | |
| CN107931804B (en) | Water injection plasma metal cutting method | |
| US3644781A (en) | Method of energy transfer to a heterogeneous fluid medium utilizing a fluid convection plasma jet | |
| TWI325350B (en) | ||
| RU2431685C2 (en) | Procedure for treatment of surface of metals by heating with plasma jet | |
| RU202987U1 (en) | AC THREE-PHASE PLASMA TORCH | |
| RU2268558C2 (en) | Water-steam plasma generator | |
| JPH04124445A (en) | Plasma jet generating method and plasma generator | |
| RU2757377C1 (en) | Method for producing low-temperature plasma and hot gas for physico-chemical effect on substances and unit for producing low-temperature plasma and hot gas for physico-chemical effect on substances (variants) | |
| RU2286033C1 (en) | Plasmatron with liquid electrolytic cathode | |
| SU792614A1 (en) | Electric-arc gas heater | |
| RU2066517C1 (en) | Plasma-arc burner | |
| RU2381417C1 (en) | Burner and burner operation method (versions) |