RU2072640C1

RU2072640C1 - Arc-plasma torch

Info

Publication number: RU2072640C1
Application number: RU94005971A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Апуневич; Евгений Иванович Титаренко
Original assignee: Александр Иванович Апуневич; Евгений Иванович Титаренко
Priority date: 1994-02-21
Filing date: 1994-02-21
Publication date: 1997-01-27

Abstract

FIELD: plasma treatment. SUBSTANCE: arc-plasma torch has a body with a coaxially installed nozzle-anode and cathode, as well as a reservoir for working fluid made of moisture-absorbing material. The branch pipe connecting the body to the reservoir is filled with porous heat-conducting material. Fluid absorbed by this material is evaporated, and vapor through ducts is fed to the discharge chamber. The ducts are made in a ring installed between porous heat-conducting material and nozzle-anode. EFFECT: improved design. 3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электродуговым генераторам низкотемпературной плазмы плазменным горелкам и может быть использовано в машиностроении, автомобилестроении, авиационной, электротехнической и других отраслях промышленности для осуществления различных видов плазменной обработки резки, сварки и термической обработки поверхности материалов. The invention relates to electric arc generators of low-temperature plasma plasma torches and can be used in mechanical engineering, automotive, aviation, electrical and other industries for various types of plasma processing of cutting, welding and surface treatment of materials.

Более точно изобретение относится к тем генераторам низкотемпературной плазмы (плазмотронам), в которых в качестве рабочего тела используется пар. More precisely, the invention relates to those low-temperature plasma generators (plasmatrons) in which steam is used as a working fluid.

Известны генераторы плазмы, в которых в качестве рабочего тела используется пар. При этом пар может или подводиться к генератору от специального источника, или же вырабатываться непосредственно в генераторе за счет высоких температур. При этом процесс парообразования может совмещаться с отводом тепла от электродов плазмотрона. Plasma generators are known in which steam is used as a working medium. In this case, steam can either be supplied to the generator from a special source, or can be generated directly in the generator due to high temperatures. In this case, the process of vaporization can be combined with the removal of heat from the electrodes of the plasma torch.

Распространенным решением по осуществлению этого процесса является подвод испаряемой жидкости через каналы в электродах, проходя по которым она испаряется, одновременно охлаждая электроды. A common solution for the implementation of this process is the supply of evaporated liquid through channels in the electrodes, passing through which it evaporates, while cooling the electrodes.

Принятый за прототип генератор плазмы (заявка WO 88/00427) содержит разрядную камеру, два электрода, в одном из которых выполнены каналы для поступления жидкости, при испарении которой под действием дуги образуется пар, служащий рабочим телом при образовании плазменной струи. Жидкий материал, подвергаемый испарению, поступает в плазмотрон из отдельного резервуара по внешним коммуникациям. Изобретение направлено на решение задачи создания компактного устройства за счет совмещения в одном элементе конструкции функций источника рабочего тела (пара) и эффективного охладителя. The plasma generator adopted for the prototype (application WO 88/00427) contains a discharge chamber, two electrodes, one of which has channels for liquid intake, during the evaporation of which steam arises under the action of an arc, which serves as a working fluid during the formation of a plasma jet. The liquid material subjected to evaporation enters the plasmatron from a separate tank via external communications. The invention is aimed at solving the problem of creating a compact device by combining in one design element the functions of the source of the working fluid (steam) and an effective cooler.

Задача решается конструктивным объединением корпуса горелки с резервуаром для испаряемой жидкости и обеспечением ее подвода в разрядную камеру с испарением при этом через пористый теплопроводный материал, которым заполнено место соединения корпуса горелки с резервуаром. Резервуар заполнен влаговпитывающим материалом, который контактирует с указанным пористым теплопроводным материалом. The problem is solved by constructively combining the burner body with a reservoir for the evaporated liquid and ensuring its supply to the discharge chamber with evaporation through a porous heat-conducting material, which filled the junction of the burner body with the tank. The reservoir is filled with moisture-absorbing material that is in contact with said porous heat-conducting material.

Для ввода пара в разрядную камеру служит кольцо из теплопроводного материала с каналами, входящими в эту камеру, контактирующее с указанным пористым материалом. To introduce steam into the discharge chamber, a ring of heat-conducting material with channels entering this chamber in contact with the specified porous material is used.

Соединение корпуса с резервуаром может быть осуществлено с помощью патрубка, заполненного пористым теплопроводным материалом. The connection of the housing with the tank can be carried out using a pipe filled with porous heat-conducting material.

Катододержатель установлен в электроизоляционной трубке, которая, в свою очередь, помещена в трубку из теплопроводного материала, и обе они проходят через корпус и резервуар. The cathode holder is installed in an insulating tube, which, in turn, is placed in a tube of heat-conducting material, and both of them pass through the housing and the tank.

На фиг. 1 показана горелка, вид сбоку, разрез; на фиг. 2 выходная часть корпуса горелки; на фиг. 3 вид А на фиг. 2 при снятом аноде. In FIG. 1 shows a burner, side view, section; in FIG. 2 output part of the burner body; in FIG. 3, view A in FIG. 2 with the anode removed.

Приняты следующие обозначения: 1 корпус горелки; 2 сопло-анод; 3 - катододержатель; 4 катод; 5 патрубок; 6 резервуар для рабочей жидкости; 7 влаговпитывающий материал; 8 пористый теплопроводный материал; 9 - кольцо; 10 тангенциальные каналы; 11 разрядная камера; 12 - электроизоляционная трубка; 13 теплопроводящая трубка; 14 кнопка; 15 - заглушка; 16 отверстие; 17 облицовка
Горелка имеет корпус 1, в котором соосно установлены выходное сопло-анод 2 и катододержатель 3 со стержневым центральным катодом 4. Корпус 1 с помощью патрубка 5 соединен с резервуаром для рабочей жидкости 6.The following designations are accepted: 1 burner housing; 2 nozzle anode; 3 - cathode holder; 4 cathode; 5 branch pipe; 6 reservoir for working fluid; 7 moisture-absorbing material; 8 porous heat-conducting material; 9 - ring; 10 tangential channels; 11 bit camera; 12 - electrical insulating tube; 13 heat conducting tube; 14 button; 15 - a stub; 16 hole; 17 cladding
The burner has a housing 1, in which an output nozzle anode 2 and a cathode holder 3 with a rod central cathode 4 are coaxially mounted. The housing 1 is connected to the reservoir for the working fluid 6 by means of a pipe 5.

Резервуар заполнен влаговпитывающим материалом 7, а патрубок 5 пористым теплопроводным материалом 8, который со стороны резервуара контактирует с влаговпитывающим материалом 7, а со стороны корпуса горелки с кольцом 9, выполненным из теплопроводного материала и имеющим на поверхности, контактирующей с соплом-анодом, тангенциальные каналы 10, выходящие в разрядную камеру 14. The tank is filled with moisture-absorbing material 7, and the nozzle 5 is porous heat-conducting material 8, which is on the side of the tank in contact with moisture-absorbing material 7, and on the side of the burner body with a ring 9 made of heat-conducting material and having tangential channels on the surface in contact with the anode nozzle 10 exiting into the discharge chamber 14.

Стержневой катододержатель 3 установлен с возможностью аксиального перемещения внутри влаго- и термостойкой электроизоляционной трубки 12, проходящей через корпус 1 и резервуар 6, охваченной по всей своей длине теплопроводящей трубкой 13. Управление механизмом перемещения катододержателя 3 производится с помощью кнопки 14. Резервуар для рабочей жидкости 6 имеет закрывающееся с помощью заглушки 15 отверстие 16 для залива рабочей жидкости. Подвод электрического напряжения от источника питания осуществляется с помощью провода, проходящего под пластмассовой облицовкой 17 к электродам горелки. The rod cathode holder 3 is installed with the possibility of axial movement inside the moisture and heat-resistant insulating tube 12, passing through the housing 1 and the tank 6, covered along the entire length of the heat-conducting tube 13. The mechanism of movement of the cathode holder 3 is controlled using the button 14. The reservoir for the working fluid 6 has a closure 16 using a plug 15 for filling the working fluid. The supply of electrical voltage from the power source is carried out using a wire passing under the plastic lining 17 to the electrodes of the burner.

Горелка работает следующим образом. The burner operates as follows.

Открывают заглушку 15 резервуара 6 и через отверстие 16 заливают в резервуар 6 рабочую жидкость (воду). Закрывают заглушку 15 и от источника питания подают напряжение на сопло-анод 2 и катод 4 горелки. Возбуждение дуги производят кратковременным нажатием кнопки 14 механизма перемещением катододержателя. Open the plug 15 of the reservoir 6 and through the hole 16 is poured into the reservoir 6 of the working fluid (water). Close the plug 15 and supply voltage to the nozzle-anode 2 and the cathode 4 of the burner from the power source. Arc excitation is performed by briefly pressing the mechanism button 14 by moving the cathode holder.

При этом происходит разрыв контакта катод 4 сопло-анод 2 и в разрядной камере 11 возбуждается электрическая дуга. In this case, the contact cathode 4 of the nozzle-anode 2 breaks and an electric arc is excited in the discharge chamber 11.

Энергия, выделяемая на сопле-аноде 2 при протекании тока через дугу, разогревает его и через теплопроводящее кольцо 9 тепло передается воде, находящейся в пористом теплопроводном материале 8. Вода превращается в пар, создается избыточное давление, под действием которого пар проходит через тангенциальные каналы 10 кольца 9 и попадают в разрядную камеру и далее выходит через центральное осевое отверстие сопла-анода 2, стабилизируя при этом дуговой столб и одновременно охлаждая электроды. The energy released by the nozzle-anode 2 during the flow of current through the arc heats it and heat is transferred through the heat-conducting ring 9 to the water contained in the porous heat-conducting material 8. Water turns into steam, excessive pressure is created, under the influence of which the steam passes through the tangential channels 10 ring 9 and fall into the discharge chamber and then exits through the central axial hole of the nozzle-anode 2, while stabilizing the arc column and at the same time cooling the electrodes.

Влаговпитывающий материал 7, находящийся в резервуаре 6, обеспечивает равномерную подпитку пористого материала 8 и, соответственно, равномерное во времени испарение воды. Moisture-absorbing material 7, located in the tank 6, provides uniform recharge of the porous material 8 and, accordingly, a uniform evaporation of water in time.

В зависимости от потребного режима использования горелки изменяют выходной ток источника питания, а для создания условий формирования устойчивого дугового столба в широком диапазоне токов изменяют расстояние между соплом-анодом 2 и катодом 4. Depending on the required mode of use, the burners change the output current of the power source, and to create conditions for the formation of a stable arc column in a wide range of currents, the distance between the anode 2 nozzle and the cathode 4 is changed.

При проведении испытаний горелки, выполненной в соответствии с изобретением, получено устойчивое возбуждение и горение в диапазоне токов от 1 до 5 А при выходном напряжении источника питания 130-170 В. When testing a burner made in accordance with the invention, stable excitation and combustion were obtained in the current range from 1 to 5 A at an output voltage of a power source of 130-170 V.

Claims

1. An electric arc plasma torch comprising a housing with a discharge chamber, coaxially mounted with an output nozzle-anode and a rod-shaped central cathode fixed in a holder, characterized in that it is equipped with a fluid reservoir connected to the housing and filled with moisture-absorbing material, and a junction between the housing and the reservoir filled with porous heat-conducting material, which on the side of the tank is in contact with moisture-absorbing material in the tank, and on the side of the body with a ring of heat-conducting material la, having channels entering the discharge chamber, and in contact with the anode nozzle.

2. The burner according to claim 1, characterized in that the reservoir is connected to the housing by a pipe filled with a porous heat-conducting material, inside of which a cathode holder passes.

3. The burner according to claim 1 or 2, characterized in that the cathode holder is placed in an insulating tube, and the latter in a tube of heat-conducting material, while both tubes pass through the housing and the tank.