RU2159022C2 - Plasma generator with linear circuit - Google Patents
Plasma generator with linear circuit Download PDFInfo
- Publication number
- RU2159022C2 RU2159022C2 RU98111558/06A RU98111558A RU2159022C2 RU 2159022 C2 RU2159022 C2 RU 2159022C2 RU 98111558/06 A RU98111558/06 A RU 98111558/06A RU 98111558 A RU98111558 A RU 98111558A RU 2159022 C2 RU2159022 C2 RU 2159022C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode
- plasma torch
- inner cylindrical
- copper
- matrix
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к электродуговым генераторам плазмы и может быть использовано в энергетике для растопки пылеугольных котлов и подсветки факела, а также в иных технологических установках, где требуется нагрев газа до температуры выше 2000oC.The present invention relates to electric arc plasma generators and can be used in the energy sector for kindling pulverized coal boilers and torch lighting, as well as in other technological installations where gas heating is required to temperatures above 2000 o C.
Известен линейный плазмотрон, содержащий корпус, в котором расположены два медных электрода - внутренний цилиндрический трубчатый электрод-катод, выходной цилиндрический электрод-анод и две закруточные камеры [1]. Known linear plasmatron containing a housing in which two copper electrodes are located - an inner cylindrical tubular electrode-cathode, an output cylindrical electrode-anode and two swirl chambers [1].
Однако известный линейный плазмотрон имеет невысокий ресурс работы, что обусловлено эрозией наиболее теплонапряженных элементов - электродов, особенно быстрым эрозионным разрушением поверхности внутреннего цилиндрического электрода. However, the known linear plasmatron has a low service life, which is due to erosion of the most heat-stressed elements - electrodes, especially by rapid erosion destruction of the surface of the inner cylindrical electrode.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является плазмотрон линейной схемы (фиг. 1), содержащий корпус - 1, в котором расположен цилиндрический трубчатый медный электрод-катод - 2, с обоих торцов которого имеются вихревые камеры - 3, обеспечивающие закрутку потока плазмообразующего газа в разрядной камере. Выходной электрод-анод - 4 имеет канал с цилиндрическим участком в начале и расширяющимся конусным участком на выходе. Кроме газодинамической крутки приэлектродных участков дуги в данном плазмотроне предусмотрена дополнительная электромагнитная крутка прианодного участка посредством электромагнитной катушки - 5, включаемой последовательно с дугой. Работа плазмотрона и его электродов осуществляется следующим образом. Через вихревые камеры - 3 с расходами G1 и G2 подается плазмообразующий газ-воздух, поджигается электрическая дуга, ток которой устанавливается на необходимом для технологического процесса уровне. В ходе работы плазмотрона периодически, во время плановых остановок, визуально проверяется степень выработки материала электродов на их рабочем участке - 6. В случае сильного износа электродов они заменяются на новые [2].The closest in technical essence to the claimed invention is a linear-circuit plasma torch (Fig. 1), containing a housing - 1, in which is located a cylindrical tubular copper electrode-cathode - 2, from both ends of which there are vortex chambers - 3, providing a swirl of the plasma gas in the discharge chamber. The output electrode-anode - 4 has a channel with a cylindrical section at the beginning and an expanding conical section at the output. In addition to the gas-dynamic twist of the near-electrode sections of the arc, this plasmatron provides an additional electromagnetic twist of the anode section by means of an electromagnetic coil - 5, connected in series with the arc. The operation of the plasma torch and its electrodes is as follows. Plasma-forming gas-air is supplied through vortex chambers - 3 with flow rates G 1 and G 2 , an electric arc is ignited, the current of which is set at the level necessary for the technological process. During the operation of the plasma torch, periodically, during scheduled stops, the degree of production of the electrode material at their working area is checked visually - 6. In the case of severe wear of the electrodes, they are replaced with new ones [2].
Однако известный плазмотрон имеет недостаточно высокую степень использования материала электродов, особенно внутреннего цилиндрического электрода, который, по достижении определенной выработки, необходимо заменить на новый. However, the known plasmatron does not have a high degree of use of the material of the electrodes, especially the internal cylindrical electrode, which, after reaching a certain output, must be replaced with a new one.
Задача, решаемая данным изобретением, заключается в снижении затрат на эксплуатацию плазмотрона путем повышения степени использования материала электрода-катода. Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата в плазмотроне линейной схемы, содержащем корпус, в котором установлен внутренний цилиндрический электрод, с обоих торцов которого расположены вихревые камеры, и выходной электрод, согласно изобретению внутренний цилиндрический электрод выполнен симметричным относительно плоскости, проходящей через центр электрода перпендикулярно его оси. The problem solved by this invention is to reduce the cost of operating the plasma torch by increasing the degree of use of the material of the electrode-cathode. In order to achieve the technical result provided by the invention, a linear circuit is provided in the plasmatron containing a housing in which an inner cylindrical electrode is mounted, vortex chambers are located at both ends, and an output electrode, according to the invention, the inner cylindrical electrode is symmetrical about a plane passing through the center of the electrode perpendicular to its axis .
Внутренний цилиндрический электрод может быть выполнен составным из двух частей с местом их разъема, расположенным в плоскости, перпендикулярной оси внутреннего электрода, при этом заменяемой является лишь одна из этих частей. The inner cylindrical electrode can be made of two parts with the place of their connector located in a plane perpendicular to the axis of the inner electrode, while only one of these parts is replaced.
Кроме того, внутренний цилиндрический электрод может быть выполнен из двух частей, изготовленных из меди: цилиндрической матрицы и рабочей вставки, впрессованной в эту матрицу. In addition, the inner cylindrical electrode can be made of two parts made of copper: a cylindrical matrix and a working insert pressed into this matrix.
При этом цилиндрическая матрица внутреннего цилиндрического электрода может быть выполнена из иного, чем медь, материала. In this case, the cylindrical matrix of the inner cylindrical electrode can be made of material other than copper.
Из длительных испытаний плазмотрона на пылеугольных котлах выявлено, что длина зоны выработки материала внутреннего электрода в осевом направлении меньше половины длины электрода и расположена на его выходном участке. Зона выработки - 6 показана на фиг. 1, откуда видно, что объем электрода изменяется незначительно от первоначального, то есть здесь имеет место неэффективное использование материала электрода. При достижении диаметра эродированной зоны d до 0,8D электрод к дальнейшему использованию практически не пригоден. Таким образом, из всего объема электрода только 10% обеспечивают достигнутый на этом плазмотроне непрерывный ресурс работы катода 200 часов. From lengthy tests of the plasma torch on pulverized coal boilers, it was revealed that the length of the zone of material production of the inner electrode in the axial direction is less than half the length of the electrode and is located on its output section.
На этой схеме плазмотрона можно увеличить ресурс работы электрода примерно в два раза, изменив конструкцию цилиндрического электрода таким образом, чтобы в качестве расходного материала можно было использовать его оставшуюся часть. Для этого предлагается выполнить внутренний цилиндрический электрод симметричным относительно плоскости, проходящей через центр электрода перпендикулярно его оси, или выполнить внутренний электрод состоящим из двух частей с плоскостью разъема, перпендикулярной оси электрода, или выполнить внутренний электрод состоящим из двух деталей - матрицы - обоймы и расположенной внутри нее втулки, причем матрица может быть выполнена из иного, чем втулка, материала. In this plasma torch circuit, the life of the electrode can be approximately doubled, changing the design of the cylindrical electrode so that the remaining part can be used as a consumable. To do this, it is proposed to make the inner cylindrical electrode symmetrical with respect to a plane passing through the center of the electrode perpendicular to its axis, or to make an internal electrode consisting of two parts with a connector plane perpendicular to the axis of the electrode, or to make an internal electrode consisting of two parts - a matrix - holder and located inside bushings, and the matrix can be made of material other than the sleeve.
Анализ уровня техники не позволил обнаружить аналогичных технических решений, характеризующихся признаками, тождественными всем существенным признакам заявляемого изобретения. Следовательно, заявляемое решение соответствует критериям "новизна" и "изобретательский уровень". The analysis of the prior art did not allow to find similar technical solutions, characterized by signs identical to all the essential features of the claimed invention. Therefore, the claimed solution meets the criteria of "novelty" and "inventive step".
Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 изображен плазмотрон линейной схемы по прототипу; на фиг. 2 - конструкция предлагаемого плазмотрона; на фиг. 3 - крепление внутреннего электрода в корпусе посредством резьбового соединения; на фиг. 4 - крепление внутреннего электрода в корпусе посредством фланца; на фиг. 5 - конструкция внутреннего электрода, состоящего из двух составных частей; на фиг. 6 - конструкция внутреннего электрода с медной рабочей вставкой. The invention is illustrated by graphic materials, where in FIG. 1 shows a plasmatron of a linear circuit of the prototype; in FIG. 2 - design of the proposed plasma torch; in FIG. 3 - fastening of the internal electrode in the housing by means of a threaded connection; in FIG. 4 - fastening of the internal electrode in the housing by means of a flange; in FIG. 5 - construction of an internal electrode, consisting of two components; in FIG. 6 - design of the internal electrode with a copper working insert.
Предлагаемый плазмотрон линейной схемы (см. фиг. 2) содержит корпус - 1, внутренний цилиндрический электрод - 2, который находится в корпусе - 1, две вихревые камеры - 3, предназначенные для закрутки потока воздуха, который обеспечивает стабилизацию электрической дуги по оси плазмотрона и фиксацию опорного конца дуги на электродах - 2 и 4, выходной конический электрод-анод - 4 и может содержать (или не содержать) магнитную катушку - 5 для дополнительной крутки прианодного участка дуги. The proposed plasma torch linear circuit (see Fig. 2) contains a housing - 1, an inner cylindrical electrode - 2, which is located in the housing - 1, two vortex chambers - 3, designed to swirl the air flow, which ensures stabilization of the electric arc along the axis of the plasma torch and fixing the supporting end of the arc on the electrodes is 2 and 4, the output conical electrode-anode is 4 and may contain (or not contain) a magnetic coil - 5 for additional twisting of the anode section of the arc.
Внутренний цилиндрический электрод выполнен симметричным относительно плоскости 0-0, проходящей через центр электрода перпендикулярно его оси. Крепление электрода - 2 в корпусе - 1 может быть осуществлено через уплотнительные кольца - 6 посредством резьбового соединения - 7 (см. фиг. 3) или с помощью прижимного фланца - 8 (см. фиг. 4). The inner cylindrical electrode is symmetrical about the 0-0 plane passing through the center of the electrode perpendicular to its axis. The fastening of the electrode - 2 in the housing - 1 can be carried out through the sealing rings - 6 by means of a threaded connection - 7 (see Fig. 3) or by means of a pressure flange - 8 (see Fig. 4).
Внутренний цилиндрический электрод - 2 может быть выполнен составным из двух частей с местом их разъема, расположенным в плоскости 0-0, перпендикулярной оси внутреннего электрода (см. фиг. 5). The inner cylindrical electrode - 2 can be made integral of two parts with the place of their connector, located in the plane 0-0, perpendicular to the axis of the inner electrode (see Fig. 5).
Внутренний цилиндрический электрод может быть выполнен из двух частей, изготовленных из меди - цилиндрической матрицы (обоймы) - 9 и рабочей вставки - 10, впрессованной в эту матрицу (см. фиг. 6). The inner cylindrical electrode can be made of two parts made of copper - a cylindrical matrix (holder) - 9 and a working insert - 10, pressed into this matrix (see Fig. 6).
Кроме того, цилиндрическая матрица внутреннего электрода может быть выполнена из менее дефицитного металла, чем медь, например, из нержавеющей стали, дюралюминия, латуни, бронзы и т.п. In addition, the cylindrical matrix of the inner electrode can be made of less scarce metal than copper, for example, stainless steel, duralumin, brass, bronze, etc.
Работа плазмотрона с таким электродом (фиг. 2) происходит следующим образом. Через вихревые камеры - 3 с расходами G1 и G2 подается плазмообразующий газ - воздух, поджигается электрическая дуга, ток которой устанавливается на необходимом для технологического процесса уровне. После наработки 150-200 часов, плазмотрон разбирается, внутренний цилиндрический электрод - 2 переставляют, развернув на 180o относительно оси, лежащей в плоскости симметрии электрода, и эта плоскость перпендикулярна оси электрода. Тем самым рабочий участок электрода заменяется на новый, неизношенный, и, таким образом эффективность использования материала электрода возрастает в два раза.The operation of the plasma torch with such an electrode (Fig. 2) is as follows. Through the vortex chambers - 3 with a flow rate of G 1 and G 2 a plasma-forming gas is supplied - air, an electric arc is ignited, the current of which is set at the level necessary for the technological process. After the operating time of 150-200 hours, the plasma torch is disassembled, the inner cylindrical electrode - 2 rearrange, deployed 180 o relative to the axis lying in the plane of symmetry of the electrode, and this plane is perpendicular to the axis of the electrode. Thus, the working section of the electrode is replaced with a new, worn-out, and thus the efficiency of using the electrode material is doubled.
Плазмотрон, отличающийся тем, что эродированные части отработавших ресурс внутренних цилиндрических электродов стыкуются соосно. У отработавших электродов отрезается эродированная часть, а целые части через уплотнительные кольца - 6 на резьбе или другим способом, обеспечивающим надежное и плотное соединение, стыкуются между собой. В результате получается целый электрод, который может отработать еще два цикла (см. фиг. 5). A plasma torch, characterized in that the eroded parts of the exhausted resource of the internal cylindrical electrodes are joined coaxially. At the spent electrodes, the eroded part is cut off, and the whole parts through the o-rings - 6 on the thread or in another way, providing a reliable and tight connection, are joined together. The result is a whole electrode that can work out two more cycles (see Fig. 5).
Плазмотрон, отличающийся тем, что у отработавшего ресурс внутреннего цилиндрического электрода, который выполнен составным из двух частей с местом их разъема, расположенным в перпендикулярной к оси электрода плоскости (фиг. 5), заменяют только эродированную часть на рабочую вставку из того же материала, что и электрод, а вторая часть остается прежней, поскольку пятно дуги не посещает ее и поэтому эта вторая часть не имеет износа. В этом случае степень использования материала электрода возрастает в два раза. A plasma torch, characterized in that the spent cylindrical inner electrode, which is made up of two parts with a connector located in a plane perpendicular to the axis of the electrode (Fig. 5), replaces only the eroded part with a working insert of the same material as and the electrode, and the second part remains the same, since the spot of the arc does not visit it and therefore this second part has no wear. In this case, the degree of use of the electrode material doubles.
После наработки 150-200 часов его работы внутренний электрод, состоящий из обоймы и вставки (фиг. 6), извлекают и в нем заменяют вставку, а обойма остается прежней. При этом эродированная часть протачивается до диаметра 0,8-0,85D. На проточенное место через плотную горячую насадку вставляется рабочая вставка из меди (фиг. 4), которая после наработки 150 часов выбрасывается и заменяется новой. В этом случае расходной частью электрода является рабочая вставка, которая используется практически на 70-80%. В этом случае достигается существенная степень использования материала электрода до 30-40%. After the operating time of 150-200 hours of its operation, the internal electrode, consisting of a holder and an insert (Fig. 6), is removed and the insert is replaced in it, but the holder remains the same. In this case, the eroded part is machined to a diameter of 0.8-0.85D. A working insert made of copper (Fig. 4) is inserted into a grooved place through a dense hot nozzle, which, after 150 hours of operation, is discarded and replaced with a new one. In this case, the consumable part of the electrode is the working insert, which is used almost 70-80%. In this case, a significant degree of use of the electrode material is achieved up to 30-40%.
Плазмотрон, отличающийся тем, что внутренний цилиндрический электрод выполнен составным, из двух разных металлов (фиг. 6), рабочая часть которого выполнена из меди в виде вставки, впрессованной в цилиндрическую матрицу из другого, недефицитного металла. В этом плазмотроне матрица или обойма внутреннего цилиндрического электрода может быть выполнена из менее дефицитного металла, чем медь, например - нержавеющая сталь, дюралюминий, латунь, бронза и т. п. , а рабочая часть выполнена в виде втулки из меди. Медная втулка, объем которой составляет 30-40% от общего объема всего электрода, плотно впрессовывается в матрицу или обойму внутреннего цилиндрического электрода. После наработки 150-170 часов рабочая втулка убирается и на ее место вновь впрессовывается медная рабочая втулка. Это позволяет увеличить эффективность использования медной втулки до 80-90% за счет малого объема самой рабочей втулки. A plasma torch, characterized in that the inner cylindrical electrode is made of two different metals (Fig. 6), the working part of which is made of copper in the form of an insert pressed into the cylindrical matrix of another, non-deficient metal. In this plasmatron, the matrix or holder of the inner cylindrical electrode can be made of less scarce metal than copper, for example, stainless steel, duralumin, brass, bronze, etc., and the working part is made in the form of a sleeve made of copper. A copper sleeve, the volume of which is 30-40% of the total volume of the entire electrode, is tightly pressed into the matrix or holder of the inner cylindrical electrode. After the operating time of 150-170 hours, the working sleeve is removed and a copper working sleeve is again pressed into its place. This allows you to increase the efficiency of use of the copper sleeve up to 80-90% due to the small volume of the working sleeve itself.
Использование предлагаемого изобретения позволит увеличить ресурс работы плазмотрона, снизить затраты на эксплуатацию плазмотрона путем повышения степени использования материала электрода-катода, что позволит использовать плазмотрон линейной схемы для растопки и подсветки пылеугольного факела на тепловых электрических станциях. Using the proposed invention will increase the life of the plasma torch, reduce the cost of operating the plasma torch by increasing the degree of use of the electrode-cathode material, which will allow the use of a linear circuit plasmatron for kindling and illuminating the pulverized coal torch at thermal power plants.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о соответствии заявляемого плазмотрона критерию "промышленная применимость". Based on the foregoing, we can conclude that the claimed plasmatron meets the criterion of "industrial applicability".
Литература
1. Жуков М. Ф. , Коротеев А.С., Урюков Б.А. Прикладная динамика термической плазмы. Новосибирск: Наука, 1975.-298 с.Literature
1. Zhukov M.F., Koroteev A.S., Uryukov B.A. Applied dynamics of thermal plasma. Novosibirsk: Nauka, 1975. -298 p.
2. Жуков М. Ф. , Карпенко Е.И., Перегудов В.С. и др. Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела. Низкотемпературная плазма, т.16. Новосибирск: Наука, 1995 г, 304 с. 2. Zhukov M.F., Karpenko E.I., Peregudov V.S. etc. Plasma oil-free kindling of boilers and stabilization of the combustion of a pulverized coal torch. Low temperature plasma, v.16. Novosibirsk: Nauka, 1995, 304 p.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98111558/06A RU2159022C2 (en) | 1998-06-16 | 1998-06-16 | Plasma generator with linear circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98111558/06A RU2159022C2 (en) | 1998-06-16 | 1998-06-16 | Plasma generator with linear circuit |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU98111558A RU98111558A (en) | 2000-03-27 |
| RU2159022C2 true RU2159022C2 (en) | 2000-11-10 |
Family
ID=20207387
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98111558/06A RU2159022C2 (en) | 1998-06-16 | 1998-06-16 | Plasma generator with linear circuit |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2159022C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529056C2 (en) * | 2012-12-14 | 2014-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "НИТ" | High-voltage plasmatron |
-
1998
- 1998-06-16 RU RU98111558/06A patent/RU2159022C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ЖУКОВ М.Ф. и др. Плазменная безмазутная растопка котлов и стабилизация горения пылеугольного факела. - Новосибирск, Наука, 1995, т. 16, с. 304. * |
| ЖУКОВ М.Ф. и др. Прикладная динамика термической плазмы. - Новосибирск, Наука, 1975, с.298. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529056C2 (en) * | 2012-12-14 | 2014-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "НИТ" | High-voltage plasmatron |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2442356C (en) | A combined type cathode and a plasma ignition device using the same | |
| US4140892A (en) | Plasma-arc spraying torch | |
| US6215091B1 (en) | Plasma torch | |
| WO1995015238A1 (en) | Convertible plasma arc torch and method of use | |
| US8783196B2 (en) | AC plasma ejection gun, the method for supplying power to it and pulverized coal burner | |
| CN1029206C (en) | Gas cooled cathode for arc torch | |
| CA1260075A (en) | Arc-heated plasma lance | |
| RU2159022C2 (en) | Plasma generator with linear circuit | |
| RU2066263C1 (en) | Plasma burner | |
| RU2646858C2 (en) | Arc-let plasmatron | |
| KR20040097585A (en) | Modularized nontransferred thermal plasma torch with an adjustable structure for material processing | |
| RU45888U1 (en) | PLASMATRON | |
| RU2387107C1 (en) | Electric arc plasmatron | |
| EA001829B1 (en) | Plasma burner | |
| Anshakov et al. | Investigation of thermal plasma generator of technological function | |
| SU1245269A3 (en) | Method of heating gases in direct current electric arc unit and electric arc unit | |
| RU111734U1 (en) | MELTING PLASMOTRON | |
| RU2057625C1 (en) | Plasma torch | |
| CN211019403U (en) | Three-phase alternating current arc plasma spray gun device | |
| CN219867872U (en) | Plasma excitation pulverized coal nuclear energy composite burner | |
| CN118031213A (en) | High-pressure rotary sliding arc plasma ignition and stable combustion device | |
| RU1798084C (en) | Plasma generator | |
| CN116481051A (en) | Variable sliding arc plasma center staged combustion chamber head | |
| RU196256U1 (en) | Plasma torch | |
| EP3627047B1 (en) | Device and method for flame combustion of fuel |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060617 |