RU2181531C2

RU2181531C2 - Method for raising gas ionization level and plasma production

Info

Publication number: RU2181531C2
Application number: RU98104873A
Authority: RU
Inventors: В.Н. Кунин; М.А. Макаров; А.В. Абрамов; К.Е. Вебер
Original assignee: Открытое акционерное общество Производственное объединение "Энергопром-Стройзащита"
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1998-02-24
Publication date: 2002-04-20

Abstract

FIELD: mechanical engineering. SUBSTANCE: method used for generating plasma jet in machining (cutting) nonferrous metals and stainless steels as well as for producing heat sources includes pre-ionization of gas jet by increasing gas temperature followed by applying electrical potential to obtain electric-arc plasma. Gaseous discharge is effected at lower electrical potential. EFFECT: enhanced electric-arc power and, hence, increased cutting depth. 1 cl, 1 dwg _

Description

Изобретение относится к области машиностроения, в частности для получения плазменной струи при обработке (резании) цветных металлов и нержавеющих сталей, а также для целей получения высокотемпературного источника тепла для локального нагрева участков поверхностей различных материалов. The invention relates to mechanical engineering, in particular for producing a plasma jet during processing (cutting) of non-ferrous metals and stainless steels, and also for the purpose of obtaining a high-temperature heat source for local heating of surface areas of various materials.

Применяемая в промышленности плазменная резка металла осуществляется нагревом плазмообразующего газа в замкнутой электрической цепи, при этом струя газа ионизируется за счет прилагаемого электрического потенциала. Plasma cutting of metal used in industry is carried out by heating a plasma-forming gas in a closed electrical circuit, while the gas jet is ionized due to the applied electric potential.

Известен способ плазменной резки металлов [1] с применением присадок, повышающих уровень ионизации, вводимых в струю газа, взаимодействующего с обрабатываемым (разрезаемым) металлом. A known method of plasma cutting of metals [1] using additives that increase the level of ionization introduced into the jet of gas interacting with the processed (cut) metal.

К недостаткам данного способа резки можно отнести применение присадок и дополнительного дозировочного оборудования, что усложняет конструкцию устройства. The disadvantages of this method of cutting include the use of additives and additional dosing equipment, which complicates the design of the device.

Известно, что с повышением температуры газа повышается ионизация [2] и соответственно увеличивается электрическая проводимость газовой среды. Ионизированную до определенного уровня газовую струю можно получить путем сжигания углеводородного топлива в камере сгорания при постоянном давлении в среде воздуха. It is known that with increasing gas temperature, ionization increases [2] and, accordingly, the electrical conductivity of the gas medium increases. A gas stream ionized to a certain level can be obtained by burning hydrocarbon fuel in a combustion chamber at constant pressure in an air environment.

Задачей настоящего изобретения является предварительная ионизация газовой струи путем увеличения температуры газа с последующей подачей электрического потенциала для получения плазменного потока. The present invention is the preliminary ionization of the gas stream by increasing the temperature of the gas, followed by the supply of electric potential to obtain a plasma stream.

Технический результат достигается организацией встречнопересекающихся двух и более газодинамических потоков (струй), обладающих сверхзвуковой скоростью и температурой до 1800^oС (2100 К). Угол встречных газовых струй регулируется от 90 до 180^o. При столкновении струй образуется высокотемпературная динамическая субстанция - высокотемпературное ядро, в котором формируется повышенная температура торможения Т*, определяемая в соответствии с законами термодинамики [3] по формуле:
T*=T+(K-1)/K•C²/2gR;
где Т - температура в потоке газа;
С - скорость газа;
К - показатель адиабаты;
R - газовая постоянная;
g - ускорение свободного падения.The technical result is achieved by the organization of intersecting two or more gas-dynamic flows (jets) having a supersonic speed and temperature up to 1800 ^o С (2100 К). The angle of the oncoming gas jets is adjustable from 90 to 180 ^o . When the jets collide, a high-temperature dynamic substance is formed - a high-temperature core, in which an increased braking temperature T * is formed, which is determined in accordance with the laws of thermodynamics [3] by the formula:
T * = T + (K-1) / K • C ² / 2gR;
where T is the temperature in the gas stream;
C is the gas velocity;
K is the adiabatic index;
R is the gas constant;
g is the acceleration of gravity.

К высокотемпературному, частично ионизированному ядру, подводится электрический потенциал. За счет предварительной ионизации высокотемпературного ядра и повышенной проводимости разряд в газе осуществляется при более низком электрическом потенциале, в результате чего повышается мощность электрической дуги и, как следствие, глубина резания. An electric potential is applied to a high-temperature, partially ionized core. Due to the preliminary ionization of the high-temperature core and increased conductivity, the discharge in the gas is carried out at a lower electric potential, as a result of which the electric arc power and, as a result, the cutting depth increase.

Предлагаемый способ поясняется чертежом. The proposed method is illustrated in the drawing.

Источники тепловой энергии 1 (для простоты представлены два источника), работающие на жидком или газообразном углеводородном топливе при постоянном давлении не менее 0,4 МПа с избыточной подачей воздуха, при сгорании образуют продукты сгорания, которые, проходя через сопло Лаваля 2, создают газодинамические сверхзвуковые струи 3, направленные навстречу друг другу под углом 90 - 180^o при скоростях 1000-1500 м/с и температуре в струе до 2100 К. При столкновении этих струй образуется высокотемпературное ядро 4 с повышенной температурой, уровнем ионизации и проводимостью, относительно каждой струи в отдельности. Направление движения высокотемпературного ядра 8, подчиняясь закону суперпозиции сил, осуществляют в сторону обрабатываемой поверхности (детали) 9. К высокотемпературному ядру 4 от источника питания 7 через термостойкий электрод 5, например вольфрам, обдуваемый плазмообразующим газом 6, подводится электрический потенциал, цепь замыкается, образуя плазменный поток 8.Sources of thermal energy 1 (for simplicity, two sources are presented), operating on liquid or gaseous hydrocarbon fuel at a constant pressure of at least 0.4 MPa with an excess air supply, during combustion form combustion products, which, passing through the Laval nozzle 2, create gas-dynamic supersonic jets 3 directed towards each other at an angle of 90 - 180 ^o at speeds of 1000-1500 m / s and temperature in the jet up to 2100 K. When these jets collide, a high-temperature core 4 with an increased temperature, ionization level and conductivity, relative to each jet individually. The direction of motion of the high-temperature core 8, obeying the law of superposition of forces, is carried out towards the work surface (part) 9. To the high-temperature core 4 from the power source 7, an electric potential is supplied through a heat-resistant electrode 5, for example, tungsten, blown by a plasma-forming gas 6, and the circuit closes, forming plasma flow 8.

Источники информации
1. Способ плазменной резки. Патент RU 2060129, кл. B 23 K 10/00, 20.05.1996.Sources of information
1. The method of plasma cutting. Patent RU 2060129, cl. B 23 K 10/00, 05.20.1996.

2. В.Ф. Синаров и т.д. Плазма. Новый инструмент технологии. Знание. М., 1980. 2. V.F. Sinarov, etc. Plasma. New technology tool. Knowledge. M., 1980.

3. Техническая термодинамика. Энергоиздат. М., 1956. 3. Technical thermodynamics. Power Publishing. M., 1956.

Claims

A way to increase the level of gas ionization and plasma production is that they direct towards each other at an angle of 90-180 ^o gas-dynamic supersonic jets forming a high-temperature core in a collision, to which an electric potential is supplied through an electrode with a circuit from a power source of an electric circuit with the formation plasma flow directed towards the surface to be treated.