Электродуговой линейный плазмотрон со сменными электродами

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в плазмотронах большой мощности для проведения плазмохимических процессов . Целью изобетения является повышение надежности работы плазмотронов и упрош1ение его конструкции Плазмотрон содержит анодный узел 1, катодный узел 2 и межэлектродную вставку 3. Анодные и катодные узлы имеют аналогичную конструкцию. Они выполнены в виде плоского поворотного диска-обоймы 15 со сменными дными втулками 7. Обойма снабжена приводом 16 .позиционногаперемещения в плоскоаи, перпендикулярной оси плазмотрона, и установлена вместе с ним внутри герметичного водозаполненного корпуса 11. Внутри корпуса 11 размещен также узел герметизации электро.цных втулок, состоящий из торцовых кольцевых уплотнителей 20 и 24 и элемента 22 для создания осевого усилия герметизации с патрубком 23 подвода среды под давлением Приводом 16 обойма 15 поворачивается до совпадения оси втулок 7 с осью плазмотрона. Через патрубок 23 в элемент 22 подается среда под требуемым давлением. В результате создания осевого усилия герметизации происходит уплотнение цов втулок 7 и 21 путем врезания в них оаальных зубьев 20, находящихся на фланцах 18 и 19. При этом герметично отделяется электродуговой канал от полости 29 корпуса 11 электродного узла. Одновременно за счет упругого уплотнителя 24 герметизируется напорный тракт сиаемы охлаждения втулок и происходит сжатие пружины 17. Через патрубки 12 подается охлаждающая вода При выработке ресурса ргОочих втулок катода и анода производится оаановка плазмотрона примерно на 200 - 300 с, прекращается подача воды и производится ее слив из корпуса 11, после чего сливные магистрали пере1фываются Из элемента 22 сбрасывается давление и аальные зубья 20 выводятся из контакта с торцаии втулок 7 и 21, а уплотнитель 24 выводится из контакта с торцом стакана 26 Приводом 16 обойма 15 поворачивается на заданный угол до совмещения запасной втулки с осью плазмотрона, т.е. с осью эпектродугового канала В случае выработки всех втулок открывается крышка 13 и производится установка новой парши втулок. Уаройство обеспечивает суммарный ресурс работы около 1000ч 2иа СЛ с:

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) (21) 4142994/07 (22) 05.11.86 (46) 15.10.93 Бюп. hh 37 — 38 (71) Специальное конструкторское бюро по энергохимической аппаратуре и машинам "Энергохиммаш" (72) Горбунов Г.С„Фокин В.Н„Жуков М.Ф.; Старков

АМ„Аньшаков АС. (54) ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ЛИНЕЙНЫЙ ПЛАЗМОТРОН СО СМЕННЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в плазмотронах большой мощности для проведения плазмохимических процессов. Цепью изобетения является повышение надежности работы плазмотронов и упрощение его конструкции Плазмотрон содержит анодный узел

1, катодный узел 2 и межэлектродную вставку 3.

Анодные и катодные узлы имеют аналогичную конструкцию. Они выполнены в виде плоского поворотного диска-обоймы 15 со сменными электродными втулками 7. Обойма снабжена приводом 16 .позиционного.перемещения в плоскост перпендикулярной оси лпазмотрона, и установлена вместе с ним внутри герметичного водозаполненного корпуса 11. Внутри корпуса 11 размещен также узел герметизации электродных втулок, состоящий из торцовых кольцевых уплотнителей 20 и 24 и элемента 22 для создания осевого усилия герметиза(в) SU (и) 1419490 Al (51)$ HO В7 22 ции с патрубком 23 подвода среды под давлением

Приводом 16 обойма 15 поворачивается до совпадения оси втулок 7 с осью плазмотрона. Через патрубок 23 в элемент 22 подается среда под требуемым давлением В результате создания осевого усилия герметизации происходит уплотнение торцов втулок 7 и 21 путем врезания в них остальных зубьев 20, находящихся на фланцах 18 и 19. При этом герметично отделяется электродуговой канал от полости 29 корпуса 11 электродного узла. Одновременно за счет у эугого уплотнителя 24 герметизируется напорный тракт системы охлаждения втулок и происходит сжатие пружины 17. Через патрубки 12 подается охлаждающая вода При выработке ресурса рабочих втулок катода и анода производится остановка ппазмотрона примерно на

200 — 300 с, прекращается подача воды и производится ее слив из корпуса 11, после чего спивные магистрали перекрываются Из элемента 22 сбрасывается давление и стальные зубья 20 выводятся из контакта с торцами втулок 7 и 21, а уплотнитепь

24 выводится из контакта с торцом стакана 26.

Приводом 16 обойма 15 поворачивается на заданный угол до совмещен я запасной втугпа с осью у плазмотрона,те. с осью электродугового канала. В случае выработе всех втулок открывается крышка

13 и производится установка новой партии втулок

Устройство обеспечивает суммарный ресурс работы около 1000ч 2 IIII

I Ф

4ь О

СР

1419490

Изобретение относится к электротехнике и может быть наиболее эффективно использовано в плазмотронах большой мощнпсти.

Целью изобретения является повышение надежности работы плазмотрона и упрощение его конструкции.

На фиг,1 изображена схема электродугоеого линейного плазмотрона с электродными узлами; на фиг.2 — электродный узел на примере анода в разрезе.

Плазмотрон содержит анодный узел 1, катодный узел 2 и межэлектродную вставку

3. Между электродными узлами и межэлектродной вставкой имеются диэлектрические прокладки 4. Анодный и катодные узлы идентичной конструкции, в них используются составные электроды. Составной анод

Ф состоит из входной секции 5, выходной 6 и . сменной электродной 7 втулок.

Составной катод состоит из вы Ъдной секции 8 и сменной втулки 9 с радиальными электродными активными вставками 10.

Анодный узел состоит из корпуса 11 с патрубками,12 для подвода и отвода охлажда ющей воды, крышки 13 для замены отработавших ресурс электродных втулок.

На стенке корпуса имеется полуось 14, в которой установлена с возможностью вращения обойма 15. обойма приводится во вращение приводом 16 циклического перемещения. Обойма имеет возможность некоторого осевого перемещения под действием пружины 17. Ка неподвижном внутреннем фланце 18 корпуса установлена

° входная секция 5 составного электрода, на подвижной диафрагме 19 — выходная секция 6.

Оба фланца снабжены токопроводящими герметизирующими элементами 20, выполненными например, в виде стального зуба треугольного профиля.

Оба эти элемента могут взаимодействовать с торцами сменных электродных втулок

21, установленных в обойме 15.

Усилие герметизации создается элеменом 22, выполненным из двух тонкостенных 0-образных гибких токопроводящих элементов 22 при помощи двух колец, герметично сопряженных с диафрагмой 19, и наружным фланцем корпуса 11. В одном из этих колец имеется патрубок 23 для подачи среды под давлением. В наружном фланце корпуса 11 имеется дополнительный упругий герметизирующий элемент 24, концентрично расположенный по отношению к основному герметизирующему элементу— стальному зубу 20 с образованием между ними кольцевого канала 25 подачи воды в рубашку охлаждения сменной электродной

55 вода и сливные магистрали перекрываются.

Из элемента 22 для создания усилия герметизации сбрасывается давление, под действием сил упругости U-образных элементов стальной зуб диафрагмы 19 выводится из контакта с торцом втулки 21. а эа счетусилия втулки. Сменная втулка состоит из цилиндрического стакана 26, упирающегося в буртик 27 электродной втулки и имеющего каналы 28 для слива воды в полость 29 кор5 пуса.

Устройство работает следующим образом.

Открывается крышка 13 корпуса 11 электродного узла и в гнезда обоймы 15

10 устанавливаются запасные электродные втулки 9, 21, собранные совместно с цилиндрическими стаканами 26. Крышка 13 герметично закрывается, приводом 16 обойма поворачивается до совпадения оси втулок 9, 15 21 с осью злектродугового канала плазмотрона. Через патрубок 23 в элемент 22 подается сжатый воздух или вода поддавлением, и фланец 19 зубом 20 соприкасается с торцом втулки, самоустанавливаясь при этом

20 за счет малой жесткости на изгиб U-образ° ных элементов. При возрастании усилия втулки 9, 21 вместе со стаканом 26 и обоймой 15 совершают осевое перемещение до соприкосновения другого торца втулок 9, 21 со стальным зубом фланца 18 и торца стакана 26 с кольцевым упругим уплотнением 24, деформируя при этом пружину 17. Дальнейшее возрастание усилия приводит к врезанию стальных зубьев в торцы втулок 21 и 9.

30 При этом герметично отделяется электродуговой канал от полости 29 корпуса электродного узла. За счет разрушения окисных пленок на сопряженных поверхностях создается хороший тепловой и электрический

35 контакт. Одновременно за счет деформации упругого герметизирующего элемента 24 уплотняется напорный тракт системы охлаждения. Плазмотрон готов к запуску.

Через патрубки12 анодного и катодного

40 узлов подается охлаждающая вода, которая поступает в рубашку охлаждения электродной втулки и сбрасывается через каналы 28 в полость 29 и на слив. Между катодом 9 и анодом 7 зажигается дуга. В процессе рабо45 ты происходит эрозионное изнашивание электродных втулок 7, 9 в зоне привязки дуги. Подбором геометрии материалов электродных втулок, режима работы плазмотрона можно добиться примерно одинакового

50 ресурса анодных и катодных втулок. При одновременной выработке ресурса производится остановка плаэмотрона, прекращается подача охлаждающей воды в электродные узлы, из полости 29 сливается

1419490 пружины 17 обойма 15 совершает осевое перемещение и выводится из контакта с торцом втулки 21 стальной зуб 20 фланца 18 корпуса. Упругий герметизирующий элемент 24 также выводится из контакта с тор- 5 цом стакана 26. Таким образом, полость 29 корпуса электрода сообщается с электродуговым каналом и объемом технологического аппарата, Только этими объемами и ограничивается распространение газовой среды 10 технологического аппарата во время замены электродов плазмотрона. Приводом 16 циклического перемещения обойма 15 поворачивается до совмещения запасной втулки с осью злектродугового канала, При 15 этом отработавшая ресурс втулка выводится из рабочей позиции, Дальнейшая работа узла аналогична описанной ранее. При выработке ресурса всех запасных электродных втулок открыва- 20 ется крышка 13 и производится установка новой партии втулок.

Эксплуатация данного устройства в составе плазмохимического реактора требует наличия резервного плазмотрона, включае- 25 лого в момент замены электродных втулок основного плазмотрона. Положительный эффект при осуществлении изобретения обеспечивается твм, что корпус электродного узла в рабочем состо- .30 янии заполнен охлаждающей водой, циркулирующей в нем, а в момент замены электродных втулок, выработавших ресурс, вода смывается из корпуса, полость корпуса сообщается с электродуговым каналом и в 35 ней устанавливается газовая среда технологического аппарата. Такое решение позволяет исключить попадание технологической среды аппарата (токсичной, взрывопожароопасной и т,д.) в атмосферу, избежать уста- 40 новки дополнительного устройства для герметичной отсечки электродугового кана; ла во время замены электродных втулок, что упрощает конструкцию плазмотрона и повышает его надежность. 45

В отличие от прототипа, в которогл все электродные втулки герметично установлены в обойме, в данном устройстве только работающая электродная втулка герметизируется между входной и выходной секциями электрода, герметично установленными на стенках корпуса электрода. Это позволяет, во-первых, увеличить надел, ость узла за счет уменьшения количества герметичных соединений и. соответственно, упростить его: во-вторых. сквозной прогар электродной втулки не приводит к аварии системы охлаждения, как в прототипе. Кроме того, упрощение конструкции узла достигается эа счет замены только средней секции электродной втулки, подвергающейся интенсивной эрозии. а малоизнашиваемые входные и выходные секции можно менять режв — во время полной разборки узла при регламентных работах.

Сменные электродные втулки имеют простую геометрическую форму в отличие от профилированных входной и выходной секций и могут изготавливаться иэ трубы с высоким коэффициентом использования материала. Надежность работы электродной втулки зависит от эффективности охлаждения. В предлагаемом устройстве достаточная зффективнЬсть обеспечивается путем создания высокоскоростного потока воды в руба ш ке охлаждения, Поскольку эта систвма находится в водозаполненнсм корпусе, требования к герметичному подводу и отводу воды к рубашке охлаждения резко ослабляются: из рубашки охлаждения вода прямосбрасывается в корпус узла, а подача воды в рубашку может допускать некоторую утечку, которая также не препятствует нормальному функционированию узла. Это упрощает конструкцию системы охлаждения электродов и повышает их надежность. (56) Авторское свидетельство СССР

М 528832, кл. Н 05 Н 1/00, 1976.

Авторское свидетельство СССР

hh 1072771, кл. Н 05 В 7/22, 1983.

Формула изобретения тизации втулок, состоящего иэ элемента для

Электродуговой линейный плазмотрон 50 создания осевого усилия герметизации и со сменными электродами, содержащий торцового упругого кольцевого уплотнитеэлектроизолированные друг от друга анод- ля, отличающийся тем, что, с целью ный узел, межэлектродную вставку и катод- повышения надежности работы плазмотроный узел, выполненный в виде обоймы, на и упрощения его конструкции, обойма включающей установленную по оси плаз- 55 выполнена в виде плоского соосного катодMoTpolla рабочую электродную втулку и, по ному узлу диска со сквозными периферийменьшей мере, две параллельные ей эа-,ныряли отверстиями для установки втулок и пасные втулки и привод позиционного вместе с приводом установлена в цилиндриперемещения втулок в плоскости, пврпен- ческом водоохлаждаемом корпусе с торцодикулярной оси плазмотрона,иузлагерме- выми наружным и внутренним фланца ли, 1419490

Х и

Фю2

Составитель В.Грачев

Техред М.Моргентал

Корректор B,Ïeòðàø

Редактор С,Хейфиц

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва, Ж-З5, Раушская наб., 4/5

Заказ 3185

Производственно-издательский. комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина. 101 между наружным фланцем и обоймой размещены прилегающий к фланцу элемент для создания осевого усилия и жестко соединенная с ним подвижная в осевом направлении диафрагма, во внутреннем и наружном фланцах и в диафрагме выполнены соосные катодному узлу сквозные отверстия, а в отверстиях диафрагмы и внутреннего фланца установлены дополнительные профилированные электродные секции, узел герметизации втулок снабжен расположенными на обращенных к рабочей втулке поверхностях внутреннего фланца и диафрагмы дополнительными кольцевыми уплотнителями из токопроводящего материала, а упомянутый упругий уплотнитель расположен между рабочей втулкой и внутренним фланцем с внешним кольцевым зазором относительно уплотнителя из токопроводящего материала, втулки выполнены с рубашкой охлаждения, образующей кольцевую полость, сообщающуюся с полостью корпуса с одной стороны через зазор

10 между плотнителями, а с другой — через отверстия в рубашке охлаждения, причем элемент для создания осевого усилия выполнен сильфонного типа и снабжен патрубком ввода текучей среды.