Электродуговая плазменная горелка

 

Использование: в электродуговых генераторах низкотемпературной плазмы для плазменной обработки материалов, в частности резки, сварки, термической обработки. Сущность изобретения: электродуговая плазменная горелка имеет корпус 1 с аксиально установленными соплом-анодом 2 и катодом 4 и резервуар для рабочей жидкости, заполненный влаговпитывающим материалом 7. Катод закреплен в держателе, охватываемом кольцом из теплопроводного материала 9, имеющим тангенциальные каналы 10. Между кольцом и анодом размещена шайба, на торце которой выполнены тангенциальные каналы, а на внешней цилиндрической поверхности винтообразные каналы. 4 ил.

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.

Более точно изобретение относится к тем генераторам низкотемпературной плазмы (плазмотронам), в которых в качестве рабочего тела используется пар.

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.

Распространенным решением по осуществлению этого процесса является подвод испаряемой жидкости через каналы в электродах, проходя по которым она испаряется, одновременно охлаждая электроды.

Существенным недостатком известных решений является то, что даже в тех случаях, когда пар образуется непосредственно в плазмотроне, последний оказывается тем не менее связанным коммуникациями с источником жидкости, преобразуемого в пар.

В плазменной горелке, имеющей корпус с соосно установленными соплом-анодом и стержневым катодом, закрепленным в держателе,согласно изобретению, конструктивно объединены указанный корпус и резервуар для испаряемой жидкости. Последний присоединен непосредственно к корпусу через патрубок, заполненный пористым теплопроводным материалом, через который проходит трубка из теплопроводного материала, имеющая на конце, обращенном к соплу-аноду фланец с каналами на торцевой поверхности внутри этой трубки, электроизолированно от нее помещен держатель катода. Резервуар заполнен влаговпитывающим материалом, охватывающим упомянутую теплопроводную трубку. Между указанным фланцем трубки и соплом-анодом установлена втулка из теплопроводного материала, имеющая на внешней цилиндрической поверхности и на поверхности, обращенной к соплу-аноду, каналы.

На фиг. 1 показана горелка, общий вид; на фиг.2 выходная часть корпуса горелки; на фиг.3 сечение А-А фиг.2; на фиг.4 вид Б на фиг.1.

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. Резервуар заполнен влаговпитывающим материалом 7, а патрубок 5 пористым теплопроводным материалом 8, который контактирует с влаговпитывающим материалом 7. Внутри влаговпитывающего материала 7 помещена трубка 9, выполненная из теплопроводного материала и имеющая на конце, обращенном к аноду 2, фланец 15 с каналами на торцевой поверхности, выходящими в разрядную камеру 11. Катододержатель 3 проходит внутри трубки 9 и изолирован от нее. Между фланцем 15 трубки 9 и соплом-анодом 2 установлена втулка 12, выполненная из теплопроводного материала и имеющая на торцевой поверхности, обращенной к аноду, каналы 13 и на внешней цилиндрической поверхности каналы 14.

Горелка работает следующим образом.

Резервуар 6 заполняют рабочей жидкостью (водой), включают источник питания и возбуждают дугу между анодом и катодом. Энергия, выделяемая на сопле-аноде 2 при протекании тока через дугу, разогревает его и через втулку 12 и теплопроводную трубку 9 тепло передается воде, находящейся в влаговпитывающем теплопроводном материале 8. Вода превращается в пар, создается избыточное давление, под действием которого пар проходит в разрядную камеру через каналы 10 и через каналы 14, а затем каналы 13 втулки 12, после чего выходит через центральное осевое отверстие сопла-анода 2.

Струя пара, проходя через разрядную камеру, сжимает дуговой разряд (столб) между анодом и катодом в шнур, идущий по оси горелки от катода к аноду. Пар, соприкасаясь со шнуром, ионизируется и нагревается до высоких температур. До этого момента пар, соприкасаясь с соплом и катодом, снимает с них часть тепла, охлаждая их.

В предлагаемой горелке создаются 2 ступени подачи пара через каналы, а именно: ступень подачи пара к катоду через каналы на торцевой поверхности элемента, охватывающего катододержатель, и ступень подачи пара к аноду через каналы 14 и 13 на введенной в конструкцию горелки втулке 12.

Конструкция позволяет распределять оптимальным образом поток пара для охлаждения анода и катода за счет изменения количества формы и размеров каналов на втулке.

Кроме повышения степени охлаждения электродов в предлагаемой горелке пар, проходящий через каналы 10, стабилизирует дуговой столб при любом положении катода, что позволяет производить бесступенчатую регулировку силовой мощности факела в широком рабочем диапазоне.

Формула изобретения

Электродуговая плазменная горелка, содержащая корпус с соосно установленными соплом-анодом и стержневым катодом, закрепленным в держателе, отличающаяся тем, что она снабжена присоединенным к корпусу через патрубок, заполненный пористым теплопроводным материалом, резервуаром с влаговпитывающим материалом, охватывающим проходящую через него трубку из теплопроводного материала, имеющую на конце, обращенном к соплу-аноду, фланец с каналами на торцевой поверхности со стороны сопла-анода, при этом внутри трубки электроизолированно от нее размещен держатель катода, а между соплом-анодом и фланцем установлена втулка из теплопроводного материала, имеющая на внешней цилиндрической поверхности и на поверхности, соприкасающейся с соплом-анодом, каналы.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4