Сопло плазменной горелки, охлаждаемой жидкостью, а также головка плазменной горелки с соплом



Сопло плазменной горелки, охлаждаемой жидкостью, а также головка плазменной горелки с соплом
Сопло плазменной горелки, охлаждаемой жидкостью, а также головка плазменной горелки с соплом
Сопло плазменной горелки, охлаждаемой жидкостью, а также головка плазменной горелки с соплом
Сопло плазменной горелки, охлаждаемой жидкостью, а также головка плазменной горелки с соплом
Сопло плазменной горелки, охлаждаемой жидкостью, а также головка плазменной горелки с соплом
Сопло плазменной горелки, охлаждаемой жидкостью, а также головка плазменной горелки с соплом
Сопло плазменной горелки, охлаждаемой жидкостью, а также головка плазменной горелки с соплом
Сопло плазменной горелки, охлаждаемой жидкостью, а также головка плазменной горелки с соплом
Сопло плазменной горелки, охлаждаемой жидкостью, а также головка плазменной горелки с соплом
Сопло плазменной горелки, охлаждаемой жидкостью, а также головка плазменной горелки с соплом
Сопло плазменной горелки, охлаждаемой жидкостью, а также головка плазменной горелки с соплом

 

H05H1/28 - Плазменная техника (термоядерные реакторы G21B; ионно-лучевые трубки H01J 27/00; магнитогидродинамические генераторы H02K 44/08; получение рентгеновского излучения с формированием плазмы H05G 2/00); получение или ускорение электрически заряженных частиц или нейтронов (получение нейтронов от радиоактивных источников G21, например G21B,G21C, G21G); получение или ускорение пучков нейтральных молекул или атомов (атомные часы G04F 5/14; устройства со стимулированным излучением H01S; регулирование частоты путем сравнения с эталонной частотой, определяемой энергетическими уровнями молекул, атомов или субатомных частиц H03L 7/26)

Владельцы патента RU 2533187:

КЬЕЛЬБЕРГ ФИНСТЕРВАЛЬДЕ ПЛАЗМА УНД МАШИНЕН ГМБХ (DE)

Изобретение относится к области плазменной техники. Сопло для плазменной горелки, охлаждаемой жидкостью, содержит сверление сопла для выхода струи плазменного газа на конце сопла, первый участок, внешняя поверхность которого выполнена цилиндрической, и примыкающий к нему, к концу сопла второй участок, внешняя поверхность которого суживается по направлению к концу сопла конически, причем предусмотрена/предусмотрены, по меньшей мере, одна канавка подвода жидкости и/или, по меньшей мере, одна канавка отвода жидкости и продолжаются через второй участок во внешней поверхности сопла (4) по направлению к концу сопла и причем канавка подвода жидкости или, по меньшей мере, одна из канавок подвода жидкости и/или канавка отвода жидкости или, по меньшей мере, одна из канавок отвода жидкости также продолжается/продолжаются через часть первого участка, а в первом участке находится, по меньшей мере, одна канавка, сообщающаяся с канавкой подвода жидкости или, по меньшей мере, с одной из канавок подвода жидкости или с канавкой отвода жидкости или, по меньшей мере, с одной из канавок отвода жидкости. Технический результат - снижение перегрева сопла. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Настоящее изобретение относится к соплу плазменной горелки, охлаждаемой жидкостью, а также к головке плазменной горелки с соплом.

Плазмой называют термически сильно разогретый токопроводящий газ, состоящий из положительных и отрицательных ионов, электронов, а также из возбужденных и нейтральных атомов и молекул. В качестве плазменного газа используют различные газы, например одноатомный аргон и/или двухатомные газы водород, азот, кислород или воздух. Эти газы ионизируют и диссоциируют посредством энергии электрической дуги. Сжатую соплом электрическую дугу называют в этом случае плазменной струей. На параметры плазменной струи может сильно влиять конструкция сопла и электрода. Такими параметрами плазменной струи являются, например, диаметр струи, температура, плотность энергии и скорость течения газа. Например, при плазменной резке плазму сжимают соплом, которое может быть с газовым или водяным охлаждением. Вследствие этого можно достигать плотности энергии до 2×106 вт/см2. При плазменной резке возникают температуры до 30000°С, которые позволяют реализовывать в сочетании с высокой скоростью течения газа очень высокие скорости резки материалов.

Плазменные горелки могут приводиться в действие непосредственно или косвенно. При непосредственном режиме ток протекает от источника электропитания через электрод плазменной горелки и через произведенную посредством электрической дуги и сжатую соплом плазменную струю непосредственно через деталь назад к источнику электропитания. При помощи непосредственного режима можно резать токопроводящие материалы.

При косвенном режиме ток протекает от источника электропитания через электрод плазменной горелки, через произведенную посредством электрической дуги и сжатую соплом плазменную струю и сопло назад к источнику электропитания. Вследствие этого сопло нагружается еще сильнее, чем при непосредственной плазменной резке, так как оно не только сжимает плазменную струю, но и является точкой касания электрической дуги. При помощи косвенного режима можно резать как токопроводящие, так и не токопроводящие материалы.

Из-за высокой тепловой нагрузки сопла его изготавливают, как правило, из металлического материала, предпочтительно из меди, из-за ее высокой электропроводности и теплопроводности. То же самое относится к электрододержателю, который может быть изготовлен также из серебра. Сопло используют в плазменной горелке, основными компонентами которой являются: головка плазменной горелки, кожух сопла, направляющий элемент плазменного газа, сопло, соплодержатель, зажимное устройство электрода, электрододержатель наконечника электрода, а в современных плазменных горелках - фиксатор защитного кожуха сопла и защитный кожух сопла. Электрододержатель фиксирует острый наконечник электрода из вольфрама, подходящий для использования в качестве плазменного газа неокисляющихся газов, например смеси водорода и аргона. Так называемый плоский электрод, наконечник которого состоит, например, из гафния, также подходит для использования в качестве плазменного газа окисляющихся газов, например, воздуха или кислорода. Для достижения более длительного срока службы сопла его охлаждают в данном случае жидкостью, например водой. Средство охлаждения подводят через подвод воды по направлению к соплу и отводят через водоотвод от сопла и оно протекает при этом через полость, занимаемую охлаждающим средством, ограниченную соплом и кожухом сопла.

В документе DD 36014 В1 описано сопло. Оно состоит из токопроводящего материала, например, меди и имеет соответствующую типу плазменной горелки геометрическую форму, например конически выполненное разрядное пространство с цилиндрическим выходным сечением сопла. Внешняя форма сопла выполнена в виде конуса, причем достигают приблизительно одинаковой толщины стенки, рассчитанной для обеспечения хорошей прочности и теплопередачи сопла к средству охлаждения. Сопло установлено в соплодержателе. Соплодержатель состоит из коррозионно-устойчивого материала, например латуни, и имеет внутри центрирующее зажимное устройство для сопла, а также паз для резинового уплотнителя, уплотняющего разрядное пространство от средства охлаждения. Кроме того, в соплодержателе находятся смещенные на 180° сверления для подвода и отвода средства охлаждения. На внешнем диаметре соплодержателя расположен паз для круглого резинового кольца для уплотнения пространства для средства охлаждения по отношению к атмосфере, а также винтовая резьба и центрирующее зажимное устройство для кожуха сопла. Кожух сопла выполнен остроугольным, также из коррозионно-устойчивого материала, например латуни, и имеет толщину стенки, целенаправленно рассчитанную для отвода тепла излучения в средство охлаждения. Наименьший внутренний диаметр снабжен кольцом круглого сечения. Проще всего использовать в качестве средства охлаждения воду. Эта компоновка должна создавать возможность для простого изготовления сопел при экономном использовании материала и их быстрой замене, а также благодаря остроугольной конструктивной форме - для поворота плазменной горелки относительно детали, а вследствие этого для выполнения наклонных разрезов.

В документе DE-OS 1565638 раскрыта плазменная горелка, предпочтительно для плазменной резки материалов и для подготовки сварочных кромок. Удлиненной формы головки горелки достигают, применяя особое остроугольное режущее сопло, внутренний и внешний углы которого одинаковы между собой, а также равны внутреннему и внешнему углам кожуха сопла. Между кожухом сопла и режущим соплом образовано пространство для средства охлаждения, в котором кожух сопла снабжен пояском, создающим самоуплотнение с режущим соплом, поэтому вследствие этого возникает равномерная кольцевая щель в качестве пространства для средства охлаждения. Подвод и отвод средства охлаждения, главным образом, воды, происходят через две расположенные со смещением на 180° относительно друг друга канавки в соплодержателе.

В документе DE 2525939 описана плазменная электродуговая горелка для плазменной резки, в частности для резки или сварки, в которой электрододержатель и кожух сопла образуют взаимозаменяемый унифицированный узел. Внешний подвод средства охлаждения выполнен, по существу, посредством охватывающего корпус сопла накидного кожуха. Средство охлаждения протекает по каналам в кольцевую полость, образованную корпусом сопла и накидным кожухом.

Документ DE 69233071 Т2 относится к электродуговому устройству для плазменной резки. В указанном документе раскрыт вариант выполнения сопла для электродуговой плазменной режущей горелки, выполненной из проводящего материала и выполненного выходного отверстия для струи плазменного газа и полого участка корпуса, выполненного так, что он имеет, в целом, коническую тонкостенную конфигурацию, наклоненную по направлению к выходному отверстию и имеющую увеличенный участок головки, выполненный неразделимо с участком корпуса, причем участок головки сделан из однородного материала за исключением центрального канала, расположенного на одной прямой с выходным отверстием и имеющего, в общем, коническую внешнюю поверхность, также наклоненную по направлению к выходному отверстию и имеющую диаметр, смежный с диаметром соседнего участка корпуса, превышающего диаметр участка корпуса для образования подрезанной сзади канавки. Электродуговое устройство для плазменной резки имеет кожух для вторичного газа. Кроме того, охлаждаемый водой кожух расположен между соплом и кожухом вторичного газа, чтобы образовывать охлаждаемое водой пространство для внешней поверхности форсунки в целях высокоэффективного охлаждения. Сопло отличается большой головкой, охватывающей выходное отверстие для плазменной струи, и острым подрезом или канавкой к коническому корпусу. Такая конструкция сопла способствует охлаждению сопла.

В описанных ранее плазменных горелках средство охлаждения подводят к соплу по каналу подвода воды и отводят от сопла по каналу отвода воды. Эти каналы смещены в большинстве случаев на 180° относительно друг друга, а средство охлаждения насколько возможно равномерно омывает сопло на пути от подвода к отводу. Тем не менее, рядом с каналом сопла постоянно регистрируют случаи перегрева.

В документе DD 83890 В1 описано другое управление средством охлаждения для горелки, выдерживающей высокие тепловые нагрузки сопла и катода, предпочтительно для плазменной горелки, в частности предназначенной для плазменной сварки, плазменной резки, плазменного покрытия эмалью и плазменного напыления. В данном случае для охлаждения сопла размещают кольцо, с возможностью его легкой установки в элемент соплодержателя и извлечения из него, направляющее средство охлаждения, имеющее для ограничения проведения охлаждающей среды до тонкого слоя максимально 3 мм толщины, проходящую по окружности вдоль внешней стенки сопла канавку, в которую впадают более чем один, предпочтительно от двух до четырех, и размещенные в форме звезды радиально к ней и симметрично к оси сопла и в форме звезды к ней под углом от 0 до 90° подводы средства охлаждения так, что они находятся рядом с двумя стоками охлаждающей среды, а каждый сток охлаждающей среды с двумя притоками охлаждающей среды.

Такая компоновка опять имеет недостаток, заключающийся в том, что требуются более высокие издержки для охлаждения, вследствие применения дополнительного конструктивного элемента - кольца, направляющего охлаждающую среду. Кроме того, это увеличивает всю компоновку.

Вследствие этого задача, лежащая в основе изобретения, состоит в предотвращении простым способом перегрева рядом с каналом сопла или сверления сопла.

Эта задача решена посредством головки плазменной горелки, содержащей:

- сопло по любому из пунктов 1-14 формулы изобретения,

- соплодержатель для фиксации сопла, и

кожух сопла, причем кожух сопла и сопло образуют пространство, занимаемое охлаждающей жидкостью, с возможностью его соединения через два соответственно смещенных от 60° до 180° сверления с подводящей охлаждающую жидкость линией или отводящей охлаждающую жидкость линией, причем соплодержатель выполнен так, что охлаждающая жидкость поступает, попадая почти перпендикулярно к продольной оси головки плазменной горелки в сопло в пространство, занимаемое охлаждающей жидкостью, и/или почти перпендикулярно к продольной оси из пространства, занимаемого охлаждающей жидкостью в соплодержатель.

Кроме того, в данном изобретении представлено сопло для плазменной горелки, охлаждаемой жидкостью, содержащее: сверление сопла для выхода струи плазменного газа на конце сопла, первый участок, внешняя поверхность которого, по существу, цилиндрическая, и примыкающий к нему, к концу сопла второй участок, внешняя поверхность которого суживается по направлению к концу сопла, по существу, конически, причем предусмотрена/предусмотрены, по меньшей мере, одна канавка подвода жидкости и/или, по меньшей мере, одна канавка отвода жидкости и продолжаются через второй участок во внешней поверхности сопла по направлению к концу сопла и причем канавка подвода жидкости или, по меньшей мере, одна из канавок подвода жидкости и/или канавка отвода жидкости или, по меньшей мере, одна из канавок отвода жидкости также продолжается/продолжаются через часть первого участка, а в первом участке находится, по меньшей мере, одна канавка, сообщающаяся с канавкой подвода жидкости или, по меньшей мере, с одной из канавок подвода жидкости или с канавкой отвода жидкости или, по меньшей мере, с одной из канавок отвода жидкости. Под словосочетанием "по существу цилиндрическая" подразумевается, что внешняя поверхность является, в общем и целом, цилиндрической, по меньшей мере, при мысленном удалении канавок, таких, как канавки подвода жидкости и канавки отвода жидкости. Аналогично этому под словосочетанием "сужается, по существу, конически" подразумевается, что внешняя поверхность, по меньшей мере, при мысленном удалении канавок, таких, как канавки подвода жидкости и канавки отвода жидкости, в общем и целом сужается конически.

Согласно особо предпочтительному варианту выполнения головки плазменной горелки сопло имеет, по меньшей мере, одну канавку подвода жидкости и, по меньшей мере, одну канавку отвода жидкости, а кожух сопла имеет на своей внутренней поверхности, по меньшей мере, три выреза, отверстия которых, обращенные к соплу, продолжаются соответственно на размер (b2) в дуговых единицах, причем размер (b4, c4, d4, e4) в дуговых единицах прилегающих в направлении окружности к канавке (канавкам) подвода жидкости и/или к канавке (канавкам) отвода жидкости, выступающих наружу по отношению к канавке или канавкам подвода жидкости и/или канавке (канавкам) отвода жидкости участков сопла соответственно, по меньшей мере, такой же величины, как размер (b2) в дуговых единицах. Таким образом, особенно безупречно предотвращают параллельное подключение подвода средства охлаждения к отводу средства охлаждения.

Кроме того, в головке плазменной горелки может быть предусмотрено, что оба сверления продолжаются соответственно, по существу, параллельно к продольной оси головки плазменной горелки. Этим достигают возможности компактного подсоединения линий охлаждающей жидкости к головке плазменной горелки.

В частности, сверления могут быть расположены со смещением на 180°.

Предпочтительно, если размер в дуговых единицах участка между вырезами кожуха сопла максимально вдвое меньше, чем минимальный размер в дуговых единицах канавки (канавок) отвода жидкости и/или минимальный размер в дуговых единицах канавки (канавок) подвода жидкости сопла.

В предпочтительном варианте выполнения сопла предусмотрено, по меньшей мере, две канавки подвода жидкости и/или, по меньшей мере, две канавки отвода жидкости.

Предпочтительным является то, что центр канавки подвода жидкости или, по меньшей мере, одна из канавок подвода жидкости и центр канавки отвода жидкости или, по меньшей мере, одной из канавок отвода жидкости расположены по окружности сопла со смещением на 180° относительно друг друга.

Предпочтительным является то, что ширина канавки подвода жидкости или, по меньшей мере, одной из канавок подвода жидкости и/или ширина канавки отвода жидкости или, по меньшей мере, одной из канавок отвода жидкости расположена/расположены в направлении окружности на участке от 10° до 270°.

Согласно особо предпочтительному варианту выполнения сумма ширин канавок подвода жидкости и/или канавок отвода жидкости составляет между 20° и 340°.

Однако сумма ширин канавок подвода жидкости и/или канавок отвода жидкости может составлять между 60° и 300°.

Канавка или одна из канавок, предпочтительно, продолжается в направлении окружности первого участка сопла по всей окружности.

В частности, при этом может быть предусмотрено, что канавка или, по меньшей мере, одна из канавок продолжается в направлении окружности первого участка сопла на угол ζ1 или ζ2 на участке от 60° до 300°.

Предпочтительным является то, что канавка или, по меньшей мере, одна из канавок продолжается в направлении окружности первого участка сопла на угол ζ1 или ζ2 на участке от 90° до 270°.

В предпочтительном варианте выполнения сопла предусмотрены точно две канавки подвода жидкости и точно две канавки отвода жидкости.

В частности, обе канавки подвода жидкости могут быть расположены по окружности сопла симметрично к прямой линии, продолжающейся от центра канавок отвода жидкости под прямым углом по продольной оси сопла, а обе канавки отвода жидкости могут быть расположены по окружности сопла симметрично к прямой линии, продолжающейся от центра канавки подвода жидкости под прямым углом по продольной оси сопла.

Предпочтительно, если центры обеих канавок подвода жидкости и/или центры обеих канавок отвода жидкости расположены по окружности сопла со смещением относительно друг друга на угол, находящийся на участке от 20° до 180°.

Кроме того, может быть предусмотрено, что обе канавки подвода жидкости и/или обе канавки отвода жидкости сообщаются друг с другом в первом участке сопла.

Целесообразно, если, по меньшей мере, одна из канавок выходит через канавку подвода жидкости или, по меньшей мере, через одну из канавок подвода жидкости или через канавку отвода жидкости или, по меньшей мере, через одну из канавок отвода жидкости.

Основу изобретения составляет то, что благодаря подводу и/или отводу охлаждающей жидкости под прямым углом к продольной оси головки плазменной горелки вместо - в соответствии с уровнем техники - параллельного к продольной оси головки плазменной горелки достигают более лучшего охлаждения сопла вследствие более длительного контакта охлаждающей жидкости с соплом и направления охлаждающей жидкости через канавки в сопле в цилиндрическом участке по направлению к соплодержателю.

Если предусмотрена более чем одна канавка подвода жидкости, то на участке конца сопла можно достигать особенно хорошего завихрения охлаждающей жидкости вследствие сталкивания потоков охлаждающей жидкости, которое также сопровождается, как правило, лучшим охлаждением форсунки.

Другие признаки и преимущества изобретения следуют из приложенных пунктов формулы изобретения и нижеследующего описания.

Изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:

фиг.1 - продольный разрез головки плазменной горелки с подводом плазменного и вторичного газа с соплом согласно предпочтительному варианту выполнения данного изобретения;

фиг.1а - разрез вдоль линии А-А по фиг.1;

фиг.1b - разрез вдоль линии В-В по фиг.1;

фиг.2 - детальные изображения (слева вверху: вид сверху спереди; справа вверху: продольный разрез; справа внизу; вид сбоку) сопла по фиг.1;

фиг.3 - детальные изображения (слева вверху: вид сверху спереди; справа вверху: продольный разрез; справа внизу: вид сбоку) сопла согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения;

фиг.4 - детальные изображения (слева вверху: вид сверху спереди; справа вверху: продольный разрез; справа внизу: вид сбоку) сопла согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения;

фиг.5 - продольный разрез головки плазменной горелки с подводом плазменного и вторичного газа с соплом согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения изобретения;

фиг.5а - разрез вдоль линии А-А по фиг.5;

фиг.5b - разрез вдоль линии В-В по фиг.5;

фиг.6 - детальные изображения (слева вверху: вид сверху спереди; справа вверху: продольный разрез; справа внизу: вид сбоку) сопла согласно следующему предпочтительному варианту выполнения изобретения;

фиг.7 - детальные изображения используемого на фиг.1 кожуха 2 сопла (слева: продольный разрез, справа: вид слева продольного разреза).

В предшествующем, а также в последующем описании под канавкой подразумевается, например, лыска.

В следующем описании описываются предпочтительные варианты выполнения сопел, имеющих, по меньшей мере, одну канавку подвода жидкости, называемую в данном случае канавкой подвода охлаждающей жидкости, и, по меньшей мере, одну канавку отвода жидкости, называемую здесь канавкой отвода охлаждающей жидкости, в частности соответственно точно одну и соответственно точно две. Тем не менее, изобретение этим не ограничено. Может быть предусмотрено большее количество канавок подвода жидкости и канавок отвода жидкости, и/или количество канавок подвода жидкости и канавок отвода жидкости может быть различным.

Показанная на фиг.1 головка 1 плазменной горелки захватывает при помощи зажимного устройства 6 электрода электрод 7, в данном случае посредством винтовой резьбы (не изображено). Электрод 7 выполнен в виде плоского электрода. В качестве плазменного газа (PG) для плазменной горелки, например, можно использовать воздух или кислород. Сопло 4 захватывается, по существу, цилиндрическим соплодержателем 5. Кожух 2 сопла, фиксированный посредством винтовой резьбы (не показана) к головке 1 плазменной горелки, фиксирует сопло 4 и образует с ним пространство, занимаемое охлаждающей жидкостью. Пространство, занимаемое охлаждающей жидкостью, уплотнено выполненным как кольцо 4.16 круглого сечения уплотнением, находящимся в канавке 4.15 сопла 4, между соплом 4 и кожухом 2 сопла и уплотнено выполненным как кольцо 4.18 круглого сечения уплотнением, находящимся в канавке 4.17, между соплом 4 и кожухом 5 сопла.

Охлаждающая жидкость, например вода или смешанная с низкозамерзающей жидкостью вода протекает по пространству, занимаемому охлаждающей жидкостью, от сверления подвода (WV) охлаждающей жидкости к сверлению отвода (WR) охлаждающей жидкости, причем сверления расположены со смещением на 90° относительно друг друга (см. фиг.1b).

В плазменных горелках согласно уровню техники часто происходит перегрев сопла 4 на участке сверления 4.10 сопла. Однако перегрев может произойти между цилиндрическим участком 4.1 (см. фиг.2) сопла 4 и соплодержателя 5. Это касается, в частности, плазменных горелок, приводимых в действие большим сигнальным током или косвенно. Это проявляется за счет изменения цвета меди после короткого времени эксплуатации. В данном случае изменения цвета возникают через короткий промежуток времени (например, пять минут) уже при токах 40 А.

Также подвергается перегрузке место уплотнения между соплом 4 и кожухом 2 сопла, что приводит к повреждению кольца 4.16 круглого сечения, а вместе с ним - к неплотности и выходу охлаждающей жидкости. Исследования показали, что этот эффект возникает особенно на обращенной к отводу охлаждающей жидкости стороне сопла 4. Предполагается, что больше всего подвергающийся термической нагрузке участок, - сверление 4.10 сопла сопла 4, - охлаждается недостаточно, так как охлаждающая жидкость недостаточно обтекает расположенный ближе всего к сверлению сопла часть 10.20 пространства, занимаемого охлаждающей жидкостью, и/или вовсе не достигает его, в частности, на обращенной к отводу охлаждающей жидкости стороне.

В данной головке плазменной горелки согласно фиг.1 охлаждающую жидкость направляют почти перпендикулярно к продольной оси головки 1 плазменной горелки от соплодержателя 5, попадая в сопло 4, в пространство, занимаемое охлаждающей жидкостью. Для этого охлаждающую жидкость поворачивают в поворачивающую поток полость 10.10 пространства, занимаемого охлаждающей жидкостью, от параллельного к продольной оси направления - в сверление подвода (WV) охлаждающей жидкости плазменной горелки, в направлении первого участка 4.1 (см. фиг.2), почти перпендикулярно к продольной оси головки 1 плазменной горелки. Затем охлаждающая жидкость протекает через канавку 4.6 (см. фиг.1b и 2), продолжающийся в направлении окружности первого участка 4.1 на часть окружности, т.е. примерно более чем на 110°, в образованную канавкой 4.20 подвода охлаждающей жидкости (см. фиг.1а, 1b и 2) сопла 4 и кожухом 2 сопла элемент 10.11 в охватывающей сверление 4.10 сопла части 10.20 пространства, занимаемого охлаждающей жидкостью, и обтекает в нем сопло 4. Затем охлаждающая жидкость протекает через образованную канавкой 4.22 отвода охлаждающей жидкости сопла 4 и кожухом 2 сопла полость 10.15 назад к отводу (WR) охлаждающей жидкости, причем в данном случае переход происходит, по существу, параллельно к продольной оси головки плазменной горелки (не показано).

Кроме того, головка 1 плазменной горелки оборудована фиксатором 8 защитного кожуха сопла и защитным кожухом 9 сопла. Через этот участок протекает вторичный газ (SG), охватывающий плазменную струю. При этом вторичный газ SG протекает по подводу 9.1 вторичного газа и приводится там во вращение.

На фиг.1а показан разрез вдоль линии А-А плазменной горелки по фиг.1. На нем показано, как образованный канавкой 4.20 подвода охлаждающей жидкости сопла 4 и кожухом 2 сопла элемент 10.11 предотвращает параллельное подключение между подводом охлаждающей жидкости и отводом охлаждающей жидкости посредством участков 4.41 и 4.42 выступающих наружу участков 4.31 и 4.32 сопла 4 в комбинации с внутренней поверхностью 2.5 кожуха 2 сопла. Таким образом, достигают эффективного охлаждения сопла 4 на участке конца сопла и предотвращают тепловую перегрузку. Это обеспечивает возможно большее поступление охлаждающей жидкости к элементу 10.20 полости, занимаемой средством охлаждения. При испытаниях изменений цвета сопла на участке сверления 4.10 сопла больше не происходило. Также больше не возникали неплотности между соплом 4 и кожухом 2 сопла и не перегревалось кольцо 4.16 круглого сечения.

На фиг.1b показан разрез вдоль линии В-В головки 1 плазменной горелки по фиг.1, демонстрирующий плоскость поворачивающей поток полости 10.10 и соединение подвода охлаждающей жидкости через охватывающую примерно более чем на 110° канавку 4.6 в сопле 4 и расположенные со смещением на 90° сверления для подвода (WV) охлаждающей жидкости и отвода (WR) охлаждающей жидкости.

На фиг.2 показано сопло 4 головки плазменной горелки по фиг.1. Оно имеет сверление 4.10 сопла для выхода струи плазменного газа на конце 4.11 сопла, первый участок 4.1, внешняя поверхность 4.4 которого, по существу, цилиндрическая, и примыкающий к нему второй участок 4.2, внешняя поверхность 4.5 которого сужается, по существу, конически по направлению к концу 4.11 сопла. Канавка 4.22 отвода охлаждающей жидкости продолжается через второй участок 4.2 сопла 4. Центр канавки 4.20 подвода охлаждающей жидкости и центр канавки 4.22 отвода охлаждающей жидкости расположены по окружности сопла 4 со смещением около 180° относительно друг друга. Между канавкой 4.20 подвода охлаждающей жидкости и канавкой 4.22 отвода охлаждающей жидкости находятся выступающие наружу участки 4.31 и 4.32 вместе с относящимися к ним участками 4.41 и 4.42.

На фиг.3 показано сопло согласно следующему предпочтительному варианту выполнения изобретения, которое можно использовать также в головке плазменной горелки по фиг.1. Канавка 4.20 подвода охлаждающей жидкости соединена с канавкой 4.6, которая продолжается на чертеже в направлении окружности по всей окружности. Преимущество этого состоит в том, что сверления для подвода (WV) охлаждающей жидкости и отвода (WR) охлаждающей жидкости могут быть расположены в головке плазменной горелки с любым смещением. Кроме того, это предпочтительно для охлаждения перехода между соплодержателем 5 и соплом 4. Принципиально это можно также применить для канавки 4.22 отвода охлаждающей жидкости.

На фиг.4 показано сопло согласно другому предпочтительному варианту выполнения изобретения, которое можно использовать также в головке плазменной горелки по фиг.1. Канавки 4.20 и 4.21 подвода охлаждающей жидкости продолжаются через часть первого участка 4.1 и через второй участок 4.2 во внешней поверхности 4.5 сопла 4 по направлению до конца 4.11 сопла и заканчиваются перед цилиндрической внешней поверхностью 4.3. Канавки 4.22 и 4.23 отвода охлаждающей жидкости продолжаются через второй участок 4.2 сопла 4. Между канавками 4.20 и 4.21 подвода охлаждающей жидкости и канавками 4.22 и 4.23 отвода охлаждающей жидкости находятся выступающие наружу участки 4.31, 4.32, 4.33 и 4.34 с относящимися к ним участками 4.41, 4.42, 4.34 и 4.44. Канавки 4.20 и 4.21 подвода охлаждающей жидкости соединены друг с другом продолжающейся в направлении окружности первого участка 4.1 сопла 4 через часть окружности между канавками 4.20 и 4.21, т.е. примерно на 160° канавкой 4.6 сопла 4.

На фиг.5 представлена головка плазменной горелки согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения изобретения. На этом чертеже охлаждающая жидкость также направляется почти перпендикулярно к продольной оси головки 1 плазменной горелки, поступая от соплодержателя 5 в сопло 4 в направлении к полости, занимаемой охлаждающей жидкостью. Для этого в поворачивающей поток полости 10.10 пространства, занятого охлаждающей жидкостью, охлаждающую жидкость поворачивают от параллельного к продольной оси направления в сверление подвода (WV) охлаждающей жидкости плазменной горелки, в направлении первого участка 4.1 сопла, почти перпендикулярно к продольной оси головки 1 плазменной горелки. Затем охлаждающая жидкость протекает через образованные канавками 4.20 и 4.21 подвода охлаждающей жидкости сопла 4 и кожухом 2 сопла элементы 10.11 и 10.12 (см. фиг.5а) в охватывающий сверление 4.10 сопла участок 10.20 полости, занимаемый охлаждающей жидкостью, и обтекает в нем сопло 4. Затем охлаждающая жидкость протекает назад через образованные канавками 4.22 и 4.23 отвода охлаждающей жидкости сопла 4 и кожухом 2 сопла элементы 10.15 и 10.16 к отводу (WR) охлаждающей жидкости, причем переход на чертеже происходит почти перпендикулярно к продольной оси головки плазменной горелки, через поворачивающую поток полость 10.9.

На фиг.5а показан разрез вдоль линии А-А головки плазменной горелки по фиг.5, который отображает, как образованные канавками 4.20 и 4.21 подвода охлаждающей жидкости сопла 4 и кожухом 2 сопла элементы 10.11 и 10.12 предотвращают посредством участков 4.41 и 4.42 выступающих участков 4.31 и 4.32 сопла 4 в комбинации с внутренней поверхностью кожуха 2 сопла параллельное подключение подводов охлаждающей жидкости и отводов охлаждающей жидкости. Одновременно предотвращается параллельное подключение между элементами 10.11 и 10.12 посредством участка 4.43 выступающего участка 4.33 и между элементами 10.15 и 10.16 посредством участка 4.44 выступающего участка 4.43.

На фиг.5b показан разрез вдоль линии В-В головки плазменной горелки по фиг.7, показывающий плоскость поворачивающих потоки полостей 10.9 и 10.10.

На фиг.6 показано сопло 4 головки плазменной горелки по фиг.5. Оно имеет сверление 4.10 сопла для выхода струи плазменного газа в конце 4.11 сопла, первый участок 4.1, внешняя поверхность 4.4 которого, по существу, цилиндрическая, и примыкающий к нему к концу 4.11 сопла следующий второй участок 4.2, внешняя поверхность 4.5 которого суживается, по существу, конически к концу 4.11 сопла. Канавки 4.20 и 4.21 подвода охлаждающей жидкости и канавки 4.22 и 4.23 отвода охлаждающей жидкости продолжаются через часть первого участка 4.1 и через второй участок 4.2 во внешней поверхности 4.5 сопла 4 по направлению к концу 4.11 сопла и заканчиваются перед цилиндрической внешней поверхностью 4.3. Центр канавки 4.20 подвода охлаждающей жидкости и центр канавки 4.22 отвода охлаждающей жидкости, а также центр канавки 4.21 подвода охлаждающей жидкости и центр канавки 4.23 отвода охлаждающей жидкости расположены по окружности сопла 4 со смещением на 180° относительно друг друга и одинаковы по размеру.

Между канавкой 4.20 подвода охлаждающей жидкости и канавкой 4.22 отвода охлаждающей жидкости находится выступающий наружу участок 4.31 с относящимся к нему участком 4.41, а между канавкой 4.21 подвода охлаждающей жидкости и канавкой 4.23 отвода охлаждающей жидкости находится выступающий наружу участок 4.32 с относящимся к нему участком 4.42. Между канавками 4.20 и 4.21 подвода охлаждающей жидкости находится выступающий наружу участок 4.33 с относящимся к нему участком 4.43. Между канавками 4.22 и 4.23 отвода охлаждающей жидкости находится выступающий наружу участок 4.34 с относящимся к нему участком 4.44.

Даже если прежде это следовало бы описывать или показывать на чертежах возможно иначе, (соответствующая размеру в дуговых единицах) ширина канавок подвода охлаждающей жидкости может быть разной. Это относится также к (соответствующей размеру в дуговых единицах) ширине канавок отвода охлаждающей жидкости.

На фиг.7 показаны детальные изображения вставленного в головку 1 плазменной горелки по фиг.1 кожуха 2 сопла. Кожух 2 сопла имеет, по существу, сужающуюся конически внутреннюю поверхность 2.2, имеющую в этом случае в радиальной плоскости четырнадцать вырезов 2.6. Вырезы 2.6 расположены эквидистантно по внутренней окружности и полукруглые в радиальном разрезе.

Раскрытые в данном описании, на чертежах, а также в пунктах формулы изобретения признаки изобретения будут существенны как по отдельности, так и в любых комбинациях для осуществления изобретения в его различных формах выполнения.

1. Сопло (4) для плазменной горелки, охлаждаемой жидкостью, содержащее сверление (4.10) сопла для выхода струи плазменного газа на конце (4.11) сопла, первый участок (4.1), внешняя поверхность (4.4) которого выполнена, по существу, цилиндрической, и примыкающий к нему, к концу (4.11) сопла второй участок (4.2), внешняя поверхность (4.5) которого суживается по направлению к концу (4.11) сопла, по существу, конически, причем предусмотрены, по меньшей мере, две канавки (4.20 и 4.21) подвода жидкости и, по меньшей мере, две канавки (4.22 и 4.23) отвода жидкости, которые продолжаются через второй участок (4.2) во внешней поверхности (4.5) сопла (4) по направлению к концу (4.11) сопла, причем, по меньшей мере, одна из канавок (4.20; 4.21) подвода жидкости и/или, по меньшей мере, одна из канавок (4.22; 4.23) отвода жидкости также продолжается/продолжаются через часть первого участка (4.1), а в первом участке (4.1) находится, по меньшей мере, одна дополнительная канавка (4.6 или 4.7), сообщающаяся там, по меньшей мере, с одной канавкой (4.20; 4.21) подвода жидкости или, по меньшей мере, с одной канавкой (4.22; 4.23) отвода жидкости.

2. Сопло по п.1, отличающееся тем, что центр канавки (4.20; 4.21) подвода жидкости или, по меньшей мере, одна из канавок (4.20; 4.21) подвода жидкости и центр канавки (4.22; 4.23) отвода жидкости или, по меньшей мере, одной из канавок (4.22; 4.23) отвода жидкости расположены по окружности сопла (4) со смещением на 180° относительно друг друга.

3. Сопло по п.1 или 2, отличающееся тем, что ширина канавки (4.20 или 4.21) подвода жидкости или, по меньшей мере, одной из канавок (4.20;4.21) подвода жидкости и/или ширина канавки (4.22 или 4.23) отвода жидкости или, по меньшей мере, одной из канавок (4.22;4.23) отвода жидкости расположена/расположены в направлении окружности на участке от 10° до 270°.

4. Сопло по п.1 или 2, отличающееся тем, что сумма ширин канавок (4.20;4.21) подвода жидкости и/или канавок (4.22;4.23) отвода жидкости составляет от 20° до 340°.

5. Сопло по п.1 или 2, отличающееся тем, что сумма ширин канавок подвода жидкости и/или канавок отвода жидкости составляет от 60° до 300°.

6. Сопло по п.1 или 2, отличающееся тем, что канавка (4.6) или одна из канавок (4.6 или 4.7) продолжается в направлении окружности первого участка (4.1) сопла (4) по всей окружности.

7. Сопло по п.1 или 2, отличающееся тем, что канавка (4.6) или, по меньшей мере, одна из канавок (4.6 или 4.7) продолжается в направлении окружности первого участка (4.1) сопла (4) на угол ζ1 или ζ 2 на участке от 60° до 300°.

8. Сопло по п.7, отличающееся тем, что канавка (4.6) или, по меньшей мере, одна из канавок (4.6 или 4.7) продолжается в направлении окружности первого участка (4.1) сопла (4) на угол ζ 1 или ζ 2 на участке от 90° до 270°.

9. Сопло по п.1 или 2, отличающееся тем, что оно содержит две канавки (4.20; 4.21) подвода жидкости и две канавки (4.22; 4.23) отвода жидкости.

10. Сопло по п.9, отличающееся тем, что обе канавки (4.20; 4.21) подвода жидкости расположены по окружности сопла симметрично к прямой линии, продолжающейся от центра канавок (4.22; 4.23) отвода жидкости под прямым углом по продольной оси сопла (4), а обе канавки отвода жидкости могут быть расположены по окружности сопла симметрично к прямой линии, продолжающейся от центра канавки подвода жидкости под прямым углом по продольной оси сопла (4).

11. Сопло по п.9, отличающееся тем, что центры обеих канавок (4.20; 4.21) подвода жидкости и/или центры обеих канавок (4.22; 4.23) отвода жидкости расположены по окружности сопла (4) со смещением относительно друг друга на угол, находящийся на участке от 20° до 180°.

12. Сопло по п.9, отличающееся тем, что обе канавки (4.20; 4.21) подвода жидкости и/или обе канавки (4.22; 4.23) отвода жидкости сообщаются друг с другом в первом участке (4.1) сопла (4).

13. Сопло по п.1 или 2, отличающееся тем, что, по меньшей мере, одна из канавок (4.6 и/или 4.7) выходит через канавку (4.20 или 4.21) подвода жидкости или, по меньшей мере, через одну из канавок (4.20; 4.21) подвода жидкости или через канавку (4.22) отвода жидкости или, по меньшей мере, через одну из канавок (4.22; 4.23) отвода жидкости.

14. Головка (1) плазменной горелки, содержащая:
- сопло по любому из пп.1-13,
- соплодержатель (5) для фиксации сопла (4) и
- кожух (2) сопла, причем кожух (2) сопла и сопло (4) образуют пространство, занимаемое охлаждающей жидкостью, с возможностью его соединения через два соответственно смещенных от 60° до 180° сверления с подводящей охлаждающую жидкость линией или отводящей охлаждающую жидкость линией, причем соплодержатель (5) выполнен так, что охлаждающая жидкость поступает в основном перпендикулярно к продольной оси головки (1) плазменной горелки в сопло (4) в пространство, занимаемое охлаждающей жидкостью, и/или почти перпендикулярно к продольной оси из пространства, занимаемого охлаждающей жидкостью в соплодержатель.

15. Головка плазменной горелки по п.14, отличающаяся тем, что в сопле (4) выполнены, по меньшей мере, одна канавка (4.20; 4.21) подвода жидкости и, по меньшей мере, одна канавка (4.22; 4.23) отвода жидкости, а кожух (2) сопла имеет на своей внутренней поверхности (2.5), по меньшей мере, три выреза (2.6), отверстия которых, обращенные к соплу (4), продолжаются соответственно на размер (b2) в дуговых единицах, причем размер (b4, c4, d4, e4) в дуговых единицах прилегающих в направлении окружности к канавке (канавкам) (4.20; 4.21) подвода жидкости и/или к канавке (канавкам) (4.22; 4.23) отвода жидкости, выступающих наружу по отношению к канавке или канавкам подвода жидкости и/или канавке (канавкам) отвода жидкости участков (4.31; 4.32; 4.33; 4.34) сопла (4) соответственно, по меньшей мере, такой же величины, как размер (b2) в дуговых единицах.

16. Головка плазменной горелки по п.14 или 15, отличающаяся тем, что оба сверления продолжаются соответственно, по существу, параллельно к продольной оси указанной головки плазменной горелки.

17. Головка плазменной горелки по п.14 или 15, отличающаяся тем, что сверления расположены со смещением на 180°.

18. Головка плазменной горелки по п.14 или 15, отличающаяся тем, что размер (с2) в дуговых единицах участка между вырезами (2.6) кожуха (2) сопла максимально вдвое меньше, чем минимальный размер (а42, а43) в дуговых единицах канавки (канавок) (4.22) отвода жидкости и/или (4.23) и/или минимальный размер (а40, а41) в дуговых единицах канавки (канавок) (4.20 и/или 4.21) подвода жидкости сопла (4).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано в области атомно-эмиссионного спектрального анализа, при термической обработке порошковых материалов, а также в качестве их атомизатора для корректировки траектории космических аппаратов.

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для нагрева различных газов и в качестве поджигающего устройства пылеугольной горелки. Технический результат - повышение КПД устройства и увеличение ресурса рабочих электродов.
Заявленное изобретение относится к физике плазмы. В заявленном устройстве с магнитным удержанием плазмы типа «ловушка с магнитными пробками» рабочий объем заполнен плазмой из одного исходного изотопа, при этом ядра второго изотопа ускоряют до энергий (110÷700) кэВ и вводят плотными пучками, уравновешивающими давление получаемой плазмы со всех сторон.

Изобретение относится к плазменной технике, в частности к конструкции магнитного блока распылительной системы, и может быть использовано в планарных магнетронах для вакуумного ионно-плазменного нанесения тонких пленок металлов и их соединений на поверхность твердых тел.

Изобретение относится к плазменной технике. Плазменный двигатель с замкнутым дрейфом электронов содержит главный кольцевой канал ионизации и ускорения, ограниченный конструкционными элементами из изолирующего материала и открытый на своем выходном конце.

Заявленное изобретение относится к электроду плазменной горелки. Заявленное устройство содержит продолговатый электрододержатель с передней поверхностью на острие электрода и сверлением, выполненным на острие электрода по средней оси через электрододержатель, и эмиссионную вставку, установленную в сверлении таким образом, что излучающая поверхность эмиссионной вставки остается свободной.

Группа изобретений относится к плазменной технике. Охлаждающая труба для плазменно-дуговой горелки включает в себя продолговатое тело с располагаемым в открытом конце электрода концом и проходящим через это тело каналом для охлаждающей среды, при этом на упомянутом конце стенка охлаждающей трубы имеет валикообразное, направленное внутрь и/или наружу утолщение.

Изобретение относится к области электротермической техники, а именно к устройствам плазменно-дуговых сталеплавильных печей. Плавильный плазмотрон включает водоохлаждаемый корпус, каналы для подачи плазмообразующего газа, расположенные параллельно оси плазмотрона и соединенные с вертикально расположенным водоохлаждаемым соплом, электрическую изоляцию, электрическую сеть, вольфрамовый электрод-катод, электрододержатель.

Система электростатического ионного ускорителя, содержащая ионизационную камеру (IK), которая имеет на одной стороне в продольном направлении отверстие для выхода струи, электродную систему, содержащую анодную систему (AN) и катодную систему (KA), которая создает в ионизационной камере электростатическое поле, ориентированное в продольном направлении, при этом анодная система расположена противоположно выходному отверстию у основания камеры.

Изобретение относится к области физики плазмы и систем ядерного синтеза, в частности к альтернативным способам удержания горячей плотной плазмы. В заявленном способе формирования компактного плазмоида возбуждение тороидального тока производят индуктивным аккумулятором (основной соленоид с подключенной конденсаторной батареей), затем этот ток прерывают, затем пропускают импульс тока через рабочее вещество в продольном направлении, по крайней мере, через один вспомогательный виток, проходящий в рабочем объеме в продольном направлении.

Изобретение относится к системе для термической обработки с использованием струи плазмы и/или лазерного луча. Лазерная головка (22) и плазменная головка (21) выполнены с возможностью присоединения к одному хвостовику (20).

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к трансформаторным плазмотронам низкого давления, и может быть использовано в микроэлектронике для обработки полупроводниковых материалов (плазменное травление, оксидирование, очистка поверхности и т.д.), осаждения тонких пленок, в металлообработке для плазмохимического модифицирования поверхности металлов (ионно-плазменное азотирование, плазменное оксидирование и т.д.), для плазменной обработки полимерных материалов (уменьшение пористости, изменение гидрофобных свойств и т.д.).

Изобретение относится к плазменной обработке изделия, в частности к способам для плазменной поверхностной закалки и отпуска металлов и сплавов. .

Изобретение относится к области машиностроения и металлургии, а именно к вакуумным устройствам для получения покрытий из материалов с эффектом памяти формы на цилиндрической поверхности деталей.

Изобретение относится к плазменно-механическому раскрою листового проката и подготовке его для дальнейших операций технологического процесса на оборудовании с числовым программным управлением и может быть использовано при изготовлении больших и сложных конструкций (пролеты мостов, металлоконструкции зданий и опор).

Изобретение относится к способу обработки поверхности металлов плазменной струей и может быть использовано в машиностроении, коммунальном хозяйстве, строительстве, ювелирном и зубопротезном деле, а также в бытовых условиях для сварки, резки, наплавки и закалки металлов.

Изобретение относится к способам наплавки при восстановлении изношенных и упрочнении новых деталей ГТД, ГТУ и паровых турбин, а именно лопаток турбомашин. .

Изобретение относится к области металлургии, в частности к устройствам для получения покрытий из материалов с эффектом памяти формы на цилиндрической поверхности деталей.

Изобретение относится к способу и устройству для плазменной обработки тела вращения и может найти применение при упрочнении железнодорожных колес. .

Изобретение относится к области плазменного нанесения покрытий. Установка плазменного нанесения покрытий или обработки поверхности подложки (3) содержит рабочую камеру (2), которая является вакуумируемой и в которой может быть размещена подложка (3) и плазменная горелка (4) для создания плазменной струи (5) нагреванием технологического газа, причем плазменная горелка (4) имеет сопло (41), через которое плазменная струя (5) может выходить из плазменной горелки (4) и простираться вдоль продольной оси (А) в рабочей камере (2). Ниже по течению от сопла (41) в рабочей камере (2) предусмотрено механическое ограничивающее приспособление (12), которое простирается вдоль продольной оси (А) и защищает плазменную струю (5) от бокового нежелательного проникновения частиц. Технический результат - повышение качества покрытия. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх