Электродуговой плазмотрон для нанесения покрытий из тугоплавких дисперсных материалов



Электродуговой плазмотрон для нанесения покрытий из тугоплавких дисперсных материалов
Электродуговой плазмотрон для нанесения покрытий из тугоплавких дисперсных материалов
Электродуговой плазмотрон для нанесения покрытий из тугоплавких дисперсных материалов
H05H1/26 - 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 2672054:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева" (СибГУ им. М.Ф. Решетнева) (RU)

Изобретение относится к устройствам для нанесения покрытий из тугоплавких дисперсных материалов и может найти применение в металлургии, плазмохимии, машиностроительной промышленности. Электродуговой плазмотрон содержит соосно и последовательно установленные охлаждаемые катодный узел с катодом, изолятор, анодный узел с соплом-анодом, систему ввода плазмообразующего газа и систему ввода обрабатываемого материала с транспортирующим газом, обеспечивающие фокусирование последних в прикатодной области. Прикатодная область переходит в цилиндрический канал сопла-анода. В плазмотроне конусообразный обтекатель снабжен шестью специальными каналами, выполненными под углом 60° к направлению движения газопорошковой смеси, выравнивающими плотность газопорошковой смеси и создающими вихревой поток по сечению канала. Конический кожух, образующий каналы с коническими выходными участками для подачи плазмообразующего газа и транспортирующего газа с порошком в канал сопла-анода, выполнен керамическим и установлен на корпусе катодного узла. Техническим результатом является повышение качества наносимых покрытий, увеличение коэффициента использования материала и ресурса работы плазмотрона. 2 ил.

 

Изобретение относится к области нанесения покрытий из тугоплавких дисперсных материалов и может найти применение в металлургии, плазмо-химии, машиностроительной промышленности.

У большинства плазмотронов, в том числе и импортных, например у плазмотрона F4 (Switzerland), напыляемый материал подается в плазменную струю радиально через канал, находящийся на срезе сопла, что отрицательно сказывается на качестве покрытия и коэффициенте использования материала (КИМ) (Донской А.В., Клубникин B.C. Электроплазменные процессы и установки в машиностроении. - Л: Машиностроение, Ленингр. от-ние., 1979. - 221 с.). Часть материала отбрасывается плазменной струей, что приводит к уменьшению коэффициента использования материала, неравномерному прогреву напыляемых тугоплавких дисперсных материалов (оксидов, карбидов, нитридов и т.д.) и снижению качества получаемых покрытий. Для обеспечения нагрева напыляемого материала повышают мощность плазмотрона, что уменьшает ресурс его работы.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является электродуговой плазмотрон Саунина (патент RU 2276840, МКИ Н05Н 1/26, С23С 4/00, 20.05.2006), который содержит соосно и последовательно установленные охлаждаемые катодный узел с катодом, изолятор, анодный узел с соплом анодом, патрубок ввода плазмообразующего газа и транспортирующего газа с обрабатываемого материала, обеспечивающих фокусирование последних в прикатодной области, переходящей в цилиндрическую часть сопла-анода. В анодном узле выполнены системы транспортирования технологического и защитного материалов В данной конструкции плазмотрона созданы условия, обеспечивающие равномерный ввод в плазменную струю технологического и защитного материалов в виде жидкости, аэрозоля, суспензии, газа, порошка и их комбинаций. Однако обрабатываемый материал, подаваемый транспортирующим газом через полость 2, попадая на конусообразный обтекатель 5, распределяется по каналу с разной плотностью, что приводит к неравномерному прогреву порошка по сечению канала, что влияет на качество наносимых покрытий. Также в плазмотроне имеется водоохлаждаемая электронейтральная вставка 11, которая приводит к снижению температуры генерируемой плазмы в прикатодной области. Это сказывается на нагреве материала, проходящего через данную область. Для обеспечения прогрева материала приходится увеличивать потребляемую электрическую мощность, что резко уменьшает ресурс работы плазмотрона и увеличивает расходы на электроэнергию.

В корпусе катодного узла 6 выполнена коаксиальная полость 7, в которую переходит коническая полость 3. Поверхности электронейтральной вставки 11 и изолятора 12, образующие транспортирующую полость 13, выполнены в виде двух обратных усеченных конусов 14, 15, соединенных большими основаниями. Полость 7 переходит в транспортирующую полость 13, которая фокусируется в прикатодной области 16, переходящей в цилиндрический канал 17 сопла-анода. Таким образом, образован непрерывный транспортирующий канал, связывающий цилиндрическую полость патрубка 1 с прикатодной областью. Канал имеет сложную конфигурацию, что приводит к повышению газодинамического сопротивления при течении газопорошковой смеси. Поэтому для подачи порошка приходится повышать давление и расход транспортирующего газа.

Задачей изобретения является повышение качества наносимых покрытий, повышение коэффициента использования материала и ресурса работы плазмотрона, за счет равномерного прогрева напыляемого материала до температуры плавления, уменьшения газодинамического сопротивления при движении газопорошковой смеси по каналам и тангенциальной подачи плазмообразующего газа, стабилизирующей горение дуги.

Поставленная задача достигается тем, что в электродуговом плазмотроне для нанесения покрытий из тугоплавких дисперсных материалов, содержащем соосно и последовательно установленные обтекатель, размещенный на охлаждаемые катодном узле с катодом, электронейтральную вставку, изолятор, анодный узел с соплом-анодом, систему ввода плазмообразующего газа и систему ввода обрабатываемого материала, обеспечивающих фокусирование последних в прикатодной области, переходящей в цилиндрическую полость сопла-анода, согласно изобретению на конусообразном обтекателе равномерно расположены шесть каналов, выполненных под углом 60° к направлению движения газопорошковой смеси, выравнивающих плотность газопорошковой смеси по сечению канала и создающих вихревой поток, а в нижней части корпуса катодного узла установлена электронейтральная вставка, выполненная в виде керамического неохлаждаемого кожуха, конической формы, образующего с внутренней стенкой изолятора, конический канал, через который газопорошковая смесь поступает в прикатодную область, а затем в полость сопла-анода, практически без газодинамического сопротивления и охлаждения. В корпусе катодного узла размещен канал ввода для тангенциальная подача плазмообразующего газа, стабилизирующий горение дуги в прикатодной области.

На фиг. 1 представлен предлагаемый плазмотрон в разрезе.

На фиг. 2 представлен конусообразный обтекатель и его объемное изображение.

Плазмотрон состоит из системы ввода обрабатываемого материала с транспортирующим газом и системы ввода плазмообразующего газа. Системы ввода обрабатываемого материала с транспортирующим газом включает входной патрубок 1, цилиндрический канал 2, который переходит в конический канал 3, образованный диффузором 4 и обтекателем 5, установленном на корпусе катодного узла 6. На обтекателе 5 равномерно расположены шесть каналов, выполненные под углом 60° к направлению движения газопорошковой смеси, выравнивающие плотность газопорошковой смеси по сечению канала 7 и создающие вихревой поток. В корпусе катодного узла посредством вставки 8 закреплен катод 9. В нижней части корпуса катодного узла 6 установлен керамический кожух 10 конической формы. Поверхность керамического кожуха 10 и изолятора 11 образуют конический канал для транспортирования газопорошковой смеси 12, который фокусируется в прикатодной облости 13, переходящей в цилиндрическую облость сопла-анода 14. Таким образом, каналы 3, 7 и 12 образуют непрерывный транспортирующий канал с минимальным газодинамическим сопротивлением, связывающий цилиндрический канал патрубка 1 с прикатодной облостью 13. Сопло-анод 15 с вольфрамовой вставкой 32 фиксируется в корпусе анодного узла 16 прижимной гайкой 17.

Корпус анодного узла 16 имеет систему охлаждения, соединенную с патрубком 18 ввода охлаждающей жидкости. Патрубок 18 одновременно является клеммой соединения сопла-анода с плюсом «+» источника питания плазмотрона. В систему охлаждения анодного узла входят полость 19 и отверстие 20, соединяющее ее с патрубком 18 ввода охлаждающей жидкости. Затем охлаждающая жидкость через отверстие 21, патрубки 22 и соединительный шланг 23 поступает в корпус катодного узла. Система охлаждения катодного узла состоит из отверстий 24, 26, полости 25 и патрубка 27 для вывода охлаждающей жидкости. Патрубок 27 одновременно является клеммой подвода минуса «-» источника питания плазмотрона к катоду. Система ввода плазмообразующего газа состоит из патрубка 28,закрепленного на поверхности катодного узла и соединенного каналами 29 и 30 с коническим каналом 31 для подачи плазмообразующего газа, образованного поверхностью катода 9 и внутренней поверхности керамического кожуха 10. В корпусе катодного узла выполнен канала ввода 29 обеспечивающий тангенциальную подачу плазмообразующего газа, что способствует стабилизации горения дуги в прикатодной области.

Электродуговой плазмотрон работает следующим образом.

В патрубок 18 для охлаждения подается вода. В патрубок 28 подается плазмообразующий газ и между катодом 9 и соплом-анодом 15 возбуждают электрическую дугу. Плазмообразующий газ закручивается по часовой стрелке, что обеспечивается тангенциальной подачей газа через канал ввода 29. После выхода плазмотрона на рабочий режим в входной патрубок 1 подается газопорошковая смесь, у которой после соприкосновения с поверхностью конусообразного обтекателя 5, имеющего каналы, выполненные под углом 60° к направлению движения газопорошковой смеси,, происходит выравнивание ее плотности и закручивание смеси по сечению кольцевого канала в туже сторону, что и плазмообразующий газ. Смесь транспортирующего газа с порошком поступает через конический канал 12, образованный керамическим кожухом 10 и изолятором 11, а плазмообразующий газ через канал 29 и канал 30, подается в прикатодную область в прикатодную область 13. При этом обеспечивается равномерный прогрев напыляемого материала до температуры плавления, что приводит к повышению качества покрытия, уменьшению энергозатрат и к увеличению ресурса работы плазмотрона.

Представленная конструкция плазмотрона используется в лаборатории «Плазхим» Сибирского государственного университета науки и тех технологии имени академика М.Ф. Решетнева для нанесения покрытий из тутгоплавких порошковых материалов.

Электродуговой плазмотрон для нанесения покрытий из тугоплавких дисперсных материалов, содержащий соосно и последовательно установленные обтекатель, размещенный на охлаждаемом катодном узле с катодом, электронейтральную вставку, выполненную в нижней части катодного узла, изолятор, анодный узел с соплом-анодом, систему ввода плазмообразующего газа и систему ввода обрабатываемого материала, обеспечивающие фокусирование последних в прикатодной области, переходящей в цилиндрическую полость сопла-анода, отличающийся тем, что обтекатель снабжен шестью каналами, выполненными под углом 60° к направлению движения газопорошковой смеси, а в корпусе катодного узла размещен канал ввода для тангенциальной подачи плазмообразующего газа, при этом электронейтральная вставка выполнена в виде керамического кожуха конической формы, образующего конические каналы для подачи плазмообразующего газа и газопорошковой смеси через прикатодную область в полость сопла-анода.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области систем и процессов плазменно-дуговой резки, а именно к сменным картриджам для плазменно-дуговой горелки. Картридж включает в себя корпус картриджа, имеющий первую секцию и вторую секцию.

Группа изобретений относится к получению порошка, который может быть использован в аддитивных технологиях. Установка для получения частиц порошка содержит плазматрон, выполненный с возможностью подачи в плазму исходного материала в форме удлиненного элемента, распылительный блок с соплами для подачи распыляющего газа и камеру для сбора частиц порошка.
Изобретение относится к способу сжигания химически активного газа с электроположительным металлом, также к устройству для осуществления этого способа. В заявленном изобретении электроположительный металл выбран из группы, включающей щелочные металлы, щелочноземельные металлы, алюминий и цинк, а также их смеси и/или сплавы, причем химически активный газ перед сжиганием и/или во время сжигания, например, только с целью воспламенения химически активного газа по меньшей мере время от времени переводится в состояние плазмы.
Изобретение относится к каркасу для картриджа плазменно-дуговой горелки. Каркас включает в себя теплопроводящий корпус (308) каркаса, имеющий продольную ось, первый конец, сконфигурированный для соединения с первым расходным компонентом, и второй конец, сконфигурированный для сопряжения со вторым расходным компонентом.

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для предварительного нагрева реактора плазменной газификации. Устройство содержит фурму, плазменное факельное устройство, установленное для инжектирования горячего газа в фурму, множество сопел, выполненных с возможностью инжектирования горючего материала в фурму для сгорания горючего материала в фурме, и первую камеру повышенного давления, установленную вокруг по меньшей мере участка фурмы и сообщающуюся по текучей среде с множеством сопел, при этом сопла подают горючий материал ниже по потоку от плазменного факела, создаваемого факельным устройством, обеспечивая в результате сопловое смешивание и сгорание воздуха и горючего материала с помощью плазменного факела.

Группа изобретений относится к области стерилизации. Система для стерилизации содержит реакционную емкость, выполненную с возможностью размещения в ней объекта стерилизации и его стерилизации, первые средства подачи перкислотного агента в реакционную емкость, причем перкислотный агент содержит перуксусную кислоту, средства для уменьшения давления в реакционной емкости, средства для вентилирования реакционной емкости, средства для создания плазмы в первом предварительно определенном участке для размещения объекта стерилизации в реакционной емкости.

Использование: для изменения электромагнитной сигнатуры поверхности. Сущность изобретения заключается в том, что микроэлектронный модуль содержит по меньшей мере один преобразователь напряжения для преобразования первого подаваемого напряжения в более высокое, низкое или такое же второе напряжение, кроме того, микроэлектронный модуль содержит по меньшей мере один возбудитель, возбудитель содержит по меньшей мере один генератор, чтобы генерировать электрическую плазму с помощью второго напряжения, подаваемого преобразователем напряжения, по меньшей мере преобразователь напряжения и возбудитель размещаются на тонкопленочной планарной подложке, электрическая плазма, генерируемая возбудителем, взаимодействует с электромагнитным излучением, падающим на поверхность, в результате чего изменяется электромагнитная сигнатура.

Изобретение относится к системам плазменно-дуговой резки. Сменный картридж, включающий компоненты для использования с системой плазменно-дуговой резки, содержит кожух, поддерживающий компоненты сменного картриджа, содержащие электрод, расположенный внутри кожуха, сопло, механизм для соединения кожуха с горелкой для плазменно-дуговой резки и пружину.

Изобретение относится к области плазменной техники. Устройство на базе рельсотрона выполнено в виде коаксиальной линии КЛ, в котором возникающий между электродами КЛ разряд использован в качестве «поршня».

Изобретение относится к форсунке дуговой плазменной горелки. Форсунка для плазменной дуговой горелки содержит боковую стенку дистальной зоны, образованную вращением криволинейного элемента переменной кривизны вокруг оси форсунки.

Изобретение относится к области металловедения, а именно к химико-термической обработке металлических изделий, к созданию наноструктурированных материалов конструкционного назначения, к решению проблемы трения и износа, и может быть использовано для повышения долговечности деталей машин в любой отрасли промышленности.

Изобретение относится к области газотермических технологий и может быть использовано при нанесении порошковых покрытий методом низкоскоростного газопламенного напыления.

Компонент газовой турбины, имеющий теплоизолирующую внешнюю поверхность для воздействия газообразных продуктов сгорания, содержит металлическую подложку, крепящий слой на поверхности подложки, теплозащитное покрытие, структуру выступающих элементов и структуру элементов в виде канавок.

Изобретение относится к формированию на стальных поверхностях покрытий на основе карбида титана, титана и алюминия, которые могут быть использованы в штамповочном производстве и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к устройствам для создания высокотемпературных высокоскоростных потоков частиц, которые могут быть использованы, в частности для нанесения порошкового покрытия на изделия любой формы.

Изобретение относится к формированию на стальных поверхностях покрытий на основе карбида титана, никеля и молибдена, которые могут быть использованы в штамповочном производстве и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к способу восстановления шеек стального коленчатого вала двигателей внутреннего сгорания. В способе восстановления шеек стальных коленчатых валов осуществляют демонтаж, мойку, дефектоскопию и шлифование изношенной поверхности, зачистку подложечного слоя от коррозии, подготовку подложечного слоя к наплавке путем дробеструйной обработки и газопламенное напыление.

Изобретение относится к технологии напыления газотермических покрытий и может быть использовано в машиностроении, авиационной и ракетно-космической технике, станкостроении, нефтегазодобывающей промышленности, энергетике и в городских сетях.

Изобретение относится к способам нанесения покрытий, в частности к способу нанесения покрытий на рабочую поверхность цилиндра блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания.

Изобретение относится к способу нанесения металлического порошкового покрытия на поверхность металлической подложки. Осуществляют обезжиривание, механическую обработку поверхности металлической подложки и электродуговое напыление порошка, который подают из сопла-электрода горелки посредством транспортирующего газа в зону электрической дуги между соплом-электродом и металлической подложкой.

Изобретение относится к плазменной технике, а именно к классу плазменных ускорителей (холловских, ионных), использующих в своем составе катоды, и может быть использовано при разработке электроракетных двигателей. Катод плазменного ускорителя содержит пусковой электрод с отверстием в торцевой поверхности, расположенный в полости пускового электрода соосно с ним корпус с эмиссионным отверстием, установленный в полости корпуса эмиттер со сквозным каналом, соосным с эмиссионным отверстием, и трубку подачи рабочего тела в сквозной канал эмиттера, при этом радиальный зазор между боковыми поверхностями корпуса и пускового электрода превышает осевой зазор между торцом корпуса и торцевой поверхностью пускового электрода, а на боковой поверхности корпуса выполнено отверстие, любой линейный размер которого больше толщины стенки боковой поверхности корпуса. Технический результат - повышение ресурса катода по количеству включений за счет уменьшения пусковой эрозии. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к устройствам для нанесения покрытий из тугоплавких дисперсных материалов и может найти применение в металлургии, плазмохимии, машиностроительной промышленности. Электродуговой плазмотрон содержит соосно и последовательно установленные охлаждаемые катодный узел с катодом, изолятор, анодный узел с соплом-анодом, систему ввода плазмообразующего газа и систему ввода обрабатываемого материала с транспортирующим газом, обеспечивающие фокусирование последних в прикатодной области. Прикатодная область переходит в цилиндрический канал сопла-анода. В плазмотроне конусообразный обтекатель снабжен шестью специальными каналами, выполненными под углом 60° к направлению движения газопорошковой смеси, выравнивающими плотность газопорошковой смеси и создающими вихревой поток по сечению канала. Конический кожух, образующий каналы с коническими выходными участками для подачи плазмообразующего газа и транспортирующего газа с порошком в канал сопла-анода, выполнен керамическим и установлен на корпусе катодного узла. Техническим результатом является повышение качества наносимых покрытий, увеличение коэффициента использования материала и ресурса работы плазмотрона. 2 ил.

Наверх