Способ изготовления плазмообразующих головок шестиструйного плазматрона

Авторы патента:

Мухаметзянова Гульнара Фагимовна (RU)

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 2677223:

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) (RU)

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано в области атомно-эмиссионного спектрального анализа, при термической обработке порошковых материалов, в металлургии для контроля состояния плавки в реальном времени по составу отходящих газов, а также в качестве атомизатора порошковых материалов для корректировки траектории космических аппаратов. В способе изготовления плазмообразующих головок электродугового шестиструйного плазматрона предусмотрено, что все металлоемкие секции плазмообразующих головок изготавливают из тонколистовой меди в виде отдельных конусообразных заготовок, герметично соединяемых способом холодной сварки посредством опрессовки, а детали, соприкасающиеся с получаемым электродуговым разрядом, изготавливают из прутковой меди, герметично присоединяют к опрессованным заготовкам посредством пайки резьбового соединения. Система охлаждения плазмообразующих головок и центровка их секций реализованы посредством диэлектрического монтажного плато, содержащего ряд водонаправляющих каналов, обеспечивающих последовательное охлаждение всех секций, центруемых соосно кольцевыми выступами монтажного плато. Технический результат - снижение массы используемой меди при уменьшении массы плазмообразующих головок. 4 ил.

Известен электродуговой шестиструйный плазматрон, содержащий шесть плазмообразующих головок, которые составлены из трех двухструйных плазматронов, запитанных от трехфазного выпрямителя и выполнены конической формы с углом при вершине менее 90° [1].

Его недостатками являются большая масса используемой меди и продуктов отхода при токарном способе изготовления плазмообразующих головок, а также выгорание сопел в процессе их длительной эксплуатации, требующее замены всех головок.

Целью предлагаемого изобретения является многократное снижение массы используемой меди и продуктов отхода при изготовлении плазмообразующих головок и усовершенствование их устройства, позволяющего при длительной эксплуатации головок, приводящей к выходу из строя сопла головки, осуществлять замену лишь вставки секции противоэлектрода, а не всей плазмообразующей головки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном электродуговом шестиструйном плазматроне, содержащем водоохлаждаемые медные детали в составе вольфрамового катода, медных вставок и анода, формирующих электродуговой канал в плазмообразующих головках, медные детали изготавливаются из тонколистовой меди в виде отдельных конусообразных заготовок, герметично соединяемых способом холодной сварки посредством опрессовки, а детали, соприкасающиеся с электродуговым разрядом, изготавливают из прутковой меди, герметично присоединяемых к опрессованным заготовкам посредством пайки резьбового соединения, в диэлектрическом монтажном плато осуществляют ряд каналов, обеспечивающих последовательное охлаждение всех секций, центруемых соосно кольцевыми выступами монтажного стола.

Для пояснения устройства плазмообразующих головок на Фиг. 1 показан схематический разрез секций плазменной головки в плоскости перпендикулярной каналам водяного охлаждения: 1 - наружный конус секции противоэлектрода, 2 - внутренний конус секции противоэлектрода, 3 - левый сегмент, запрессованный между конусами 1 и 2; 4 - правый сегмент, запрессованный между конусами 1 и 2, 5 - резьбовая вставка секции противоэлектрода, 6 - канал подвода охлаждающей воды к вставке, 7 - канал отвода охлаждающей воды от вставки, 8 - резьбовая вставка секции поджига, 9 - наружный конус секции по джига, 10 - внутренний конус секции поджига, 11 - левый сегмент запрессованный между конусами 9 и 10, 12 - правый сегмент запрессованный между конусами 9 и 10, 13 - газопровод рабочего газа (воздух), 14 - крышка электрода (пунктир), 15 - корпус электрода (пунктир)., 16 - монтажное диэлектрическое плато, 17 - выступы монтажного плато, 18 - винт токопровода секции поджига, 19 - винт токопровода секции противоэлектрода, 20 - герметизирующая прокладка.

На Фиг. 2 показаны схематические разрезы анода во взаимно перпендикулярных плоскостях, где 21 - крышка анода, 22 - корпус анода, 23 - ввод охлаждающей воды, 24 - отвод охлаждающей воды от электрода в секцию поджига, 25 - токоподвод анода.

На Фиг. 3 показаны схематические разрезы катода во взаимно перпендикулярных плоскостях, где 26 - крышка катода, 27 - корпус катода, 28 - вольфрамовый катод, 29 - токоподвод катода.

На Фиг. 4 показаны схематические разрезы монтажного плато и герметизирующей прокладки в плоскости водораспределения, где 30 - отвод охлаждающей воды из секции поджига в секцию противоэлектрода, который изолирован от окружающей среды посредством заглушки 31, заглушка 32 изолирует отвод охлаждающей воды 24 от канала вывода воды 33 из плазменной головки, вид сверху на монтажное плато и герметизирующей прокладки показан в нижней части, где 34 - отверстия размещения монтажных винтов, один из которых - токоподводящий, 35 - отверстия размещения монтажных винтов секции поджига, 36 - отверстия размещения монтажных винтов противоэлектрода, 37 - отверстие ввода нейтрального газа, 38 - отверстие ввода рабочего газа, 39 - отверстие ввода охлаждающего потока 23, 40 - отверстие отвода охлаждающего потока из электрода, 41 - отверстие ввода охлаждающего потока в секцию поджига, 42 - отверстие отвода охлаждающего потока из секции поджига, 43 - отверстие ввода охлаждающего потока в секцию противоэлектрода, 44 - отверстие отвода охлаждающего потока из плазмообразующей головки.

Сборку всех тонколистовых конических деталей каждой секции головки, получаемых путем штамповки плоских заготовок, осуществляют посекционно способом холодной сварки [2] для предотвращения возможных утечек охлаждающей воды в зону монтажного плато. Завершающим этапом изготовления обеих секций головок является обеспечение их резьбового соединения со вставками 5 и 8, что достигается лужением сочленяющихся поверхностей с последующей сборкой при температуре расплавления припоя.

Замена резьбовой вставки секции противоэлектрода сопла 5 осуществляется путем снятия противоэлектродной секции, содержащей детали 1, 2, 3, 4, с последующим ее нагревом до температуры расплавления припоя, обеспечивая замену лишь вставки секции противоэлектрода.

Для предотвращения возникновения электроэрозии при работе плазмообразующих головок в зонах секций, примыкающих к герметизирующей прокладке, используемая вода должна подвергаться бидистилляции. Требуемую скорость подачи воды в плазмообразующие головки выявляют по температуре воды, отводимой при плавном медленном понижении мощности используемого компрессора. Система газоснабжения должна быть снабжена регулятором соотношения газовых потоков [3], позволяющим изменять соотношение расходов аргона и воздуха на несколько порядков без изменения их суммарного расхода, что значительно облегчает запуск шестиструйного плазматрона.

Приведенные примеры применения предлагаемого изобретения показывают его полезность для усовершенствования конструкции электродугового шестиструйного плазматрона с целью многократного снижения массы используемой меди при изготовлении плазмообразующих головок электродугового шестиструйного плазматрона, а при длительной эксплуатации головок, приводящей к выходу из строя сопла головки, возможностью осуществлять замену лишь вставки секции противоэлектрода, а не всей плазмообразующей головки. Техническим результатом способа является многократное снижение массы используемой меди при уменьшении массы плазмообразующих головок.

Предлагаемое изобретение удовлетворяет критериям новизны, так как при определении уровня техники не обнаружено средство, которому присущи признаки, идентичные (то есть совпадающие по исполняемой ими функции и форме выполнения этих признаков) всем признакам, перечисленным в формуле изобретения, включая характеристику назначения.

Предлагаемое изобретение имеет изобретательский уровень, поскольку не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками данного изобретения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат.

Заявленное техническое решение можно реализовать для электродуговых плазматронов, применяемых для газорезки, получения металлических покрытий, в качестве источника возбуждения спектра в практике спектрального анализа, при термической обработке порошковых материалов, в металлургии для контроля состояния плавки в реальном времени по составу отходящих газов, а также в качестве атомизатора порошковых материалов для корректировки траектории космических аппаратов.

ИСПОЛЬЗОВАННЫЕ источники

1. Патент РФ RU №2529740, МПК Н05Н 1/26. Приоритет от 27.06.2013. Опубликован 27.09.21014. Карих Ф.Г., Карих А.Ф., Попроцкий B.C., Попроцкий Р.В. Электродуговой шестиструйный плазмотрон. // 2014. Бюл. №27.

2. АС №1368137 РФ / Способ холодной сварки капсул / Авторы: Е.А. Козело, А.Н. Герасин, Ю.В. Савинкин, В.Ф. Кузин, М.А. Архангельский, М.Н. Цыпина. Заявка: 4034782, 24.01.1986. Опубликовано: 23.01.1988.

3. Мухаметзянова Г.Ф., Карих Ф.Г., Мухаметзянов И.Р. Регулятор соотношений расходов потоков двух сред. Заявка. 2016118842 от 16.05.2016. Решение о выдаче патента от 21.02.2017.

Способ изготовления плазмообразующих головок шестиструйного плазматрона, заключающийся в том, что все плазмообразующие головки изготавливают из медных заготовок, отличающийся тем, что все конусообразные детали секций противоэлектрода и секций поджига изготавливаются из медных дискообразных заготовок посредством тонколистовой штамповки, после чего герметично соединяются между собой методом опрессовки, а детали, соприкасающиеся с приэлектродными зонами электродугового разряда, изготавливают из прутковой меди токарным способом, герметично присоединяют к опрессованным конусообразным деталям посредством пайки резьбового соединения.

Изобретение относится к группе, включающей завихрительное кольцо для плазмообразующего газа для плазменной горелки с жидкостным охлаждением и способ управления потоком плазмообразующего газа в плазменной горелке.

Устройство электрода для плазменных резаков // 2674361

Изобретение относится к устройству электрода для плазменных резаков. В электрододержателе или в удерживающем элементе для размещения эмиссионной вставки электрода выполнено углубление или канал, открытый с одной стороны в направлении обрабатываемого изделия.

Электродуговой плазмотрон // 2672961

Изобретение относится к технологии плазменной обработки изделий, а более конкретно к электродуговым плазматронам, предназначенным для напыления порошковых материалов, включая тугоплавкие металлы.

Катод плазменного ускорителя // 2672060

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.

Электродуговой плазмотрон для нанесения покрытий из тугоплавких дисперсных материалов // 2672054

Изобретение относится к устройствам для нанесения покрытий из тугоплавких дисперсных материалов и может найти применение в металлургии, плазмохимии, машиностроительной промышленности.

Расходный картридж для системы плазменно-дуговой резки // 2671956

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.

Установка для получения частиц порошка и способ ее работы // 2671034

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.

Зажигание пламени электроположительного металла путем перевода активного газа в состояние плазмы // 2670600

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.

Расходный картридж для системы плазменно-дуговой резки // 2670598

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.

Разжигающее факельное устройство // 2670506

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.

Плазменный активатор воздуха // 2677323

Изобретение относится к электрофизическим устройствам, предназначенным для использования в области медицины и биологии, а также в санитарии, и может быть использовано для обеззараживания или стерилизации. Газовый генератор включает источник электрического питания, плазменный реактор с двухэлектродной газоразрядной системой на основе барьерного разряда и систему газового питания, обеспечивающую подачу потока воздуха через плазменный реактор. При этом в качестве источника электрического питания используется импульсный высокочастотный источник, формирующий на выходе напряжение в форме импульсов гармонических колебаний с различной формой огибающей и позволяющий неоднократно инициировать разряд в течение одного импульса. В качестве плазменного реактора используется плазменный реактор с выходной апертурой для исходящего наружу потока активированного воздуха с двухэлектродной планарной и/или коаксиальной газоразрядной системой на основе барьерного разряда с разрядным промежутком протяженностью от 0,5 до 2 мм. Достигается повышение эффективности обеззараживания или стерилизации за счет получения потока активированного воздуха с высокой концентрацией активных состояний и соединений азота и кислорода. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

Способ и устройство предотвращения образования теплового кумулятивного канала на металлической поверхности катода и фиксации положения разрядного канала на катоде // 2677624

Изобретение относится к области исследования физических свойств вещества, в частности к исследованию процессов в плазме и в газоразрядных приборах, между анодом и катодом в которых при фиксированном расстоянии между ними подается напряжение. Способ предотвращения образования теплового кумулятивного канала на металлической поверхности катода и фиксации положения разрядного канала на катоде, в несамостоятельном дуговом разряде при взрыве размещенной между электродами проволочки, электроды - катод, выполненный в виде пластины, и анод размещают на фиксированном расстоянии друг от друга, на поверхности катода размещают диэлектрическую пластину с круглым отверстием диаметром не более 1 см, при этом обеспечивают касание проволочки, размещенной между электродами с поверхностью катода через отверстие в его геометрическом центре, подают на электроды напряжение, обеспечивающее возникновение лавинного пробоя разрядного промежутка, возникающего при наличии в воздухе паров испаряющейся проволочки, при этом разрядный ток меняют от 50 до 100 А за счет использования переменного сопротивления, в результате чего получают объемный пространственный заряд, сформированный излишками электронов на поверхности катода в зоне отверстия диэлектрической пластины, и фиксируют положение разрядного канала на поверхности катода в зоне, ограниченной диаметром отверстия в диэлектрической пластине. Технический результат - обеспечение возможности формирования пространственного заряда при несамостоятельном дуговом разряде. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Усовершенствованные системы для плазменно-дуговой резки, расходные компоненты и способы работы // 2677638

Изобретение относится к средствам регулирования подачи защитной жидкости в плазменной горелке. Защитный элемент подачи жидкости для плазменной горелки включает в себя тело, имеющее внешнюю поверхность и внутреннюю поверхность, и компонент для регулирования подачи жидкости, расположенный в окружном направлении внутри тела и в непосредственном контакте с внутренней поверхностью тела. Компонент для регулирования подачи жидкости и внутренняя поверхность тела задают камеру. Компонент для регулирования подачи жидкости также задает первую группу проемов, имеющих размеры, которые позволяют регулировать поступление жидкости в камеру, и задает вторую группу проемов, расположенных таким образом, чтобы распределять жидкость, выходящую из камеры. Техническим результатом является исключение влияния изменения внешнего давления, в частности вызванного изменением положения по высоте консоли выбора текучей среды, что позволяет гарантировать неизменное качество резания. 3 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил.