Патент на изобретение №2334170

(54) ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ ПЛАЗМЕННАЯ ГОРЕЛКА

(57) Реферат:

Изобретение относится к электродуговым генераторам низкотемпературной плазмы – плазменным горелкам, использующим в качестве рабочего тела пар, и может быть применено в различных отраслях промышленности для плазменной обработки, в том числе резки и сварки, металлов и изделий из них без подключения к внешней напорной магистрали рабочей жидкости. Плазменная горелка содержит корпус с разрядной камерой и установленные в корпусе сопло-анод и катод, закрепленный в катододержателе. В горелку дополнительно введен гидравлический насос, катод выполнен полым, а выход насоса сообщен с полостью катода и далее с разрядной камерой. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электродуговым генераторам низкотемпературной плазмы – плазменным горелкам, в частности, применяющим в качестве рабочего тела пар, 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.

Известны плазменные горелки, в которых парообразование осуществляется непосредственно в генераторе и совмещается с отводом тепла от электродов, для чего испаряемая жидкость подается через каналы в электродах. В генераторе низкотемпературной плазмы (плазменной горелке) по заявке с публикационным номером WO 88/00427 жидкий материал, превращаемый в пар, поступает из отдельного резервуара по внешним коммуникациям. Для стабильного режима работы горелки упомянутый жидкий материал должен поступать в него под высоким давлением, для чего горелка должна быть подключена к централизованной магистрали. В связи с этим плазменная горелка недостаточно мобильна, а коммуникационные шланги, находящиеся под большим давлением, делают эксплуатацию горелки небезопасной.

Известны мобильные плазменные горелки, в которых для обеспечения автономности работы конструктивно объединены корпус и резервуар для испаряемой жидкости.

Наиболее близкой к заявляемой по числу совпадающих признаков является электродуговая плазменная горелка по патенту RU 2072640, кл. Н05Н 1/26, 1997 г., содержащая корпус, сопло-анод, катод в катододержателе, разрядную камеру и резервуар для жидкости, содержащий влаговпитывающий материал и контактирующий с пористым теплопроводным материалом, заполняющим место соединения корпуса горелки с резервуаром. Через пористый материал испаряемая жидкость поступает из резервуара в разрядную камеру.

К недостаткам устройства следует отнести вынужденную цикличность работы, связанную с необходимостью частого (приблизительно через 15 минут работы) заполнения резервуара испаряемой (далее рабочей) жидкостью. Помимо этого, из-за расхода жидкости в процессе работы изменяется давление пара в горелке, и для поддержания оптимального режима горелки требуется регулировать ток или напряжение дуги в процессе эксплуатации. При этом при смене режима работы горелки расход жидкости не поддается оптимизации, что ускоряет выход из строя сопла-анода и катода. Помимо этого, горелка долго выходит на рабочий режим из-за большой инерционности нагрева резервуара с водой.

Настоящее изобретение решает задачу создания компактной, мобильной электродуговой плазменной горелки, использующей внешний источник рабочей жидкости, с увеличенным ресурсом работы за счет минимизации объема рабочей жидкости в горелке и поддержания постоянного на выбранном режиме работы давления рабочей жидкости в разрядной камере.

Задача решается тем, что в электродуговую плазменную горелку, содержащей корпус с разрядной камерой, размещенные в корпусе соосно сопло-анод и катод, установленный в катододержателе, дополнительно введен гидравлический насос с возможностью подсоединения его входа к внешнему источнику рабочей жидкости, катод выполнен полым, а выход насоса сообщен с полостью катода, в свою очередь, сообщенной с разрядной камерой. В катододержателе выполнена полость, сообщенная с полостью катода, катододержатель отделен от корпуса трубкой из электроизоляционного материала, установленной в корпусе с зазором, а выход насоса сообщен с полостью катода через упомянутый зазор и полость в катододержателе. Горелка снабжена кожухом, единым для корпуса и насоса, причем насос механически связан с кожухом либо с корпусом. Горелка дополнительно снабжена устройством регулирования расхода рабочей жидкости, связанным с гидравлическим насосом и выполненным с возможностью взаимодействия с внешним источником питания горелки.

Введение в состав горелки гидравлического насоса позволяет избавиться от встроенного резервуара для рабочей жидкости и использовать для работы внешние небольшие резервуары, не связанные с напорной магистралью. Существенно уменьшаются габариты и вес горелки, поскольку в конструкции отсутствует резервуар для рабочей жидкости, обеспечивающий ее запас на весь рабочий цикл горелки. Необходимое для образования плазменной дуги небольшое количество жидкости подается в полость катода насосом. Насос обеспечивает регулируемое давление жидкости в полости парообразования, что позволяет стабилизировать температурный режим горелки независимо от продолжительности непрерывной работы в выбранном режиме. Стабильный режим и оптимальный расход рабочей жидкости увеличивают эксплуатационный ресурс расходуемых элементов, в том числе сопла-анода и катода. Введение в состав горелки устройства регулирования расхода рабочей жидкости позволяет поддерживать оптимальный режим работы горелки автоматически при изменении напряжения дуги. С другой стороны, задавая необходимый в каждом конкретном случае режим работы горелки, можно оптимизировать давление рабочей жидкости в горелке.

Изобретение поясняется описанием и приложенным к нему чертежом, на котором изображен продольный разрез горелки.

Горелка содержит составной корпус, состоящий из двух частей: 1 – с резьбой и 2 – с патрубком 3 для подачи рабочей жидкости. В корпусе (в части 1) установлено сопло-анод, также состоящее из двух частей: расходуемой 4 и постоянной 5. Катод 6 выполнен полым и соосно соплу-аноду установлен в катододержателе 7, в состав которого входит трубка 8. Катододержатель изолирован от корпуса втулкой 9 из электроизоляционного материала, установленной относительно корпуса с зазором 10 и опирающейся, в том числе, на торцевой амортизатор 11. На катододержателе с возможностью вращения установлена кнопка поджига 12. По оси катода установлена пружина сжатия 13, опирающаяся на втулку 14, изолирующую катододержатель от корпуса. Сальники 15 и 16, размещенные на катододержателе 7, образуют в нем полость 17, сообщенную с трубкой 8 и зазором 10 каналами 18 и 19 соответственно. Полость катода посредством канала 20 сообщена с разрядной камерой 21. В постоянной части анода выполнены каналы 22, в описанной конструкции тангенциальные. Корпус горелки помещен в кожух 23, выполненный в форме ручки, в которой установлен гидравлический насос 24, входной шланг которого выходит за пределы кожуха с возможностью подсоединения к внешнему резервуару с жидкостью, а выходной шланг подсоединен к патрубку 3. В кожухе проходят также кабели, соединяющие горелку с внешним источником питания. С насосом соединено устройство регулирования расхода рабочей жидкости 25, выполненное с возможностью взаимодействия с внешним источником питания горелки.

Электродуговая плазменная горелка работает следующим образом.

Входной шланг горелки (являющийся входом насоса) сообщают с небольшого объема внешним резервуаром с рабочей жидкостью. От источника питания подают напряжение и нажатием кнопки поджига возбуждают дугу между соплом-анодом и катодом. Рабочая жидкость, нагнетаемая насосом через патрубок, полости и трубку, поступает в полость катода, где под воздействием температуры катода нагревается и превращается в пар. Пар через отверстие в катоде поступает в разрядную камеру, после чего выходит через центральное отверстие сопла-анода. Струя пара, проходя через разрядную камеру, сжимает дугу, пар, соприкасаясь с дугой, ионизируется и, нагреваясь до высоких температур, превращается в плазменный факел.

Электродуговая плазменная горелка по настоящему изобретению может быть использована для резки и сварки металлов и сплавов, а также изделий из них сложной формы без подключения к внешней напорной магистрали рабочей жидкости.

Формула изобретения

1. Электродуговая плазменная горелка, содержащая корпус с разрядной камерой, соосно расположенные в корпусе сопло-анод и катод, закрепленный в катододержателе, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введен гидравлический насос с возможностью подсоединения его входа к внешнему источнику рабочей жидкости, катод выполнен полым, а выход насоса сообщен с полостью катода, сообщенной с разрядной камерой.

2. Электродуговая плазменная горелка по п.1, отличающаяся тем, что в катододержателе выполнена полость и сообщена с полостью катода, катододержатель отделен от корпуса посредством трубки из электроизоляционного материала, установленной относительно корпуса с зазором, а выход гидравлического насоса сообщен с полостью катода через упомянутый зазор и полость в катододержателе.

3. Электродуговая плазменная горелка по п.1, отличающаяся тем, что она снабжена кожухом, а гидравлический насос механически связан с корпусом либо кожухом.

4. Электродуговая плазменная горелка по п.1, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введено устройство регулирования расхода рабочей жидкости, связанное с гидравлическим насосом.

РИСУНКИ