Плазмотрон

1. Плазмотрон, що містить корпус з діелектричного матеріалу з встановленим у ньому порожнистим мідним електродом, крізь який подається плазмоутворюючий газ, сопло з тангенціальними каналами для подачі плазмоутворюючого газу в розрядну камеру і пружну діелектричну втулку, що відокремлює його від електрода, зовнішній металевий кожух, встановлену на тильній поверхні корпуса металеву кришку з циліндричним штоком, який відрізняється тим, що він містить металеву шайбу з розміщеними в ній штуцерами й клемами для подачі/зливу охолоджувальної води, плазмоутворюючого газу, електричного потенціалу, яка прикріплена до металевої кришки плазмотрона за допомогою ключа, що взаємодіє його упорними поверхнями з упором штока і з зовнішньою повер C2 2 (13) 1 3 71633 4 ду є електродуговий плазмотрон (прототип), що Поставлена задача вирішується у такий містить корпус із встановленим у ньому порожнім спосіб. мідним електродом, втулкой-завихрювачем із танУ плазмотроні, що містить корпус з діелектригенціальними каналами і порожнистим вихідним чного матеріалу з встановленим у ньому порожнисоплом з ізоляційною прокладкою біля робочого стим мідним електродом, крізь який подається торця і баластовим опором, укладеним між стінкаплазмоутворюючий газ, сопло з тангенціальними ми сопла, корпус виконаний з діелектрика, порожканалами для подачі плазмоутворюючого газу в нистий електрод містить різьблення на зовнішній розрядну камеру і пружну діелектричну втулку, що поверхні і розташований усередині водоохолоджувідокремлює його від електрода, зовнішній метаваного соленоїда, при цьому площа каналу вихідлевий кожух, нерухомо встановлену на тильній ного сопла дорівнює 3,5-6 сумарним площам танповерхні корпуса металеву кришку з циліндричним генціальних каналів, а площа кожного з штоком, мається також металева шайба з розмітангенціальних каналів - величині, визнаної як щеними в ній штуцерами й клемами для подаSK=SH+100K, чі/зливу о холоджувальної води, плазмоутворююде SH - площа тангенціального каналу; чого газу, електричного потенціалу, що К - константа арифметичної пропорційності, прикріплюється до металевої кришки плазмотрона що має значення 0,2-0,4мм 2. за допомогою ключа, взаємодіючого його упорни(Патент України №9657 А, кл. НО5В7/22. ми поверхнями з упором штока і з зовнішньою поОпубл. 30.09.1998. Бюл. №3). верхнею зазначеної шайби при повороті ключа на Такий плазмотрон, піддаючись впливу високих кут, близький до прямого, а шток є встановлений у температур як усередині, так зовні (у тому числі центральному різьбовому отворі металевої кришки під дією бризок металу, що розрізається), працює з можливістю осьового переміщення при його обенедостатньо надійно. Незахищений діелектричний ртанні; у зовнішній частині кожуха мається конценкорпус і сполучене з ним металеве сопло відчуватрична проточка, у якій щільно фіксується незамкють температурні перепади і деформації, що є нуте пружинне металеве кільце, щонайменше, причиною виходу пристрою з ладу, а швидке знятодин кінець якого виконаний у виді відігн утого кітя й установка його після обслуговування й ремонльцевого вушка; сопло містить внутрішню кільцеву ту на кронштейн електроплазмової установки непорожнину, що промивається охолоджувальною можливі. водою, вхідний і вихідний отвори з якої розташоЗадачею пропонованого винаходу є удосконавані в соплі діаметрально протилежно і сполучалення плазмотрона, у якому за рахунок кріплення ються з відповідними каналами в корпусі, при цьометалевої шайби з розміщеними в ній штуцерами і му зазначена порожнина ізолюється циліндричним клемами для подачі/зливу охолоджувальної води, кільцем, беззазорно встановленим на соплі; в одплазмоутворюючого газу, електричного потенціалу ному з каналів подачі плазмоутворюючого газу на металевій кришці плазмотрона за допомогою розміщений з можливістю зворотно-поступального ключа, взаємодіючого його упорними поверхнями переміщення усередині перфорованого циліндра з упором штока і із зовнішньою поверхнею зазнапоршень, один кінець якого упирається в пружний ченої шайби при повороті ключа на кут, близький елемент. до прямого, а також установки штока в центральКонструкція плазмотрона дозволяє спростити ному різьбовому отворі металевої кришки з можпроцедуру його обслуговування, що передбачає ливістю осьового переміщення при його обертанні, заміну частин, що швидко зношуються (електрод, досягається зручність і швидкість установки/зняття соплова вставка і пружна діелектрична втулка), і, плазмотрона з кронштейна електроплазмової відповідно, здешевіти її, оскільки від'єднання плаустановки, надійність підведення до нього електзмотрона від металевої шайби з розміщеними в ричного потенціалу, плазмоутворюючого газу, ній штуцерами й клемами для подачі/зливу охолоохолоджувальної води і з'я вляється можливість джувальної води, плазмоутворюючого газу, електкомпенсації механічного зносу тертьових поверричного потенціалу відбувається поворотом ключа хонь у процесі експлуатації пристрою; завдяки з положення, близького до рівнобіжного осі плазщільній фіксації незамкнутого пружинного металемотрона, у положення - перпендикулярне їй за вого кільця в концентричній проточці на зовнішній одну - дві секунди. При цьому, відпадає необхідчастині кожуха, досягається зручність і швидкість ність у використанні гайок, а також як стандартипідведення до нього електричної напруги підпалюзованих, так і спеціальних гайкових ключів, викрування; тому що сопло містить внутрішню кільцеву ток і т.п. Приєднання плазмотрона до металевої порожнину, що промивається охолоджувальною шайби займає не більш трьох секунд, протягом водою, вхідний і вихідний отвір з якої розташовані яких (після введення штуцерів подачі/зливу в прив соплі діаметрально протилежно і сполучаються з значені для них отвори в металевій кришці плазвідповідними каналами в корпусі, спрощується мотрона) на його шток накидають ключ, що поверйого конструкція і забезпечується достатнє охолотається потім на кут, близький до прямого. дження; за рахунок установки в одному з каналів Компенсація зносу тертьових поверхонь при такій подачі плазмоутворюючого газу поршня, один кіпроцедурі здійснюється періодично (у міру необнець якого упирається в пружний елемент, з можхідності) обертанням циліндричного штока в різьливістю зворотно-лоступального переміщення бовому отворі металевої кришки плазмотрона. усередині перфорованого циліндру, виникають Підключення напруги підпалювання роблять вдяколивання потоку плазмоутворюючого газу, що гаючи на кожух плазмотрона незамкнуте пружинне проходить через електрод, а це збільшує ресурс металеве кільце, щонайменше, один кінець якого роботи електрода. виконаний у виді відігнутого кільцевого вушка з 5 71633 6 приєднаним до нього електричним дротом, до лучає зазначену порожнину з електродною камеулучення вищевказаного кільця в концентричну рою, а інший 25 - із каналом подачі/зливу проточку кожуха, де воно і фіксується автоматичохолоджувальної води. Корпусна гайка відбирає но. Це, так само, дозволяє зменшити розміри надлишки тепла в зовнішнього кожуха 26, з'єднаструмопровідних частин і зробити плазмотрон ного з нею по різьбленню. На сопловий торець більш компактним не знижуючи його електричної корпуса встановлюються зібрані окремо по конуспотужності. Кільцева внутрішня порожнина сопла, них поверхнях з кутом, меншим чи рівним куту що промивається охолоджувальною водою, вхідтертя, сопло 27 і соплова втулка 28, на зовнішній ний і вихідний отвори з якої розташовані в ньому поверхні сопла розташовується внутрішня кільцедіаметрально протилежно і сполучаються з відпова порожнина 29, що промивається охолоджувавідними каналами в корпусі, спрощує конструкцію і льною водою, вхідний і вихідний отвори із якої забезпечує достатнє о холодження. Розташування розташовані в соплі діаметрально протилежно і в одному з каналів подачі плазмоутворюючого газу сполучаються з відповідними каналами в корпусі. поршня, один кінець якого упирається в пружний Зовні зазначена порожнина ізолюється циліндричелемент із можливістю зворотно-поступального ним кільцем 30, беззазорно встановленим на переміщення усередині перфорованого циліндра, соплі. викликає коливання потоку плазмоутворюючого Між корпусом, контактною втулкою й електрогазу, що проходить через електрод, і збільшує редом, з одного боку, і соплом з іншого розташовусурс роботи електрода. ється пружна діелектрична втулка 31, а між сопСутність винаходу пояснюється наступними лом і корпусом - ще й еластичний кільцевий ілюстраціями. елемент 32, ступінь деформації якого значно пеФіг.1 - пропонований пристрій, загальний вид; ревершує ступінь деформації зазначеної діелектфіг.2 - вид збоку; ричної втулки. Таким чином, запобігається улученфіг.3 - вид зверху. ня води з колектора охолодження соплової Плазмотрон містить корпус 1, виконаний з діечастини плазмотрона в газові канали. Необхідний лектричного матеріалу, в електродній камері якого стиск пружних елементів (31, 32) і фіксація сопла нерухомо закріплена контактна втулка 2. Електрод досягаються при нагвинчуванні зовнішнього кожу3 встановлюється в контактній втулці по конусній ха на корпусну гайку, а можливі витоки плазмоутповерхні з кутом, меншим чи рівним куту тертя. У ворюючого газу по різьбленню запобігаються виробочому положенні електрод протилежним від користанням у конструкції елемента 33, що розрядної камери торцем стискає еластичний кіущільнює. Витоки газу по стику кожух - сопло дольцевий елемент 4, що, деформуючись, упираєтьпускаються, оскільки це є додатковим чинником ся у вн утрішню стінку електродної камери корпуса охолодження соплової частини плазмотрона і заі запобігає влученню охолоджувальної води в побігає налипанню бризів металу, що розрізаєтьцентральний канал електрода. Дросельна втулка ся. Повітряний колектор 34, утворений корпусом і 5, розташовуючись у центральному газовому какожухом, сполучається з розрядною камерою 35 налі корпуса, фіксується вищевказаним еластиччерез тангенціальні канали 36 у соплі. Позиціонуним кільцевим елементом і містить газовий дровання сопла щодо корпуса здійснюється за допосель 6. У тому ж каналі розміщений перфорований могою штифта 37 (паз у соплі проти штифта в корциліндр 7 із додатковим газовим дроселем 8, попусі). Торцевий газовий завихрювач 38 ршнем 9 і пружним елементом 10, попередня девстановлюється усередині електрода з протилежформація якого визначається регулювальним гвиного від розрядної камери торця. У кільцевій пронтом 11, встановленим, у свою чергу, у заглушці точці кожуха щільно фіксується незамкнуте пру12. Витоку плазмоутворюючого газу запобігаються жинне металеве кільце 39, щонайменше, один за допомогою ущільнювального кільця 13, а легкінець якого виконаний у виді відігнутого кільцевокість переміщень поршня усередині перфорованого вушка. До металевої кришки плазмотрона за го циліндра забезпечується завдяки наявності надопомогою ключа 40 прикріплюється металева скрізного повітряного каналу в регулювальному шайба 41 з розміщеними в ній штуцерами 42 для гвинті. Тильний торець корпуса закриває металева подачі/зливу охолоджувальної води, плазмоутвокришка 14, що містить у центральній частині різьрюючого газу й клемами 43 для підведення електбовий отвір з розміщеним у ньому штоком 15, а ричного потенціалу. Ключ, взаємодіючи його упортакож отвори для введення штуцерів охолоджуваними поверхнями з упором 44 (вісь) штока і із льної води (16 і 17) і плазмоутворюючого газу 18, а зовнішньою поверхнею зазначеної шайби при попередача електричного потенціалу на електрод вороті на кут, близький до прямого, стискає за раздійснюється через розміщений у каналі подахунок наявного ексцентриситету ущільнювальні чі/зливу о холоджувальної води гнучкий струмопелементи 45, забезпечуючи надійну герметизацію ровід 19, прикріплений з однієї сторони до зазнаводяних і газових каналів, а також електричний ченої кришки, а, з іншого боку - до контактної контакт між шайбою 41 і кришкою 14. Герметизація втулки. Технологічні отвори 20 і 21 після введення центрального газового каналу з боку штока забезструмопроводу в електродну камеру корпуса герпечується за допомогою розташованої відомим метизуються відомими засобами. На зовнішній засобом шайби 46. циліндричній поверхні корпуса нерухомо закріплюПлазмотрон працює в такий спосіб. ється металева корпусна гайка 22, створюючи з Перед початком експлуатації металева шайба ним герметичну внутрішню порожнину 23, вхід і 41 з розміщеними в ній штуцерами подачі плазмовихід з якої утворюють, щонайменше, два діаметутворюючого газу 42, подачі/зливу охолоджувальрально розташованих отвори, один з яких 24 споної води й клемами 43 для підведення електрично 7 71633 8 го потенціалу кріпиться на кронштейні електрочерез отвір 16 у металевій кришці 14, проходить плазмової установки відомим засобом. До штуцепо наскрізному каналі в корпусі до відповідного рів підключаються відповідні шланги, а до клем вхідного отвору в соплі 27 попутно охолоджуючи силові кабелі (умовно не показані на фігурах). Погнучкий струмопровід 19. Далі, пройшовши по внутім до металевої шайби приєднується плазмотрон. трішній кільцевій порожнині 29, вода через розтаЙого шток пронизує шайбу крізь центральний шований діаметрально протилежно в соплі вихідотвір, а патрубки штуцерів уводяться у відповідні ний отвір надходить у нижній водяний канал отвори металевої кришки 14 плазмотрона. Розтакорпуса і, відтіля, - в електродну камеру. Обмивши шування отворів у кришці таке, що існує єдине зовнішню поверхню електрода і частково внутріположення установки на ній шайби 41. Далі, на шню контактної втулки, вода надходить по каналі упор штока (вісь 44) надягають ключ 40 таким чи24 у внутрішню порожнину 23, утворену корпусом ном, що його рукоятка стає перпендикулярно осі 1 і корпусною гайкою 22. Остудивши таким чином плазмотрога (див. Фіг.3, де вихідне положення кожух 26, вода перетікає через отвір 25 у вихідний ключа зображене тонкими лініями). Потім поверканал корпуса й іде з плазмотрона через отвір 17 у тають ключ на кут, близький до прямого (на Фіг.2 металевій кришці 14. Можливий зворотний напряключ умовно показаний нерозсіченим), при ньому, мок руху води через плазмотрон. середній упорний елемент ключа входить у проріз Коли на плазмотрон подається електричний штока і починає взаємодіяти з його упором (44), а потенціал від джерела живлення й одночасно від нижні циліндричні упори ключа - з верхньою повеосцилятора чи за допомогою іншого пристрою рхнею металевої шайби, змушуючи її (за рахунок створюється іонізований канал у проміжку між понаявного в конструкції ключа ексцентриситету) рожнистим електродом і стінкою сопла, факел притискатися до верхньої металевої кришки 14 чергової дуги видувається з каналу сопла і стикаплазмотрона. Пружні елементи 45, деформуюється з металом, що розрізається. Збуджується чись, герметизують відповідні канали (16, 17 і 18), основна дуга між катодом і металом. У цей момент а між поверхнями, що сполучаються, верхньої чергова дуга гасне, оскільки із сопла знімається кришки 14 і шайби 41 утворюється надійний елекнапруга джерела живлення. Для стійкого і якісного тричний контакт. На кожух 26 із боку соплової часрізання вибирають необхідну швидкість перемітини надівається незамкнуте пружинне металеве щення плазмотрона щодо металу, що розкільце 39, щонайменше, один кінець якого виконарізається. ний у виді відігнуто го кільцевого вушка, і яке автоПри необхідності проведення ремонтноматично щільно фіксується в кільцевій проточці профілактичних робіт, зв'язаних з демонтажем кожуха. До одного з вищевказаних вушок заздале(швидкою заміною одного плазмотрона іншим), гідь приєднується високовольтний дріт для підвепружинне кільце 39 з електропроводом ланцюга дення напруги підпалювання на плазмотрон (умопідпалювання злегка розтискається й знімається з вно не показаний на фігурах). У такім положенні кожуха 26. Рукоятка ключа 40 повертається до плазмотрон готовий до початку експлуатації. положення, перпендикулярного осі плазмотрона, і Плазмоутворюючий газ із надлишковим тисвін вільно від'єднується від металевої шайби 41. ком подається в повітряний канал плазмотрона Після деякої кількості монтажно-демонтажних опечерез штуцер 42 у металевій шайбі 41, отвір 18 у рацій упорні поверхні ключа і металевої шайби металевій кришці 14. Частина, його по радіальноможуть механічно зноситися, і для надійної фіксаму свердлінню надходить через додатковий газоції плазмотрона повороту :ключа на прямий кут вий дросель 8 у центральний повітряний канал, вже буде недостатньо. У цьому випадку шток 15 змушуючи переміщатися поршень 9. При цьому, у провертають навколо власної осі на кут, кратний зв'язку з наявністю декількох рядів отворів у пер180°, наближаючи його упорні поверхні до верхфорованому циліндрі 7 величина газового потоку ньої кришки і досягаючи необхідних значень кінебуде постійно змінюватися, коливаючись біля дематичних параметрів ключа 40 (кут повороту при якого середнього значення, обумовленого, у свою фіксації плазмотрона на шайбі, близький до чергу, розмірами газового дроселя 6 і параметрапрямого). ми пружного елемента 10. Далі газовий потік проЗастосоване в пропонованій конструкції водяходить через торцевий завихрювач 38 здобуваючи не охолодження всіх теплонавантажених елеменнеобхідний напрямок крутіння усередині електротів (як працюючих безпосередньо в зоні емісії еледа. Частина газового потоку, що залишилася, надктронів, так і в зонах плазмоутворення, витікання ходить у кільцевий ресивер 34, відкіля по кільцеплазми, нагрівання променистою енергією й бривих щілинах, утворених стінками кожуха і сопла, зами розплавленого металу) дозволило зробити її вдувається через тангенціальні канали 36 у розрянадійною, довговічною й універсальною. Запроподну камеру 35, створюючи в ній ви хровий потік. нований винахід істотно збільшує ресурс роботи Виникаючі коливання газового потоку змушують електрода, кількість урізань до заміни частин, що постійно переміщатися точку прив'язки електричшвидко зношуються, значно спрощує монтажноної дуги по вн утрішнійповерхні електрода, збільдемонтажні операції, зменшує габаритні розміри шуючи зону емісії електронів і поліпшуючи темпеплазмотрона. ратурний режим роботи електрода а, отже, Таким чином, пропонований плазмотрон істотресурс його роботи. но відрізняється від відомих. Охолоджувальна вода подається, наприклад, 9 Комп’ютерна в ерстка Т. Чепелев а 71633 Підписне 10 Тираж 37 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601