CS226238B1

CS226238B1 - Plasma torch front portion

Info

Publication number: CS226238B1
Application number: CS931681A
Authority: CS
Inventors: Vaclav Ing Malicky; Jindrich Ing Drsc Musil; Jaroslav Rudolf; Jan Nechanicky
Original assignee: Vaclav Ing Malicky; Jindrich Ing Drsc Musil; Jaroslav Rudolf; Jan Nechanicky
Priority date: 1981-12-15
Filing date: 1981-12-15
Publication date: 1984-03-19

Description

Vynález se týká zařízení pro přívod a rozvod plynu do prostoru elektrického výboje plazmových hořáků.The present invention relates to a device for supplying and distributing gas to an electric discharge space of plasma torches.

Funkce dosud známých plazmových hořáků provozovaných na bázi plynových médií spočívá v tom, že do prostoru, který je dán funkcí elektrického výboje mezi anodou a katodou, je přiváděn plyn. Elektrický oblouk vzniká mezi vhodně nastavenou katodou a směřuje na anodu, která má zpravidla tvar dutého chlazeného válce. Do prostoru, kde hoří oblouk se přivádějí plyny, které průchodem elektrickým obloukem se stávají za vysoké teploty vodivými. Tento stav se definuje jako plazmatický. Vhodným nastavením zdroje proudu na katodě lze regulovat velikost elektrického oblouku. Přívod plynu je proveden kanálem, který ústí do prostoru katody, odkud vytéká anodovou tryskou ven z hořáku. Výtokové rychlosti jsou značně vysoké a přesahují několikanásobně rychlost zvuku. Za působení elektrického oblouku vytéká tento plyn z hořáku jako plazmový paprsek. Přívod plynu do oblasti katody je velmi důležitý, protože záleží na tom, aby obtékání katody směrem na anodu vytvořilo optimální podmínky pro tvoření plazmy při velkých rychlostech proudění a zároveň, aby se vyhovělo podmínce, že katoda bude dobře chlazená. Plyn ve většině typů plazmových hořákůThe function of the prior art gas-fired plasma torches is that gas is supplied to the space given by the electrical discharge function between the anode and cathode. An electric arc is formed between a suitably set cathode and points to an anode, which is generally in the form of a hollow cooled cylinder. Gases are supplied to the arc-burning space, which become conductive at high temperatures by passing through the arc. This condition is defined as plasma. By adjusting the current source on the cathode appropriately, the arc size can be controlled. The gas supply is provided by a channel that opens into the cathode space from where it exits through the anode nozzle out of the torch. Discharge rates are considerably high and exceed several times the speed of sound. Under the action of an electric arc, this gas flows out of the torch as a plasma beam. The supply of gas to the cathode region is very important because it is important that the flow of the cathode towards the anode creates optimal conditions for plasma formation at high flow velocities, while also meeting the condition that the cathode will be well cooled. Gas in most types of plasma torches

228 238 postupuje od zavedení do tělesa směrem ke katodě axiálně.228 238 advances axially from introduction into the body towards the cathode.

Pro provozování plazmových hořáků jsou použity plyny jedno, dvou i více atomové, podle toho, za jakým účelem mají být plazmové hořáky provozovány. Jedním z hlavních kritérií je žádaná teplota a kontrakce plazmatického paprsku, vycházejícího z hořáku, aby se mohly provádět technologie nástřiků různými materiály, které se aplikují zaváděním prášků do proudu plazmy. Při změně jednoho plynu za druhý lze nastavit jiné hodnoty elektrického proudu, lze také nastavit jiný tlak plynu přicházejícího do prostoru katody, nelze však změnit jeho směr, který je dán jednou provždy konstrukcí plazmového hořáku. Tím je dáno, že jedno, dvou a více atomové plyny obtékají katodu vždy stejně, i když to není při záměně jednoho plynu za druhý to nejvhodnější řešení vzhledem k fyzikálním hodnotám uvedených plynů a k dobrému chla zení katody.One, two or more atomic gases are used to operate the plasma torches, depending on the purpose for which the plasma torches are to be operated. One of the main criteria is the desired temperature and contraction of the plasma beam coming from the torch so that spraying technologies of different materials can be applied by applying powders to the plasma stream. When changing one gas after another, different values of electric current can be set, another pressure of the gas entering the cathode space can also be set, but it is not possible to change its direction which is given once and for all by the construction of the plasma torch. This means that one, two or more atomic gases always bypass the cathode equally, although this is not the most appropriate solution with respect to the physical values of said gases and to a good cooling of the cathode when swapping one gas for another.

Uvedené nevý&ody jsou odstraněny řešením podle vynálezů, jehož podstata spočívá v tom, že plyn je přiváděn do prostoru paty katody, odkud je veden axiálně do rozváděči komory, která je upravena v tělese plazmového hořáku. Z rozváděči komory prochází plyn přes vyměnitelný usměrňovači kroužek do prostoru výboje elektrického oblouku, odkud směřuje ven jako plazmatický paprsek. Usměrňovači kroužek je přitlačován k tělesu hořáku tryskou anody, která bývá k hořáku zpravidla připevněna maticí a kroužek lze tudíž rychle a bezpečně vyměnit za jiný. Vyměnitelný usměrňovači kroužek má na svém obvodě vyvrtány trysky, které mohou míti různý sklon. Mohou například vésti plyn tangenciálně, nebo jiným obecným směrem k tělesu katody a zajistit tak' optimální podmínky pro vytvoření plazmatickéhoSaid drawbacks are eliminated by the solution according to the invention, characterized in that the gas is supplied to the cathode foot space, from where it is directed axially to a distribution chamber which is arranged in the plasma torch body. From the distributor chamber, the gas passes through a replaceable baffle ring to the arc discharge area, from where it is directed outward as a plasma beam. The deflector ring is pressed against the torch body by an anode nozzle, which is typically attached to the torch by a nut, and the ring can therefore be replaced quickly and securely with another. The replaceable baffle ring has bores on its circumference, which may have different inclinations. For example, they can conduct the gas tangentially or in another general direction towards the cathode body to provide optimal conditions for the formation of a plasma

228 238 paprsku. Usměrňovači kroužek s navrtanými tryskami speciálně uzpůsobenými pro jednotlivé plyny se může při záměně plynu lehce a rychle vyměnit za jiný kroužek s jinými hodnotami trysek, který by opět zajišťoval vytvoření optimálního plazmového paprsku. V usměrňovacím kroužku mohou být vyvrtány další otvory, nebo může být vytvořen eventuálně větší otvor soustředný s průřezem katody, kterým se může přivádět plyn do prostoru elektrického výboje axiálně podél povrchu katody a vytvořit tak s plynem, který je přiváděn tryskami na obvodě kroužku, kombinaci, která zaručuje jak dobré chlazení katody, tak i podmínky pro optimální vytvoření plazmatického paprsku. Přivádění části plynu soustředným otvorem, který je mezi usměrňovacím kroužkem a povrchem katody vytváří tenký film při obtékání katody a zajištuje přímé chlazení této části katody. Velikost chlazení se řídí velikostí chladícího filmu, která je dána soustředným otvorem mezi vyměnitelným usměrňovacím kroužkem a tělesem katody, zároveň s délkou naváděcího nákružku, kterým film prochází.228 238 beam. The deflector ring with the bore nozzles specially adapted for the individual gases can be exchanged easily and quickly for another ring with different nozzle values, which would again ensure the generation of an optimum plasma beam. Additional holes may be drilled in the rectifier ring, or a larger orifice concentric with a cathode cross-section may be provided, through which gas may be introduced into the electric discharge space axially along the cathode surface to form a combination, which ensures good cooling of the cathode as well as conditions for optimal plasma beam formation. Feeding a portion of the gas through a concentric orifice between the rectifier ring and the cathode surface forms a thin film as the cathode flows around and provides direct cooling of the cathode portion. The amount of cooling depends on the size of the cooling film which is given by the concentric opening between the replaceable baffle ring and the cathode body, along with the length of the guide collar through which the film passes.

Příkladné provedení řešení podle vynálezu je znázorněno na připojeném výkresu.An exemplary embodiment of the invention is illustrated in the accompanying drawing.

Plyn je přiváděn do vstupního prostoru 1, odkud je veden axiálně do rozváděči komory 2,, která je vytvořena mezi tělesem 3 plazmového hořáku a usměrňovacím kroužkem 4. 2 rozváděči komory 2_ je plyn rozváděn přes- vyměnitelný usměrňovači kroužek 4, ve kterém jsou navrtány usměrňovači trysky 8 a plyn jimi prochází do prostoru 2, odkud směřuje mezi špičku katody či a trysku anody 2> kde vzniká elektrický oblouk a pokračuje dál jakoThe gas is supplied to the inlet space 1, from where it is directed axially to the distribution chamber 2, which is formed between the plasma torch body 3 and the rectifier ring 4. The distribution chamber 2 is guided by a removable rectifier ring 4 in which the rectifiers are drilled. the nozzle 8 and the gas pass through it into the space 2 from where it is directed between the cathode tip and the anode nozzle 2 where an electric arc is formed and continues as

228 238 otvory libovolného průměru a sklonu, např. jako tangenciální otvory. V usměrňovacím kroužku 4 je vytvořen další otvor 9., který je soustředný s průřezem katody 6, kterým se může přivádět axiálně plyn do prostoru £ a který současně chladí těleso katody 6, Pro lepší vytvoření filmu probíhá soustředný otvor 2 do naváděcího nákružku 11, který je vytvořen na usměrňovacím kroužku ,4. Tlouš^a filmu je dána velikostí soustředného otvoru 9. Kombinací přívodu plynu usměrňovacími tryskami 8 a přívodu plynu soustředným otvorem 9, a naváděcím nákpužkem 11 se vytvoří optimální podmínky jak pro dobré chlazení katody J5, tak i pro vytvoření optimálních podmínek pro plazmový paprsek.228 238 holes of any diameter and inclination, eg as tangential holes. A further opening 9 is provided in the rectifying ring 4, which is concentric with the cross-section of the cathode 6, through which gas can be introduced axially into the space 6, and at the same time cools the cathode body 6. it is formed on the rectifying ring, 4. The thickness of the film is given by the size of the concentric orifice 9. The combination of the gas supply through the baffle nozzles 8 and the gas supply through the concentric orifice 9 and the guide bead 11 creates optimum conditions for both good cooling of the cathode 5 and creating optimum conditions for the plasma beam.

V případě, že není žádoucí, aby plyn postupoval otvorem £ ůo prostoru 5 je možno do usměrňovacího kroužku £ vložit gumový kroužek kruhového průřezu a zrušit naváděcí nákružek 11. Usměrňovači kroužek 4. je lehce vyměnitelný a je přitlačován do tělesa 3 hořáku vyměnitelnou tryskou anody 2· Rozváděči komora 2 může být vytvořena vybráním bučí v tělese 3 hořáku nebo v usměrňovacím kroužku 4 nebo v obou zároveň. U příkladného provedení podle připojeného výkresu je rozváděči komora 2 upravena pouze „v tělese 3 hořáku.If it is not desirable for the gas to pass through the opening 5 into the space 5, a rubber ring of circular cross-section may be inserted into the deflection ring and the guide collar 11 removed. The deflector ring 4 is easily replaceable and is pressed into the torch body by a replaceable anode nozzle 2. The manifold chamber 2 may be formed by recessing either the burner body 3 or the deflector ring 4, or both. In the exemplary embodiment according to the attached drawing, the distribution chamber 2 is provided only "in the burner body 3".

Využití vynálezu je převážně v oblasti plazmových.hořáků.The use of the invention is predominantly in the field of plasma torches.

Claims

A front part of a plasma torch comprising a torch body, a baffle ring and an anode nozzle into which a cathode extends, characterized in that a distributor chamber (2) and a baffle ring (2) are formed between the body (3), the torch and the baffle ring (4). 4) fixed in the burner body (3) by means of an anode nozzle (7) is provided with through channels (10) in the rear part, rectifier nozzles (8) in the casing part and an opening (9) in the axial part, eg with cylindrical or screw surface for the cathode (6), wherein an annular through slot is provided between the cathode (6) and the surface of the opening (9).

2. The front part of the plasma torch according to claim 1, characterized in that a guide collar (11) is provided on the front part of the rectifying ring (4).