Brevet FR2193299A1 — publié le 19740215

La présente invention concerne un dispositif de stabilisation dlun chalumeau à plasma à liquide, à arc électrique en courant continu. Le fonctionnement d'un chalumeau à plasma à liquide, à arc électrique en courant continu, repose sur le principe qu'entre deux électrodes, c'est-à-dire entre l'anode et la cathode, braye un arc électrique à courant continu, qui traverse un canal du dispositif de stabilisation dont le rôle est de former des conditions hydrodynamiques stables en vue de l'obtention de l'allure nécessaire du gradient de tension électrique.Du point de vue des conditions dynamiques, le canal du dispositif de stabilisation doit former un tourbillon de liquide au milieu duquel brûle l'arc électrique, l'épaisseur du film de liquide devant être telle qu' elle protège suffisamment le matériau proprement dit du canal de 1 'influence thermique de l'arc électrique et du plasma résultant et simultanément que l'épaisseur de ce film permette l'établisse- ment du plasma. Dans le cas où le dispositif de stabilisation d'un chalumeau à plasma à liquide possède une telle caractéristique, où à l'aide de celui-ci s'obtiennent les conditions optimales du point de vue hydrodynamique ainsi que de l'allure de la tension, il se produit une irrégularité du fonctionnement du chalumeau à plasma ou un abaissement de la durée de service d'une partie du dispositif de stabilisation tel que le chalumeau à plasma à liquide proprement dit ne peut pas être utilisé à l'échelon industriel. En plus des faits précités, le dispositif de stabilisation a une influence décisive sur l'efficacité du chalumeau à plasma à liquide proprement dit en tant que générateur de plasma et par conséquent sur la hauteur de la température atteinte, sur l'importance de la vitesse dgécoulement et ainsi sur la possibilité d' application du chalumeau à plasma à liquide dans les différents domaines technologiques. Les dispositifs de stabilisation qui sont utilisés à l'heurte actuelle dans 'es chalumeaux à plasma à liquide, présentent une faible durée de service, provoquent des irrégularités importantes du fonctionnement de ces chalumeaux et, à l'aide de ces dispositifs, on n'obtient qu'une faible efficacité des chalumeaux à plasma proprement dits dans le r8le de générateurs de plasma et pratiquement ils ne permettent pas l'application de ces chalumeaux dans l'industrie avec une efficacité économique suffisante. Le dispositif de stabilisation d'un chalumeau à plasma à liquide, à arc électrique en courant continu, selon l'invention, élimine les inconvénients précités, grâce essentiellement au fait que les différents constituants du dispositif de stabilisation sont formés par une combinaison appropriée et convenable de matériaux électriquement conducteurs et électriquement non conducteurs. Dans le corps du chalumeau sont disposés des constituants métalliques circulaires interchangeables qui sont formés par une buse frontale, une buse d'embouchure, un anneau, une buse, une buse collectrice, un anneau en gradins, un anneau cylindrique et une douille de la pince de serrage.Ces constituants métalliques annulaires interchangeables sont isolés électriquement les uns des autres à l'aide de cales isolantes, et sont également isolés électriquement de l'amenée du courant électrique à la cathode du chalumeau. Dans l'espace qui est formé à travers le corps du chalumeau et à travers l'anneau, débouche la première ouverture d' arrivée du liquide et dans l'espace qui est formé à travers le corps du chalumeau et à travers l'anneau cylindrique et en outre dans l'espace interne de l'anneau cylindrique débouchent des deuxièmes ouvertures d'arrivée du liquide. La première ouverture d'évacuation du liquide débouche hors de l'espace entre l'avant du chalumeau et la buse frontale et la seconde ouverture d'évacuation du liquide débouche hors de l'espace qui est formé par l'anneau interchangeable et par l'anneau en gradins.Selon une autre caractéristique de l'invention, la buse frontale, la buse d'embouchure, l'anneau, la buse, la buse collectrice, l'anneau en gradins, l'anneau cylindrique et la douille de la pince de serrage sont réalisés totalement ou partiellement en un matériau électriquement non conducteur et la buse est munie d'une ouverture circulaire qui est plus petite que les ouvertures dans les constituants annulaires interchangeables. Enfin selon une dernière caractéristique de l'invention la buse d'embouchure peut être munie d'une ouverture annulaire qui est plus petite que les ouvertures dans les constituants an nulaires interchangeables. L'effet du dispositif de stabilisation du chalumeau à plasma à liquide selon l'invention consiste en ce que d'une part il assure un fonctionnement sans perturbations du chalumeau à plasma proprement dit, ainsi que l'augmentation de la durée de service des différentes parties du dispositif et l'accroissement de 1' efficacité et de la vitesse d'écoulement.Le dispositif de stabilisation permet l'obtention de l'allure nécessaire du gradient de tension électrique, ce qui permet l'augmentation de la durée de service des différentes parties en fonction de la caractéristique volt-ampère de ia source du chalumeau à plasma à courant électrique continu. Sn outre un rapport convenablement choisi des diamètres internes et des diamètres externes des constituants annulaires permet un accroissement de l'efficacité du chalumeau à plasma proprement dit en tant que générateur de plasma.La disposition consistant dans la diminution du diamètre interne de la buse ou de la douille par rapport aux autres ouvertures circulaires, permet un accroissement de la vitesse d'écoulement du plasma et un aoroissement de l'utilisation effective de la source de courant électrique du chalumeau à plasma à liquide et à arc électrique en courant continu. Un exemple de réalisation du dispositif de stabilisation d' un chalumeau à plasma à liquide, à arc électrique en courant continu selon l'invention, est décrit ci-après en détail, en regard du dessin annexé qui représente le dispositif de stabilisation en coupe longitudinale. Dans le corps de chalumeau 29 est disposé un dispositif de stabilisation du chalumeau à plasma, dispositif qui est formé d' une part par des constituants métalliques circulaires inter-chan- geables et par une buse frontale 1, une buse d'embouchure 2, un anneau 3, une buse 4 une buse collectrice 5, un anneau en gradins 7, un anneau cylindrique 8 et une douille 9 de pince de serrage 16 et d'autre part par un anneau circulaire zon métallique 6. L'anneau circulaire non métallique 6 est muni d'une part d'une première ouverture d'arrivée tangentielle 25 et d'une deuxième ouverture d'arrivée tangentielle 26 et d'autre part d'une première ouverture tangentielle d'évacuation 27 et d'une seconde ouverture tangentielle d'évacuation 28. Les différentes parties circulaires interchangeables sont isolées les unes des autres par des pièces isolantes 18, 19, 20, 21 et 22. Le dispositif de circulation d'eau des différentes pièces est séparé par un premier joint d'étanchéité 23 et un second joint 24. Dans le dispositif de stabilisation du chalumeau à plasma selon l'invention, est en outre disposée une buse 4 qui peut avoir un diamètre d'ouverture placé dans l'axe plus petit que les parties circulaires interchangeables 1,2,3,5,7,8 et 9. Le dispositif de stabilisation est fixé dans la partie antérieure du corps par l'avant 17 du chalumeau. Dans la partie postérieure du corps du brûleur, est disposée une pince de serrage 15 avec un anneau de guidage Il et avec un joint de traversée d'arbre 12. La pince de serrage 16 est poussée par une bague d' écartement 13 sur laquelle s'appuie un écrou 10, par l'intermédiaire d'un grand anneau intermédiaire d'isolement 14 et d'un petit anneau intermédiaire d'isolement 15. Dans la pince de serrage 16, est disposée une cathode en forme de tige, non représentée, dans laquelle arrive le courant électrique. L'anode, avantageusement une anode rotative, est disposée devant la partie antérieure du chalumeau et n'est pas non plus représentée sur la figure. Le fonctionnement proprement dit du chalumeau à plasma, muni du dispositif de stabilisation, se déduit du fonctionnement connu en soi de ces moyens. Entre la cathode qui est fixée à la pince de serrage 16 et l'anode qui est disposée devant la partie antérieur-e 17 du chalumeau, brûle l'arc électrique à courant continu. Cet arc électrique traverse le canal du dispositif de stabilisation, c'est-à-dire que, grâce à différents donstituants, dont la disposition selon l'invention, le choix des matériaux électriquement conducteurs et électriquement non conducteurs de ces constituants, il est stabilisé grâce aux conditions hydrodynamiques stables pour le liquide, par exemple pour l'eau, qui est amené par des ouvertures d'amenée et qui sort par des ouvertures d'évacuation, si bien que le fonctionnement correct du plasma est assuré. Le dispositif de stabilisation du chalumeau à plasma à liquide selon l'invention peut eAtre utilisé dans le cas de chalumeaux à plasma à liquide avec un arc électrique à courant continu sous différentes puissances de 10 à 530 KVA et pour des applications technologiques telles que processus de projection par plasma, synthèses chimiques, découpage, soudure, source de rayonnement lumineux et analogues. REVEbDICAEIOaS 1) Dispositif de stabilisation d'un chalumeau à plasma à liquide , à arc électrique en courant continu, caractérisé en ce que dans le corps du chalumeau sont disposés des constituants annulaires interchangeables qui sont formés par une buse frontale, une buse d'embouchure, un anneau , une buse, une buse collectrice, un anneau en gradins, un anneau cylindrique et une douille d'une pince de serrage, isolés électriquement les uns des autres et en outre également isolés de l'amenée de courant électrique à la cathode qui est fixée à la pince de serrage, dispositif dans lequel, dans l'espace qui est formé par le corps du chalumeau et par l'anneau, débouche la première ouverture d'arrivée de liquide et dans l'espace qui est formé par le corps du chalumeau et par 1' anneau cylindrique et en outre dans l'espace interne de l'anneau cylindrique, débouchent des secondes ouvertures d'arrivée, et dans lequel la première ouverture d'évacuation du liquide débouche hors de l'espace entre l'avant du chalumeau et la buse frontale et la seconde ouverture d'évacuation débouche hors de 1' espace qui est formé par l'anneau interchangeable et par l'anneau en gradins. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la buse frontale, la buse d'embouchure, l'anneau, la buse, la buse collectrice, l'anneau en gradins, l'anneau cylindrique et la douille de la pince de serrage sont réalisés en totalité ou partiellement en un matériau électriquement non conducteur. 3) Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la buse est punie d'une ouverture circulaire qui est plus petite que les ouvertures dans les constituants interchangeables annulaires. 4) Dispositif selon l'une dans les constituants interchangeables annulaires.