ЗАЩИТНЫЙ КОЛПАЧОК МУНДШТУКА И ДЕРЖАТЕЛЬ ЗАЩИТНОГО КОЛПАЧКА МУНДШТУКА, А ТАКЖЕ ЭЛЕКТРОДУГОВАЯ ПЛАЗМЕННАЯ ГОРЕЛКА С ТАКИМ КОЛПАЧКОМ И/ИЛИ С ТАКИМ ДЕРЖАТЕЛЕМ КОЛПАЧКА

Предложенная на рассмотрение полезная модель относится к защитному колпачку мундштука для электродуговой плазменной горелки. Электродуговая плазменная горелка может быть использована как для сухой резки, так и для резки под водой различных металлических заготовок.
При плазменной резке электрическая дуга (контрольная электрическая дуга) зажигается сначала между катодом (электродом) и анодом (мундштуком), а затем переносится непосредственно на заготовку, чтобы, таким образом, осуществить разрез.
Вышеупомянутая электрическая дуга образует плазму, которая представляет собой термически сильно нагретый, токопроводящий газ (плазменный газ), который состоит из положительных и отрицательных ионов, из электронов, а также из возбужденных и нейтральных атомов и молекул. В качестве плазменных газов используются такие газы, как аргон, водород, азот, кислород или воздух. Эти газы посредством энергии электрической дуги ионизируются и диссоциируются. Возникающая в результате этого плазменная струя используется для разрезания заготовки.
Современная электродуговая плазменная горелка состоит, в основном, из таких конструктивных элементов, как корпус горелки, электроды (катоды), мундштук, один или несколько колпачков, как, например, колпачок мундштука и защитный колпачок мундштука, которые окружают мундштук, а также из систем соединений, которые служат для подачи к электродуговой плазменной горелке тока, газов и/или жидкостей.
Защитные колпачки мундштуков предназначены для того, чтобы защитить мундштук в процессе резки от возникающего тепла и от брызг расплавленного металла заготовки.
Мундштук может состоять из одного или нескольких конструктивных элементов. У электродуговых плазменных горелок с непосредственным водяным охлаждением мундштук удерживается посредством колпачка мундштука. Между мундштуком и колпачком мундштука проходит охлаждающая жидкость. Вторичный газ проходит затем между колпачком мундштука и защитным колпачком мундштука. Последний служит для создания определенной атмосферы, для сужения плазменной струи и для защиты от разбрызгивания при установке.
В электродуговых плазменных грелках с газовым охлаждением и в электродуговых плазменных горелках с косвенным водяным охлаждением колпачок мундштука может отсутствовать. В этом случае вторичный газ проходит межу мундштуком и защитным колпачком мундштука.
Электрод и мундштук расположены относительно друг друга с определенным пространственным зазором и ограничивают пространство, плазменную камеру, в которой образуется та самая плазменная струя. На параметры плазменной струи, к примеру, на диаметр, температуру, плотность потока энергии и на скорость потока плазменного газа, можно оказывать существенное воздействие посредством конструкции мундштука и электрода.
Для работы с различными плазменными газами электроды и мундштуки изготавливаются из различных материалов и в различных формах.
Мундштуки изготавливаются, как правило, из меди и с прямым или косвенным водяным охлаждением. В зависимости от задачи в процессе резки и от электрической мощности электродуговой плазменной горелки используются мундштуки, которые имеют различные внутренние контуры и отверстия различных диаметров и, тем самым, обеспечивают оптимальные результаты процесса резки.
К примеру, DE 102004049445 A1 демонстрирует электродуговую плазменную горелку, включающую в себя электрод с водяным охлаждением и мундштук, а также защитный колпачок мундштука с газовым охлаждением. При этом вторичный газ через держатель защитного колпачка мундштука внутри зоны винтового соединения между держателем защитного колпачка мундштука и защитным колпачком мундштука через образованный между защитным колпачком мундштука и колпачком мундштука каналом для вторичного газа подается к плазменной струе.
EP 0573653 B1 относится к электродуговой плазменной горелке, включающей в себя электрод с водяным охлаждением и мундштук, а также защитный колпачок мундштука с водяным охлаждением. Также как и в случае с электродуговой плазменной горелкой в соответствии с DE 102004049445 A1 вторичный газ в держателе защитного колпачка мундштука внутри зоны винтового соединения между держателем защитного колпачка мундштука и защитным колпачком мундштука подается к плазменной струе. Также как и известная из DE 102004049445 A1 электродуговая плазменная горелка данная известная электродуговая плазменная горелка имеет в случае различных вариантов применения недостаточное охлаждение защитного колпачка мундштука.
В дополнение известная электродуговая плазменная горелка осуществлена таким образом, что кольцеобразная камера для охлаждающей жидкости образуется внутри базовой концевой зоны защитного колпачка мундштука. Протекающая там охлаждающая жидкость охлаждает защитный колпачок мундштука. Такая конструкция имеет дополнительный недостаток в том, что при отвинчивании защитного колпачка мундштука охлаждающая жидкость выходит из охлаждающей камеры и капает или попадает на наружную поверхность колпачка мундштука и на внутреннюю поверхность защитного колпачка мундштука. Вследствие этого, в образованной колпачком мундштука и защитным колпачком мундштука полости для вторичного газа образуются остатки охлаждающего средства, что, с одной стороны, ухудшает качество резки и безопасность при работе, а, с другой стороны, приводит к потерям охлаждающего средства.
Таким образом, в основе полезной модели лежит задача улучшения процесса охлаждения защитного колпачка мундштука электродуговой плазменной горелки.
В соответствии с полезной моделью задача решается посредством защитного колпачка мундштука для электродуговой плазменной горелки, включающего в себя передний концевой сегмент и задний концевой сегмент с резьбовой зоной на его внутренней поверхности для свинчивания с корпусом электродуговой плазменной горелки, отличающегося тем, что, по меньшей мере, один паз пересекает зону резьбы на внутренней поверхности.
Задача решается далее посредством держателя защитного колпачка мундштука для электродуговой плазменной горелки, включающего в себя сегмент с резьбовой зоной на его наружной поверхности для свинчивания с защитным колпачком мундштука электродуговой плазменной горелки, отличающегося тем, что, по меньшей мере, один паз пересекает резьбовую зону на его наружной поверхности.
Наконец, задача решается посредством электродуговой плазменной горелки, включающей в себя: корпус горелки и ввинченный для этого в зоне винтового соединения защитный колпачок мундштука, в частности, по одному из п.п.1-6, отличающейся тем, что корпус горелки и/или защитный колпачок мундштука осуществлены таким образом, что между ними образован, по меньшей мере, один канал, который пересекает зону винтового соединения.
У защитного колпачка мундштука может быть предусмотрено, что зона резьбы для свинчивания с корпусом горелки выполнена согласно держателю защитного колпачка мундштука.
В соответствии с особым вариантом осуществления полезной модели, по меньшей мере, один паз или, по меньшей мере, один из пазов пересекает резьбовую зону параллельно продольной оси защитного колпачка мундштука.
В альтернативном варианте возможно также, что, по меньшей мере, один паз или, по меньшей мере, один из пазов пересекает резьбовую зону под наклоном к продольной оси защитного колпачка мундштука.
Также в качестве альтернативы может быть предусмотрено, что, по меньшей мере, один паз или, по меньшей мере, один из пазов пересекает резьбовую зону винтообразно.
В благоприятном варианте защитный колпачок мундштука выполнен из двух частей. К примеру, благодаря этому, можно осуществлять замену только лишь сработавшейся части.
У держателя защитного колпачка мундштука может быть предусмотрено, что, по меньшей мере, один паз или, по меньшей мере, один из пазов пересекает резьбовую зону параллельно продольной оси защитного колпачка мундштука.
В соответствии с особым вариантом осуществления полезной модели, по меньшей мере, один паз или, по меньшей мере, один из пазов пересекает резьбовую зону под наклоном к продольной оси защитного колпачка мундштука.
В альтернативном варианте возможно также, что, по меньшей мере, один паз или, по меньшей мере, один из пазов пересекает резьбовую зону винтообразно.
В соответствии с особым вариантом осуществления электродуговой плазменной горелки защитный колпачок мундштука в вышеупомянутой зоне винтового соединения посредством держателя защитного колпачка мундштука, в частности, по одному из п.п.6-9, свинчивается с корпусом горелки.
В предпочтительном варианте, по меньшей мере, один канал или, по меньшей мере, один из каналов образован из паза в корпусе горелки или держателе защитного колпачка мундштука и/или из паза в защитном колпачке мундштука.
В частности, может быть предусмотрено, что канал является каналом для вторичной среды. Под вторичной средой может подразумеваться, к примеру, такая жидкость как вода и масло, газ или, к примеру, водяной пар.
В частности, может быть предусмотрено, что канал для вторичной среды является каналом для вторичного газа.
Наконец, в корпусе горелки, в частности, в держателе защитного колпачка мундштука может быть предусмотрен впускной канал для вторичной среды, который соединен, по меньшей мере, с одним каналом для вторичной среды или, по меньшей мере, с одним из каналов для вторичной среды.
Под электродуговой плазменной горелкой может подразумеваться электродуговая плазменная горелка как с водяным охлаждением электродов и мундштука, так и с газовым охлаждением. Защитный колпачок мундштука может быть с водяным или газовым охлаждением.
При осуществлении полезной модели неожиданно достигают того, что при эксплуатации, к примеру, с вторичным газом добиваются лучшего охлаждающего эффекта защитного колпачка мундштука за счет проведения вторичного газа через зону винтового соединения. Одновременно улучшаются симметричность и, тем самым, однородность вторичного газа по всей зоне, что характеризуется улучшенными результатами в процессе резания. Таким образом, частично можно отказаться от направляющего элемента для вторичного газа. Кроме того, повышается безопасность в работе. При использовании полезной модели с вторичным газом его преимущества, к примеру, сужение плазменной струи, защита мундштука от разбрызгиваемого металла при установке, создание определенной атмосферы вокруг плазменной струи и активное участие вторичного газа в плазменном процессе, используются дополнительным образом и одновременно с этим обеспечивается стабильность плазменной струи.
Другие признаки и преимущества полезной модели выявляются на основании формулы полезной модели и последующего описания, в котором несколько примеров осуществления полезной модели детально разъяснены на основании схематичных чертежей, на которых представлено:
фиг.1 - продольный разрез электродуговой плазменной горелки в соответствии с первым особым вариантом осуществления полезной модели;
фиг.2 - разрез вдоль линии А-А с фиг.1;
фиг.3 - продольный разрез защитного колпачка мундштука представленной на фиг.1 электродуговой плазменной горелки;
фиг.4 - продольный разрез электродуговой плазменной горелки в соответствии с вторым особым вариантом осуществления полезной модели;
фиг.5 - продольный разрез верхней части защитного колпачка мундштука электродуговой плазменной горелки с фиг.4;
фиг.6 - вариант осуществления паза;
фиг.7 - следующий вариант осуществления паза;
фиг.8 - следующий вариант осуществления паза;
фиг.9 - продольный разрез и фрагмент электродуговой плазменной горелки в соответствии с третьим особым вариантом осуществления полезной модели; и
фиг.10 - продольный разрез защитного колпачка мундштука электродуговой плазменной горелки с фиг.9.
Фиг.1 демонстрирует электродуговую плазменную горелку в соответствии с особым вариантом осуществления полезной модели. Электродуговая плазменная горелка 1 имеет корпус 2 горелки, включающий в себя держатель 2.1 защитного колпачка мундштука, держатель 2.2 мундштука, изоляционную деталь 2.3 и держатель 2.4 электрода. В корпусе 2 горелки электрод 3 и мундштук 4 расположены концентрично продольной оси L корпуса горелки и с пространственным зазором относительно друг друга, вследствие чего образуют плазменную камеру 6, через которую проходит плазменный газ PG, подающийся по каналу 6а для плазменного газа. Колпачок 5 мундштука расположен концентрично продольной оси L плазменной горелки 1 и держит мундштук 4. Между мундштуком 4 и колпачком 5 мундштука находится полость 11, через которую проходит охлаждающая жидкость. Охлаждающая жидкость подается через вход WV для подачи воды и вытекает через сток WR для отведения воды. Защитный колпачок 7 мундштука, который в данном случае выполнен цельным и состоит из заднего сегмента 7а и переднего сегмента 7b с выпускным отверстием 7с, расположен концентрично продольной оси L плазменной горелки 1 и окружает колпачок 5 мундштука и мундштук 4. Посредством резьбовой зоны с внутренней резьбой 7.2 он соединен с наружной резьбой 2.1.2 держателя 2.1 защитного колпачка. Защитный колпачок 7 мундштука выполнен в предпочтительном варианте из материала, хорошо проводящего тепло, к примеру, из меди, латуни или алюминия.
Вторичный газ SG через впускной канал 2.1.3 для вторичного газа и отверстие 2.1.4 в перпендикулярном направлении проходит в кольцевую полость 9а, образованную наружной поверхностью 2.1.1 держателя 2.1 защитного колпачка мундштука и внутренней поверхностью 7.1 защитного колпачка 7 мундштука, и распределяется там. Сзади эта полость 9а герметизируется посредством круглого кольца 2.5. Вторичный газ SG проходит затем по каналам 9b для вторичного газа (см. фиг.2) в образованной внутренней резьбой 7.2 и наружной резьбой 2.1.2 зоне винтового соединения в образованную защитным колпачком 7 и колпачком 5 мундштука полость 9с. Полость 9с сужается, соответственно, в направлении наконечника плазменной горелки 1. Вторичный газ SG проходит направляющий элемент 8 для вторичного газа через отверстия 8а, прежде чем он на выходе из полости 9d достигнет плазменной струи (не изображена) и выйдет из выпускного отверстия 7с защитного колпачка 7.
Так как в противоположность известному уровню техники вторичный газ SG относительно наконечника плазменной горелки 1 вводится в полость 9 сзади зоны винтового соединения, то улучшается охлаждение защитного колпачка 7 мундштука. С одной стороны, вторичный газ SG охлаждает внутреннюю поверхность защитного колпачка 7 мундштука практически по всей длине, с другой стороны, в частности, зона винтового соединения охлаждается потоком вторичного газа с привлечением меньших затрат, что является особенно важным, так как держатель 2.1 защитного колпачка мундштука выполнен из синтетического материала и в случае перегрева будет поврежден. По образованным в зоне винтового соединения или в винтовой зоне каналам 9b для вторичного газа вторичный газ SG протекает быстрее, чем в последующей полости 9с, так как сумма поверхностей поперечных сечений потока меньше поперечного сечения потока в полости 9с. Эта высокая скорость потока способствует дополнительному улучшению охлаждающего воздействия. При соответствующем расчете параметров вторичный газ может быть переведен в режим вращения, что, тем самым, увеличивает скорость потока также и в полости 9с, а также улучшает процесс охлаждения.
Фиг.2 демонстрирует разрез вдоль линии А-А электродуговой плазменной горелки 1 с фиг.1. Резьбу 7.2 пересекают три паза, один из которых виден и обозначен позицией 7.3, и которые в данном случае под равновеликими углами α7 и, тем самым, симметрично, распределены по периферии. Вместе с внешней поверхностью наружной резьбы 2.1.2 держателя защитного колпачка мундштука они образуют каналы 9b для вторичного газа, через которые вторичный газ SG проходит к наконечнику электродуговой плазменной горелки 1.
Фиг.3 демонстрирует защитный колпачок 7 мундштука с фиг.1. Он выполнен цельным и состоит, в основном, из цилиндрического, открытого сверху, заднего сегмента 7а и конически сужающегося переднего сегмента 7b, а также из выпускного отверстия 7с. В сегменте 7а имеется резьба 7.2 (внутренняя резьба) с выполненными в ней пазами 7.3, из которых виден только один паз и через которые в смонтированном состоянии проходит вторичный газ SG.
Представленный на фиг.4 вариант осуществления полезной модели отличается от представленного на фиг.1 варианта осуществления тем, что защитный колпачок 7 мундштука состоит из двух конструктивных элементов 7.10 и 7.11, которые вставляются друг в друга. В данном варианте осуществления полезной модели эти конструктивные элементы не являются идентичными сегментам 7а и 7b с фиг.1, однако, могут быть и таковыми. Проведение тепла между передним конструктивным элементом 7.11 и задним конструктивным элементом 7.10 осуществляется по кольцевой поверхности прилегания между этими конструктивными элементами. Герметизация осуществляется при помощи круглого кольца (не обозначено).
Фиг.5 демонстрирует задний конструктивный элемент 7.10 с фиг.4, который состоит, в основном, из цилиндрического, открытого сверху сегмента 7а и фрагмента конически сужающегося сегмента 7b. В сегменте 7а имеется резьба 7.2 (внутренняя резьба), в которой выполнены пазы 7.3, через которые в смонтированном состоянии проходит вторичный газ SG.
Фиг.6-8 демонстрируют различные варианты осуществления пазов 7.3 в резьбе 7.2 заднего сегмента 7а защитного колпачка 7.
Фиг.6 демонстрирует параллельно расположенный продольной оси L электродуговой плазменной горелки 1 паз 7.3, длиной t7 и шириной b7.
На фиг.7 паз 7.3 располагается под углом 45° к продольной оси L. Благодаря этому, вторичный газ приводится во вращательное движение и протекает, осуществляя вращение с высокой скоростью, через прилегающую к наконечнику электродуговой плазменной горелки полость 9с (см. фиг.1). Это улучшает процесс охлаждения защитного колпачка 7 мундштука.
На фиг.8 пазы 7.3 выполнены крестообразно, что приводит к особо сильному завихрению вторичного газа SG и, тем самым, к улучшению охлаждения защитного колпачка 7.
Фиг.9 демонстрирует следующий особый вариант осуществления полезной модели. Защитный колпачок 7 мундштука состоит в данном случае из двух конструктивных элементов, заднего конструктивного элемента 7.10 и переднего конструктивного элемента 7.11. Вторичный газ SG проходит через канал 2.1.3 и отверстие 2.1.4 от впускного канала для вторичного газа в перпендикулярном направлении в кольцевую полость 9а, образованную наружной поверхностью 2.1.1. держателя 2.1 защитного колпачка мундштука и внутренней поверхностью 7.1 защитного колпачка 7 мундштука, и распределяется там. Сзади данная полость 9а герметизирована посредством круглого кольца 2.5. Вторичный газ SG проходит затем по каналу 9b в зоне винтового соединения, которая располагается параллельно ходу резьбы, в образованную посредством защитного колпачка 7 мундштука и колпачка 5 мундштука полость 9с. Благодаря этому, скорость вращения проходящего в полость 9с вторичного газа дополнительно увеличивается.
Фиг.10 демонстрирует применяемый в варианте осуществлении полезной модели с фиг.9 защитный колпачок мундштука, состоящий из одного конструктивного элемента.
Держатель 2.1 защитного колпачка для проведения вторичного газа SG от канала 2.1.3 может иметь вместо одного также и несколько отверстий 2.1.4, которые распределены по периферии цилиндрической поверхности 2.1.1 и соединены с каналом 2.1.3. Отверстие/отверстия может/могут быть выполнены также перпендикулярно или с наклоном относительно поверхности держателя 2.1 защитного колпачка мундштука. Защитный колпачок 7 мундштука может состоять из одного или нескольких конструктивных элементов (7.10, 7.11). Эти конструктивные элементы не должны быть идентичны сегментам 7а и 7b, однако, могут быть таковыми. К примеру, задний конструктивный элемент 7.10 может иметь сегмент 7а и фрагмент сегмента 7b (см. фиг.4).
В дополнение к фиг.9 и 10 следует заметить также, что в представленном там варианте осуществления полезной модели наружная резьба держателя 2.1 защитного колпачка мундштука выполнена в виде двухзаходной резьбы с двумя параллельными резьбовыми пазами и, вследствие этого, также двумя параллельными резьбовыми перемычками между резьбовыми пазами. Внутренняя резьба защитного колпачка 7 мундштука с одинаковым шагом резьбы выполнена только лишь однозаходной за счет того, что обычно имеющаяся у двухзаходной резьбы вторая резьбовая перемычка отсутствует, и, тем самым, формируется более широкий паз. Через широкий паз в сочетании с наружной резьбой держателя 2.1 защитного колпачка мундштука может проходить текучая среда.
В принципе, могут быть использованы также трехзаходные или многозаходные резьбы. Разумеется, подъем резьбы становится тогда все более крутым, что осложняет процесс свинчивания.
Выявленные в предложенном на рассмотрение описании, на чертежах, а также в пунктах формулы полезной модели признаки полезной модели, как каждый в отдельности, так и в любой комбинации, могут быть крайне важными для реализации полезной модели в различных вариантах его осуществления.