ПЛАЗМОТРОН С ВОДЯНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Полезная модель относится к плазменной обработке материалов, в частности  предназначена для разделительной резки черных, цветных металлов и их сплавов толщиной до 30 мм  на глубинах до 30 метров, а также резки металлов на  поверхности толщиной до 50 мм.
o
Так, из уровня техники известен плазморон, содержащий электрододержатель с четырьмя выступами, внутри которого размещен канал для подвода охлаждающей среды, сопряженный с осевым каналом, выведенным во внутреннюю полость электрода. На наружной поверхности электрододержателя соосно с ним прикреплен изолирующий корпус посредством резьбового соединения, выполненного на первом верхнем выступе электрододержателя. К изолирующему корпусу посредством накидной гайки соосно присоединен кожух, при этом обеспечено контактирование по периметру нижней части кожуха и сопла с образованием герметичной полости между кожухом и наружными поверхностями сопла и изолирующего корпуса. В нижней части электрододержателя соосно с ним размещен электрод, часть наружной поверхности которого сопряжена с нижней частью внутренней поверхности электрододержателя. Под электродом соосно с ним установлено сопло, имеющее внутренний профильный канал, переходящий в цилиндрический канал. Плазмотрон содержит кольцевые уплотнения, при этом первое кольцевое уплотнение размещено между нижней торцевой поверхностью изолирующего корпуса и верхней торцевой поверхностью сопла, второе кольцевое уплотнение размещено между наружной поверхностью верхней части изолирующего корпуса и внутренней поверхностью кожуха. Третье кольцевое уплотнение размещено между внутренней поверхностью верхней части изолирующего корпуса и вторым выступом на наружной поверхности электрододержателя. Четвертое кольцевое уплотнение размещено между внутренней поверхностью нижней части изолирующего корпуса и четвертым выступом на наружной поверхности электрододержателя. При этом между вторым и четвертым выступами электрододержателя выполнен третий центрирующий выступ. Электрододержатель сопряжен с внутренней поверхностью изолирующего корпуса по наружным поверхностям выступов. На нижней наружной поверхности электрододержателя выполнена резьба. Посадочная поверхность электрододержателя с электродом выполнена конусной. Величина  буртика, образованного на наружной торцевой поверхности верхней части изолирующего корпуса, выполнена равной не менее 0,5 мм. Наружная поверхность сопла выполнена криволинейной с наличием, по меньшей мере, двух наклонных участков, при этом угол, образованный наружной поверхностью каждого участка и горизонтальной осью, выполнен в диапазоне от 0 до 90. По внутренней поверхности кожуха установлена изолирующая втулка (RU 20871 U1 10.12.2001).
Кроме того, из уровня техники известен способ охлаждения электродугового плазмотрона, включающий подачу потока охлаждающей жидкости на катод и отвод ее через каналы, соединенные с системой подачи охлаждающей жидкости, подачу охлаждающей среды на сопло. При   этом в качестве охлаждающей среды на сопло подают газ или воздух (RU 95109405 A 20.12.1997).
Известен электродуговой плазмотрон, включающий корпус, выполненный из диэлектрика, с установленным в нем полым медным катодом, водоохлаждаемый соленоид, связанный с токопроводом и электродом через клемму-вставку, в которой выполнены сквозные каналы, цилиндрический кожух с коническим сужением и осевым отверстием в нижней его части, с помощью которого закреплены в диэлектрическом корпусе электрод и сопло, диэлектрическую прокладку, расположенную между электродом и соплом, в конусной части которого выполнены тангенциальные канавки (UA 66919 15.06.2004).
Наиболее близким по технический сущности является плазмотрон описанный в патенте Китая СN104084683  08.10.2014. Известный плазмотрон содержит корпус, снабженный оболочкой, имеющий: изолирующий цилиндр, проводник, электрод, распределителем и соплом. При этом изолирующий цилиндр, проводник, электрод, распределитель и сопло собраны в оболочке. Расстояние между распределителем и электродом служит каналом для распределения воздушного поток. Сопло расположено в нижней части распределителя, канал впуска воздуха расположен в проводнике. Сопло и периферический нижний конец электрода имеют канал выпуска воздуха, нижний конец сопла снабжен отверстием для выброса плазменного пламени, а канал для впуска воздуха, канал распределения потока воздуха, канал выпуска воздуха и отверстие для выброса пламени последовательно сообщаются для образования канала воздушного потока. В части, противоположной отверстию для выброса плазменного пламени, в нижней части корпуса образовано отверстие для выброса водяной струи, в корпусе плазмотрона сформирован канал образования водяной струи, а отверстие для выброса водяной струи сообщается с водой. Распылитель плазмы достигает плазменной резки деталей, подлежащих резке, может охлаждать части, подлежащие разрезанию в режиме водяного охлаждения одновременно.
Недостатками всех ранее известных плазмотронов является низкое КПД не более 40%., при разделительной резки черных, цветных металлов и их сплавов толщиной до 30 мм  на глубинах до 30 метров, а также резки металлов на  поверхности толщиной до 50 мм, за счет невозможности обеспечения температуры реза более 5000 º С.
Такое неэффективное использование мощности известных аппаратов связано с использованием плазмотронов с плазменной дугой косвенного действия, которые позволяют достичь температуры плазменной струи до 5000 º С.
Конструктивно дуга косвенного действия горит между электродами, не связанными с разрезаемым металлом.  Катодом при этом выступает электрод, а анодом – формирующее сопло. Столб дуги располагается внутри сопла, выдувается плазмообразующим газом в виде плазменной струи.
Процесс разрезания металла осуществляется за счёт тепла плазменной струи, при этом температура плазменной струи резко уменьшается по мере удаления от выходного отверстия сопла, что приводит к низкому КПД не более 40%.
Задачей настоящей полезной модели является устранение вышеуказанного недостатка.
Техническим результатом заявленной полезной модели является обеспечение  разделительной резки черных, цветных металлов и их сплавов толщиной до 30 мм  на глубинах до 30 метров, а также резки металлов на  поверхности толщиной до 50 мм с температурой реза до 20000 º С, повышая КПД до 65%.
Заявленный технический результат обеспечивается за счет конструктивных особенностей плазмотрона с водяным охлаждением, которые позволяет реализовать плазмотрон с дугой прямого действия с водяным принудительным охлаждением катода, за счет наличия отверстий в защитном кожухе. При этом охлаждение сопла происходит забортной водой, за счет чего плазменная дуга горит между электродом и разрезаемым металлом. На  разрезаемом изделии образовывается высокотемпературное анодное пятно. В этом случае металл выполняет функцию анода, а тепловая энергия вводится в него одновременно струей плазмы, столбом дуги  и электронным потоком. КПД использования плазменной дуги прямого действия достигает 65 %.
Плазмотрон с водяным охлаждением представленный на фигуре 1, содержит изоляционный корпус (1). В нижней части между корпусом (1) и  катододержателем (2) на котором расположен катод (9), имеется полость, в которой проходит воздух, подаваемый по каналам в корпус плазмотрона. Внутри корпуса (1) расположен  дефлектор (3). На корпусе (1) установлено  седло (4), на котором  расположено сопло (6), имеющее защитный кожух (5), в котором имеются каналы с отверстиями наружу для подачи воды, кроме того сопло (6) имеет мундштук (7), между мундштуком (7) сопла и защитным кожухом сопла располагается проставка (8).
Вода по водотокоподводящему каналу, расположенному в кабель-шланговом пакете, подается от блока автономного охлаждения через катододержатель (2) и дефлектор (3) в подкатодное пространство, где, охлаждая внутреннюю поверхность катода через каналы между катододержателем и изоляционным корпусом, подаётся через водоотводящий шланг, находящийся в кабель-шланговом пакете, в бак блока автономного охлаждения. Циркуляция воды с последующим её охлаждением обеспечивается конструкцией блока автономного охлаждения.
Плазмообразующий газ (воздух) по кабель-шланговому пакету через каналы в корпусе (1) плазмотрона попадает в полость между катододержателем (2) и корпусом (1) и проходя через завихритель катододержателя выходит через канал сопла в окружающую среду. Воздух, давление которого превышает давление воды на глубине погружения на 0,8-1,8 кг/см.2, препятствует попаданию воды внутрь плазмотрона. Кабель подачи напряжения поджига дежурной дуги от осциллятора, находящегося в источнике питания аппарата, подключен к седлу (4) плазмотрона. Через каналы, расположенные в защитном кожухе за счёт истекаемой плазменной струи происходит эжектирование окружающей воды, которая охлаждает наружную поверхность сопла и выходя из канала защитного кожуха дополнительно обжимает и стабилизирует плазменную струю.
Конструкция плазмотронов за счёт использования электроизоляционного корпуса плазмотрона (1) и электроизоляционной проставки (8) обеспечивает надежную защиту от воздействия электрического тока на рабочий персонал.