УСТРОЙСТВО ВВОДА ПОРОШКА В ПОТОК ПЛАЗМЫ
DEVICE TO FEED POWDER INTO PLASMA FLOW

Изобретение относится к устройствам подачи порошкообразного материала в плазму и может быть использовано для подачи порошковых проб при спектральном анализе.
Известно устройство для подачи проб в спектральном анализе, которое содержит разъемный корпус с электродвигателем в верхней части, распылительную камеру, диспергирующий элемент в виде лопасти с двумя наклонными к плоскости вращения пересекающимися крыльями, каналы для подачи распыляющего газа и выхода аэровзвеси, патрон с пробой и поршень, расположенный ниже диспергирующего элемента.
Недостатком устройства является спрессовывание пробы при движении поршня в патроне за счет трения порошка о стенки патрона, что приводит к неравномерности выхода порошка из устройства и отказу в работе (авт. св. СССР №1188544, МПК G01J 3/10, опубл. 30.10.1985).
Известно устройство для подачи порошковых проб при спектральном анализе, в котором диспергирование пробы осуществляется высокочастотным искровым разрядом, возникающим между коаксиальной парой электродов разрядника - стержневым и кольцевым. Устройство содержит неподвижный поршень 1, электроды разрядника стержневого 2, установленного по оси поршня на его торце, кольцевой разрядник 3 в виде цилиндра, надетого на поршень 1; направляющую в виде втулки 4 для движения стаканчика 5 с пробой; штуцер 6 подачи транспортирующего газа; трубка 7 для выходы аэровзвеси; редукторный двигатель со штоком 8 для перемещения стаканчика 5 с пробой.
Электроды разрядника 2 расположены на торце неподвижного элемента, условно названного поршнем. Порошковая проба насыпается в стаканчик 5 из оргстекла, который вставляется в направляющую втулку 4 и перемещается в ней с помощью штока 8, связанного с редукторным двигателем. Изменяя обороты двигателя, можно изменять скорость перемещения стаканчика с пробой относительно поршня, подавая в зону действия искрового разряда разное количество порошка в единицу времени. Искровой высокочастотный разряд создает ударные волны по всей поверхности порошка в стакане, полученная аэровзвесь транспортирующим газом выносится по трубке 7 из устройства и подается в плазму плазматрона. Между плоскостью искрового разряда и поверхностью порошка в стаканчике существует зазор, величина которого зависит от сыпучести пробы и скорости перемещения стаканчика (А.П.Тагильцев, Е.А.Тагильцева. «Устройство подачи порошковых проб при спектральном анализе на двухструйном дуговом плазматроне». - Заводская лаборатория. Диагностика материалов, №6, 2009, т.75, с.21-26).
Недостатки устройства
Анализируемые порошковые пробы имеют разную сыпучесть, поэтому для разных проб искровым разрядом и ударными волнами переводится в аэровзвесь разное количество порошка в единицу времени. Если скорость перемещения стаканчика с пробой слишком велика, то искровой разряд не успевает переводить всю подаваемую пробу в аэровзвесь, зазор между плоскостью искрового разряда и поверхностью порошка в стаканчике будет уменьшаться, пока порошковая проба не забьет разрядник диспергатора и устройство перестанет работать. Если скорость перемещения стаканчика не достаточна, то зазор между плоскостью разряда и поверхностью порошка в стакане будет увеличиваться, это приведет к неконтролируемому изменению скорости выхода порошка из устройства. Для получения равномерного выхода порошка из устройства для каждого типа порошковых проб подбирают свою скорость перемещения стаканчика, изменяя число оборотов двигателя, добиваются сохранения постоянного во времени зазора между плоскостью искрового разряда и поверхностью порошка в стакане. Однако при работе с легкими тонкодисперсными порошками высокой сыпучести не удается выдерживать постоянный зазор между плоскостью искрового разряда и поверхностью порошка в стакане, тем самым не получая постоянного во времени расхода пробы.
Для нормальной работы устройства требуется точная соосность центрального стержневого электрода и кольцевого. При нарушении соосности искровой разряд уже не перемещается хаотически по всему периметру кольцевого электрода, а привязывается к одной стороне, где расстояние между электродами минимально. В этом месте возможна эрозия кольцевого электрода, которая приводит к тому, что искровой разряд уже не реализуется сразу несколькими каналами в виде зонтика, а остается только один канал, что резко ухудшает работу устройства.
При использовании в качестве кольцевого электрода стенок металлического стаканчика с пробой невозможен визуальный контроль зазора между искровым разрядом и поверхностью порошка в стакане, что не позволяет получать равномерный выход порошка из устройства.
Техническим результатом изобретения является контролируемая скорость подачи порошковых проб любой сыпучести.
Технический результат достигается тем, что в устройстве ввода порошка в поток плазмы, содержащем распылительную камеру, включающую корпус, выполненный в виде полого цилиндра с фланцем на одном конце; внутри корпуса, соосно ему, установлен поршень с фланцем, который крепится на фланце корпуса с помощью винтов; для регулировки соосности корпуса и поршня и герметичности камеры между фланцами корпуса и поршня установлена прокладка; в поршне на всю его высоту выполнен канал для выхода аэровзвеси и на высоту фланца корпуса - канал для ввода транспортирующего газа; внутри распылительной камеры установлена коаксиальная пара электродов, подсоединенных к искровому генератору; один из электродов - центральный стержневой, установлен по оси поршня и снабжен изолятором, второй электрод - кольцевой, в качестве которого используют боковые металлические стенки сосуда с пробой, установленного на штоке, с возможностью вертикального перемещения внутри корпуса, согласно изобретению по оси симметрии поршня установлена ось из токопроводящего материала с возможностью вращения, на нижнем конце которой установлены центральный электрод искрового разрядника и нож из диэлектрического материала с двумя лезвиями, расположенными в плоскости, перпендикулярной оси вращения и наклоненными к плоскости вращения, а верхний конец оси соединен с приводом электродвигателя; при этом на внешней цилиндрической поверхности центрального электрода искрового разрядника выполнен срез, и сосуд для пробы выполнен с двойными боковыми стенками: наружная стенка - из диэлектрического прозрачного материала, внутренняя стенка - из металла, и в ней выполнена вертикальная щель.
Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве, в котором диспергирование пробы осуществляется высокочастотным искровым разрядом между коаксиальной парой электродов разрядника: центральным, вращающимся на электропроводной оси, и кольцевым, в качестве которого используют металлический цилиндр, установленный внутри стаканчика с пробой. В стенке металлического цилиндра выполнена вертикальная щель для визуального контроля зазора между поверхностью порошка в стакане и плоскостью искрового разряда. Для обеспечения равномерного заполнения искровым разрядом всей внутренней поверхности металлического цилиндра на внешней поверхности центрального вращающегося электрода выполнен срез, который обеспечивает вращение искрового разряда по внутренней поверхности металлического цилиндра. Подачу пробы в зону действия искрового разряда осуществляет нож, укрепленный на вращающейся оси и расположенный между плоскостью искрового разряда и поверхностью порошка в стакане, который срезает часть порошка анализируемой пробы в стакане и передает ее в зону действия высокочастотного искрового разряда. Искровой разряд и ударные волны действуют только на ту порцию порошка анализируемой пробы, которая поднята срезающим ножом. Расход пробы в единицу времени определяется только скоростью подачи стаканчика с пробой, т.е. скоростью движения штока, связанного с редукторным двигателем.
На рис.1 изображено заявляемое устройство
Устройство содержит распылительную камеру 1, включающую корпус 2, выполненный в виде полого цилиндра с фланцем 3 на одном конце; внутри корпуса 2, соосно ему, установлен поршень 4 с фланцем 5, поршень 4 крепится на фланце 3 корпуса 2 с помощью винтов 6; между фланцами 3 и 5 установлена прокладка 7 для регулировки соосности корпуса 2 и поршня 4 и герметичности камеры 1; внутри поршня 4 по оси симметрии размещена ось 8 из токопроводящего материала, на верхнем конце которой установлен шкив 9, соединенный пассиком с электроприводом (не показан); на нижнем конце оси 8 установлены изолятор, 10, центральный электрод 11 искрового разрядника и нож 12 из диэлектрического материала с двумя лезвиями, расположенными в плоскости, перпендикулярной оси вращения 8; лезвия ножа наклонены к плоскости вращения; в поршне 4 на всю его высоту выполнен канал 13 для выхода аэровзвеси и на высоту фланца 4 - канал 14 для ввода транспортирующего газа; в нижней части цилиндрического корпуса 2 установлен стаканчик с анализируемой порошковой пробой 15 из прозрачного диэлектрического материала, в котором размещен металлический цилиндр 16; в нижнем торце корпуса 2 с внутренней стороны выполнена проточка, в которую установлена уплотнительная прокладка 17; на внешней поверхности нижней части корпуса 2 с помощью резьбового соединения установлена гайка 18, поджимающая прокладку 17; стаканчик 15 с порошковой пробой опирается на шток 19, связанный с редукторным двигателем (не показан); ось 8 и металлический цилиндр 16 подключены к выходу высокочастотного искрового генератора 20.
Устройство работает следующим образом: во внутреннюю цилиндрическую часть корпуса 2 устанавливают стаканчик 15 с металлическим цилиндром внутри и с пробой, резиновую прокладку 17 поджимают гайкой 18, по каналу 14 подают транспортирующий газ, который продувает зазор между поршнем 4 и металлическим цилиндром 16, включают высокоскоростной двигатель (не показан), связанный ременной передачей со шкивом 9; начинают вращаться ось 8, центральный электрод 11 и укрепленный на конце оси нож 12, лезвия которого срезают и подбрасывают верхний слой порошка анализируемой пробы; одновременно включается высокочастотный искровой генератор 20 и между вращающимся центральным электродом 11 и внутренней поверхностью металлического цилиндра 16 возникает высокочастотный искровой разряд ниже изолятора 10, имеющий вид многолучевого зонтика, переводящий всю поднятую ножом 12 анализируемую порошковую пробу в тонкодисперсную аэровзвесь, которая транспортирующим газом по каналу 13 выводится из устройства; стаканчик 15 с пробой перемещается в корпусе 2 с помощью штока 19, приводимого в действие редукторным двигателем; обороты двигателя можно изменять, тем самым изменять скорость движения штока 19 и расход анализируемой пробы в единицу времени; необходимая центровка электрода 11 относительно стенок цилиндра 16 выполняется регулировочными винтами 6 и резиновой прокладкой 7.
Предложенное устройство ввода порошка позволяет четко устанавливать расход анализируемой пробы в единицу времени, снизить погрешность анализа, оптимизировать методики анализа и существенно снизить влияние физических свойств исследуемых порошков на результаты анализа.
Применение в качестве пары электродов искрового разрядника - центрального и кольцевого позволяет получать искровой разряд по всей плоскости между изолятором и срезающим ножом и тем самым эффективно воздействовать на всю порцию порошка, поднятую срезающим ножом. Высокочастотный искровой разряд и созданные им ударные волны переводят анализируемый порошок в состояние тонкодисперсной аэровзвеси и предотвращают слипание частиц порошка.