КАРТРИДЖ ДЛЯ ПЛАЗМЕННОЙ ГОРЕЛКИ С ЖИДКОСТНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ
LIQUID-COOLED PLASMA TORCH CARTRIDGE

ПЕРЕКРЕСТНАЯ ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
[0001]
Для данной заявки испрашивается приоритет по предварительной заявке на патент США № 62/200,913, поданной 4 августа 2015, все содержание которой принадлежит правопреемнику по настоящей заявке и полностью включено в нее путем ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0002]
Настоящее изобретение относится в целом к картриджам для плазменной горелки с жидкостным охлаждением и, более конкретно, к одному или более сменным недорогим картриджам, имеющим интегрированные компоненты.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0003]
Горелки для термической обработки, такие как плазменные горелки, широко используются для высокотемпературной обработки (например, нагрева, резки, строжки и маркирования) материалов. Плазменная горелка, как правило, включает в себя наконечник горелки, электрод, установленный в наконечнике горелки, эмиссионную вставку, расположенную в канале электрода, сопло с центральным выходным отверстием, установленное в наконечнике горелки, кожух, электрические соединения, каналы для охлаждения, каналы для текучих сред для регулирования дуги (например, для плазмообразующего газа) и источник питания. Завихритель может быть использован для регулирования форм потока текучей среды в камере для плазмы, образованной между электродом и соплом. В некоторых горелках поджимной колпачок используется для удерживания сопла и/или завихрителя в плазменной горелке. При эксплуатации горелка образует плазменную дугу, которая представляет собой сжатую струю ионизированного газа с высокой температурой и достаточным количеством движения, чтобы способствовать удалению расплавленного металла. Газы, используемые в горелке, могут быть химически неактивными (например, аргон или азот) или реакционно-способными (например, кислород или воздух).
[0004]
Существующие системы плазменной резки включают большой массив отдельных расходных деталей, готовых к использованию при различных токах и/или режимах работы, которые неоднократно собираются и разбираются на месте пользователем для выполнения операций термической обработки. Большое число возможных расходных деталей требует больших количеств деталей и запасов для пользователей и может вызывать замешательство у пользователей и увеличить вероятность установки ненадлежащих расходных деталей. Большое число возможных расходных деталей может также привести к продолжительному (-ым) времени (-ам) настройки горелки и затруднить переход между процессами резки, которые требуют различных установок расходных деталей в горелке, которые часто выполняют на месте по одному компоненту за раз. Например, перед операцией резки выбор и установка надлежащего комплекта расходных деталей для определенной задачи резки могут быть обременительными и трудоемкими. Кроме того, выбор, сборка и установка данных компонентов на месте может вызвать проблемы выравнивания или проблемы совместимости, когда старые компоненты используются вместе с новыми компонентами. Во время работы горелки при имеющихся расходных деталях могут возникать проблемы функционирования, такие как невозможность поддержания надлежащего выравнивания расходных деталей и расстояний между ними. Кроме того, имеющиеся в настоящее время, расходные детали включают в себя значительные количества дорогих материалов (например, Vespel™) и часто требуют довольно сложного процесса изготовления, который приводит к существенным производственным затратам и препятствует их широкому коммерческому внедрению, производству и применению. Существует потребность в новой и усовершенствованной платформе в области расходных деталей для плазменных горелок с жидкостным охлаждением, которая позволяет уменьшить производственные затраты и длительность изготовления, уменьшить количество деталей, улучшить эксплуатационные характеристики систем (например, выравнивание компонентов, качество резки, срок службы расходных деталей, изменяемость/гибкость в применении и т.д.) и облегчить установку и применение расходных деталей конечными пользователями.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005]
Настоящее изобретение обеспечивает одну или более интегрированных экономичных конструкций картриджей для плазменной горелки с жидкостным охлаждением. Как правило, поскольку картридж включает в себя комплект из двух или более расходных компонентов, он обеспечивает легкость использования и сокращает время установки в плазменной горелке по сравнению с установкой/заменой каждого расходного компонента по отдельности. Использование расходного картриджа также уменьшает вероятность вставки оператором ненадлежащих расходных деталей, загрязнения деталей во время установки и/или случайного размещения ненадежной или дефектной детали снова в горелке. Эти преимущества устраняют потребность в опытных операторах для эксплуатации получающихся в результате, плазменных горелок с жидкостным охлаждением. Кроме того, использование картриджа в горелке с жидкостным охлаждением обеспечивает улучшение выравнивания компонентов, однородности реза и качества реза. Кроме того, использование расходных картриджей улучшает ситуацию у поставщиков, поскольку меньшее число расходных деталей нужно держать на складе и в запасе. В некоторых случаях поставщик может выкупать использованные картриджи и осуществлять рециклинг компонентов для других применений. Однако затраты на производство и материалы могут препятствовать широкому коммерческому внедрению и производству картриджей. Настоящее изобретение решает эту проблему за счет обеспечения одной или более экономичных конструкций картриджей, которые способствуют коммерческому внедрению и производству картриджей и улучшают их установку.
[0006]
Согласно одному аспекту настоящего изобретения предложена обойма расходного картриджа для плазменной горелки с жидкостным охлаждением, при этом обойма расходного картриджа включает в себя изолирующий корпус, выполненный с возможностью его размещения между наконечником горелки и концевой частью картриджа, первый канал охлаждения, расположенный в корпусе, выполненный с возможностью пропускания потока первой текучей среды, поступающего из наконечника горелки, для контакта с компонентом концевой части картриджа, соединенным с обоймой картриджа, и первый канал возврата, расположенный в корпусе, выполненный с возможностью пропускания, по меньшей мере, части потока первой текучей среды от данного компонента к наконечнику горелки. Первый канал охлаждения и первый канал возврата являются неконцентрическими относительно центральной продольной оси корпуса.
[0007]
В некоторых вариантах осуществления обойма расходного картриджа дополнительно включает в себя элемент для контактного взаимодействия с горелкой, выполненный с возможностью фиксации концевой части картриджа в радиальном направлении к наконечнику горелки с заданной ориентацией. Первый канал охлаждения может быть выполнен с возможностью по существу выравнивания его относительно соответствующего первого канала охлаждения в наконечнике горелки, когда концевая часть картриджа зафиксирована в радиальном направлении к наконечнику горелки посредством элемента для контактного взаимодействия с горелкой. Первый канал жидкостного охлаждения может быть выполнен с возможностью пропускания охлаждающей жидкости из наконечника горелки в концевую часть картриджа. Первый канал возврата может быть выполнен с возможностью по существу выравнивания его относительно соответствующего первого канала возврата в наконечнике горелки, когда концевая часть картриджа зафиксирована в радиальном направлении к наконечнику горелки посредством элемента для контактного взаимодействия с горелкой. Первый канал возврата может быть выполнен с возможностью возврата охлаждающей жидкости из концевой части картриджа в наконечник горелки.
[0008]
В некоторых вариантах осуществления обойма расходного картриджа дополнительно включает в себя центральный канал, расположенный в изолирующем корпусе и концентрический относительно центральной продольной оси изолирующего корпуса, при этом центральный канал выполнен с возможностью выполнения, по меньшей мере, одного из (i) пропускания потока первой текучей среды из наконечника горелки к электроду или (ii) пропускания электрического тока из наконечника горелки к электроду. Обойма расходного картриджа может дополнительно включать в себя второй канал охлаждения, расположенный в изолирующем корпусе, выполненный с возможностью пропускания, по меньшей мере, части потока первой текучей среды, поступающего из наконечника горелки, для контакта со вторым компонентом части картриджа, отличающимся от первого компонента, и второй канал возврата, расположенный в изолирующем корпусе, выполненный с возможностью пропускания, по меньшей мере, части потока первой текучей среды от второго компонента к наконечнику горелки. Второй канал охлаждения и второй канал возврата могут быть неконцентрическими относительно центральной продольной оси изолирующего корпуса.
[0009]
В некоторых вариантах осуществления обойма расходного картриджа дополнительно включает в себя, по меньшей мере, один канал для газа, расположенный в изолирующем корпусе, выполненный с возможностью пропускания потока второй текучей среды ко второму компоненту концевой части картриджа. Данный, по меньшей мере, один канал для газа является неконцентрическим относительно центральной продольной оси изолирующего корпуса. Поток второй текучей среды может представлять собой поток плазмообразующего газа или поток защитного газа. Второй компонент может представлять собой или сопло, или кожух.
[0010]
В некоторых вариантах осуществления поток первой текучей среды представляет собой поток охлаждающей жидкости. В некоторых вариантах осуществления компонент концевой части картриджа представляет собой или сопло, или кожух. В некоторых вариантах осуществления первый канал охлаждения и первый канал возврата проходят в продольном направлении от проксимальной зоны до дистальной зоны изолирующего корпуса и не являются перекрывающимися.
[0011]
Согласно другому аспекту предложена обойма картриджа для расходного картриджа плазменной горелки с жидкостным охлаждением. Обойма картриджа включает в себя корпус обоймы картриджа, имеющий центральную зону, внутреннюю поверхность, наружную поверхность, проксимальную часть и дистальную часть, при этом корпус обоймы картриджа, по меньшей мере в основном, выполнен из непроводящего материала. Обойма картриджа также включает в себя поверхность контактного взаимодействия с горелкой, расположенную в проксимальной части корпуса обоймы картриджа, при этом поверхность контактного взаимодействия с горелкой выполнена с возможностью контактного взаимодействия с наконечником горелки. Обойма картриджа дополнительно включает в себя множество элементов, предназначенных для выравнивания компонентов и образованных в центральной зоне, и множество каналов между проксимальной частью и дистальной частью. Множество каналов расположены со смещением от центральной оси центральной зоны. Множество каналов выполнены с возможностью направления жидкости и газа через обойму картриджа.
[0012]
В некоторых вариантах осуществления один или более из элементов для выравнивания компонентов выполнены с возможностью выравнивания сопла относительно внутренней поверхности обоймы картриджа и контактного сопряжения сопла с данной внутренней поверхностью. Данные один или более элементов для выравнивания компонентов могут представлять собой один или более уступов, выполненных с возможностью выравнивания в аксиальном направлении и контактного сопряжения сопла с обоймой картриджа. Данные один или более элементов для выравнивания компонентов могут представлять собой диаметр, изменяющийся вдоль участка внутренней поверхности обоймы картриджа для выравнивания в радиальном направлении и контактного сопряжения сопла с обоймой картриджа. В некоторых вариантах осуществления один или более из элементов для выравнивания компонентов выполнены с возможностью выравнивания кожуха относительно наружной поверхности обоймы картриджа и контактного сопряжения кожуха с данной наружной поверхностью.
[0013]
В некоторых вариантах осуществления множество каналов содержит канал для защитного газа, выполненный с возможностью обеспечения дозированной подачи защитного газа по нему. Обойма картриджа может дополнительно включать в себя направляющую перегородку и защитный завихритель, расположенные в дистальной части корпуса обоймы картриджа. Направляющая перегородка и защитный завихритель могут сообщаться по текучей среде с каналом для защитного газа для регулирования, по меньшей мере, одного параметра потока защитного газа, проходящего по нему.
[0014]
В некоторых вариантах осуществления обойма картриджа дополнительно включает в себя отверстие на внутренней поверхности обоймы картриджа. Множество каналов включают канал охлаждения, выполненный с возможностью подачи охлаждающей жидкости к соплу, и данное отверстие сообщается по текучей среде с каналом охлаждения для отвода охлаждающей жидкости от сопла. В некоторых вариантах осуществления обойма картриджа дополнительно включает в себя отверстие на наружной поверхности обоймы картриджа. Множество каналов включает канал охлаждения, выполненный с возможностью подачи охлаждающей жидкости к кожуху, и данное отверстие сообщается по текучей среде с каналом охлаждения для отвода охлаждающей жидкости от кожуха.
[0015]
В некоторых вариантах осуществления обойма картриджа дополнительно включает в себя выпускной канал, проходящий от внутренней поверхности до наружной поверхности обоймы картриджа.
[0016]
Согласно еще одному аспекту предложен расходный картридж для плазменной горелки с жидкостным охлаждением. Расходный картридж включает в себя корпусную часть, имеющую дистальную зону и проксимальную зону, концевую часть, расположенную в дистальной зоне, при этом концевая часть включает в себя средство излучения плазмы и средство сужения плазменной дуги, и два или более неконцентрических каналов, проходящих от проксимальной зоны к концевой части в дистальной зоне корпуса.
[0017]
В некоторых вариантах осуществления данные два или более неконцентрических каналов расположены в обойме картриджа, выполненной из изоляционного материала. В некоторых вариантах осуществления обойма картриджа образует средство взаимодействия между концевой частью и наконечником горелки.
[0018]
В некоторых вариантах осуществления концевая часть содержит, по меньшей мере, одно/один из сопла, кожуха или электрода. В некоторых вариантах осуществления данные два или более неконцентрических каналов включают (i) первую группу каналов, включающую канал охлаждения и канал возврата, сообщающиеся по текучей среде с соплом для подачи охлаждающей жидкости к соплу и от него, и (ii) вторую группу каналов, включающую канал охлаждения и канал возврата, сообщающиеся по текучей среде с кожухом для подачи, по меньшей мере, части охлаждающей жидкости к кожуху и от него. В некоторых вариантах осуществления данные два или более неконцентрических каналов включают канал для плазмообразующего газа для подачи плазмообразующего газа в канал между завихрителем и соплом. В некоторых вариантах осуществления данные два или более неконцентрических каналов включают канал для защитного газа для подачи защитного газа в канал между кожухом и соплом. В некоторых вариантах осуществления расходный картридж дополнительно включает в себя центральный канал, сообщающийся по текучей среде с электродом, при этом центральный канал выполнен с возможностью пропускания, по меньшей мере, или охлаждающей жидкости, или электрического тока к электроду.
[0019]
Согласно еще одному аспекту предложена обойма расходного картриджа для плазменной горелки с жидкостным охлаждением. Обойма расходного картриджа включает в себя первую зону взаимодействия, выполненную с возможностью присоединения к наконечнику горелки в плазменной горелке, и вторую зону взаимодействия, расположенную на расстоянии в аксиальном направлении относительно первой поверхности вдоль продольной оси расходного картриджа, при этом вторая зона взаимодействия выполнена с возможностью соединения с множеством компонентов, включающим, по меньшей мере, сопло, кожух, электрод и завихритель. Обойма расходного картриджа дополнительно включает в себя корпусную часть, проходящую вдоль продольной оси для соединения первой зоны взаимодействия со второй зоной взаимодействия. Корпусная часть включает в себя множество каналов, выполненных с возможностью перемещения жидкости и газа между наконечником горелки и множеством компонентов через первую зону взаимодействия и вторую зону взаимодействия.
[0020]
В некоторых вариантах осуществления первая зона взаимодействия включает в себя элемент для выравнивания, выполненный с возможностью фиксации в радиальном направлении к наконечнику горелки с заданной ориентацией. Множество каналов могут быть выполнены с возможностью выравнивания относительно соответствующих каналов в наконечнике горелки с заданной ориентацией для перемещения жидкости и газа между наконечником горелки и множеством компонентов. В некоторых вариантах осуществления два или более из множества каналов являются неконцентрическими.
[0021]
В некоторых вариантах осуществления вторая зона взаимодействия содержит, (i) по меньшей мере, один уступ на внутренней поверхности обоймы расходного картриджа для контактного сопряжения и выравнивания сопла в аксиальном направлении относительно обоймы картриджа и, (ii) по меньшей мере, один участок внутренней поверхности обоймы расходного картриджа с изменяющимся диаметром для контактного сопряжения и выравнивания сопла в радиальном направлении относительно обоймы картриджа. Вторая зона взаимодействия также может включать в себя элементы для выравнивания, выполненные с возможностью выравнивания кожуха в аксиальном и радиальном направлениях относительно обоймы картриджа и контактного сопряжения кожуха с обоймой картриджа. Элементы для выравнивания могут содержать, по меньшей мере, один из уступа или сопрягающегося участка на наружной поверхности расходного картриджа.
[0022]
В некоторых вариантах осуществления обойма расходного картриджа может дополнительно включать в себя полость, расположенную в корпусной части рядом с первой зоной взаимодействия. Полость выполнена с возможностью приема метки радиочастотной идентификации (RFID) для связи со считывающим устройством наконечника горелки.
[0023]
Согласно еще одному аспекту предложена Обойма картриджа для расходного картриджа плазменной горелки с жидкостным охлаждением. Обойма картриджа включает в себя корпус обоймы картриджа, имеющий проксимальную часть, дистальную часть, наружную поверхность и внутреннее отверстие центрального канала в корпусе обоймы картриджа. Обойма картриджа также включает в себя канал для защитного газа, проходящий от проксимальной части корпуса обоймы картриджа к дистальной части корпуса обоймы картриджа, канал подачи охлаждающей жидкости к соплу, проходящий от проксимальной части корпуса обоймы картриджа к внутреннему отверстию, и канал возврата охлаждающей жидкости от сопла, проходящий от внутреннего отверстия корпуса обоймы картриджа к проксимальной части. Обойма картриджа дополнительно включает в себя кольцевой проточный канал для охлаждающей жидкости на наружной поверхности корпуса обоймы картриджа, канал подачи охлаждающей жидкости к кожуху, проходящий от проксимальной части до кольцевого проточного канала для охлаждающей жидкости, и канал возврата охлаждающей жидкости от кожуха, проходящий от кольцевого проточного канала для охлаждающей жидкости к проксимальной части.
[0024]
Согласно еще одному аспекту предложен расходный картридж с жидкостным охлаждением для плазменной горелки. Картридж включает в себя (i) электрод, (ii) завихритель с первым наружным фиксирующим элементом и вторым наружным фиксирующим элементом на наружной поверхности, при этом электрод зафиксирован к завихрителю, и (iii) сопло с внутренним фиксирующим элементом на внутренней поверхности, при этом внутренний фиксирующий элемент сопла сопрягается с первым наружным фиксирующим элементом завихрителя. Картридж также включает в себя обойму картриджа с внутренним фиксирующим элементом на внутренней поверхности и наружным фиксирующим элементом на наружной поверхности. Внутренний фиксирующий элемент обоймы картриджа сопрягается со вторым наружным фиксирующим элементом завихрителя. Картридж дополнительно включает в себя кожух с внутренним фиксирующим элементом на внутренней поверхности, сопрягающимся с наружным фиксирующим элементом обоймы картриджа. По меньшей мере, сопло, завихритель, обойма картриджа и кожух зафиксированы в аксиальном направлении в заданном положении при сопряжении друг с другом для обеспечения, по меньшей мере, одного тракта прохождения жидкости от обоймы картриджа к кожуху или соплу.
[0025]
В некоторых вариантах осуществления электрод и сопло выставлены в аксиальном и радиальном направлениях друг относительно друга без физического контакта между электродом и соплом. В некоторых вариантах осуществления сопло и кожух выставлены в аксиальном и радиальном направлениях друг относительно друга без физического контакта между соплом и кожухом.
[0026]
В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, один/одно из кожуха, сопла или завихрителя сопрягается непосредственно с обоймой картриджа. Электрод может быть опосредованно сопряжен с обоймой картриджа посредством, по меньшей мере, одного из завихрителя или изолятора электрода.
[0027]
В некоторых вариантах осуществления сопряжение между внутренним фиксирующим элементом сопла и первым наружным фиксирующим элементом завихрителя обеспечивает выравнивание сопла в радиальном направлении относительно завихрителя. В некоторых вариантах осуществления сопряжение между внутренним фиксирующим элементом обоймы картриджа и вторым наружным фиксирующим элементом завихрителя обеспечивает выравнивание обоймы картриджа и завихрителя друг относительно друга, по меньшей мере, в одном из аксиального или радиального направлений. В некоторых вариантах осуществления сопряжение между внутренним фиксирующим элементом кожуха и наружным фиксирующим элементом обоймы картриджа обеспечивает выравнивание обоймы картриджа и кожуха друг относительно друга, по меньшей мере, в одном из аксиального или радиального направлений. В некоторых вариантах осуществления обойма картриджа дополнительно содержит второй внутренний фиксирующий элемент на внутренней поверхности, выполненный с возможностью сопряжения с наружным фиксирующим элементом на наружной поверхности сопла. Сопряжение между обоймой картриджа и соплом обеспечивает выравнивание обоймы картриджа и сопла друг относительно друга, по меньшей мере, в одном из аксиального или радиального направлений.
[0028]
В некоторых вариантах осуществления сопло представляет собой невентилируемое сопло, присоединенное к обойме сопла. В некоторых вариантах осуществления сопло представляет собой вентилируемое сопло, присоединенное к вкладышу сопла.
[0029]
Согласно еще одному аспекту предложен расходный картридж с жидкостным охлаждением для плазменной горелки. Картридж включает в себя (i) электрод, (ii) завихритель с наружным фиксирующим элементом на наружной поверхности и внутренним фиксирующим элементом на внутренней поверхности, при этом электрод прикреплен к внутренней фиксирующей поверхности завихрителя, и (iii) сопло с наружным фиксирующим элементом на наружной поверхности. Картридж также включает в себя обойму картриджа с первым внутренним фиксирующим элементом и вторым внутренним фиксирующим элементом на внутренней поверхности и наружным фиксирующим элементом на наружной поверхности. Первый внутренний фиксирующий элемент обоймы картриджа сопрягается с наружным фиксирующим элементом завихрителя, и второй внутренний фиксирующий элемент обоймы картриджа сопрягается с наружным фиксирующим элементом сопла. Картридж дополнительно включает в себя кожух с внутренним фиксирующим элементом на внутренней поверхности, сопрягающимся с наружным фиксирующим элементом обоймы картриджа. По меньшей мере, сопло, завихритель, обойма картриджа и кожух зафиксированы в аксиальном направлении в заданном положении при сопряжении.
[0030]
Согласно еще одному аспекту предложен расходный картридж для плазменной горелки с жидкостным охлаждением. Расходный картридж включает в себя непроводящую обойму картриджа и комплект проводящих расходных компонентов, образующих, частично, камеру для плазмы. Проводящие компоненты из комплекта прикреплены к обойме картриджа. Расходный картридж состоит, по меньшей мере, на 50% по объему из непроводящего материала. В некоторых вариантах осуществления расходный картридж состоит на приблизительно 60% - приблизительно 80% по объему из непроводящего материала.
[0031]
В некоторых вариантах осуществления расходный картридж представляет собой картридж одноразового использования. Проводящие расходные компоненты из комплекта могут быть выполнены без возможности удаления или обслуживания их по отдельности после крепления к обойме картриджа.
[0032]
В некоторых вариантах осуществления обойма картриджа содержит каналы для жидкости и газа, сообщающиеся по текучей среде с комплектом проводящих компонентов. Каналы для жидкости и газа являются неконцентрическими относительно центральной продольной оси обоймы картриджа.
[0033]
В некоторых вариантах осуществления комплект проводящих расходных компонентов содержит кожух, сопло и электрод.
[0034]
Согласно еще одному аспекту предложен способ изготовления унитарного расходного картриджа из множества компонентов. Способ включает фиксацию электрода в аксиальном и радиальном направлениях к завихрителю, фиксацию фиксирующего элемента на наружной поверхности завихрителя в аксиальном и радиальном направлениях к, по меньшей мере, одному из сопряженного фиксирующего элемента на внутренней поверхности обоймы картриджа или сопла и фиксацию фиксирующего элемента на наружной поверхности обоймы картриджа в аксиальном и радиальном направлениях к сопряженному фиксирующему элементу на внутренней поверхности кожуха. Фиксация расходных компонентов в аксиальном и радиальном направлениях друг относительно друга обеспечивает размещение, по меньшей мере, одного внутреннего предназначенного для текучей среды канала обоймы картриджа в заданном положении относительно (i) предназначенного для текучей среды канала сопла или (ii) предназначенного для текучей среды канала кожуха.
[0035]
В некоторых вариантах осуществления фиксация электрода в аксиальном и радиальном направлениях к завихрителю включает фиксацию электрода в аксиальном и радиальном направлениях к изолятору электрода и фиксацию изолятора электрода в аксиальном и радиальном направлениях относительно завихрителя.
[0036]
В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает выравнивание канала для плазмообразующего газа в обойме картриджа в радиальном направлении относительно канала для газа между завихрителем и соплом. В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает выравнивание канала для защитного газа в обойме картриджа в радиальном направлении относительно канала для газа между соплом и кожухом. В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает выравнивание центрального канала в обойме картриджа в радиальном направлении относительно электрода. В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает выравнивание первого канала охлаждения и второго канала охлаждения в обойме картриджа в радиальном направлении относительно сопла и выравнивание третьего канала охлаждения и четвертого канала охлаждения в обойме картриджа в радиальном направлении относительно кожуха.
[0037]
В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает образование завихрителя литьем под давлением посредством использования цинка. В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает образование обоймы картриджа формованием посредством использования непроводящего материала. В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает образование кожуха штамповкой посредством использования проводящего материала. В некоторых вариантах осуществления фиксацию множества компонентов в аксиальном и радиальном направлениях выполняют посредством одного/одной или более из соединения с защелкиванием, прессовой посадки или натяга, обжатия, склеивания, скрепления цементирующим материалом или сварки.
[0038]
Согласно еще одному аспекту предложен способ сборки расходного картриджа с жидкостным охлаждением для горелки для плазменной резки. Способ включает выполнение изолирующей обоймы картриджа, имеющей центральную зону, наружную поверхность, дистальный конец и проксимальный конец. Способ дополнительно включает присоединение завихряющего компонента к обойме картриджа в центральной зоне, присоединение электрода к обойме картриджа в центральной зоне, присоединение сопла к обойме картриджа в центральной зоне и присоединение кожуха к обойме картриджа на наружной поверхности.
[0039]
В некоторых вариантах осуществления присоединение завихряющего компонента к обойме картриджа включает сопряжение наружной поверхности завихряющего компонента с внутренней поверхностью обоймы картриджа, которое обеспечивает выравнивание завихряющего компонента относительно обоймы картриджа, по меньшей мере, в одном из аксиального или радиального направлений. В некоторых вариантах осуществления присоединение сопла к обойме картриджа включает присоединение наружной поверхности сопла к внутренней поверхности обоймы картриджа, которое обеспечивает выравнивание сопла относительно обоймы картриджа, по меньшей мере, в одном из аксиального или радиального направлений. В некоторых вариантах осуществления присоединение кожуха к обойме картриджа на наружной поверхности обеспечивает выравнивание кожуха относительно обоймы картриджа, по меньшей мере, в одном из аксиального или радиального направлений. В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает присоединение электрода к обойме картриджа посредством, по меньшей мере, одного из завихряющего компонента и изолятора электрода. В некоторых вариантах осуществления присоединение обеспечивает выравнивание, по меньшей мере, одного внутреннего предназначенного для текучей среды канала обоймы картриджа относительно (i) предназначенного для текучей среды канала сопла или (ii) предназначенного для текучей среды канала кожуха.
[0040]
В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно включает размещение направляющей перегородки и второго завихряющего компонента на дистальном конце обоймы картриджа в центральной зоне.
[0041]
Предложен расходный картридж для плазменной горелки с жидкостным охлаждением. Расходный картридж содержит обойму картриджа, включающую в себя проксимальный конец, имеющий торцевую поверхность, дистальный конец и корпус, имеющий центральную продольную ось, проходящую через него. Картридж выполнен с возможностью образования предназначенной для радиочастотной идентификации (RFID) зоны взаимодействия с наконечником горелки. Расходный картридж также содержит средство излучения дуги и средство сужения дуги, прикрепленные к обойме картриджа на дистальном конце, и элемент для установки средства радиочастотной идентификации (RFID-средства), образованный на или в обойме картриджа рядом с торцевой поверхностью. Элемент для установки RFID-средства является неконцентрическим относительно центральной продольной оси корпуса. Расходный картридж дополнительно содержит RFID-метку, расположенную в или на элементе для установки RFID-средства для передачи информации о картридже считывающему устройству в наконечнике горелки, когда картридж присоединен к наконечнику горелки, и ориентирующий элемент, выполненный с возможностью выравнивания RFID-метки в направлении поворота относительно считывающего устройства в наконечнике горелки при соединении картриджа с наконечником горелки.
[0042]
В некоторых вариантах осуществления элемент для установки RFID-средства представляет собой полость, расположенную в корпусе обоймы картриджа. RFID-метка может быть заделана в полости корпуса обоймы картриджа и окружена изоляционным материалом корпуса. В некоторых вариантах осуществления торцевая поверхность является по существу плоской для обеспечения возможности опрашивания считывателем RFID-меток RFID-метки с наружной стороны плазменной горелки. В некоторых вариантах осуществления RFID-метка выполнена с возможностью ее считывания с внутренней стороны или наружной стороны плазменной горелки.
[0043]
В некоторых вариантах осуществления корпус обоймы картриджа создан из изоляционного материала. В некоторых вариантах осуществления корпус обоймы картриджа содержит, по меньшей мере, один канал для пропускания охлаждающей жидкости через него. Данный, по меньшей мере, один канал может быть выполнен с возможностью по существу выравнивания его относительно соответствующего канала наконечника горелки при выравнивании в направлении поворота посредством ориентирующего элемента для пропускания охлаждающей жидкости между наконечником горелки и картриджем.
[0044]
В некоторых вариантах осуществления после выравнивания в направлении поворота RFID-метка в обойме картриджа и считывающее устройство в наконечнике горелки ориентированы так, что центральная ось проходит через осевую линию RFID-метки и осевую линию считывающего устройства. В некоторых вариантах осуществления после выравнивания в направлении поворота первое расстояние между RFID-меткой и считывающим устройством меньше второго расстояния между RFID-меткой и соседним металлическим материалом, расположенным в наконечнике горелки или картридже.
[0045]
В некоторых вариантах осуществления ориентирующий элемент представляет собой полость, выполненную с возможностью приема ориентирующего штифта, выступающего от наконечника горелки.
[0046]
Согласно еще одному аспекту предложен расходный картридж для горелки с жидкостным охлаждением для плазменной резки. Расходный картридж включает в себя концевую часть картриджа, расположенную в первой части картриджа. Концевая часть картриджа имеет электрод, сопло и кожух. Расходный картридж включает в себя входное отверстие для плазмообразующего газа во второй части расходного картриджа, входное отверстие для защитного газа в данной второй части, входное отверстие для охлаждающей жидкости для электрода в данной второй части, входное отверстие для охлаждающей жидкости для сопла и выходное отверстие для охлаждающей жидкости для сопла в данной второй части и входное отверстие для охлаждающей жидкости для кожуха и выходное отверстие для охлаждающей жидкости для кожуха в данной второй части.
[0047]
В некоторых вариантах осуществления данная вторая часть содержит торцевую поверхность проксимальной части картриджа. Торцевая поверхность может быть по существу плоской.
[0048]
В некоторых вариантах осуществления входное отверстие для плазмообразующего газа, входное отверстие для защитного газа, входное отверстие для охлаждающей жидкости для сопла, выходное отверстие для охлаждающей жидкости для сопла, входное отверстие для охлаждающей жидкости для кожуха и выходное отверстие для охлаждающей жидкости для кожуха являются неконцентрическими относительно центральной продольной оси картриджа.
[0049]
В некоторых вариантах осуществления входное отверстие для плазмообразующего газа выполнено с возможностью его выравнивания относительно соответствующего отверстия наконечника горелки для направления потока плазмообразующего газа из наконечника горелки к соплу. В некоторых вариантах осуществления входное отверстие для защитного газа сообщается по текучей среде с кожухом. Входное отверстие для защитного газа выполнено с возможностью его выравнивания относительно соответствующего отверстия наконечника горелки для направления потока защитного газа к кожуху. В некоторых вариантах осуществления входное отверстие для охлаждающей жидкости для электрода поддерживает, по меньшей мере, одну/одно из электрической связи или сообщения по текучей среде с электродом. Входное отверстие для охлаждающей жидкости для электрода выполнено с возможностью его выравнивания относительно соответствующего отверстия наконечника горелки для направления, по меньшей мере, одной/одного из охлаждающей жидкости или тока к электроду. В некоторых вариантах осуществления входное отверстие для охлаждающей жидкости для сопла и выходное отверстие для охлаждающей жидкости для сопла сообщаются по текучей среде с соплом. Входное отверстие для охлаждающей жидкости для сопла и выходное отверстие для охлаждающей жидкости для сопла выполнены с возможностью их выравнивания относительно соответствующих отверстий из соответствующих отверстий в наконечнике горелки для направления потока охлаждающей жидкости между наконечником горелки и соплом. В некоторых вариантах осуществления входное отверстие для охлаждающей жидкости для кожуха и выходное отверстие для охлаждающей жидкости для кожуха сообщаются по текучей среде с кожухом. Входное отверстие для охлаждающей жидкости для кожуха и выходное отверстие для охлаждающей жидкости для кожуха выполнены с возможностью их выравнивания относительно соответствующих отверстий из соответствующих отверстий в наконечнике горелки для направления потока охлаждающей жидкости между наконечником горелки и кожухом. В некоторых вариантах осуществления выходное отверстие для охлаждающей жидкости для сопла соединено по текучей среде с входным отверстием для охлаждающей жидкости для кожуха.
[0050]
В некоторых вариантах осуществления расходный картридж дополнительно содержит приемное гнездо для ориентирующего штифта в данной второй части. Приемное гнездо для ориентирующего штифта выполнено с возможностью приема ориентирующего штифта наконечника горелки для фиксации картриджа в радиальном направлении к горелке с заданной ориентацией.
[0051]
В некоторых вариантах осуществления расходный картридж дополнительно содержит обойму картриджа, имеющую изолирующий корпус. Обойма картриджа присоединена к концевой части картриджа. Входное отверстие для плазмообразующего газа, входное отверстие для защитного газа, входное отверстие для охлаждающей жидкости для электрода, входное отверстие для охлаждающей жидкости для сопла, выходное отверстие для охлаждающей жидкости для сопла, входное отверстие для охлаждающей жидкости для кожуха и выходное отверстие для охлаждающей жидкости для кожуха расположены на проксимальном конце изолирующего корпуса. В некоторых вариантах осуществления расходный картридж дополнительно содержит неконцентрическую полость, расположенную в изолирующем корпусе обоймы картриджа, и метку радиочастотной идентификации (RFID), расположенную в данной полости.
[0052]
Согласно еще одному аспекту предложен расходный картридж для горелки с жидкостным охлаждением для плазменной резки. Расходный картридж включает в себя концевую часть картриджа, расположенную в первой части картриджа. Концевая часть картриджа имеет электрод, сопло и кожух. Расходный картридж также включает в себя обойму картриджа во второй части картриджа. Обойма картриджа содержит дистальный конец, соединенный с концевой частью картриджа, и проксимальный конец. Обойма картриджа включает в себя входное отверстие для плазмообразующего газа на проксимальном конце, выполненное с возможностью поддержания сообщения по текучей среде с соплом для подвода потока плазмообразующего газа к соплу, входное отверстие для защитного газа на проксимальном конце, выполненное с возможностью поддержания сообщения по текучей среде с кожухом для подвода потока защитного газа к кожуху, и зону взаимодействия с электродом на проксимальном конце, выполненную с возможностью поддержания, по меньшей мере, одной/одного из электрической связи или сообщения по текучей среде с электродом для подвода, по меньшей мере, одного из потока охлаждающей жидкости или электрического тока к электроду. Обойма картриджа дополнительно включает в себя входное отверстие для охлаждающей жидкости для сопла и выходное отверстие для охлаждающей жидкости для сопла на проксимальном конце, выполненные с возможностью обеспечения циркуляции потока охлаждающей жидкости между обоймой картриджа и соплом, и входное отверстие для охлаждающей жидкости для кожуха и выходное отверстие для охлаждающей жидкости для кожуха на проксимальном конце, выполненные с возможностью обеспечения циркуляции потока охлаждающей жидкости между обоймой картриджа и кожухом.
[0053]
Согласно еще одному аспекту предложен наконечник горелки для плазменной горелки с жидкостным охлаждением. Наконечник горелки включает в себя корпус горелки и изолятор горелки, имеющий по существу не проводящий корпус изолятора. Изолятор горелки присоединен к корпусу горелки. Изолятор горелки включает в себя (i) первый канал для охлаждающей жидкости, расположенный в корпусе изолятора, выполненный с возможностью пропускания потока текучей среды из наконечника горелки в расходный картридж вдоль первого ранее существовавшего тракта прохождения, (ii) первый канал возврата жидкости, расположенный в корпусе изолятора, выполненный с возможностью возврата, по меньшей мере, части потока текучей среды из картриджа в наконечник горелки вдоль первого ранее существовавшего тракта прохождения, и (iii) канал для газа, расположенный в корпусе изолятора, выполненный с возможностью пропускания потока первого газа из наконечника горелки в картридж вдоль второго ранее существовавшего тракта прохождения. Первый и второй ранее существовавшие тракты прохождения изолированы по текучей среде друг от друга.
[0054]
В некоторых вариантах осуществления наконечник горелки дополнительно содержит элемент для выравнивания, выполненный с возможностью фиксации наконечника горелки в радиальном направлении к картриджу с заданной ориентацией для сохранения первого и второго ранее существовавших трактов прохождения, проходящих через изолятор горелки и картридж. Первый канал охлаждения может быть выполнен с возможностью по существу выравнивания его относительно соответствующего первого канала охлаждения в картридже, когда наконечник горелки зафиксирован в радиальном направлении к картриджу посредством элемента для выравнивания. Первый канал возврата жидкости может быть выполнен с возможностью по существу выравнивания его относительно соответствующего первого канала возврата жидкости в картридже, когда наконечник горелки зафиксирован в радиальном направлении к картриджу посредством элемента для выравнивания. Первый ранее существовавший тракт прохождения может включать в себя первый канал охлаждения в наконечнике горелки, соответствующий первый канал охлаждения в картридже, соответствующий первый канал возврата жидкости в картридже и первый канал возврата жидкости в наконечнике горелки.
[0055]
В некоторых вариантах осуществления изолятор горелки дополнительно содержит газовый клапан, заделанный в корпусе изолятора, при этом газовый клапан сообщается по текучей среде с каналом для газа, при этом газовый клапан выполнен с возможностью выбора одного из множества газов для подачи в канал для газа. В некоторых вариантах осуществления изолятор горелки дополнительно содержит второй канал для газа, расположенный в корпусе изолятора, выполненный с возможностью пропускания потока второго газа из наконечника горелки в картридж вдоль третьего ранее существовавшего тракта прохождения. Второй и третий ранее существовавшие тракты прохождения изолированы по текучей среде друг от друга. В некоторых вариантах осуществления изолятор горелки дополнительно содержит центральный канал, расположенный в корпусе изолятора, при этом центральный канал выполнен с возможностью подвода, по меньшей мере, одного/одной из (i) тока или, (ii) по меньшей мере, части потока текучей среды из наконечника горелки в картридж. В некоторых вариантах осуществления изолятор горелки дополнительно содержит электрический канал, расположенный в корпусе изолятора, при этом электрический канал выполнен с возможностью приема соединительного элемента для создания омического контакта, который создает омический контакт между наконечником горелки и картриджем.
[0056]
В некоторых вариантах осуществления изолятор горелки дополнительно содержит (i) токопроводящее кольцо на дистальном конце корпуса изолятора, при этом токопроводящее кольцо выполнено с возможностью приема тока вспомогательной дуги из картриджа, и (ii) канал для образования вспомогательной дуги, выполненный с возможностью приема соединительного элемента для образования вспомогательной дуги, который электрически соединен с токопроводящим кольцом для прохождения тока вспомогательной дуги из картриджа в наконечник горелки.
[0057]
В некоторых вариантах осуществления изолятор горелки дополнительно содержит (i) второй канал охлаждения, расположенный в корпусе изолятора, выполненный с возможностью пропускания, по меньшей мере, части потока текучей среды из наконечника горелки в картридж вдоль первого ранее существовавшего тракта прохождения, (ii) второй канал возврата жидкости, расположенный в корпусе изолятора, выполненный с возможностью возврата, по меньшей мере, части потока текучей среды из картриджа в наконечник горелки вдоль первого ранее существовавшего тракта прохождения, и (iii) распределительный канал, расположенный в корпусе изолятора, соединяющий первый канал возврата жидкости со вторым каналом охлаждения. Первый ранее существовавший тракт прохождения может проходить через последовательность каналов в корпусе изолятора, включающую первый канал охлаждения, первый канал возврата жидкости, распределительный канал, второй канал охлаждения и второй канал возврата жидкости.
[0058]
В некоторых вариантах осуществления первый канал охлаждения, первый канал возврата жидкости и канал для газа являются неконцентрическими относительно продольной оси, проходящей через корпус изолятора.
[0059]
Согласно еще одному аспекту предложен наконечник горелки для плазменной горелки с жидкостным охлаждением. Наконечник горелки включает в себя (i) изолятор горелки, имеющий корпус изолятора, (ii) первый канал охлаждения и третий канал охлаждения, расположенные в корпусе изолятора, каждый из которых выполнен с возможностью пропускания потока первой текучей среды из наконечника горелки в картридж, (iii) второй канал охлаждения и четвертый канал охлаждения, расположенные в корпусе изолятора, каждый из которых выполнен с возможностью возврата, по меньшей мере, части потока первой текучей среды из картриджа в наконечник горелки, и (iv) первый распределительный канал, расположенный в корпусе изолятора, соединяющий второй канал охлаждения и третий канал охлаждения. Первый распределительный канал выполнен с возможностью направления потока первой текучей среды из второго канала в третий канал.
[0060]
В некоторых вариантах осуществления первый распределительный канал ориентирован в направлении вдоль окружности для соединения второго канала охлаждения и третьего канала охлаждения. В некоторых вариантах осуществления первый, второй, третий и четвертый каналы охлаждения являются неконцентрическими относительно продольной оси, проходящей через корпус изолятора. В некоторых вариантах осуществления каждый из первого, второго, третьего и четвертого каналов охлаждения является асимметричным относительно центральной продольной оси, проходящей через корпус изолятора.
[0061]
Согласно еще одному аспекту предложен наконечник горелки для плазменной горелки с жидкостным охлаждением. Наконечник горелки включает в себя (i) изолятор горелки, имеющий корпус изолятора, включающий в себя проксимальный конец и дистальный конец, (ii) множество каналов для газа и жидкости, проходящих по существу от проксимального конца до дистального конца корпуса изолятора, (iii) полость в корпусе изолятора и (iv) коммуникационное устройство, содержащее схемную плату и антенную катушку для радиочастотной идентификации (RFID). Антенная катушка для радиочастотной идентификации электрически соединена со схемной платой и расположена рядом с дистальным концом коммуникационного устройства. Коммуникационное устройство расположено в полости так, что антенная катушка для радиочастотной идентификации расположена на дистальном конце корпуса изолятора.
[0062]
В некоторых вариантах осуществления коммуникационное устройство дополнительно содержит герметизированный корпус для предотвращения поступления жидкости в него. В некоторых вариантах осуществления схемная плата коммуникационного устройства выполнена с возможностью снабжения антенной катушки энергией и считывания сигнала радиочастотной идентификации, принятого антенной катушкой. Антенная катушка может быть расположена на торцевой поверхности дистального конца коммуникационного устройства. В некоторых вариантах осуществления коммуникационное устройство дополнительно содержит соединитель на проксимальном конце коммуникационного устройства.
[0063]
В некоторых вариантах осуществления множество каналов для газа и жидкости и полость являются неконцентрическими относительно центральной продольной оси корпуса изолятора.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0064]
Преимущества изобретения, описанные выше, вместе с дополнительными преимуществами могут быть лучше поняты с учетом нижеприведенного описания, рассматриваемого совместно с сопровождающими чертежами. Чертежи необязательно выполнены в масштабе, вместо этого, как правило, уделено особое внимание иллюстрации принципов изобретения.
[0065]
Фиг.1а и 1b представляют собой соответственно выполненные с пространственным разделением компонентов и в собранном состоянии виды плазменной горелки 10 с жидкостным охлаждением, по существу содержащей наконечник горелки и картридж, согласно иллюстративному варианту осуществления изобретения.
[0066]
Фиг.2 представляет собой вид в разрезе собранной плазменной горелки по фиг.1b согласно иллюстративному варианту осуществления изобретения.
[0067]
Фиг.3 представляет собой вид проксимального конца наконечника горелки по фиг.1 согласно иллюстративному варианту осуществления изобретения.
[0068]
Фиг.4 представляет собой вид дистального конца наконечника горелки по фиг.1 согласно иллюстративному варианту осуществления изобретения.
[0069]
Фиг.5 представляет собой иллюстративную конструкцию катода наконечника горелки по фиг.1 согласно иллюстративному варианту осуществления изобретения.
[0070]
Фиг.6 представляет собой иллюстративную конструкцию трубки для охлаждающей жидкости в наконечнике горелки по фиг.1 согласно иллюстративному варианту осуществления изобретения.
[0071]
Фиг.7 представляет собой вид в разрезе плазменной горелки по фиг.2, ориентированной для иллюстрации приведенного в качестве примера тракта прохождения тока вспомогательной дуги между наконечником горелки и картриджем плазменной горелки, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0072]
Фиг.8 представляет собой вид в разрезе плазменной горелки по фиг.2, ориентированной для иллюстрации приведенного в качестве примера «тракта» омического контакта согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0073]
Фиг.9 представляет собой иллюстративную конструкцию токопроводящего кольца в наконечнике горелки по фиг.1 согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0074]
Фиг.10 представляет собой иллюстративную конструкцию коммуникационного устройства наконечника 102 горелки согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0075]
Фиг.11а и b представляют собой виды в разрезе плазменной горелки по фиг.2, ориентированной для иллюстрации приведенного в качестве примера тракта прохождения защитного газа из наконечника горелки к картриджу плазменной горелки, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0076]
Фиг.12а-с представляют собой виды в разрезе плазменной горелки по фиг.2, ориентированной для иллюстрации приведенного в качестве примера тракта прохождения плазмообразующего газа из наконечника горелки к картриджу плазменной горелки, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0077]
Фиг.13а и b представляют собой виды в разрезе плазменной горелки по фиг.2, ориентированной для иллюстрации приведенного в качестве примера тракта прохождения охлаждающей жидкости, которая циркулирует между наконечником горелки и картриджем плазменной горелки, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0078]
Фиг.14а и b представляют собой соответственно иллюстративные вид сбоку и вид проксимального конца катодного блока наконечника горелки согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0079]
Фиг.15 представляет собой вид проксимального конца обоймы картриджа в картридже по фиг.1 согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0080]
Фиг.16 представляет собой вид в разрезе иллюстративной конструкции поджимного колпачка 120 по фиг.1 согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0081]
Фиг.17 представляет собой вид в разрезе картриджа по фиг.1 согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0082]
Фиг.18 представляет собой иллюстративную конструкцию обоймы картриджа в картридже по фиг.17 согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0083]
Фиг.19 представляет собой иллюстративную конструкцию электрода картриджа по фиг.17 согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0084]
Фиг.20 представляет собой вид в разрезе направляющей перегородки и защитного завихрителя, присоединенных к обойме картриджа в картридже по фиг.17, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0085]
Фиг.21 представляет собой вид в разрезе защитного завихрителя картриджа по фиг.17 согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0086]
Фиг.22 представляет собой вид в перспективе обоймы картриджа в картридже по фиг.17, иллюстрирующий отверстия различных каналов, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0087]
Фиг.23 представляет собой иллюстративную конструкцию завихрителя картриджа по фиг.17 согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0088]
Фиг.24а и b представляют собой соответственно внешний вид невентилируемого сопла и внешний вид обоймы сопла картриджа по фиг.17 согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0089]
Фиг.25 представляет собой вид в разрезе кожуха картриджа по фиг.17 согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0090]
Фиг.26 представляет собой иллюстративный вентилируемый картридж, совместимый с наконечником горелки в плазменной горелке по фиг.1, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0091]
Фиг.27а и b представляют собой соответственно внешний вид вкладыша сопла и внешний вид вентилируемого сопла картриджа по фиг.26 согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0092]
Фиг.28 представляет собой другую иллюстративную обойму картриджа, которая может быть выполнена с соответствующей конфигурацией для образования картриджа, совместимого с наконечником горелки по фиг.1, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0093]
Фиг.29 представляет собой иллюстративный вентилируемый картридж, который имеет неплоский проксимальный конец, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0094]
Фиг.30 представляет собой вид в перспективе с пространственным разделением элементов картриджа по фиг.17 согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[0095]
Фиг.31 представляет собой часть плазменной горелки по фиг.2, иллюстрирующую приведенные в качестве примера места расположения коммуникационного устройства и сигнального устройства согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0096]
Согласно настоящему изобретению предложена плазменная горелка с жидкостным охлаждением, которая включает в себя наконечник горелки и расходный картридж. В некоторых вариантах осуществления расходный картридж представляет собой унитарный компонент, при этом компоненты картриджа не могут быть обслужены или удалены по отдельности. Таким образом, если один компонент расходного картриджа должен быть заменен, заменяется весь картридж. В некоторых вариантах осуществления расходный картридж представляет собой «одноразовый» картридж, при этом картридж заменяется оператором после того, как любой из его компонентов достигает конца срока его службы, вместо ремонта и замены отдельных расходных деталей, как в традиционных конструкциях горелок. В некоторых вариантах осуществления картридж заменяют после одного сеанса работы, который может включать образование множества дуг. В некоторых вариантах осуществления картридж заменяют после события, связанного с одной дугой.
[0097]
Фиг.1а и 1b представляют собой соответственно выполненные с пространственным разделением компонентов и в собранном состоянии виды плазменной горелки 10 с жидкостным охлаждением, по существу содержащей наконечник 102 горелки и картридж 104, согласно иллюстративному варианту осуществления изобретения. Картридж 104, который содержит множество расходных компонентов горелки, имеет проксимальный конец (зону) 14 и дистальный конец (зону) 16 вдоль центральной продольной оси А плазменной горелки 10. Наконечник 102 горелки включает в себя корпус 18 горелки, проксимальный конец (зону) 20 и дистальный конец (зону) 22 вдоль продольной оси А. Корпус 18 горелки может быть выполнен из электропроводящего материала, такого как латунь. В некоторых вариантах осуществления проксимальный конец 14 картриджа 104 выровнен относительно дистального конца 22 наконечника 102 горелки и прикреплен к нему посредством поджимного колпачка 120. В некоторых вариантах осуществления проксимальный конец 14 картриджа 104 контактно сопрягается/соединяется с дистальным концом 22 наконечника 102 горелки. Например, проксимальный конец 14 и дистальный конец 22 могут быть соединены посредством, по меньшей мере, семи отдельных сопрягающихся мест стыка/соединений/мест соединения. Возможны другие средства контактного взаимодействия между наконечником 102 горелки и картриджем 104, включая резьбу, посадку с натягом, соединение с защелкиванием, быстро фиксируемое соединение и т.д. В дальнейшем проксимальный конец компонента определяет зону компонента вдоль продольной оси А, которая удалена от обрабатываемой детали, когда горелка 10 используется для обработки обрабатываемой детали, и дистальный конец компонента определяет зону компонента, которая противоположна проксимальному концу и находится рядом с обрабатываемой деталью, когда горелка 10 используется для обработки обрабатываемой детали.
[0098]
Фиг.2 представляет собой вид в разрезе собранной плазменной горелки 10 по фиг.1b согласно иллюстративному варианту осуществления изобретения. Как показано, зона 106 взаимодействия на фиг.1 образует границу между картриджем 104 и наконечником 102 горелки после их соединения друг с другом. Картридж 104, который представляет собой по существу унитарный элемент, включает в себя концевую часть картриджа, содержащую электрод 108 (то есть средство излучения дуги), сопло 110 (то есть средство сужения дуги) и кожух 114, расположенные концентрически вокруг центральной продольной оси А. Компоненты концевой части картриджа могут быть присоединены к обойме 112 картриджа в картридже 104. В некоторых вариантах осуществления картридж 104 также включает в себя завихритель 150, расположенный вокруг продольной оси А. Детали, относящиеся к картриджу 104, разъяснены ниже со ссылкой на фиг.15 и 17-25. Наконечник 102 горелки включает в себя изолятор 118 горелки, расположенный в корпусе 18 горелки вокруг продольной оси А. Детали, относящиеся к наконечнику 102 горелки, разъяснены ниже со ссылкой на фиг.2-14b.
Наконечник горелки
[0099]
Как показано на фиг.2, изолятор 118 горелки в наконечнике 102 горелки по существу расположен в корпусе 18 горелки вокруг центральной продольной оси А и окружен корпусом 18 горелки. Корпус 18 горелки может быть выполнен из электропроводящего материала, такого как латунь. Изолятор 118 горелки, который включает в себя проксимальный конец 21 и дистальный конец 23, может быть выполнен из электроизоляционного материала, такого как пластик. Изолятор 118 горелки на его проксимальном конце 21 может быть соединен с одним или более из катода 130, коммуникационного устройства 122, соединительного элемента 124 для образования вспомогательной дуги и соединительного элемента 131 для создания омического контакта, при этом изолятор 118 электрически изолирует данные компоненты друг от друга и от корпуса 18 горелки. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, один/одно из катода 130, коммуникационного устройства 122, соединительного элемента 124 для образования вспомогательной дуги или соединительного элемента 131 для создания омического контакта прикреплен (-о) к изолятору 118 горелки (например, привинчен (-о) к изолятору 118 или заделан (-о) в изоляторе 118 горелки) так, что они не могут быть легко или быстро отсоединены от изолятора 118 горелки. Кроме того, изолятор 118 горелки может включать в себя, по меньшей мере, одно отверстие 126а для газа, предназначенное для соединения с источником газа (непоказанным) и ввода газа в горелку 10. Изолятор 118 горелки может дополнительно включать в себя, по меньшей мере, одно отверстие 128а для охлаждающей жидкости, предназначенное для соединения с источником охлаждающей жидкости (непоказанным) и ввода охлаждающей жидкости в горелку 10. Фиг.3 представляет собой вид проксимального конца 20 наконечника 102 горелки, который показывает различные отверстия для прохождения электроэнергии, газа и жидкости на проксимальном конце 21 изолятора 118 горелки, согласно иллюстративному варианту осуществления изобретения. Фиг.4 представляет собой вид дистального конца 22 наконечника 102 горелки, который показывает различные отверстия для прохождения электроэнергии, газа и жидкости на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки, согласно иллюстративному варианту осуществления изобретения.
а. Соединительный элемент для образования вспомогательной
дуги и дуги прямого действия
[00100]
Согласно одному аспекту изолятор 118 горелки может соединять друг с другом множество компонентов, которые используются для поддержания тока вспомогательной дуги и/или тока дуги прямого действия между наконечником 102 горелки и картриджем 104. Например, изолятор 118 горелки выполнен с возможностью соединения катода 130, трубки 116 для охлаждающей жидкости, соединительного элемента 124 для образования вспомогательной дуги и токопроводящего кольца 800 в конфигурации, которая поддерживает прохождение как тока вспомогательной дуги, так и тока дуги прямого действия между наконечником 102 горелки и картриджем 104.
[00101]
В некоторых вариантах осуществления изолятор 118 горелки включает в себя основной канал 132 (показанный на фиг.2), проходящий от отверстия 132а на проксимальном конце 21 изолятора 118 горелки (показано на фиг.3) до отверстия 132b на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки (показано на фиг.4). Основной канал 132 может быть расположен в центре изолятора 118 горелки так, что он будет концентрическим относительно центральной продольной оси А. Основной канал 132 может проходить по существу прямолинейно в изоляторе 118 для соединения отверстий 132а и 132b. Основной канал 132 может быть выполнен с возможностью размещения в нем, по меньшей мере, части катода 130. Как показано на фиг.2, катод 130 может проходить внутри основного канала 132 вдоль длины изолятора 118 горелки. В некоторых вариантах осуществления компонент 250 для фиксации катодного блока используется для фиксации катода 130 к основному каналу 132 внутри изолятора 118 горелки.
[00102]
Фиг.5 представляет собой иллюстративную конструкцию катода 130 наконечника 102 горелки согласно иллюстративному варианту осуществления изобретения. Катод 130 включает в себя катодный соединительный элемент 602 с дистальным концом, присоединенным к катодной трубке 604, которая имеет дистальный конец, присоединенный к катодному блоку 606. Каждый элемент из катодного соединительного элемента 602, катодной трубки 604 и катодного блока 606 может быть выполнен из проводящего материала, такого как латунь или медь. В одной иллюстративной конструкции катодный соединительный элемент 602 и катодный блок 606 выполнены из латуни, в то время как катодная трубка 604 выполнена из меди.
[00103]
Как показано на фиг.2, дистальный конец катодного блока 606 может быть электрически и/или физически соединен с трубкой 116 для охлаждающей жидкости внутри основного канала 132 изолятора 118 горелки. В некоторых вариантах осуществления на трубке 116 для охлаждающей жидкости образована канавка под уплотнительное кольцо, в которое размещается уплотнительное кольцо 133 для образования средства взаимодействия между наружной поверхностью трубки 116 для охлаждающей жидкости и внутренней поверхностью катодного блока 606. Таким образом, по меньшей мере, проксимальная часть трубки 116 для охлаждающей жидкости вставлена в дистальный конец катодного блока 606. Как правило, во время эксплуатации трубка 116 для охлаждающей жидкости распределяет охлаждающую жидкость в картридже 104 после присоединения наконечника 102 горелки к картриджу 104. В некоторых вариантах осуществления трубка 116 для охлаждающей жидкости выполнена с возможностью дополнительного пропускания тока от катода 130 к картриджу 104, например, к электроду 108 картриджа 104. В некоторых вариантах осуществления предназначенная для электрода трубка 252 катодного блока (показанная на фиг.2), которая может быть выполнена из непроводящего материала, может быть выполнена с возможностью соединения с катодным блоком 606 (например, ввинчивания в катодный блок 606 или герметичного соединения с ним посредством прессовой посадки) на ее проксимальном конце и с электродом 108 на ее дистальном конце. Образующийся в результате «кожух», который содержит катод 130, предназначенную для электрода трубку 252 катодного блока и электрод 108, по существу окружает трубку 116 для охлаждающей жидкости для удерживания потока охлаждающей жидкости в ней.
[00104]
Фиг.6 представляет собой иллюстративную конструкцию трубки 116 для охлаждающей жидкости в наконечнике 102 горелки согласно иллюстративному варианту осуществления изобретения. Трубка 116 для охлаждающей жидкости может быть выполнена из проводящего материала, такого как латунь. В некоторых вариантах осуществления трубка 116 для охлаждающей жидкости прикреплена (например, посредством резьбового соединения) к дистальному концу катодного блока 606 так, что она не может быть легко или быстро отсоединена. В некоторых других вариантах осуществления трубка 116 для охлаждающей жидкости прикреплена (например, посредством посадки с натягом) к дистальному концу катодного блока 606 так, что она может быть легко или быстро отсоединена. Трубка 116 для охлаждающей жидкости может иметь электрический соединитель, такой как лента Louvertac™ 702, вокруг наружной поверхности на проксимальном конце 740, который представляет собой конец, выполненный с возможностью сопряжения с катодным блоком 606. Лента Louvertac™ 702 выполнена с возможностью пропускания тока резания от внутренней поверхности катодного блока 606 к наружной поверхности трубки 116 для охлаждающей жидкости, когда проксимальный конец 740 трубки 116 для охлаждающей жидкости вставлен в дистальный конец катодного блока 606 и прикреплен к нему. В альтернативном варианте трубка 116 для охлаждающей жидкости может быть неподвижно прикреплена к катоду 130 посредством резьбы или других способов с пропусканием тока без ленты Louvertac 702. В некоторых вариантах осуществления трубка 116 для охлаждающей жидкости имеет электрический соединитель, такой как лента Louvertac™ 704, вокруг наружной поверхности на дистальном конце 742 трубки 116 для охлаждающей жидкости, который представляет собой конец, выполненный с возможностью сопряжения с внутренней поверхностью электрода 108, когда наконечник 102 горелки прикреплен к картриджу 104. В некоторых вариантах осуществления трубка 116 для охлаждающей жидкости включает в себя один или более продольных пазов 744 на ее наружной поверхности под лентой Louvertac 704 на дистальном конце 742 для ограничения перепада давлений в потоке охлаждающей жидкости между трубкой 116 для охлаждающей жидкости и электродом 108. Помимо подвода электрического тока трубка 116 для охлаждающей жидкости может быть выполнена с возможностью пропускания потока охлаждающей жидкости к электроду 108. Например, трубка 116 для охлаждающей жидкости имеет отверстие 745 на ее проксимальном конце 740 и отверстие 746 на ее дистальном конце 742 для обеспечения возможности соответственно входа потока охлаждающей жидкости в трубку 116 для охлаждающей жидкости и выхода из нее. В некоторых вариантах осуществления использование ленты Louvertac™ 702 или 704 на одном из дистального конца 742 или проксимального конца 740, или на обоих концах обеспечивает возможность соединения трубки 116 для охлаждающей жидкости с наконечником 102 горелки с возможностью скольжения и аналогичным образом обеспечивает возможность соединения картриджа 104 с трубкой 116 для охлаждающей жидкости с возможностью скольжения. Данный признак подробно описан ниже.
[00105]
В некоторых вариантах осуществления изолятор 118 горелки включает в себя полость 148 (показанную на фиг.2) с отверстием 148а на проксимальном конце 21 изолятора 118 горелки (показанным на фиг.3). Как показано на фиг.2, полость 148 может быть выполнена с возможностью размещения соединительного элемента 124 для образования вспомогательной дуги. В некоторых вариантах осуществления полость 148 проходит частично в изолятор 118 горелки вдоль продольной оси А.
[00106]
В некоторых вариантах осуществления токопроводящее кольцо 800, выполненное из электропроводящего материала (например, латуни), расположено на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки. Фиг.9 представляет собой иллюстративную конструкцию токопроводящего кольца 800 изолятора 118 горелки в наконечнике 102 горелки согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано, токопроводящее кольцо 800 имеет кольцевую часть 800а и выступающую часть 800b. Кольцевая часть 800а имеет тонкий дистальный край 802, и выступающая часть 800b имеет дистальную поверхность 805. Кольцевая часть 800а токопроводящего кольца 800 может быть расположена концентрически относительно трубки 116 для охлаждающей жидкости и катода 130 в изоляторе 118 горелки, в то время как выступающая часть 800b токопроводящего кольца 800 может быть ориентирована так, что она будет электрически и/или физически контактировать с проксимальным концом соединительного элемента 124 для образования вспомогательной дуги, размещенного в полости 148. В некоторых вариантах осуществления токопроводящее кольцо 800 электрически изолировано от трубки 116 для охлаждающей жидкости и катода 130 посредством изолятора 804 катода (показанного на фиг.2), так что по существу никакой ток не будет проходить между токопроводящим кольцом 800 и катодом 130 или между токопроводящим кольцом 800 и трубкой 116 для охлаждающей жидкости. В некоторых вариантах осуществления, как показано на фиг.4, по меньшей мере, поверхность токопроводящего кольца 800 открыта со стороны дистального конца 23 изолятора 118 горелки посредством отверстия 132b основного канала для подвода электроэнергии, так что компонент картриджа 104 может физически контактировать с токопроводящим кольцом 800, когда картридж 104 прикреплен к наконечнику 102 горелки. Например, как тонкий дистальный край 802 кольцевой части 800а, так и дистальная поверхность 805 выступающей части 800b токопроводящего кольца 800 могут быть открыты со стороны отверстия 132b.
[00107]
Фиг.7 представляет собой вид в разрезе плазменной горелки 10 по фиг.2, ориентированной для иллюстрации приведенного в качестве примера тракта 752 прохождения тока вспомогательной дуги между наконечником 102 горелки и картриджем 104 плазменной горелки 10, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Для возбуждения вспомогательной дуги ток 752 вспомогательной дуги обеспечивают подачу сигнала высокой частоты и высокого напряжения (HFHV) по линии электропитания от источника питания (непоказанного) к плазменной горелке 10. Тракт 752 прохождения тока вспомогательной дуги может проходить от источника питания к катоду 130 через катодный соединительный элемент 602. Катодная трубка 604, которая соединена с катодным соединительным элементом 602, затем обеспечивает прохождение тока 752 вспомогательной дуги к катодному блоку 606, который передает ток трубке 116 для охлаждающей жидкости посредством ленты Louvertac 702 на проксимальном конце 740 трубки 116 для охлаждающей жидкости. Ток 752 вспомогательной дуги проходит в дистальном направлении по трубке 116 для охлаждающей жидкости и передается внутренней поверхности электрода 108 посредством ленты Louvertac 704 на дистальном конце 742 трубки 116 для охлаждающей жидкости, в результате чего энергия подается к внутренней поверхности электрода 108. В альтернативных вариантах осуществления ток вспомогательной дуги проходит от катода 130 к электроду 108 без использования трубки 116 для охлаждающей жидкости, например, через физическое соединение между катодом 130 и электродом 108. Достигнув электрода 108, ток 752 вспомогательной дуги вызывает искровой разряд в плазмообразующем газе, проходящем в зазоре между электродом 108 и соплом 110, в результате чего в зазоре образуется вспомогательная дуга. Для замыкания цепи для образования вспомогательной дуги тракт 752 прохождения тока вспомогательной дуги может проходить обратно в наконечник 102 горелки при прохождении в проксимальном направлении от сопла 110 к завихрителю 150 (который может быть выполнен из проводящего материала) и к токопроводящему кольцу 800 в наконечнике 102 горелки. Как показано, дистальный конец завихрителя 150 физически контактирует с соплом 110 на поверхности 758 соприкосновения. Проксимальный конец завихрителя 150 физически контактирует, по меньшей мере, с дистальным краем 802 кольцевой части 800а токопроводящего кольца 800 посредством электрического соединителя Louvertac 756. Таким образом, завихритель 150 выполнен с возможностью возврата тока 752 вспомогательной дуги из сопла 110 картриджа 104 в наконечник 102 горелки. Кольцевая часть 800а токопроводящего кольца 800 может передавать ток 752 вспомогательной дуги в выступающую часть 800b токопроводящего кольца 800, которая пропускает поток 752 тока вспомогательной дуги к соединительному элементу 124 для образования вспомогательной дуги, предусмотренному в полости 148, для возврата тока вспомогательной дуги в источник питания.
[00108]
Поток газа в зазоре между электродом 108 и соплом 110 ионизируется посредством вспомогательной дуги, так что электрическое сопротивление между электродом 108 и обрабатываемой деталью (непоказанной) становится малым. Напряжение, превышающее напряжение, используемое для возбуждения вспомогательной дуги, может быть подано на электрод 108 и обрабатываемую деталь для возбуждения дуги, подлежащей передаче к обрабатываемой детали, после ионизации зазора. Данная дуга между электродом 108 и обрабатываемой деталью представляет собой дугу прямого действия. Для поддержания дуги прямого действия ток дуги прямого действия, который обеспечивает подачу более высокого напряжения от источника питания, пропускается от катода 130 к электроду 108 посредством трубки 116 для охлаждающей жидкости и лент Louvertac 702, 704 по существу аналогично прохождению 752 тока вспомогательной дуги в дистальном направлении. Для замыкания цепи для образования дуги прямого действия ток дуги прямого действия возвращается от обрабатываемой детали в источник питания по отдельным проводам (непоказанным).
b. Коммуникационное устройство (Считыватель RFID-меток)
[00109]
Согласно другому аспекту изолятор 118 горелки может быть выполнен с возможностью поддержания беспроводной связи между наконечником 102 горелки и картриджем 104. В некоторых вариантах осуществления изолятор 118 горелки включает в себя полость 144 (показанную на фиг.2) с отверстием 144а на проксимальном конце 21 изолятора 118 горелки (показанным на фиг.3). Полость 144 может быть выполнена с возможностью удерживания коммуникационного устройства 122 в изоляторе 118 горелки. Коммуникационное устройство 122 выполнено с возможностью извлечения из полости 144 через отверстие 144а. В некоторых вариантах осуществления полость 144 проходит частично в изолятор 118 горелки вдоль центральной продольной оси А так, что отсутствует соответствующее отверстие на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки.
[00110]
Фиг.10 представляет собой иллюстративную конструкцию коммуникационного устройства 122 наконечника 102 горелки согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Коммуникационное устройство 122 может представлять собой считыватель меток радиочастотной идентификации (RFID), выполненный с возможностью приема сигналов RFID, передаваемых беспроводным способом от близко расположенного сигнального устройства 160 (например, RFID-метки), расположенного в картридже 104 (показано на фиг.2). Коммуникационное устройство 122 выполнено с возможностью обработки данных сигналов для извлечения соответствующих данных, передаваемых сигнальным устройством 160, о картридже 104 (и/или другой информации о горелке) и переадресовки данных в процессор (непоказанный) для анализа. Как правило, коммуникационное устройство 122 может быть размещено в таком месте в плазменной горелке 10, как место в изоляторе 118 горелки, для минимизации вероятности ситуации, при которой плазменная дуга и зажигание дуги нарушат беспроводную связь между сигнальным устройством 160 и коммуникационным устройством 122. Коммуникационное устройство 122 может включать в себя соединитель 806 на проксимальном конце, антенный блок 808 на дистальном конце и блок 810 обработки данных между соединителем 806 и антенным блоком 808.
[00111]
Антенный блок 808 может включать в себя антенную катушку 814, выполненную с возможностью беспроводной передачи радиочастотных сигналов сигнальному устройству 160 для опрашивания сигнального устройства 160 и/или приема радиочастотных сигналов от сигнального устройства 160 в качестве реакции на опрашивание. Эта антенная катушка 814 может быть расположена на дистальном конце антенного блока 808 (то есть дистальном конце коммуникационного устройства 122) так, что, когда коммуникационное устройство 122 вставлено в полость 144, антенная катушка 814 будет заделана на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки. Подобное размещение минимизирует расстояние при беспроводной связи между антенной катушкой 814 и сигнальным устройством 160 в картридже 104 и уменьшает помехи при связи между ними. В некоторых вариантах осуществления антенная катушка 814 расположена на торцевой поверхности дистального конца коммуникационного устройства. Например, антенная катушка 814 может быть намотана вокруг штыря 812 на дистальном конце антенного блока 808. Блок 808 также может включать в себя пластиковый цилиндрический корпус, выполненный с возможностью подвода одного или более проводов, соединенных с антенной катушкой 814, к блоку 810 обработки данных. Блок 810 обработки данных может включать в себя пластиковый цилиндрический корпус, имеющий один или более компонентов аппаратного обеспечения (например, печатную плату (РСВ)), расположенных в нем. Печатная плата, которая соединена с проводами от антенной катушки 814 антенного блока 808, выполнена с возможностью (i) снабжения коммуникационного устройства 122, включающего в себя антенный блок 808, энергией, (ii) снабжения сигнального устройства 160 энергией и (iii) беспроводного сообщения с сигнальным устройством 160 посредством антенной катушки 814 при использовании протокола обмена данными (например, протокола радиочастотной идентификации, такого как ISO/IEC 15693) для обработки данных от сигнального устройства 160. В некоторых вариантах осуществления печатная плата может снабжать энергией всю цепь связи в горелке 10, которая включает в себя коммуникационное устройство 122, сигнальное устройство 160 и соответствующие компоненты. Соединитель 806, который электрически соединен с печатной платой блока 810 обработки данных, выполнен с возможностью передачи данных, обработанных блоком 810 обработки данных, в вычислительное устройство (например, центральный процессор или тому подобное), внешнее по отношению к горелке 10. Например, соединитель 806 во взаимодействии с печатной платой блока 810 обработки данных может передавать информацию, полученную от сигнального устройства 160, внешнему вычислительному устройству, используя или беспроводное, или проводное соединение.
[00112]
В некоторых вариантах осуществления схемы, которые обеспечивают возможность беспроводной связи между коммуникационным устройством 122 и сигнальным устройством 160, являются аналоговыми, в то время как схемы, которые обеспечивают возможность (проводной или беспроводной) связи между коммуникационным устройством 122 и внешним вычислительным устройством, являются цифровыми. При данной конфигурации размещение коммуникационного устройства 122, включающего в себя печатную плату, в горелке 10 позволяет уменьшить расстояние передачи данных между коммуникационным устройством 122 и сигнальным устройством 160 и, следовательно, уменьшить наведение шумов в соответствующих аналоговых схемах. Однако размещение коммуникационного устройства 122 в горелке 10 может привести к увеличению расстояния передачи данных между коммуникационным устройством 122 и удаленным вычислительным устройством и, следовательно, может привести к увеличению наведения шумов в соответствующих цифровых схемах, но цифровые схемы являются более устойчивыми (то есть более невосприимчивыми) к помехам, чем аналоговые схемы.
[00113]
В некоторых вариантах осуществления коммуникационное устройство 122 заделано в один или более слоев защитного материала, обеспечивающего, например, электрическую изоляцию, защиту от проникновения охлаждающей жидкости (а также защиту от отходов, переносимых потоком охлаждающей жидкости) и защиту от других факторов окружающей среды. В некоторых вариантах осуществления корпус блока 810 обработки данных и/или корпус антенного блока 808 выполнены из долговечного пластика для защиты компонентов в них от жидкости и отходов. Корпуса могут быть просвечивающими, так что сигнальные светодиоды печатной платы в них могут быть видны снаружи корпусов. В некоторых вариантах осуществления одно или более уплотнительных колец используются для защиты коммуникационного устройства 122 от повреждений, вызываемых жидкостью, и создания электроизоляционного барьера.
[00114]
В некоторых вариантах осуществления коммуникационное устройство 122 в изоляторе 118 горелки электрически изолировано от схем питания и зажигания плазменной дуги, например, посредством электрической изоляции, рассчитанной на приблизительно 30000 В. В некоторых вариантах осуществления коммуникационное устройство 122 выполнено с возможностью его установки внутри изолятора 118 горелки при одновременном размещении всех остальных компонентов изолятора 118 горелки, описанных выше, а также защитных слоев вокруг коммуникационного устройства 122, которые увеличивают его объем. Например, коммуникационное устройство 122 может быть выполнено длинным, узким и/или гибким для лучшей вставки в изолятор 118 горелки.
[00115]
Во время эксплуатации плазменная горелка 100 может повышать температуру окружающего воздуха до 100 градусов Цельсия, что оставляет мало возможностей для повышения рабочих температур. Следовательно, в некоторых вариантах осуществления коммуникационное устройство 122 выполнено с возможностью создания минимальной рабочей температуры. Например, коммуникационное устройство 122 может иметь низкое напряжение питания схем, низкую тактовую частоту блока управления многоточечной связью (MCU), низкую рабочую максимальную нагрузку и/или спящий режим с временным отсутствием функционирования для минимизации тепловыделения.
[00116]
В некоторых вариантах осуществления цепь связи горелки, которая включает в себя коммуникационное устройство 122 и сигнальное устройство 160, смещена от центральной продольной оси А плазменной горелки 10. Данное смещение позволяет разместить цепь связи на расстоянии от зоны горелки, которая определяет характеристики плазменной обработки. В общем случае зона, в которой размещена цепь связи, не подвержена воздействию изменений технологических процессов плазменной обработки, что обеспечивает возможность свободы при проектировании технологических процессов плазменной обработки и стабильности характеристик цепей связи. В некоторых вариантах осуществления для уменьшения нежелательных соединений между цепью связи в горелке и соседними металлическими компонентами размер антенной катушки 814 минимизирован (например, за счет уменьшения диаметра катушки) и/или минимизирована мощность устройств радиочастотной идентификации для уменьшения размера образующегося в результате поля RFID-сигнала. В общем случае можно учесть соседние металлические компоненты, которые потенциально могут находиться в контакте с полем RFID-сигнала, и выполнить их в основном с соответствующими размерами и близостью расположения по отношению к цепи связи в горелке.
[00117]
В альтернативных вариантах осуществления плазменная горелка 10 не включает в себя систему связи, которая включает, например, коммуникационное устройство 122 в наконечнике 102 горелки или сигнальное устройство 106 в картридже 102. Например, система связи может отсутствовать в горелке, в которой картридж 104 присоединен к наконечнику 102 горелки или быстро отсоединяемому наконечнику горелки, который, в свою очередь, присоединен к приемному гнезду горелки.
[00118]
В некоторых вариантах осуществления, как проиллюстрировано на фиг.2 и 10, система связи в плазменной горелке 10 дополнительно включает в себя второе сигнальное устройство 162 (например, RFID-метку), расположенное в или на коммуникационном устройстве 122 в изоляторе 118 горелки, например, в антенном блоке 808 коммуникационного устройства 122 рядом с антенной катушкой 814. В альтернативном варианте второе сигнальное устройство 162 может быть расположено в наконечнике 102 горелки вне коммуникационного устройства 122 и/или изолятора 118 горелки. Возможное, но необязательное основание 164 может быть использовано для удерживания второго сигнального устройства 162 на месте. Второе сигнальное устройство 162 выполнено с возможностью считывания и/или записи информации о плазменной горелке 10 (например, числа зажженных дуг) и передачи информации в систему плазменной резки, которая может затем ретранслировать информацию первому сигнальному устройству 160 в картридже 104. Как правило, первое и второе сигнальные устройства 160, 162 могут обмениваться информацией между собой.
с. Омический контакт
[00119]
Согласно еще одному аспекту изолятор 118 горелки может быть выполнен с возможностью поддержания омического контакта для регулирования относительной высоты между горелкой 10 и обрабатываемой деталью для облегчения управления горелкой. В некоторых вариантах осуществления изолятор 118 горелки включает в себя полость 146 для поддержания омического контакта (показанную на фиг.8) с отверстием 146а на проксимальном конце 21 изолятора 118 горелки (показано на фиг.3). Фиг.8 представляет собой вид в разрезе плазменной горелки 10 по фиг.2, ориентированной для иллюстрации приведенного в качестве примера «тракта» 780 омического контакта, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано, предназначенная для поддержания омического контакта полость 146 изолятора 118 горелки в наконечнике 102 горелки может быть выполнена с возможностью удерживания соединительного элемента 131 для создания омического контакта, который выполнен с возможностью извлечения из полости 146 через отверстие 146а (показанное на фиг.3). В некоторых вариантах осуществления полость 146 для поддержания омического контакта проходит частично в изолятор 118 горелки вдоль продольной оси А так, что отсутствует соответствующее отверстие на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки.
[00120]
Тракт 780 омического контакта по фиг.8 позволяет устройству (непоказанному) управления горелкой 10 обнаружить и измерить обрабатываемую деталь/плиту 782 для регулирования относительной высоты между горелкой 10 и обрабатываемой деталью 782 перед работой или во время работы горелки. Что касается тракта 780 омического контакта, то при установке наконечника 102 горелки во время работы горелки входной штырь (непоказанный) устанавливает электрический контакт с соединительным элементом 131 для создания омического контакта для образования тракта 780 электрического контакта. Затем тракт 780 продолжается на длине соединительного элемента 131 для создания омического контакта для обеспечения электрического контакта с корпусом 18 горелки посредством установочного винта 784. Тракт 780 проходит в дистальном направлении через корпус 18 горелки и поджимной колпачок 120 и доходит до кожуха 114 картриджа 104. Данный тракт 780 позволяет устройству управления определить место расположения обрабатываемой детали/плиты 782 и отрегулировать относительную высоту соответствующим образом. В некоторых вариантах осуществления кожух 114 картриджа 104 электрически изолирован от сопла 110 картриджа 104 для обеспечения возможности прохождения тракта 780 омического контакта от наконечника 102 горелки до кожуха 114 на наружной поверхности горелки 10.
[00121]
В некоторых вариантах осуществления тракт 780 омического контакта по фиг.8 электрически изолирован от тракта 752 прохождения тока вспомогательной дуги и/или тракта прохождения тока дуги прямого действия посредством использования изолятора 118 горелки. Например, тракт 752 прохождения тока вспомогательной дуги и тракт прохождения тока дуги прямого действия могут проходить через изолятор 118 горелки, в то время как тракт 780 омического контакта проходит большей частью через корпус 18 горелки.
d. Защитный газ
[00122]
2
Согласно еще одному аспекту изолятор 118 горелки может быть выполнен с возможностью направления одного или более потоков газов из наконечника 102 горелки в картридж 104. В некоторых вариантах осуществления изолятор 118 горелки выполнен с возможностью направления, по меньшей мере, одного защитного газа из наконечника 102 горелки в картридж 104. Приводимые в качестве примера защитные газы включают воздух, кислород (то есть О) и аргон. В некоторых вариантах осуществления тракт прохождения защитного газа и каналы, описанные в данном документе, также совместимы с пропусканием защитной текучей среды, такой как вода, между наконечником 102 горелки и картриджем 104. Изолятор 118 горелки может включать в себя канал 850 для защитного газа, проходящий от отверстия 126а на проксимальном конце 21 изолятора 118 горелки (показано на фиг.3) до отверстия 126b для защитного газа на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки (показано на фиг.4).
[00123]
Фиг.11а и b представляют собой виды в разрезе плазменной горелки 10 по фиг.2, ориентированной для иллюстрации приведенного в качестве примера тракта 868 прохождения защитного газа из наконечника горелки 102 к картриджу 104 по каналу 850 для защитного газа (включающему в себя участки 850а и 850с канала для защитного газа), согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано, канал 850 для защитного газа может включать в себя несколько участков. Первый участок 850а канала соединяет отверстие 126а на проксимальном конце 21 изолятора 118 горелки с внутренним отверстием 860 в или на изоляторе 118. Первый участок 850а канала может проходить по существу параллельно продольной оси А. Второй участок канала (непоказанный) может соединять отверстие 860 с другим внутренним отверстием 862 в или на изоляторе 118, при этом второе внутреннее отверстие 862 радиально смещено от первого внутреннего отверстия 860. Например, внутренние отверстия 860, 862 могут быть радиально смещены друг от друга на приблизительно 30 градусов - приблизительно 90 градусов. Второй участок канала может проходить в направлении вдоль окружности вокруг изолятора 118 горелки (или с другой ориентацией) для соединения внутренних отверстий 860, 862. Третий участок 850с канала соединяет внутреннее отверстие 862 с отверстием 126b на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки. Третий участок 850с канала может проходить по существу параллельно продольной оси А.
[00124]
В некоторых вариантах осуществления после прикрепления картриджа 104 к наконечнику 102 горелки соответствующий канал 864 для защитного газа в обойме 112 картриджа в картридже 104 будет выровнен относительно участка 850с канала для защитного газа с возможностью сообщения по текучей среде. Поток 868 защитного газа может проходить в картридж 104 через проксимальное отверстие 864а канала 864 для защитного газа в обойме 112 картриджа. Канал 864 для защитного газа также имеет отверстие 864b на дистальном конце обоймы 112 картриджа, которое соединено по текучей среде с каналом 872 для газа между кожухом 114 и соплом 110. Таким образом, канал 864 для защитного газа может обеспечить поступление защитного газа из наконечника 102 горелки в канал 872 для газа. В некоторых вариантах осуществления обойма 112 картриджа включает в себя один или более компонентов на траектории канала 864 для защитного газа для регулирования одного или более параметров (например, режима и расхода) потока 868 защитного газа в нем. Подробности, относящиеся к каналу 864 для защитного газа, завихряющим компонентам обоймы 112 картриджа и потоку 868 защитного газа через картридж 104, описаны ниже.
[00125]
В отношении тракта 868 прохождения защитного газа, показанного на фиг.11а и b, следует отметить, что защитный газ вводится в наконечник 102 горелки через отверстие 126а для защитного газа на проксимальном конце 21 изолятора 118 горелки. Газ 868 проходит в дистальном направлении по участку 850а канала для защитного газа до внутреннего отверстия 860. Затем газ 868 может проходить в направлении вдоль окружности (или с другой ориентацией) вокруг изолятора 118 горелки по второму участку канала 850 для защитного газа до внутреннего отверстия 862, которое расположено на расстоянии от внутреннего отверстия 860. Газ 868 проходит в продольном направлении от отверстия 862 до отверстия 126b на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки по участку 850с канала для защитного газа до картриджа 104. После выхода из наконечника 102 горелки через отверстие 126b поток 868 защитного газа поступает в канал 864 для защитного газа в обойме 112 картриджа в картридже 104. Газ 868 проходит в дистальном направлении по каналу 864 для защитного газа в обойме 112 картриджа и выходит из отверстия 864b канала 864 для защитного газа в канал 872 для газа между кожухом 114 и соплом 110 для охлаждения данных двух компонентов. Защитный газ 868 может выходить из картриджа 104 через выходное отверстие 870 кожуха.
е. Плазмообразующий газ
[00126]
В некоторых вариантах осуществления изолятор 118 горелки в наконечнике 102 горелки может обеспечить направление одного или более плазмообразующих газов из наконечника 102 горелки к картриджу 104. Например, изолятор 118 горелки может быть выполнен с возможностью приема газа из множества источников, выбора одного из газов или смешивания газов и ввода выбранного газа или смеси газов в картридж 104. Фиг.12а-с представляют собой виды в разрезе плазменной горелки 10 по фиг.2, ориентированной для иллюстрации приведенного в качестве примера тракта 900 прохождения плазмообразующего газа из наконечника 102 горелки к картриджу 104, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения.
[00127]
2
2
Изолятор 118 горелки включает в себя два отверстия 200а и 200b для плазмообразующего газа на проксимальном конце 21 изолятора 118 горелки, при этом каждое отверстие выполнено с возможностью приема плазмообразующего газа, такого как кислород (О), воздух, азот (N), газы на основе водорода (например, Н35)), топливный газ F5 или смесь одного или более из данных химических веществ. Кроме того, изолятор 118 горелки может включать в себя полость 202 (показанную на фиг.12а-с), выполненную с возможностью размещения клапана 204 для плазмообразующего газа. Полость 202 соединена с отверстием 202а на проксимальном конце 21 изолятора 118 горелки (показанным на фиг.3), через которое клапан 204 для плазмообразующего газа может быть размещен в полости 202 с возможностью извлечения. Клапан 204 для плазмообразующего газа выполнен с возможностью выбора одного из газов или смеси газов, поступающих из отверстий 200а и 200b для плазмообразующего газа, и ввода получающегося в результате газа или газовой смеси в картридж 104 по каналу 206 для плазмообразующего газа (показанному на фиг.12а-с) и через отверстие 200с на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки (также показано на фиг.4).
[00128]
Как показано на фиг.12а, иллюстративный тракт 900 прохождения плазмообразующего газа содержит поток 900а первого плазмообразующего газа, поступающий из отверстия 200а для плазмообразующего газа в клапан 204 для плазмообразующего газа, расположенный в полости 202, по соединительному каналу 902. Соединительный канал 902 соединяет по текучей среде отверстие 200а с впускным элементом 904 клапана 202 для плазмообразующего газа для ввода потока 902первого плазмообразующего газа в клапан 204. Как показано на фиг.12b, тракт 900 прохождения плазмообразующего газа содержит поток 900b второго плазмообразующего газа, поступающий из отверстия 200b для плазмообразующего газа в клапан 204 для плазмообразующего газа по соединительному каналу 906. Соединительный канал 906 соединяет по текучей среде отверстие 200b со вторым впускным элементом 908 для ввода потока 900b второго плазмообразующего газа в клапан 204 для плазмообразующего газа. Как показано на фиг.12с, клапан 204 для плазмообразующего газа выбирает один/одну из газов или смесей газов и обеспечивает прохождение получающегося в результате потока 900с плазмообразующего газа по каналу 206 для плазмообразующего газа для выхода из отверстия 200с на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки. Канал 206 для плазмообразующего газа выполнен так, что он проходит в продольном направлении вдоль длины горелки 10 и соединяет по текучей среде выпускной элемент 910 клапана 204 для плазмообразующего газа с отверстием 200с на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки.
[00129]
В отношении тракта 900с прохождения плазмообразующего газа, показанного на фиг.12с, следует отметить, что после выхода из наконечника 102 горелки через отверстие 200с поток 900с плазмообразующего газа проходит в соответствующий канал 912 для плазмообразующего газа в обойме 112 картриджа в картридже 104 через отверстие 912а на проксимальном конце 15 обоймы 112 картриджа. Газ 900с проходит в продольном направлении по каналу 912 для плазмообразующего газа в обойме 112 картриджа и выходит из отверстия 912b на дистальном конце 17 обоймы 112 картриджа, которое обеспечивает ввод газа в канал 918 для плазмообразующего газа между электродом 108 и соплом 110 картриджа 110. Плазмообразующий газ 900с может проходить в дистальном направлении по каналу 918 и выходить из картриджа 104 через центральное выходное отверстие 916 сопла и центральное выходное отверстие 870 кожуха. В некоторых вариантах осуществления завихритель 150 на тракте потока 900с плазмообразующего газа может сообщить вихревое движение потоку 900с плазмообразующего газа. Подробности, относящиеся к каналу 912 для плазмообразующего газа, завихрителю 150 и потоку 900с плазмообразующего газа, проходящему через картридж 104, описаны ниже.
[00130]
В некоторых вариантах осуществления поток 868 защитного газа и поток 900 плазмообразующего газа изолированы по текучей среде друг от друга как в наконечнике 102 горелки, так и в картридже 104, так что тракты прохождения данных газов не пересекаются и данные газы не проходят по одним и тем же каналам. Например, канал 206 для плазмообразующего газа и канал 850 для защитного газа изолированы по текучей среде друг от друга. В некоторых вариантах осуществления изолятор 118 горелки в наконечнике 102 горелки выполнен с возможностью регулирования потоков газа, проходящих через горелку 10, посредством направления потока 868 защитного газа и потока 900 плазмообразующего газа в соответствующие каналы в обойме 112 картриджа для распределения по соответствующим проходам для газа в картридже 104 (например, по каналу 872 между соплом 110 и кожухом 114 в случае потока 868 защитного газа и каналу 918 между электродом 108 и соплом 110 в случае потока 900с плазмообразующего газа).
f. Поток охлаждающей жидкости
[00131]
Согласно еще одному аспекту изолятор 118 горелки может быть выполнен с возможностью последовательного направления потока охлаждающей жидкости для циркуляции между наконечником 102 горелки и картриджем 104. Приводимая в качестве примера охлаждающая жидкость включает воду, пропиленгликоль, этиленгликоль или ряд поставляемых на рынок, охлаждающих жидкостей, специально предназначенных для систем плазменной резки. Как показано на фиг.3, изолятор 118 горелки может включать в себя отверстие 128а для охлаждающей жидкости на проксимальном конце 21 изолятора 118 горелки для ввода охлаждающей жидкости в наконечник 102 горелки.
[00132]
Фиг.13а и b представляют собой виды в разрезе плазменной горелки 10 по фиг.2, ориентированной для иллюстрации приведенного в качестве примера тракта 950 прохождения охлаждающей жидкости, которая циркулирует между наконечником 102 горелки и картриджем 104 в последовательности участков каналов, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Охлаждающая жидкость сначала вводится в наконечник 102 горелки через отверстие 128а на проксимальном конце 21 изолятора 118 горелки и проходит вдоль тракта 950 прохождения охлаждающей жидкости по фиг.13а. Охлаждающая жидкость 950 проходит из отверстия 128а к катодному блоку 606 в изоляторе 118 горелки по соединительному каналу 952 и поступает в катодный блок 606 через, по меньшей мере, одно входное отверстие катодного блока 606. Фиг.14а и b представляют собой соответственно иллюстративные вид сбоку и вид проксимального конца катодного блока 606 наконечника 102 горелки согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.14b, катодный блок 606 может включать в себя первую группу из трех отверстий 620а-с для ввода жидкости, распределенных по внутренней периферии катодного блока 606. В других вариантах осуществления образовано большее или меньшее число входных отверстий. Соединительный канал 952 соединяет по текучей среде отверстие 128а изолятора горелки с первой группой отверстий 620а-с для ввода жидкости для пропускания охлаждающей жидкости в катодный блок 606. Отверстия 620а-с для ввода жидкости в катодном блоке 606 могут обеспечить прохождение охлаждающей жидкости дальше в отверстие 745 на проксимальном конце 740 трубки 116 для охлаждающей жидкости, которая может быть физически присоединена к катодному блоку 606, как описано выше. В некоторых вариантах осуществления соединения между входными отверстиями 620а-с и отверстием 745 на проксимальном конце трубки 116 для охлаждающей жидкости перекрещиваются (например, для экономии места) для подачи охлаждающей жидкости из катодного блока 606 в трубку 116 для охлаждающей жидкости.
[00133]
В трубке 116 для охлаждающей жидкости тракт 950 прохождения охлаждающей жидкости продолжается в продольном направлении к дистальному концу 742 трубки 116 для охлаждающей жидкости. Поток 950 охлаждающей жидкости выходит из трубки 116 для охлаждающей жидкости через дистальное отверстие 746 трубки 116 для охлаждающей жидкости и поступает в полость 954, ограниченную внутренней поверхностью электрода 108 картриджа 104, тем самым по существу охлаждая электрод 108. Следовательно, тракт 950 исходного потока охлаждающей жидкости по существу ограничен в пределах основного канала 132 изолятора 118 горелки (в котором размещается, по меньшей мере, часть катода 130 и трубки 116 для охлаждающей жидкости) и соответствующего основного канала 1020 обоймы 112 картриджа (который соединен с полостью 954 электрода 108). Поток 950 охлаждающей жидкости, направляемый посредством стенки полости 954, изменяет направление на противоположное и продолжается в проксимальном направлении в основных каналах 1020, 132 вдоль наружной поверхности трубки 116 для охлаждающей жидкости. Данный обратный поток также по существу охлаждает ленту Louvertac, окружающую наружную часть дистального конца 742 трубки 116 для охлаждающей жидкости.
[00134]
Поток 950 охлаждающей жидкости продолжается по направлению к катодному блоку 606 наконечника 102 горелки. Поток 950 охлаждающей жидкости может входить в катодный блок 606 через дистальное отверстие 622 катодного блока 606 (показанное на фиг.14а). Как только охлаждающая жидкость 950 окажется внутри катодного блока 606, она будет проходить в радиальном направлении наружу по выходному каналу 624 катода 130. Выходной канал 624 соединяет по текучей среде катод 606 с первым каналом 958 охлаждения в изоляторе 118 горелки, который проходит в продольном направлении вдоль длины наконечника 102 горелки для пропускания потока 950 охлаждающей жидкости снова из наконечника 102 горелки в картридж 104. В частности, первый канал 958 охлаждения соединяет по текучей среде выходной канал 624 и первое отверстие 960а для охлаждающей жидкости на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки (также показано на фиг.4). Первый канал 958 охлаждения обеспечивает прохождение потока 950 охлаждающей жидкости от катода 130 к картриджу 104 через отверстие 960а изолятора 118 горелки и ввод потока 950 охлаждающей жидкости в отверстие 962а на проксимальном конце 15 обоймы 112 картриджа, при этом проксимальное отверстие 962а соединено с соответствующим первым каналом 962 охлаждения в обойме 112 картриджа в картридже 104.
[00135]
Охлаждающая жидкость 950 проходит в дистальном направлении через обойму 112 картриджа по первому каналу 962 охлаждения до отверстия 962b на дистальном конце 17 обоймы 112 картриджа, которое соединяет по текучей среде первый канал 962 охлаждения в обойме 112 картриджа с сопловым отверстием 966, соответствующим соплу 110. В частности, сопло 110 может быть соединено с наружным компонентом 111 сопла (таким как обойма сопла для невентилируемого сопла или вкладыш сопла для вентилируемого сопла), и отверстие 966 может быть выполнено на наружном компоненте 111 сопла так, что оно может обеспечить ввод потока охлаждающей жидкости из дистального отверстия 962b канала охлаждения в проточную камеру 965 для охлаждения сопла, образованную между наружной поверхностью сопла 110 и внутренней поверхностью наружного компонента 111 сопла. Когда поток 950 охлаждающей жидкости проходит в дистальном направлении через проточную камеру 965 для охлаждения сопла и через сопловое отверстие 966, он по существу охлаждает сопло 110 и наружный компонент 111 сопла. После достижения дистального конца сопла 110 поток 950 охлаждающей жидкости может завихряться вокруг, по меньшей мере, части окружной периферии сопла 110 по кольцевому каналу (непоказанному), расположенному на наружной поверхности сопла 110. Поток 950 охлаждающей жидкости может возвращаться в проксимальном направлении с другой стороны сопла 110 в проточной камере 965 и по направлению к другому отверстию 967 на наружном компоненте 111 сопла. Второе сопловое отверстие 967, в свою очередь, соединено по текучей среде со вторым каналом 968 охлаждения в обойме 112 картриджа. В частности, второй канал 968 охлаждения соединяется со вторым отверстием 967 наружного компонента 111 сопла в отверстии 968b на дистальном конце 17 обоймы 112 картриджа. Второй канал 968 охлаждения в обойме 112 картриджа выполнен с возможностью пропускания потока 950 охлаждающей жидкости из проточной камеры 965 для охлаждения сопла и в соответствующий второй канал 970 охлаждения в изоляторе 118 горелки в наконечнике 102 горелки через отверстие 968а второго канала охлаждения на проксимальном конце 15 обоймы 112 картриджа и отверстие 960b второго канала охлаждения на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки (также показано на фиг.4). Когда поток 950 охлаждающей жидкости проходит в проксимальном направлении через изолятор 118 горелки во втором канале 970 охлаждения в наконечнике 102 горелки, поток охлаждающей жидкости проходит во внутреннее отверстие 972 второго канала 970 охлаждения в изоляторе 118 горелки. То есть, второй канал 970 охлаждения соединяет внутреннее отверстие 972 с отверстием 960b на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки.
[00136]
Как проиллюстрировано на фиг.13b, внутреннее отверстие 972 второго канала 970 охлаждения может быть соединено по текучей среде с внутренним отверстием 974 третьего канала 976 охлаждения в изоляторе 118 горелки посредством распределительного канала (непоказанного), проходящего в направлении вдоль окружности вокруг изолятора 118 горелки. Второй канал 970 охлаждения и третий канал 976 охлаждения могут быть радиально смещены друг от друга на приблизительно 30 градусов - приблизительно 90 градусов (например, на 70 градусов). Таким образом, распределительный канал соединяет внутренние отверстия 972, 974 для подачи потока 950 охлаждающей жидкости из второго канала 970 охлаждения в третий канал 976 охлаждения. В третьем канале 976 охлаждения охлаждающая жидкость 950 проходит в дистальном направлении к отверстию 960с третьего канала охлаждения на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки (также показанному на фиг.4), чтобы снова войти в картридж 104. В частности, после выхода из третьего канала 976 охлаждения в изоляторе 118 горелки в наконечнике 102 горелки через отверстие 960с поток 950 охлаждающей жидкости может входить в картридж 104 через соответствующее отверстие 978а третьего канала охлаждения на проксимальном конце 15 обоймы 112 картриджа, которое соединено с третьим каналом 978 охлаждения в обойме 112 картриджа для продолжения потока в дистальном направлении к кожуху 114 в картридже 104. Поток 950 охлаждающей жидкости выходит из третьего канала 978 охлаждения через отверстие 978b на дистальном конце 17 обоймы 112 картриджа, чтобы войти в кольцеобразную проточную зону 1222 для охлаждения кожуха, образованную между наружной боковой поверхностью обоймы 112 картриджа и соответствующей внутренней поверхностью кожуха 114. Поток 950 охлаждающей жидкости может проходить в направлении вдоль окружности вокруг проточной зоны 1222 для охлаждения кожуха, тем самым охлаждая кожух 114. После кольцеобразной проточной зоны 1222 для охлаждения кожуха поток 950 охлаждающей жидкости может возвращаться в обойму 112 картриджа с другой стороны проточной зоны 1222 посредством входа в отверстие 982b на дистальном конце 17 обоймы 112 картриджа. Отверстие 982b, которое сообщается по текучей среде с проточной зоной 1222 для охлаждения кожуха, соединено с четвертым каналом 982 охлаждения в обойме 112 картриджа. Затем поток 950 охлаждающей жидкости проходит в проксимальном направлении в четвертом канале 982 охлаждения, выходит из четвертого канала 982 охлаждения через отверстие 982а на проксимальном конце 15 обоймы 112 картриджа и проходит в наконечник 102 горелки. Поток 950 охлаждающей жидкости входит в наконечник 102 горелки через отверстие 980d четвертого канала охлаждения на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки (также показанное на фиг.4). Отверстие 960d на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки соединено по текучей среде с четвертым каналом 984 охлаждения в наконечнике 118 горелки, выполненным с возможностью подачи потока 950 охлаждающей жидкости из картриджа 104 во внутреннее отверстие 986 в изоляторе 118 горелки, которое соединено по текучей среде с катодным блоком 606.
[00137]
Как показано на фиг.14а и 14b, катодный блок 606 содержит вторую группу из одного или более отверстий 626 для ввода жидкости, проходящих от наружной поверхности до внутренней поверхности катодного блока 606. В некоторых вариантах осуществления катодный блок 606 включает в себя вторую группу из трех отверстий 626а-с для ввода жидкости, распределенных по наружной окружной периферии катодного блока 606. В других вариантах осуществления образовано большее или меньшее число входных отверстий. Показанный на фиг.13b, соединительный канал 988 соединяет по текучей среде внутреннее отверстие 986 четвертого канала 984 охлаждения в изоляторе 118 горелки со второй группой отверстий 626а-с для ввода жидкости для пропускания охлаждающей жидкости 950 из четвертого канала 984 охлаждения в катодный блок 606. В некоторых вариантах осуществления соединения между второй группой входных отверстий 626а-с и внутренним отверстием 986 перекрещиваются (например, для экономии места) для подачи охлаждающей жидкости из четвертого канала 984 охлаждения к катодному блоку 606 с завихрением. Когда поток 950 охлаждающей жидкости окажется внутри катодного блока 606, он будет продолжаться в проксимальном направлении для выхода из изолятора 118 горелки через катодную трубку 604 и катодный соединительный элемент 602 в указанном порядке.
[00138]
В некоторых вариантах осуществления изолятора 118 горелки первый канал 958 охлаждения и второй канал 970 охлаждения могут быть радиально смещены друг от друга на приблизительно 30 градусов - 90 градусов (например, приблизительно 90 градусов). Третий канал 976 охлаждения и четвертый канал 984 охлаждения могут быть радиально смещены друг от друга на приблизительно 30 градусов - 90 градусов (например, приблизительно 90 градусов). В некоторых вариантах осуществления обоймы 112 картриджа первый канал 962 охлаждения и второй канал 968 охлаждения могут быть радиально смещены друг от друга на ту же величину в градусов, что и смещение между первым каналом 958 охлаждения и вторым каналом 970 охлаждения в изоляторе 118 горелки (например, приблизительно 90 градусов). Третий канал 978 охлаждения и четвертый канал 982 охлаждения могут быть радиально смещены друг от друга на ту же величину в градусах, что и смещение между третьим каналом 976 охлаждения и четвертым каналом 984 охлаждения в наконечнике 118 горелки (например, приблизительно 90 градусов). В некоторых вариантах осуществления плазменной горелки 10 вторые каналы 970, 968 охлаждения радиально смещены от третьих каналов 978, 978 охлаждения на приблизительно 30 градусов - приблизительно 90 градусов (например, 70 градусов).
[00139]
В общем случае изолятор 118 горелки в наконечнике 102 горелки совместно с обоймой 112 картриджа в картридже 104 выполнен с возможностью регулирования распределения потока 950 охлаждающей жидкости, проходящего в наконечник 102 горелки и картридж 104 и из них, по различным компонентам концевой части картриджа, как описано выше в связи с фиг.13а и b. Например, наконечник 118 горелки и обойма 112 картриджа могут обеспечить направление потока 950 охлаждающей жидкости в нижеуказанной последовательности: (i) от катода 600 к трубке 116 для охлаждающей жидкости и в обратном направлении в основном канале 132 изолятора 118 горелки и основном канале 1020 обоймы 112 картриджа для охлаждения электрода 108, при этом каждый из основных каналов 132, 1020 функционирует в качестве канала как подачи, так и возврата; (ii) из первого канала 958 охлаждения в изоляторе 118 горелки (то есть подающего канала) в первый канал 962 охлаждения в картридже 104 (то есть подающий канал), во второй канал 968 охлаждения в картридже 104 (то есть канал возврата) и во второй канал 970 охлаждения в изоляторе 118 горелки (то есть канал возврата) для охлаждения сопла 110; (iii) из третьего канала 976 охлаждения в изоляторе 118 горелки (то есть подающего канала) в третий канал 978 охлаждения в картридже 104 (то есть подающий канал), в четвертый канал 982 охлаждения в картридже 104 (то есть канал возврата) и четвертый канал 984 охлаждения в изоляторе 118 горелки (то есть канал возврата) для охлаждения кожуха 114. В альтернативных вариантах осуществления тракт 950 прохождения охлаждающей жидкости включает в себя только одну из трех групп из подающего канала и канала возврата для охлаждения одного компонента концевой части картриджа. В альтернативных вариантах осуществления тракт 950 прохождения охлаждающей жидкости включает в себя две из трех групп из подающего канала и канала возврата для охлаждения двух компонентов концевой части картриджа.
[00140]
Даже несмотря на то, что тракт 950 прохождения охлаждающей жидкости по фиг.13а и b проиллюстрирован в виде последовательности, которая обеспечивает охлаждение электрода 108, далее сопла 110 и затем кожуха 114 концевой части картриджа, в равной степени применимы другие последовательности охлаждения. Например, другая последовательность может включать охлаждение кожуха 114, далее сопла 110 и затем электрода 108. Еще одна последовательность может включать охлаждение сопла 110, далее кожуха 114 и затем электрода 108. В некоторых вариантах осуществления настоящего изобретения предусмотрен любой порядок охлаждения данных трех компонентов концевой части картриджа.
[00141]
В некоторых вариантах осуществления тракт 868 прохождения защитного газа, тракт 900 прохождения плазмообразующего газа и тракт 950 прохождения охлаждающей жидкости изолированы по текучей среде друг от друга как в наконечнике 102 горелки, так и в картридже 104, так что тракты прохождения данных текучих сред не пересекаются и данные текучие среды не проходят по одним и тем же каналам. В некоторых вариантах осуществления тракт 868 прохождения защитного газа, тракт 900 прохождения плазмообразующего газа и тракт 950 прохождения охлаждающей жидкости заданы на основе фиксации наконечника 102 горелки к картриджу 104 с заданной ориентацией. Данная фиксация будет подробно описана ниже. В некоторых вариантах осуществления изолятора 118 горелки один или более из каналов 968, 970, 976, 984 охлаждения, канала 206 для плазмообразующего газа и канала 850 для защитного газа являются неконцентрическими относительно центральной продольной оси А. Одна или более из полости 148 для соединительного элемента для образования вспомогательной дуги, полости 144 для коммуникационного устройства и полости 202 для клапана для плазмообразующего газа являются неконцентрическими относительно центральной продольной оси А. В некоторых вариантах осуществления изолятора 118 горелки (показанного на фиг.3) одно или более из отверстия 202а для приема клапана 204 для плазмообразующего газа, отверстий 200а, 200b для плазмообразующего газа, отверстия 148а полости для приема соединительного элемента 123 для образования вспомогательной дуги, отверстия 128а для охлаждающей жидкости, отверстия 146а полости для приема соединительного элемента 131 для создания омического контакта, отверстия 126а для защитного газа, отверстия 144а полости для приема коммуникационного устройства 122 и отверстия 132а основного канала расположены на торцевой поверхности проксимального конца 21 изолятора 118 горелки, при этом торцевая поверхность может быть по существу плоской. Данные отверстия за исключением отверстия 132а основного канала могут быть расположены неконцентрически на проксимальной торцевой поверхности относительно центральной продольной оси А. В некоторых вариантах осуществления изолятора 118 горелки (показанного на фиг.4) одно или более из отверстия 200с для плазмообразующего газа, отверстий 960а-d для охлаждающей жидкости, отверстия 126b для защитного газа и отверстия 132b основного канала расположены на торцевой поверхности дистального конца 23 изолятора 118 горелки, при этом торцевая поверхность может быть по существу плоской. Данные отверстия за исключением отверстия 132а основного канала могут быть расположены неконцентрически на дистальной торцевой поверхности относительно центральной продольной оси А. В контексте настоящего изобретения «неконцентрический» означает, что применяемые канал, полость или отверстие смещены относительно продольной оси. В некоторых вариантах осуществления каждый неконцентрический канал, каждая неконцентрическая полость или каждое неконцентрическое отверстие ориентирован (-а, -о) несимметрично относительно продольной оси А.
[00142]
В некоторых вариантах осуществления отверстие 132а основного канала на проксимальном конце 21 изолятора 118 горелки, основной канал 132 и отверстие 132b основного канала на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки расположены центрально и расположены концентрически относительно центральной продольной оси А. Как описано выше, основной канал 132 выполнен с возможностью подачи, по меньшей мере, одного/одной из (i) тока вспомогательной дуги или дуги прямого действия или, (ii) по меньшей мере, части потока 950 охлаждающей жидкости из наконечника горелки в картридж.
Зона взаимодействия между наконечником горелки и картриджем
[00143]
Как показано на фиг.4, дистальный конец 23 изолятора 118 горелки может дополнительно включать в себя ориентирующий элемент 220 (например, штифт), выполненный с возможностью фиксации изолятора 118 горелки к обойме 112 картриджа с заданной радиальной ориентацией при контактном взаимодействии между наконечником 102 горелки и картриджем 104. Фиг.15 представляет собой вид проксимального конца 15 обоймы 112 картриджа согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Проксимальный конец 15 обоймы 112 картриджа может включать в себя ориентирующий элемент 1002 (например, полость под штифт), который может взаимодействовать с соответствующим ориентирующим элементом 220 на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки для образования, по меньшей мере, части зоны 106 взаимодействия (показанной на фиг.2) между наконечником 102 горелки и картриджем 104. Такая зона 106 взаимодействия обеспечивает возможность выравнивания различных каналов для подвода электроэнергии, охлаждающей жидкости и газа между наконечником 102 горелки и картриджем 104, в результате чего сохраняются заданные тракты прохождения электроэнергии, охлаждающей жидкости и газа, описанные выше со ссылкой на фиг.7, 8 и 11а-13b. В некоторых вариантах осуществления торцевая поверхность дистального конца 23 изолятора 118 горелки является по существу плоской. Торцевая поверхность проксимального конца 15 обоймы 112 картриджа также может быть по существу плоской, так что зона 106 взаимодействия между ними является по существу плоской.
[00144]
В отношении непрерывности потока охлаждающей жидкости между наконечником 102 горелки и картриджем 104 следует указать, что после ориентирования изолятора 118 горелки относительно обоймы 112 картриджа с заданной радиальной ориентацией отверстие 960а первого канала охлаждения на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки (показанное на фиг.4 и 13а) будет выровнено относительно отверстия 962а первого канала охлаждения на проксимальном конце 15 обоймы 112 картриджа (показанного на фиг.13а и 15) для соединения по текучей среде первого канала 958 охлаждения в изоляторе 118 горелки и с первым каналом 962 охлаждения в обойме 112 картриджа (показанным на фиг.13а). При той же заданной радиальной ориентации отверстие 960b второго канала охлаждения в изоляторе 118 горелки (показанное на фиг.4 и 13а) будет выровнено относительно отверстия 968а второго канала охлаждения на проксимальном конце 15 обоймы 112 картриджа (показанного на фиг.13а и 15) для соединения по текучей среде второго канала 970 охлаждения в изоляторе 118 горелки со вторым каналом 968 охлаждения в обойме 112 картриджа (показанным на фиг.13а). При той же заданной радиальной ориентации отверстие 960с третьего канала охлаждения в изоляторе 118 горелки (показанное на фиг.4 и 13b) будет выровнено относительно отверстия 978а третьего канала охлаждения на проксимальном конце 15 обоймы 112 картриджа (показанного на фиг.13b и 15) для соединения по текучей среде третьего канала 976 охлаждения в изоляторе 118 горелки с третьим каналом 978 охлаждения в обойме 112 картриджа (показанным на фиг.13b). При той же заданной радиальной ориентации отверстие 960d четвертого канала охлаждения в изоляторе 118 горелки (показанное на фиг.4 и 13b) будет выровнено относительно отверстия 982а четвертого канала охлаждения в обойме 112 картриджа (показанного на фиг.13b и 15) для соединения по текучей среде четвертого канала 984 охлаждения в изоляторе 118 горелки с четвертым каналом 982 охлаждения в обойме 112 картриджа (показанным на фиг.13b).
[00145]
В отношении непрерывности потоков газов между наконечником 102 горелки и картриджем 104 следует указать, что при заданной радиальной ориентации отверстие 126b для защитного газа на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки (показанное на фиг.4 и 11b) будет выровнено относительно отверстия 864а для защитного газа на проксимальном конце 15 обоймы 112 картриджа (показанного на фиг.11b и 15) для соединения по текучей среде третьего участка 850с канала для защитного газа в изоляторе 118 горелки с каналом 864 для защитного газа в обойме 112 картриджа (показанным на фиг.11b). При той же заданной радиальной ориентации отверстие 200с для плазмообразующего газа на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки (показанное на фиг.4 и 12с) будет выровнено относительно проксимального отверстия 912а для плазмообразующего газа на проксимальном конце 15 обоймы 112 картриджа (показанного на фиг.12с и 15) для соединения по текучей среде канала 206 для плазмообразующего газа в изоляторе 118 горелки с каналом 912 для плазмообразующего газа в обойме 112 картриджа (показанным на фиг.12с).
[00146]
В отношении передачи данных между наконечником 102 горелки и картриджем 104 следует указать, что при заданной радиальной ориентации, обеспечиваемой посредством ориентирующих элементов 220, 1002, считывающее устройство 122 будет выставлено в направлении поворота относительно сигнального устройства 160. Например, антенная катушка 814, заделанная в изоляторе 118 горелки, может соответствовать зоне 230 на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки (показанной на фиг.4) с центром 232, который по существу выровнен относительно центра 1018 той зоны 1016 на проксимальном конце 15 обоймы 112 картриджа (показанной на фиг.15), которая соответствует сигнальному устройству 160, заделанному в картридже 104. Такое совмещение центров 232, 1018 в направлении поворота уменьшает помехи при передаче данных между считывающим устройством 122 и сигнальным устройством 160.
[00147]
Фиг.31 представляет собой часть плазменной горелки 10 по фиг.2, иллюстрирующую приведенные в качестве примера места расположения коммуникационного устройства 122 и сигнального устройства 160 после установки наконечника 102 горелки и картриджа 104 с заданной радиальной ориентацией друг относительно друга, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления в выровненном положении расстояние 816 между определяемым в продольном и радиальном направлениях центром антенной катушки 814 и определяемым в продольном и радиальном направлениях центром сигнального устройства 160 меньше расстояния между определяемым в продольном и радиальном направлениях центром сигнального устройства 160 и любым соседним металлическим материалом, расположенным в наконечнике 102 горелки или картридже 104. В некоторых вариантах осуществления поле радиочастотной идентификации, создаваемое антенной катушкой 814, имеет тороидальную форму вокруг периферии дискообразной RFID-метки 160. Поперечное сечение тороидального поля в любой точке представляет собой круг. Для предотвращения помех расстояние между RFID-меткой 160 и считывающим устройством 122 вдоль оси x (измеряемое в центральной точке круглого сечения поля) меньше или короче расстояния между RFID-меткой 160 и любым соседним металлом вдоль оси Y. Таким образом, поле радиочастотной идентификации имеет такую конфигурацию, что при его перемещении по круговой траектории в пределах тороидальной конфигурации оно не сближается ни с каким металлом до того, как оно сблизится с RFID-меткой 160. В некоторых вариантах осуществления в выровненном положении сигнальное устройство 160 и считывающее устройство 122 ориентированы так, что прямолинейная ось проходит по осевой линии сигнального устройства 160 и осевой линии считывающего устройства 122. В некоторых вариантах осуществления антенная катушка 814 считывающего устройства 122 ориентирована по существу параллельно сигнальному устройству 160. В некоторых вариантах осуществления антенная катушка 814 и RFID-метка 160 осуществляют связь с частотой, составляющей приблизительно 13,5 МГц.
[00148]
В отношении непрерывности электрических соединений между наконечником 102 горелки и картриджем 104 следует указать, что, как показано на фиг.2, при сопряжении изолятора 118 горелки с обоймой 112 картриджа дистальное отверстие 132b основного канала 132 изолятора 118 горелки может быть выровнено относительно отверстия 1020а на проксимальном конце 15 обоймы 112 картриджа для соединения с основным каналом 1020 обоймы 112 картриджа. Таким образом, дистальный конец 742 трубки 116 для охлаждающей жидкости выполнен с возможностью вставки в основной канал 1020 обоймы 112 картриджа через отверстие 1020а. Отверстие 1020b основного канала 1020 на дистальном конце 17 обоймы 112 картриджа соединено с полостью 954 электрода 108 так, что трубка 116 для охлаждающей жидкости проходит через отверстие 1020b и в полость 954. Как разъяснено выше, ток вспомогательной дуги и/или ток дуги прямого действия от источника питания может проходить от катода 130 наконечника 102 горелки к трубке 116 для охлаждающей жидкости, при этом оба данных компонента прикреплены к изолятору 118 горелки, и проходить к электроду 108 картриджа 104 через внутреннюю поверхность полости 954 электрода. Таким образом, токопроводящая трубка 116 для охлаждающей жидкости подводит энергию к внутренней поверхности электрода 108. В некоторых вариантах осуществления одна или более лент Louvertac 702, 704 на любом из двух концов или на обоих концах 740, 742 трубки 116 для охлаждающей жидкости используются, чтобы способствовать пропусканию электрического тока от источника питания к внутренней поверхности электрода 108. Использование, по меньшей мере, ленты Louvertac 704 на дистальном конце 742 трубки 116 для охлаждающей жидкости обеспечивает выравнивание в радиальном направлении/центрирование электрода 108 относительно трубки 116 для охлаждающей жидкости, но не приводит к фиксации электрода 108 с какой-либо определенной радиальной ориентацией. Например, во время сборки оператор может приложить осевое усилие для насаживания электрода 108 в проксимальном направлении на трубку 116 для охлаждающей жидкости, пока лента Louvertac 704 на дистальном конце 742 трубки 116 для охлаждающей жидкости не окажется полностью размещенной в полости 954 электрода 108 и не будет закрыта поверхностью большей части полости 954. Таким образом, лента Louvertac 704 трубки 116 для охлаждающей жидкости позволяет насаживать или снимать электрод 108 в аксиальном направлении соответственно во время соединения или разъединения без использования свинчивания (или другого ориентирующего движения), что обеспечивает возможность применения электрода 108, не требующего инструментов и/или не имеющего резьбы.
[00149]
Простое насаживание/снятие также можно применять для обеспечения контактного взаимодействия между ориентирующим элементом 220 изолятора 118 горелки и ориентирующим элементом 1002 обоймы 112 картриджа для образования зоны 106 взаимодействия. То есть, соединение между наконечником 102 горелки и картриджем 104 может определяться фиксирующими элементами 220, 1002 при отсутствии необходимости учитывать какую-либо резьбу или другие требования к выравниванию электрода 108 и трубки 116 для охлаждающей жидкости друг относительно друга. В общем случае ситуация, при которой трубка 116 для охлаждающей жидкости и лента Louvertac 704 могут обеспечивать подвод тока вспомогательной дуги/дуги прямого действия к картриджу 104, обеспечивает «отделение» (i) физического взаимодействия между изолятором 118 горелки и обоймой 112 картриджа от (ii) электрического соединения между катодом 130/трубкой 116 для охлаждающей жидкости и электродом 108. Данное отделение позволяет максимально увеличить пространство проектных решений и упростить сборку горелки. Кроме того, установка и отделение трубки 116 для охлаждающей жидкости (и, следовательно, наконечника 102 горелки) от электрода 108 (и, следовательно, картриджа 104), выполняемые в аксиальном направлении относительно прямолинейно, способствуют более быстрым замене и установке расходных деталей. Кроме того, благодаря размещению ленты Louvertac 704 в заданном положении относительно трубки 116 для охлаждающей жидкости (например, на наружной поверхности трубки 116 для охлаждающей жидкости) лента Louvertac 704 может быть легко осмотрена и без труда подвергнута техническому обслуживанию. В альтернативных вариантах осуществления вместо использования ленты Louvertac 704 могут быть использованы другие токонесущие и/или фиксирующие элементы, такие как резьбовые соединения, посадки с натягом и т.д.
[00150]
В некоторых вариантах осуществления вследствие того, что ток для резки подводится от источника питания к электроду 108 посредством трубки 116 для охлаждающей жидкости, не требуется, чтобы электрод 108 находился в прямом электрическом или физическом контакте с наконечником 102 горелки для передачи тока. В некоторых вариантах осуществления электрод 108 электрически изолирован от наконечника 102 горелки посредством предназначенной для электрода трубки 252 катодного блока, которая соединяет электрод 108 с катодом 130 и трубкой 116 для охлаждающей жидкости. Предназначенная для электрода трубка 252 катодного блока может быть выполнена из непроводящего материала, такого как пластик. Согласно другому аспекту электрод 108 имеет меньшую длину, чем электрод, который используется для получения тока непосредственно от катода. Поскольку в этом случае электрод 108 больше не имеет физического или электрического контакта с катодом 130, электрод 108 может быть более коротким, например, более чем на 25% короче, чем электрод с прямым контактом.
[00151]
После вставки трубки 116 для охлаждающей жидкости в аксиальном направлении в полость 954 электрода 108 и выравнивания изолятора 118 горелки в радиальном направлении относительно обоймы 112 картриджа (например, посредством вставки ориентирующего штифта 220 изолятора 118 горелки в предназначенную (-ое) для ориентирующего штифта полость/приемное гнездо 1002 обоймы 112 картриджа) картридж 104 может быть зафиксирован к наконечнику 102 горелки посредством использования поджимного колпачка 120 (показанного на фиг.1). Возможны другие способы соединения между наконечником 102 горелки и картриджем 104, включая резьбовое соединение, соединение с защелкиванием, посадку с натягом и т.д. Фиг.16 представляет собой вид в разрезе иллюстративной конструкции поджимного колпачка 120 по фиг.1, используемого для крепления картриджа 104 и наконечника 102 горелки друг к другу, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Поджимной колпачок 120 включает в себя корпус 764, проксимальный конец 760 и дистальный конец 762 вдоль продольной оси А. Проксимальный конец 760 корпуса 764 поджимного колпачка включает в себя элемент 766 для контактного взаимодействия (например, канавку, резьбу или уступ), расположенный по окружности на внутренней поверхности для фиксации наконечника 102 горелки корпусу 764 поджимного колпачка. Аналогичным образом, дистальный конец 762 корпуса 764 поджимного колпачка включает в себя элемент 768 для контактного взаимодействия (например, канавку, резьбу или уступ), расположенный на внутренней поверхности для картриджа 104 к корпусу 764 поджимного колпачка. Таким образом, при надлежащем выравнивании картриджа 104 относительно наконечника 102 горелки поджимной колпачок 120 может надежно и в направлении по окружности окружать наружную поверхность наконечника 102 горелки на дистальном конце 22 наконечника 102 горелки и наружную поверхность картриджа 104 на проксимальном конце 14 картриджа 104. В некоторых вариантах осуществления наконечник 102 горелки и/или картридж не поворачиваются относительно поджимного колпачка 120. В этом случае оператор может надвинуть поджимной колпачок 120 на картридж 104 и/или наконечник 102 горелки для фиксации компонентов без использования какого-либо вращательного движения. В некоторых вариантах осуществления поджимной колпачок 120 выполнен в виде компонента наконечника 102 горелки. В некоторых вариантах осуществления поджимной колпачок 120 выполнен в виде компонента картриджа 104. В некоторых вариантах осуществления поджимной колпачок 120 выполнен в виде отдельного компонента, отдельного от картриджа 104 или наконечника 102 горелки.
Картридж
[00152]
Фиг.17 представляет собой вид в разрезе картриджа 104 по фиг.1, при этом картридж 104 представляет собой невентилируемый картридж, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Как описано выше, картридж 104, как правило, может включать в себя обойму 112 картриджа, присоединенную к концевой части картриджа, которая включает в себя электрод 108, сопло 110, которое представляет собой невентилируемое сопло, прикрепленное к обойме 111 сопла, и кожух 114. Обойма 112 картриджа выполнена с возможностью образования средства взаимодействия между концевой частью картриджа и наконечником 102 горелки, в результате чего обеспечивается соединение концевой части картриджа с наконечником 102 горелки. Различные компоненты картриджа 104, включая обойму 112 картриджа, электрод 108, сопло 110, обойму 111 сопла и кожух 114, могут быть расположены концентрически вокруг продольной оси А плазменной горелки 10. В некоторых вариантах осуществления картридж 104 включает в себя множество фиксирующих элементов, которые обеспечивают возможность выравнивания компонентов концевой части картриджа относительно одного или более каналов в обойме 112 картриджа и соединения их с данными каналами так, что данные каналы могут обеспечить подвод жидкости и газа из наконечника 102 горелки, через обойму 112 картриджа и к заданным компонентам в концевой части картриджа. В некоторых вариантах осуществления проксимальный конец 14 картриджа 104, включая проксимальный конец 15 обоймы 112 картриджа, является по существу плоским.
[00153]
В общем случае различные компоненты концевой части картриджа могут быть прикреплены или прямо, или опосредованно к обойме 112 картриджа при одновременном обеспечении выравнивания в аксиальном направлении и выравнивания в радиальном направлении (то есть центрирования) относительно обоймы 112 картриджа. Электрод 108 может быть прикреплен к обойме 112 картриджа посредством, по меньшей мере, части электрода 108, расположенной в центральном канале 1020 обоймы 112 картриджа. В некоторых вариантах осуществления электрод 108 прикреплен к обойме 112 картриджа посредством завихрителя 150, который окружает, по меньшей мере, часть основного канала 1020. В частности, наружная окружная периферия электрода 108 может быть прикреплена к внутренней окружной периферии завихрителя 150 так, что, по меньшей мере, проксимальная часть электрода 108 будет вставлена в дистальную часть завихрителя 150. Если завихритель 150 является электропроводящим, завихритель 150 может быть прикреплен к электроду 108 посредством изолятора 754 электрода. Как показано, электрод 108 включает в себя наружный фиксирующий элемент 1066 (например, один или более уступов изменяющегося диаметра на электроде 108) на наружной поверхности, выполненный с возможностью контактного сопряжения с внутренним фиксирующим элементом 1068 (например, одним или более комплементарными уступами или выступами) на внутренней поверхности изолятора 754 электрода для предотвращения осевого смещения электрода 108 и изолятора 754 электрода друг относительно друга. Сопряжение между фиксирующими элементами 1066, 1068 может представлять собой одно/одну из соединения с защелкиванием, прессовой посадки или посадки с натягом. Образующаяся в результате зона 1067 взаимодействия между электродом 108 и изолятором 754 электрода также обеспечивает выравнивание в радиальном направлении/центрирование данных двух компонентов. В свою очередь, изолятор 754 электрода включает в себя наружный фиксирующий элемент 1056 (например, уступ изменяющегося диаметра на изоляторе 754 электрода) на наружной поверхности для контактного сопряжения с внутренним фиксирующим элементом 1054 (например, комплементарным уступом или выступом) на внутренней поверхности завихрителя 150 для предотвращения осевого смещения изолятора 754 электрода и завихрителя 150 друг относительно друга. Сопряжение между фиксирующими элементами 1054, 1056 может представлять собой одно/одну из соединения с защелкиванием, прессовой посадки или посадки с натягом. Образующаяся в результате зона 1055 взаимодействия между изолятором 754 электрода и завихрителем 150 также обеспечивает выравнивание в радиальном направлении/центрирование данных двух компонентов. Если завихритель 150 является по существу не проводящим, завихритель 150 может быть прикреплен прямо к электроду 108 без использования изолятора 754 электрода. В некоторых вариантах осуществления наружная окружная периферия завихрителя 150 контактно сопрягается с внутренней окружной периферией обоймы 112 картриджа для присоединения электрода 108 к обойме 112 картриджа. Например, завихритель 150 может быть прикреплен к обойме 112 картриджа посредством контактного сопряжения наружного фиксирующего элемента 1052 (например, уступа с изменяющимся диаметром на завихрителе 150) на наружной периферийной поверхности с внутренним фиксирующим элементом 1058 (например, комплементарным уступом или выступом) на внутренней поверхности обоймы 112 картриджа для предотвращения осевого смещения завихрителя 150 и обоймы 112 картриджа друг относительно друга. Сопряжение между фиксирующими элементами 1052, 1058 может представлять собой одно/одну из соединения с защелкиванием, прессовой посадки или посадки с натягом. Образующаяся в результате зона 1053 взаимодействия между завихрителем 150 и обоймой 112 картриджа также обеспечивает выравнивание в радиальном направлении/центрирование данных двух компонентов.
[00154]
Сопло 110 и обойма 111 сопла могут быть соединены между завихрителем 150 и обоймой 112 картриджа. В некоторых вариантах осуществления наружная окружная периферия завихрителя 150 сопрягается с внутренней окружной периферией сопла 110. Завихритель 150 может быть прикреплен к соплу 110 посредством контактного сопряжения наружного фиксирующего элемента 1050 (например, одного или более уступов с изменяющимся диаметром на завихрителе 150) на наружной поверхности с внутренним фиксирующим элементом 1060 (например, комплементарным уступом или выступом) на внутренней поверхности сопла 110 для предотвращения осевого смещения завихрителя 150 и сопла 110 друг относительно друга. Сопряжение между фиксирующими элементами 1050, 1060 может представлять собой одно/одну из соединения с защелкиванием, прессовой посадки или посадки с натягом. Образующаяся в результате зона 1051 взаимодействия между завихрителем 150 и соплом 110 также обеспечивает выравнивание в радиальном направлении/центрирование данных двух компонентов. В некоторых вариантах осуществления наружная окружная периферия сопла 110 прикреплена к внутренней окружной периферии обоймы 112 картриджа. Сопло 110 может быть прикреплено к обойме 112 картриджа посредством контактного сопряжения, по меньшей мере, одного наружного фиксирующего элемента 1070 (например, одного или более уступов с изменяющимся диаметром на сопле 110) на наружной поверхности с, по меньшей мере, одним внутренним фиксирующим элементом 1072 (одним или более комплементарными уступами или выступами) на внутренней поверхности обоймы 112 картриджа для предотвращения осевого смещения сопла 110 и обоймы 112 картриджа друг относительно друга. Сопряжение между фиксирующими элементами 1070, 1072 может представлять собой одно/одну из соединения с защелкиванием, прессовой посадки или посадки с натягом. Образующаяся в результате зона 1071 взаимодействия между соплом 110 и обоймой 112 картриджа также обеспечивает выравнивание в радиальном направлении/центрирование данных двух компонентов.
[00155]
Кожух 114 может быть присоединен к наружной поверхности обоймы 112 картриджа. Например, наружная окружная периферия обоймы 112 картриджа прикреплена к внутренней окружной периферии кожуха 114 посредством контактного сопряжения наружного фиксирующего элемента 1062 (например, уступа с изменяющимся диаметром на обойме 112 картриджа) на наружной поверхности обоймы 112 картриджа с внутренним фиксирующим элементом 1064 (например, комплементарным уступом или выступом) на внутренней поверхности кожуха 114 для предотвращения осевого смещения обоймы 112 картриджа и кожуха 114 друг относительно друга. Сопряжение между фиксирующими элементами 1062, 1064 может представлять собой одно/одну из соединения с защелкиванием, прессовой посадки или посадки с натягом. Образующаяся в результате зона 1063 взаимодействия между обоймой 112 картриджа и кожухом 114 также обеспечивает выравнивание в радиальном направлении/центрирование данных двух компонентов. Кроме того, обойма 112 картриджа может иметь углубление 1065 на наружной поверхности, выполненное с возможностью приема дистальной части кожуха 114 посредством обжатия, в результате чего обеспечиваются дополнительная фиксация и выравнивание кожуха 114 к обойме 112 картриджа.
[00156]
В некоторых вариантах осуществления фиксирующие элементы 1050-1072, описанные выше, могут сопрягаться с соответствующими им, фиксирующими элементами посредством одного/одной из соединения с защелкиванием, прессовой посадки, посадки с натягом, обжатия, фрикционной посадки, склеивания, скрепления цементирующим средством или сварки. В некоторых вариантах осуществления фиксирующие элементы 1050-1072 включают одно/одну или более уплотнительных колец или прокладок, выполненных, например, из отверждающейся эпоксидной смолы или резины. В некоторых вариантах осуществления фиксирующие элементы 1050-1072 обеспечивают возможность выравнивания сопла 110, обоймы 111, кожуха 114 и/или электрода 108 концевой части картриджа относительно одного или более каналов в обойме 112 картриджа и соединения их с данными каналами так, что данные каналы могут обеспечить подвод жидкости и/или газа из наконечника 102 горелки, через обойму 112 картриджа и к заданным компонентам в концевой части картриджа. Соединения для жидкости и газа между обоймой 112 картриджа и концевой частью картриджа подробно описаны ниже.
[00157]
Фиг.18 представляет собой иллюстративную конструкцию обоймы 112 картриджа в картридже 104 по фиг.17 согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Обойма 112 картриджа включает в себя по существу цилиндрический изолирующий корпус 1100, расположенный между наконечником 102 горелки и концевой частью картриджа. Более конкретно, изолирующий корпус 1100 включает в себя внутреннюю зону 1106, наружную боковую поверхность 1108, внутреннюю боковую поверхность 1110, окружающую и образующую основной канал 1020, проксимальный конец 15, имеющий торцевую поверхность 1102, и дистальный конец 17, имеющий торцевую поверхность 1104. Проксимальный конец 15 обоймы 112 картриджа, который описан выше в связи с фиг.15, содержит центральное отверстие 1020а для приема электрического тока и/или потока 950 охлаждающей жидкости из предназначенной для охлаждающей жидкости трубки 116 наконечника 102 горелки, отверстие 912а для плазмообразующего газа, предназначенное для приема потока 900с плазмообразующего газа из изолятора 118 горелки, отверстие 864а для защитного газа, предназначенное для приема потока 868 защитного газа из изолятора 118 горелки, и четыре отверстия 968а, 978а, 962а и 982а для охлаждающей жидкости, предназначенные для пропускания потока 950 охлаждающей жидкости в картридж 104 и из него. В некоторых вариантах осуществления данные отверстия расположены на торцевой поверхности 1102 проксимального конца 15 изолирующего корпуса 1100. В некоторых вариантах осуществления торцевая поверхность 1102 находится по существу в одной плоскости с проксимальным концом 14 картриджа 104. В общем случае данные отверстия выполнены с возможностью обеспечения электрической связи и/или сообщения по текучей среде с соответствующими им отверстиями на дистальном конце 23 изолятора 118 горелки после выравнивания наконечника 102 горелки относительно картриджа 104 и присоединения к картриджу 104 с заданной ориентацией посредством фиксирующего элемента 1002 обоймы 112 картриджа и соответствующего фиксирующего элемента 220 изолятора 118 горелки.
Электрические соединения в картридже
[00158]
В некоторых вариантах осуществления электрод 108 выровнен относительно основного канала 1020 и соединен с основным каналом 1020, расположенным в изолирующем корпусе 1100 обоймы 112 картриджа. Канал 1020 может быть расположен центрально в изолирующем корпусе 110 с центральной продольной осью А, проходящей через него, для соединения отверстия 1020а на торцевой поверхности 1102 проксимального конца 15 обоймы 112 картриджа с отверстием 1020b на торцевой поверхности 1104 дистального конца 17 обоймы 112 картриджа. Дистальное отверстие 1020b, в свою очередь, соединено с полостью 954 и выровнено относительно полости 954 электрода 108 (показанной на фиг.2). Подобная зона взаимодействия электрода обеспечивает возможность вставки трубки 116 для охлаждающей жидкости в основной канал 1020 для пропускания электрического тока (то есть тока вспомогательной дуги или дуги прямого действия) от катода 130 наконечника 102 горелки к внутренней поверхности электрода 108, как описано выше. В таком случае электрод 108 может быть электрически изолирован от катода 130, как описано выше. В альтернативных вариантах осуществления электрод 108 электрически соединен с катодом 130 для получения электрического тока непосредственно от катода 130. В некоторых вариантах осуществления та же самая зона взаимодействия электрода (то есть между электродом 108 и наконечником 102 горелки посредством основного канала 1020 обоймы 112 картриджа) может обеспечить возможность подвода охлаждающей жидкости из наконечника 102 горелки к электроду 118 с внутренней стороны трубки 116 для охлаждающей жидкости. Данное пропускание охлаждающей жидкости по основному каналу 1020 обоймы 112 картриджа подробно разъяснено ниже.
[00159]
Фиг.19 представляет собой иллюстративную конструкцию электрода 108 картриджа 104 по фиг.17 согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Эмиссионная вставка 1200 может быть расположена на дистальном конце 1202 электрода 108 так, что эмиссионная поверхность будет открыта для воздействия. Вставка 1200 может быть выполнена из гафния или других материалов, которые обладают соответствующими физическими свойствами, включая коррозионную стойкость и высокую способность к термоэлектронной эмиссии. Горячая штамповка, штамповка выдавливанием или холодная штамповка могут быть использованы для исходного образования электрода 108 перед чистовой обработкой компонента. Проксимальный конец 1204 электрода 108 может быть размещен в основном канале 1020 обоймы 112 картриджа через дистальное отверстие 1020b обоймы 112 картриджа и выровнен относительно него. Электрод 108 может быть присоединен к обойме 112 картриджа посредством использования, по меньшей мере, завихрителя 150 и изолятора 754 электрода. В некоторых вариантах осуществления электрод 108 не имеет никаких резьб для присоединения к изолятору 754 электрода или завихрителю 150. Как разъяснено выше, такое соединение может быть выполнено посредством одной/одного из прессовой посадки, посадки с натягом, обжатия или соединения с защелкиванием. В некоторых вариантах осуществления электрод 108 является более коротким, чем электрод, который используется для получения электрического тока непосредственно от катода 130 (то есть без использования трубки 116 для охлаждающей жидкости). Поскольку в этих случаях не требуется, чтобы электрод 108 находился в физическом или электрическом контакте с катодом 130, электрод 108 может быть более коротким, например, может быть короче электрода с прямым контактом более чем на 25%. В некоторых вариантах осуществления электрод 108 включает в себя канавку 1205 под уплотнительное кольцо на проксимальном конце 1204, при этом канавка 1205 под уплотнительное кольцо выполнена с возможностью размещения уплотнительного кольца, которое может быть использовано для уплотнения камеры/пространства 109 для плазмы, ограниченной (-ого) совместно электродом 108 и соплом 110. Подобное уплотнение предотвращает прохождение потока 900с плазмообразующего газа между электродом 108 и изолятором 754 электрода (показанным на фиг.17).
Соединения для защитного газа в картридже
[00160]
В некоторых вариантах осуществления канал 872 для защитного газа, образованный между кожухом 114 и обоймой 111 сопла, выровнен относительно канала 864 для защитного газа, расположенного в изолирующем корпусе 1100 обоймы 112 картриджа (показанного на фиг.11а и b). Канал 864 для защитного газа (показанный на фиг.11а и b) может проходить по существу параллельно продольной оси А во внутренней зоне 1106 изолирующего корпуса 1100, но со смещением от центральной продольной оси А (то есть неконцентрически относительно продольной оси А). Канал 864 для защитного газа соединяет отверстие 864а на торцевой поверхности 1102 на проксимальном конце 15 обоймы 112 картриджа с отверстием 864b на дистальном конце 17 обоймы 112 картриджа. В некоторых вариантах осуществления отверстие 864b расположено на торцевой поверхности 1104 дистального конца 17 обоймы 112 картриджа. В альтернативных вариантах осуществления отверстие 864b канала 864 для защитного газа, которое является дистальным по отношению к отверстию 864а вдоль продольной оси А, расположено на наружной боковой поверхности 1108 или внутренней боковой поверхности 1110 корпуса 1100 обоймы картриджа (то есть канал 864 не проходит на всей длине корпуса 1100 в продольном направлении). Отверстие 864b, в свою очередь, соединено по текучей среде с каналом 872 для защитного газа, что позволяет потоку 868 защитного газа проходить из наконечника 102 горелки, через обойму 112 картриджа в картридже 104 и в канал 872 для защитного газа (показанный на фиг.11а и b). В некоторых вариантах осуществления канал 864 для защитного газа может быть выполнен с возможностью выполнения функции дозирования потока 868 защитного газа в нем. Например, диаметр канала 864 для защитного газа может изменяться на длине канала для обеспечения функции дозирования. Диаметр канала 864 для защитного газа на дистальном конце 17 обоймы 112 картриджа может составлять приблизительно половину диаметра канала 864 для защитного газа на проксимальном конце 15 обоймы 112 картриджа для уменьшения расхода потока 868 защитного газа.
[00161]
В некоторых вариантах осуществления обойма 112 картриджа включает в себя один или более компонентов на тракте канала 864 для защитного газа для корректировки одной или более характеристик потока 868 защитного газа в нем. Например, обойма 112 картриджа может включать в себя регулирующий компонент, такой как двухэлементный компонент, содержащий направляющую перегородку 1112 и защитный завихритель 1114. Как показано на фиг.17, направляющая перегородка 1112 и защитный завихритель 1114 расположены по окружности в изолирующем корпусе 1100 обоймы 112 картриджа на ее дистальном конце 17, и данные два компонента находятся на тракте отверстия 864b канала для защитного газа, так что они регулируют определенные параметры потока и сообщают вихревое движение потоку 868 защитного газа при его выходе из обоймы 112 картриджа и входе в канал 872 для защитного газа. Использование данных двух отдельных компонентов 1112, 1114 обеспечивает преимущества при изготовлении и сборке, поскольку оператор может использовать различные комбинации направляющих перегородок и защитных завихрителей для создания различных типов потоков защитного газа.
[00162]
Фиг.20 представляет собой вид в разрезе направляющей перегородки 1112 и защитного завихрителя 1114, присоединенных к обойме 112 картриджа в картридже 104 по фиг.17, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, один из компонентов, представляющих собой направляющую перегородку 1112 и защитный завихритель 1114, выполнен из непроводящего материала, такого как Torlon™. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, один из компонентов, представляющих собой направляющую перегородку 1112 и защитный завихритель 1114, выполнен из проводящего материала. Направляющая перегородка 1112 и защитный завихритель 1114 могут быть изготовлены по отдельности посредством формования, штамповки или литья под давлением.
[00163]
Как показано, направляющая перегородка 1112 расположена проксимально по отношению к защитному завихрителю 1114, так что при прохождении потока 868 защитного газа в дистальном направлении он сначала регулируется направляющей перегородкой 1112 и затем защитным завихрителем 1114. В других вариантах осуществления расположение направляющей перегородки 1112 и защитного завихрителя 1114 изменено на противоположное. Направляющая перегородка 1112 может быть расположена по окружности в изолирующем корпусе 1100 обоймы 112 картриджа, например, в полости 1116 на дистальном конце 17 изолирующего корпуса 1100. Направляющая перегородка 1112 может быть зафиксирована в полости 1116 посредством одной из посадки с натягом или прессовой посадки. Направляющая перегородка 1112 включает в себя продольную часть 1118 и радиальную часть 1120, которая соединена с продольной частью 1118 под углом так, что радиальная часть 1120 перекрывает часть ширины 1122 полости 1116, но оставляет радиальный зазор 1124 между наружной окружной периферией радиальной части 1120 и внутренней поверхностью полости 1116. Поток 868 защитного газа в канале 864 для защитного газа может быть распределен направляющей перегородкой 1112 так, что он будет равномерно проходить вокруг ее наружной окружной периферии через радиальный зазор 1124 и в завихритель 1114. Радиальный зазор 1124 выполнен с формой и размерами, позволяющими регулировать, по меньшей мере, один параметр потока 868 защитного газа. Например, радиальный зазор 1124 может обеспечить регулирование расхода и/или давления текучей среды в потоке 868 защитного газа. В некоторых вариантах осуществления увеличение размера радиального зазора 1124 приводит к увеличению расхода потока 868 защитного газа, при этом система с плазменной горелкой может обеспечить соответствующее регулирование для поддержания постоянного давления. В некоторых вариантах осуществления увеличение размера радиального зазора 1124 приводит к снижению давления газа, при этом система с плазменной горелкой может обеспечить соответствующее регулирование для поддержания постоянного расхода.
[00164]
Защитный завихритель 1114 может быть вставлен в, по меньшей мере, часть полости 1116 посредством, по меньшей мере, одной из посадки с натягом или прессовой посадки так, что он будет дистальным по отношению к направляющей перегородке 1112. Фиг.21 представляет собой вид в разрезе защитного завихрителя 1114 согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. В защитном завихрителе 1114 могут быть образованы первая группа отверстий 1126 на первой окружной периферии завихрителя 1114 и вторая группа отверстий 1128 на второй окружной периферии завихрителя 1114, при этом каждое отверстие соединяет внутреннюю поверхность обоймы 112 картриджа с наружной поверхностью обоймы 112 картриджа. Отверстия 1126 из первой группы смещены от соответствующих им отверстий из второй группы отверстий 1128. Такое смещение обеспечивает сообщение вихревого движения потоку 868 защитного газа, проходящему через них. Следовательно, комбинация направляющей перегородки 1112 и защитного завихрителя 1114 может обеспечить регулирование параметров потока 868 защитного газа при его прохождении в дистальном направлении по каналу 864 для защитного газа в канал 872 для защитного газа. Как правило, конфигурация потока 868 защитного газа в плазменной горелке 10 может быть изменена посредством изменения размера зазора 1124 направляющей перегородки и/или размеров первой и второй групп отверстий 1126, 1128 в защитном завихрителе 1114.
Соединения для плазмообразующего газа в картридже
[00165]
В некоторых вариантах осуществления канал 918 для плазмообразующего газа, образованный между электродом 108 и соплом 110, выровнен относительно канала 912 для плазмообразующего газа, расположенного в изолирующем корпусе 1100 обоймы 112 картриджа (показанного на фиг.12а-с). Канал 912 для плазмообразующего газа (показанный на фиг.12-с) может проходить по существу параллельно продольной оси А во внутренней зоне 1106 изолирующего корпуса 1100, но со смещением от продольной оси А (то есть он является неконцентрическим по отношению к продольной оси А). Канал 912 для плазмообразующего газа соединяет отверстие 912а на проксимальной поверхности 1102 на проксимальном конце 15 обоймы 112 картриджа с отверстием 912b. В некоторых вариантах осуществления отверстие 912b канала 912 для плазмообразующего газа, которое является дистальным по отношению к отверстию 912а вдоль продольной оси А, расположено на внутренней боковой поверхности 1110 корпуса 1100 обоймы картриджа и сообщается по текучей среде с центральным каналом 1020. Таким образом, при данной конфигурации канал 912 для плазмообразующего газа не проходит на всей длине корпуса 1100 обоймы картриджа в продольном направлении.
[00166]
Фиг.22 представляет собой вид в перспективе обоймы 112 картриджа, иллюстрирующий отверстия различных каналов, включая отверстие 912b канала 912 для плазмообразующего газа, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано, отверстие 912b находится на внутренней боковой поверхности 1110 в центральной зоне обоймы 112 картриджа, и отверстие 912b соединено по текучей среде с центральным каналом 1020. В альтернативных вариантах осуществления канал 912 для плазмообразующего газа проходит на всей длине обоймы 112 картриджа, при этом отверстие 912b расположено на дистальной торцевой поверхности 1104 изолирующего корпуса 1100 обоймы картриджа. Отверстие 912b сообщается по текучей среде с каналом 918 для плазмообразующего газа. Такое соединение позволяет потоку 900с плазмообразующего газа проходить из наконечника 102 горелки, через обойму 112 картриджа и в канал 918 для плазмообразующего газа, который соединяется с центральным основным каналом 1020, перед выходом потока 900с плазмообразующего газа из горелки 10 через центральное выходное отверстие 916 сопла и центральное выходное отверстие 870 кожуха (показаны на фиг.12а-с).
[00167]
В некоторых вариантах осуществления обойма 112 картриджа включает в себя один или более компонентов на тракте канала 912 для плазмообразующего газа, выполненных с возможностью корректировки одной или более характеристик потока 900с плазмообразующего газа в нем. Например, обойма 112 картриджа может включать в себя завихритель 150, расположенный по окружности между изолятором 754 электрода и соплом 110 вокруг основного канала 1020. Завихритель 150 может быть выровнен относительно дистального отверстия 912b канала для плазмообразующего газа так, что завихритель 150 может сообщать вихревое движение потоку 900с плазмообразующего газа при его выходе из канала 912 для плазмообразующего газа через отверстие 912b на внутренней боковой поверхности 1110 обоймы 112 картриджа и входе в канал 918 для плазмообразующего газа.
[00168]
Фиг.23 представляет собой иллюстративную конструкцию завихрителя 150 картриджа 104 по фиг.17 согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано, завихритель 150 может быть образован по существу полым, удлиненным корпусом 1170, имеющим проксимальный конец 1174 и дистальный конец 1172 вдоль центральной продольной оси А плазменной горелки 10. В некоторых вариантах осуществления полый корпус 1170 завихрителя 102 на дистальном конце 1172 выполнен с размерами, позволяющими вставить в него, по меньшей мере, часть электрода 104 или прямо, или непрямым образом посредством изолятора 754 электрода. В некоторых вариантах осуществления завихритель 150 включает в себя группу отверстий 1176 для прохода газа, расположенных на расстоянии в радиальном и распределенных по дистальному концу 1172 удлиненного корпуса 1170, например, на окружной периферии его дистального конца 1172. Каждое отверстие 1176 для прохода газа может проходить от внутренней поверхности до наружной поверхности удлиненного корпуса 1170 и ориентировано для сообщения тангенциальной составляющей вектора скорости потоку 900с плазмообразующего газа, проходящего в канале 918 для газа между электродом 108 и соплом 110, в результате чего обеспечивается завихрение потока 900с газа. Данное завихрение создает вихрь, который сужает плазменную дугу и стабилизирует положение дуги на вставке 1200 электрода 108.
Соединения для охлаждающей жидкости в картридже
[00169]
В некоторых вариантах осуществления, как описано выше, компонент концевой части картриджа (например, электрод 108, сопло 110 или кожух 114) может быть выровнен относительно, по меньшей мере, одного канала охлаждения (например, канала 1002, 962 или 978) и, по меньшей мере, одного канала возврата охлаждающей жидкости (канала 1002, 968 или 982) в изолирующем корпусе 1100 обоймы 112 картриджа соответственно для приема потока охлаждающей жидкости из наконечника 102 горелки и возврата, по меньшей мере, части потока текучей среды в наконечник 102 горелки. Каждый из каналов охлаждения и каналов возврата за исключением основного канала 1002 может быть неконцентрическим относительно центральной продольной оси А и асимметричным относительно продольной оси А. В некоторых вариантах осуществления, за исключением основного канала 1002, ни одни из каналов охлаждения и возврата не перекрываются. То есть, за исключением основного канала 1002, каждый из каналов охлаждения и возврата представляет собой или входной канал для жидкости, или выходной канал для жидкости.
[00170]
В некоторых вариантах осуществления центральный канал 1020 проходит через изолирующий корпус 1100 обоймы 112 картриджа для соединения его отверстия 1020а на торцевой поверхности 1102 на проксимальном конце 15 обоймы 112 картриджа с его отверстием 1020b на дистальном конце 17 обоймы 112 картриджа. Проксимальное отверстие 1020а выровнено относительно отверстия 132b и соединено с отверстием 132b основного канала изолятора 118 горелки. Дистальное отверстие 1020b выровнено относительно полости 954 и соединено с полостью 954 электрода 108, что позволяет потоку 950 охлаждающей жидкости проходить из наконечника 102 горелки, через обойму 112 картриджа внутри трубки 116 для охлаждающей жидкости и в полость 954 электрода 108 (показано на фиг.13а и b). Это соединение также позволяет потоку 950 охлаждающей жидкости сталкиваться с внутренней поверхностью дистального конца полости 954 так, что поток 950 охлаждающей жидкости может изменять направление на противоположное и проходить в проксимальном направлении по основному каналу 1020 вдоль наружной поверхности трубки 116 для охлаждающей жидкости к наконечнику 102 горелки (показано на фиг.13а и b). Этот обратный поток охлаждающей жидкости по наружной поверхности трубки 116 для охлаждающей жидкости также по существу охлаждает ленту Louvertac 704, присоединенную к дистальному концу 742 трубки 116 для охлаждающей жидкости. В некоторых вариантах осуществления обратный поток охлаждающей жидкости может проходить через продольные пазы 744 на наружной поверхности трубки 116 для охлаждающей жидкости под лентой Louvertac 704, в результате чего ограничивается перепад давления между трубкой 116 для охлаждающей жидкости и электродом 108.
[00171]
В некоторых вариантах осуществления сопловое отверстие 966, которое может быть образовано в обойме 111 сопла, выровнено относительно первого канала 962 охлаждения, расположенного в изолирующем корпусе 1100 обоймы 112 картриджа (показанного на фиг.13а и b). Сопловое отверстие 966 позволяет потоку 950 охлаждающей жидкости из первого канала 962 охлаждения входить в проточную камеру 965 для охлаждения сопла, образованную между наружной поверхностью сопла 110 и внутренней поверхностью обоймы 111 сопла. Первый канал 962 охлаждения (показанный на фиг.13 и b) может проходить по существу параллельно продольной оси А во внутренней зоне 1106 изолирующего корпуса 1100, но со смещением от продольной оси А (то есть, он является неконцентрическим относительно продольной оси А). Первый канал 962 охлаждения может соединять отверстие 962а на торцевой поверхности 1102 на проксимальном конце 15 обоймы 112 картриджа с отверстием 962b обоймы 112 картриджа, которое является дистальным по отношению к отверстию 962а вдоль продольной оси А. Отверстие 962b, в свою очередь, соединено по текучей среде с сопловым отверстием 966, что позволяет потоку 950 охлаждающей жидкости проходить в дистальном направлении из наконечника 102 горелки, через обойму 112 картриджа в картридже 104 и в проточную камеру 965 для охлаждения сопла (показано на фиг.13а и b).
[00172]
В некоторых вариантах осуществления отверстие 962b первого канала 962 охлаждения расположено на внутренней боковой поверхности 1110 корпуса 1100 обоймы картриджа и сообщается по текучей среде с центральным каналом 1020. Таким образом, при данной конфигурации первый канал 962 охлаждения не проходит на всей длине корпуса 1100 обоймы картриджа в продольном направлении. Отверстие 962b первого канала 962 охлаждения проиллюстрировано на фиг.22. Как показано, отверстие 962b находится на внутренней боковой поверхности 1110 ближе к дистальном концу 17 обоймы 112 картриджа, и отверстие 962b соединено по текучей среде с центральным каналом 1020. В альтернативных вариантах осуществления первый канал 962 охлаждения проходит на всей длине обоймы 112 картриджа, при этом отверстие 962b расположено на дистальной торцевой поверхности 1104 изолирующего корпуса 1100 обоймы картриджа. Отверстие 962b соединено по текучей среде с сопловым отверстием 966 в обойме 111 сопла. Такое соединение позволяет потоку 950 охлаждающей жидкости проходить из наконечника 102 горелки, через обойму 112 картриджа и в проточную камеру 965 для охлаждения сопла, расположенную между соплом 110 и обоймой сопла 111, для охлаждения данных двух компонентов сопла.
[00173]
Как разъяснено выше, сопловое отверстие 966 выполнено с возможностью его выравнивания относительно первого канала 962 охлаждения в обойме 112 картриджа так, что поток 950 охлаждающей жидкости может быть введен в проточную камеру 965 для охлаждения сопла из первого канала 962 охлаждения через сопловое отверстие 966. Сопловое отверстие 966 может сообщаться по текучей среде со вторым сопловым отверстием 967 в обойме 111 сопла, при этом данные два отверстия 966, 967 для охлаждающей жидкости смещены в радиальном направлении друг от друга (то есть находятся с разных сторон сопла 110). Поток 950 охлаждающей жидкости может входить в проточную камеру 965 для охлаждения сопла через сопловое отверстие 966, проходить в проксимальном направлении через проточную камеру 965, возвращаться в дистальном направлении с другой стороны камеры 965 и выходить из камеры 965 через второе отверстие 967. В некоторых вариантах осуществления второе отверстие 967 выровнено относительно второго канала 968 охлаждения и соединено со вторым каналом 968 охлаждения, расположенным в обойме 112 картриджа (показанным на фиг.13а и b). Второй канал 968 охлаждения может проходить по существу параллельно продольной оси А во внутренней зоне 1106 изолирующего корпуса 1100, но со смещением от продольной оси А (то есть, он является неконцентрическим относительно продольной оси А). Второй канал 968 охлаждения соединяет отверстие 968а на торцевой поверхности 1102 на проксимальном конце 15 обоймы 112 картриджа с отверстием 968b на дистальном конце 17 обоймы 112 картриджа, которое, в свою очередь, соединено со вторым сопловым отверстием 967. Такое соединение позволяет потоку 950 охлаждающей жидкости проходить в проксимальном направлении из камеры 965 для охлаждения сопла, через обойму 112 картриджа в картридже 104 и в наконечник 102 горелки (показано на фиг.13а и b). В некоторых вариантах осуществления отверстие 968b второго канала 968 охлаждения, которое является дистальным по отношению к отверстию 968а вдоль продольной оси А, расположено на внутренней боковой поверхности 1110 корпуса 1100 обоймы картриджа. Таким образом, первый и второй каналы 962, 968 охлаждения во взаимодействии с сопловыми отверстиями 966, 967 обеспечивают возможность охлаждения сопла 110 и обоймы 111 сопла посредством потока 950 охлаждающей жидкости, проходящего через проточную камеру 965 для охлаждения сопла.
[00174]
Фиг.24а и b представляют собой соответственно внешний вид невентилируемого сопла 110 и внешний вид обоймы 111 сопла по фиг.17 согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Невентилируемое сопло 110 включает в себя проксимальный конец/проксимальную часть 1206, среднюю часть 1208 и дистальный конец/дистальную часть 1210 вдоль продольной оси А горелки 10. Дистальный конец 1210 сопла 108 включает в себя расположенное центрально, выходное отверстие 916 сопла для подвода плазменной дуги, такой как струя ионизированного газа, к обрабатываемой детали (непоказанной), подлежащей резке. Обойма 111 сопла включает в себя по существу полый корпус 1212, образующий проксимальный конец 1214 и дистальный конец 1216 вдоль продольной оси А. Сопло 110 выполнено с возможностью его вставки в полый корпус 1212 обоймы 111 сопла так, что дистальный конец 1210 сопла 108 проходит через отверстие дистального конца 1216 обоймы 111 сопла.
[00175]
В некоторых вариантах осуществления обойма 111 сопла включает в себя сопловые отверстия 966, 967 на проксимальном конце 1214, при этом каждое отверстие соединяет наружную поверхность с внутренней поверхностью корпуса 1212 обоймы сопла. Отверстия 966, 967 могут быть расположены на по существу противоположных сторонах обоймы 111 сопла (например, на угловом расстоянии друг от друга, составляющем приблизительно 180 градусов). В некоторых вариантах осуществления наружная поверхность средней части 1208 сопла 111 и соответствующая внутренняя поверхность обоймы 111 сопла совместно ограничивают проточную камеру 965 для охлаждения сопла. Проточная камера 965 может быть расположена приблизительно в середине сопла 110 и обоймы 111 сопла вдоль продольной оси А и/или в зоне их частей, самых широких в радиальном направлении. В некоторых вариантах осуществления дистальная часть 1210 сопла 110 включает в себя кольцевой проточный канал 1218 вокруг сопла 110 (то есть проточный канал, продолжающийся на приблизительно 360 градусах вокруг сопла 110), который размещается в заданном положении посредством отверстия на дистальном конце 1216 обоймы 111 сопла. Кольцевой канал 1218 позволяет охлаждающей жидкости проходить по наружной поверхности конца сопла 110, что способствует конвекционному охлаждению конца сопла во время работы горелки и уменьшению застаивания протекающей жидкости. Кольцевой проточный канал 1218 может быть ограничен, по меньшей мере частично, криволинейной поверхностью сопла 110.
[00176]
При эксплуатации поток 950 охлаждающей жидкости может проходить в проточную камеру 965 через отверстие 966 с одной стороны обоймы 111 сопла. Поток 950 охлаждающей жидкости может проходить в дистальном направлении к кольцевому проточному каналу 1218 в продольном направлении с одной стороны проточной камеры 965. Когда поток 950 охлаждающей жидкости дойдет до кольцевого проточного канала 1218, данный поток может завихряться вокруг конца сопла и возвращаться в проксимальном направлении с другой стороны сопла 110, по существу противоположной по отношению к потоку в дистальном направлении (например, при угловом расстоянии между ними, составляющем приблизительно 180 градусов). Обратный поток 950 может выходить из проточной камеры 965 для охлаждения сопла в обойму 112 картриджа через отверстие 967.
[00177]
В некоторых вариантах осуществления внутренняя поверхность кожуха 114 сообщается по текучей среде с третьим каналом 978 охлаждения, расположенным в изолирующем корпусе 1100 обоймы 112 картриджа (показанным на фиг.13а и b). Третий канал 978 охлаждения может проходить по существу параллельно продольной оси А во внутренней зоне 1106 изолирующего корпуса 1100, но со смещением от продольной оси А (то есть он является неконцентрическим относительно продольной оси А). Третий канал 978 охлаждения может соединять отверстие 978а на торцевой поверхности 1102 на проксимальном конце 15 обоймы 112 картриджа с отверстием 978b в обойме 112 картриджа, которое является дистальным по отношению к отверстию 978а вдоль продольной оси А. В некоторых вариантах осуществления отверстие 978b третьего канала 978 охлаждения расположено на наружной боковой поверхности 1108 корпуса 1100 обоймы картриджа. Таким образом, при данной конфигурации третий канал 978 охлаждения не проходит на всей длине корпуса 1100 обоймы картриджа в продольном направлении. Отверстие 978b третьего канала 978 охлаждения проиллюстрировано на фиг.22. Как показано, отверстие 978b находится на наружной боковой поверхности 1108 в средней части обоймы 112 картриджа. В альтернативных вариантах осуществления третий канал 978 охлаждения проходит на всей длине обоймы 112 картриджа, при этом отверстие 978b расположено на дистальной торцевой поверхности 1104 изолирующего корпуса 1100 обоймы картриджа. Отверстие 978b может быть открыто для прохода текучей среды к внутренней поверхности кожуха 114, что позволяет потоку 950 охлаждающей жидкости проходить в дистальном направлении из наконечника 102 горелки, через обойму 112 картриджа в картридже 104 и в кожух 114 (показано на фиг.13а и b).
[00178]
В некоторых вариантах осуществления, как показано на фиг.22, на наружной боковой поверхности 1108 средней части обоймы 112 картриджа образован кольцевой проточный канал 1220 вокруг обоймы 112 картриджа (то есть проточный канал, продолжающийся на приблизительно 360 градусах вокруг обоймы 112 картриджа). Кольцевой канал 1220 соединен по текучей среде с отверстием 978b третьего канала 978 охлаждения. Кольцевой канал 1220 во взаимодействии с внутренней окружной периферией кожуха 114 образует проточную зону 1222 для охлаждения кожуха (показанную на фиг.13b), которая позволяет потоку 950 охлаждающей жидкости проходить через нее, в результате чего охлаждается внутренняя окружная периферия кожуха 114. В некоторых вариантах осуществления кольцевой канал 1220 сообщается по текучей среде с отверстием 982b четвертого канала 982 охлаждения в обойме 112 картриджа, которое также может быть расположено на наружной боковой поверхности 1108 обоймы 112 картриджа. Отверстие 982b является дистальным по отношению к отверстию 982а вдоль продольной оси А. Отверстия 978b, 982b могут быть смещены в радиальном направлении друг относительно друга, например, на 180 градусов, так, что они будут находиться на противоположных сторонах обоймы 112 картриджа. Четвертый канал 982 охлаждения может проходить по существу параллельно продольной оси А, но со смещением от продольной оси А (то есть он является неконцентрическим по отношению к продольной оси А). Четвертый канал 982 охлаждения выполнен с возможностью соединения отверстия 982а на торцевой поверхности 1102 на проксимальном конце 15 обоймы 112 картриджа с отверстием 982b.
[00179]
При эксплуатации поток 950 охлаждающей жидкости может проходить в дистальном направлении к кожуху 114 через отверстие 978b третьего канала 978 охлаждения. После входа в проточную зону 1222 для охлаждения кожуха (то есть ограниченную кольцевым проточным каналом 1220 на наружной боковой поверхности 1108 обоймы 112 картриджа и соответствующей внутренней окружной периферией кожуха 114) поток 950 охлаждающей жидкости может завихряться в проточной зоне 1222 для охлаждения кожуха и возвращаться в проксимальном направлении с другой стороны проточной зоны 1222 для охлаждения кожуха, по существу противоположной по отношению к потоку в дистальном направлении (например, при угловом расстоянии между ними, составляющем приблизительно 180 градусов). Обратный поток 950 может выходить из проточной зоны 1222 для охлаждения кожуха в обойму 112 картриджа через отверстие 982b четвертого канала 982 охлаждения.
[00180]
Фиг.25 представляет собой вид в разрезе кожуха 114 картриджа 104 по фиг.17 согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Кожух 114 содержит по существу полый корпус, включающий в себя расположенное центрально, выходное отверстие 870 кожуха и при необходимости одно или более газоотводных отверстий (непоказанных), проходящих от внутренней поверхности до наружной поверхности кожуха 114. Кожух 114 может быть образован холодным прессованием или штамповкой посредством использования меди.
[00181]
В общем случае в отношении проксимального конца 15 обоймы 112 картриджа следует отметить, что отверстие 962а первого канала охлаждения может функционировать в качестве отверстия для подвода охлаждающей жидкости к соплу 110, отверстие 968а второго канала охлаждения может функционировать в качестве отверстия для отвода охлаждающей жидкости от сопла 110, отверстие 978а третьего канала охлаждения может функционировать в качестве отверстия для подвода охлаждающей жидкости к кожуху 114, и отверстие 982а четвертого канала охлаждения может функционировать в качестве отверстия для отвода охлаждающей жидкости от кожуха 114. В некоторых вариантах осуществления, когда наконечник 102 горелки присоединен к картриджу 104, отверстие 968а второго канала охлаждения, которое функционирует в качестве отверстия для отвода охлаждающей жидкости от сопла 110, соединено по текучей среде с отверстием 978а третьего канала охлаждения, которое функционирует в качестве отверстия для подвода охлаждающей жидкости к кожуху 114. В частности, распределительный канал в изоляторе 118 горелки, который соединяет внутренние отверстия 972, 974 изолятора 118 горелки, как описано выше со ссылкой на фиг.13а и b, может направлять поток 950 охлаждающей жидкости из второго канала 968 охлаждения в третий канал 978 охлаждения для охлаждения как сопла, так и кожуха.
[00182]
В некоторых вариантах осуществления одно или более из отверстий 962а, 968а, 978а, 982а каналов для охлаждающей жидкости, отверстия 912а канала для плазмообразующего газа, отверстия 864а канала для защитного газа и отверстия 1020а основного канала расположены на торцевой поверхности 1102 проксимального конца 21 изолятора 118 горелки, при этом торцевая поверхность может быть по существу плоской. Данные отверстия за исключением отверстия 1020а основного канала могут быть расположены неконцентрически на проксимальной торцевой поверхности 1102 относительно центральной продольной оси. В некоторых вариантах осуществления один или более из каналов 962, 968, 978, 982 охлаждения, канала 912 для плазмообразующего газа и канала 864 для защитного газа в обойме 112 картриджа являются неконцентрическими относительно центральной продольной оси А.
Средство связи для радиочастотной идентификации в картридже
[00183]
В некоторых вариантах осуществления обойма 112 картриджа образует коммуникационный интерфейс (например, интерфейс связи для радиочастотной идентификации) между наконечником 102 горелки и концевой частью картриджа. Как показано на фиг.17, изолирующий корпус 1100 обоймы картриджа включает в себя элемент 1230 для установки средства радиочастотной идентификации (RFID-средства), образованный на или в обойме 112 картриджа рядом с торцевой поверхностью 1102 проксимального конца 15 обоймы 112 картриджа. Например, элемент 1230 для установки может представлять собой полость, расположенную в корпусе 1110обоймы картриджа со стороны торцевой поверхности 1102. Элемент 1230 для установки RFID-средства (например, полость) может быть расположен во внутренней зоне 1106 обоймы 112 картриджа и может быть расположен/ориентирован неконцентрически относительно центральной продольной оси А.
[00184]
Сигнальное устройство 160 может быть расположено в или на элементе 1230 для установки для передачи информации о картридже 104 (например, об электроде 108, сопле 110, кожухе 114 и/или самой обойме 112 картриджа) в соседнее считывающее устройство, например, в коммуникационное устройство 122 в изоляторе 118 горелки, когда наконечник 102 горелки присоединен к картриджу 104. Например, сигнальное устройство 160 может быть заделано в полости 1230 и окружено изоляционным материалом корпуса 1100 обоймы картриджа. Сигнальное устройство 160 может представлять собой RFID-метку, выполненную с возможностью записи и считывания электрическими средствами. Приводимая в качестве примера информация, закодированная на сигнальном устройстве 160, может включать общую или фиксированную информацию, такую как название, товарный знак, производитель, порядковый номер и/или тип компонента. В некоторых вариантах осуществления закодированная информация является специфической для компонента, такой как состав металла компонента, масса компонента, дата, время и/или место изготовления компонента и т.д. Информация, закодированная на сигнальном устройстве 160, также может конкретизировать рабочие параметры и/или данные о компоненте, которые не зависят от определяемой физической характеристики компонента. Сигнальное устройство 160 может представлять собой RFID-метку или карту, этикетку или метку со штриховым кодом, плату с интегральной схемой (ИС) или тому подобное.
[00185]
В некоторых вариантах осуществления торцевая поверхность 1102 проксимального конца 15 обоймы 112 картриджа является по существу плоской. Если при данной конфигурации картридж 104 не присоединен к наконечнику 102 горелки, оператор может разместить считыватель, такой как считыватель RFID-меток, установленный на мобильном устройстве, с его прилеганием к по существу плоской торцевой поверхности 1102 для опрашивания сигнального устройства 160 и извлечения информации, хранящейся на сигнальном устройстве 160. Следовательно, обойма 112 картриджа может быть выполнена с такой конфигурацией, что сигнальное устройство 160, установленное в или на обойме 112 картриджа, может быть считано с внутренней стороны плазменной горелки 10 (например, посредством коммуникационного устройства 122 наконечника 102 горелки) или с наружной стороны плазменной горелки 10 (например, посредством внешнего считывателя).
[00186]
Согласно еще одному аспекту настоящего изобретения наконечник 102 горелки может быть присоединен к картриджу, который включает в себя вентилируемое сопло, при этом в данном случае наконечник 102 горелки по-прежнему выполняет по существу те же функции, которые он выполняет для невентилируемого картриджа 104. Фиг.26 представляет собой иллюстративный вентилируемый картридж 1300, совместимый с наконечником 102 горелки в плазменной горелке 10 по фиг.1, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Обойма 1302 картриджа в вентилируемом картридже 1300 может быть по существу такой же по конфигурации и/или составу материалов, что и обойма 112 картриджа в невентилируемом картридже 104, так что обойма 1302 картриджа обеспечивает такое же средство взаимодействия между наконечником 102 горелки и компонентами концевой части картриджа, включая электрод 1308, вентилируемое сопло 1310, присоединенное к вкладышу 1311 сопла, и кожух 1314. Например, электрод 1308 может быть по существу таким же, как электрод 108 невентилируемого картриджа 104, и электрод 1308 может быть прикреплен к обойме 1302 картриджа так же, как электрод 108 к обойме 112 картриджа. Кожух 1314 может быть по существу таким же, как кожух 114 невентилируемого картриджа, и кожух 1314 может быть прикреплен к обойме 1302 картриджа так же, как кожух 114 к обойме 112 картриджа.
[00187]
Вкладыш 1311 сопла может быть расположен в вентилируемом сопле 1310 и прикреплен к внутренней поверхности вентилируемого сопла 1310. Каждый из компонентов, представляющих собой вкладыш 1311 сопла и сопло 1310, может быть прикреплен прямо к обойме 1302 картриджа так, что вкладыш 1311 сопла и сопло 1310 будут выставлены в аксиальном и радиальном направлениях относительно обоймы 1302 картриджа. В некоторых вариантах осуществления, как проиллюстрировано на фиг.26, радиальное расстояние 1360 между внутренней поверхностью завихрителя 1316 вентилируемого картриджа 1300 и наружной поверхностью электрода 1308 составляет приблизительно 0,08 дюйма (2,032 мм). В некоторых вариантах осуществления наименьшая величина зазора 1362 для пробоя между наружной поверхностью электрода 108 и внутренней поверхностью вкладыша 1311 сопла составляет приблизительно 0,05 дюйма (1,27 мм).
[00188]
Фиг.27а и b представляют собой соответственно внешний вид вкладыша 1311 сопла и внешний вид вентилируемого сопла 1310 картриджа 1300 по фиг.26 согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.27b, вентилируемое сопло 1310 включает в себя по существу полый корпус, имеющий проксимальный конец/проксимальную часть 1326 и дистальный конец/дистальную часть 1328 вдоль продольной оси А горелки 10. Дистальный конец 1328 сопла 1310 включает в себя расположенное центрально, выходное отверстие 1332 сопла для подвода плазменной дуги, такой как струя ионизированного газа, к обрабатываемой детали (непоказанной), подлежащей резке. В некоторых вариантах осуществления сопло 1310 включает в себя кольцевой канал 1339 охлаждения вокруг наружной поверхности сопла 1310 (то есть проточный канал, продолжающийся на приблизительно 360 градусах вокруг сопла 110), который расположен на проксимальном конце 1326. Кольцевой канал 1339 позволяет охлаждающей жидкости проходить по наружной поверхности сопла 1310 с завихрением, что способствует конвекционному охлаждению и уменьшает застаивание проходящей жидкости.
[00189]
Как показано на фиг.27а, вкладыш 1311 сопла включает в себя по существу полый корпус, образующий проксимальный конец 1334 и дистальный конец 1336 вдоль продольной оси А. Вкладыш 1311 сопла включает в себя центральное отверстие 1338 на дистальном конце 1336 и один или более каналов 1337 для плазмообразующего газа, ориентированных в продольном направлении на наружной поверхности вкладыша 1311 вокруг центрального отверстия 1338. В некоторых вариантах осуществления вкладыш 1311 сопла включает в себя одно или более выпускных отверстий 1346 на его проксимальном конце 1334 для обеспечения возможности прохождения выходящего потока плазмообразующего газа от внутренней поверхности к наружной поверхности вкладыша 1311 сопла. Выпускные отверстия 1346 могут быть выполнены с соответствующими размерами для регулирования одного или более параметров потока. Вкладыш 1311 сопла выполнен с возможностью его размещения в полом корпусе сопла 1310 из отверстия в дистальнойчасти 1326 сопла 1310. Вкладыш 1311 сопла может быть выставлен в радиальном направлении/сцентрирован относительно сопла 1310. Центральное отверстие 1338 может сообщаться по текучей среде с выходным отверстием 1332 сопла после размещения вкладыша 1311 сопла в сопле 1310. Дистальный конец 1334 вкладыша 1311 сопла может быть открыт для воздействия так, что сопло 1310 не будет перегораживать выпускные отверстия 1346.
[00190]
В некоторых вариантах осуществления поток защитного газа через вентилируемый картридж 1300 по существу такой же, как поток 868 защитного газа через невентилируемый картридж 104. В некоторых вариантах осуществления поток плазмообразующего газа через обойму 1302 картриджа такой же, как поток 900с плазмообразующего газа через обойму 112 картриджа. Тракт потока плазмообразующего газа после его выхода из обоймы 112 картриджа проиллюстрирован на фиг.26. По существу так же, как на тракте 900b потока плазмообразующего газа в обойме 112 картриджа, завихритель 1316 может быть выполнен с возможностью сообщения вихревого движения потоку 1340 плазмообразующего газа, когда он проходит в дистальном направлении для выхода из обоймы 1302 картриджа. Затем поток 1340 плазмообразующего газа проходит в дистальном направлении между электродом 1308 и вкладышем 1311 сопла до камеры 1342, ограниченной совместно электродом 1308, вкладышем 1311 сопла и соплом 1310. Поток 1340 плазмообразующего газа может выходить из плазменной горелки 10, проходя через камеру 1342, центральное отверстие 1338 вкладыша 1311 сопла, центральное выходное отверстие 1332 сопла и центральное выходное отверстие 1344 кожуха. Небольшая часть 1341 потока 1340 плазмообразующего газа в камере 1342 может выпускаться в дистальном направлении через один или более каналов 1337 для плазмообразующего газа между наружной поверхностью вкладыша 1311 и внутренней поверхностью сопла 1310.
[00191]
Когда поток 1341 плазмообразующего газа проходит в дистальном направлении между вкладышем 1311 и соплом 1310, он доходит до проксимального конца 1324 вкладыша 1311 сопла и может выходить из вкладыша 1311 сопла через выпускное отверстие 1346 на проксимальном конце 1324, которое соединяет внутреннюю поверхность корпуса вкладыша 1311 сопла с наружной поверхностью корпуса вкладыша 1311 сопла. Выпускное отверстие 1346 выполнено с возможностью сообщения по текучей среде с выпускным каналом 1348, который ориентирован радиально в корпусе обоймы 1302 картриджа для соединения внутренней боковой поверхности обоймы 1302 картриджа и наружной боковой поверхности обоймы 1302 картриджа и который, в свою очередь, открыт в атмосферу. В некоторых вариантах осуществления аналогичный выпускной канал может быть образован в изолирующем корпусе 1100 обоймы 112 картриджа для невентилируемого картриджа 112, так что одна и та же обойма картриджа будет пригодной в конструкции как вентилируемого, так и невентилируемого картриджей. Таким образом, поток 1341 плазмообразующего газа в дистальном направлении может выходить из сопла 1310 через выпускное отверстие 1346 для входа в выпускной канал 1348, расположенный в корпусе обоймы 1302 картриджа. Поток 1341 плазмообразующего газа в дистальном направлении может быть выпущен в атмосферу по выпускному каналу 1348, проходящему от внутренней боковой поверхности до наружной боковой поверхности обоймы 1302 картриджа. В некоторых вариантах осуществления в случае использования поджимного колпачка 120 для соединения обоймы 1302 картриджа с наконечником 102 горелки выпускное отверстие, расположенное в корпусе поджимного колпачка 120, может быть выровнено относительно выпускного канала 1348 обоймы картриджа для обеспечения возможности выхода потока 1341 плазмообразующего газа в дистальном направлении из горелки 10. В общем случае при обеспечении возможности выхода потока 1341 плазмообразующего газа из картриджа 1300 вместо выхода из наконечника 102 горелки озон в потоке 1341 плазмообразующего газа не будет разрушать горелку 10, поскольку наконечник 102 горелки является более долговечным компонентом, который может использоваться неоднократно, в то время как картридж 1300 представляет собой расходный компонент, который может регулярно заменяться (например, приблизительно через каждые 2-20 часов работы, например, приблизительно через каждые 8 часов работы) или заменяться после каждого использования.
[00192]
В некоторых вариантах осуществления поток охлаждающей жидкости через обойму 1302 картриджа по существу такой же, как поток 950 охлаждающей жидкости через обойму 112 картриджа. В вентилируемом картридже 1300 поток охлаждающей жидкости может охлаждать электрод 1308 и кожух 1314 по существу так же, как поток 950 охлаждающей жидкости для невентилируемого картриджа 104, при использовании таких же каналов охлаждения и проходов/проточных зон. Например, охлаждение электрода 1308 в вентилируемом картридже 1300 может быть таким же, как охлаждение электрода 108 невентилируемого картриджа 104 за счет использования основного канала 1002 охлаждения, соединенного с полостью 954 электрода 108. В качестве другого примера охлаждение кожуха 1314 в вентилируемом картридже 1300 может быть таким же, как охлаждение кожуха 114 невентилируемого картриджа 104 за счет использования третьего и четвертого каналов 978, 982 охлаждения, соединенных с проточной зоной 1222 для охлаждения кожуха в кожухе 114.
[00193]
При охлаждении вентилируемого сопла 1310 в вентилируемом картридже 1300 поток охлаждающей жидкости через обойму 1302 картриджа по существу такой же, как поток 950 охлаждающей жидкости через обойму 112 картриджа по первому и второму каналам 962, 968 охлаждения. Тракт потока охлаждающей жидкости по направлению к вентилируемому соплу 1310 после его выхода из обоймы 112 картриджа проиллюстрирован на фиг.26. Как показано, отверстие 962b первого канала 962 охлаждения, которое расположено на внутренней боковой поверхности обоймы 1302 картриджа, пропускает поток 1350 охлаждающей жидкости из внутренней зоны обоймы 1302 картриджа в центральный основной канал 1351 (например, такой же, как основной канал 1020 обоймы 112 картриджа). Поток 1350 охлаждающей жидкости может проходить в дистальном направлении из картриджа 1302 по основному каналу 1351 и в проточную зону 1352 для охлаждения сопла, образованную между кольцевым каналом 1339 на наружной поверхности сопла 1310 и внутренней поверхностью кожуха 1314. Например, отверстие 962b первого канала 962 охлаждения может сообщаться по текучей среде с кольцевым каналом 1339 (и проточной зоной 1352 для охлаждения сопла) так, что оно пропускает поток 1350 охлаждающей жидкости в центре из обоймы 1302 картриджа в проточную зону 1352 для охлаждения сопла с одной стороны сопла 1310. Поток 1350 охлаждающей жидкости может проходить в дистальном направлении к кольцевому проточному каналу 1339 в продольном направлении с одной стороны проточной зоны 1352 для охлаждения сопла. Дойдя до кольцевого проточного канала 1339, поток 1350 охлаждающей жидкости может завихряться вокруг сопла 1310 и возвращаться в проксимальном направлении с другой стороны сопла 1310, по существу противоположной (например, расположенной на угловом расстоянии, составляющем приблизительно 180 градусов) по отношению к потоку в дистальном направлении. Кольцевой проточный канал 1339 также может сообщаться по текучей среде с отверстием 968b второго канала 968 охлаждения, так что обратный поток 1350 может выходить из проточной зоны 1352 для охлаждения сопла и входить в обойму 1302 картриджа через отверстие 968b второго канала 968 охлаждения.
[00194]
В некоторых вариантах осуществления, в отличие от потока 950 охлаждающей жидкости относительно невентилируемого сопла 110, поток 1350 охлаждающей жидкости для вентилируемого сопла 1300 не входит в зону между вкладышем 1311 и вентилируемым соплом 1310. Вместо этого поток 1350 охлаждающей жидкости проходит вокруг наружной окружной периферии сопла 1310, которая удалена в дистальном направлении относительно вкладыша 1311.
[00195]
Как правило, обойма 112 картриджа для невентилируемого картриджа 104 и обойма 1302 картриджа для вентилируемого картриджа 1300 могут быть одинаковыми. В некоторых вариантах осуществления одна и та же обойма картриджа может быть использована в разных типах картриджей посредством выравнивания и присоединения компонентов различных типов к обойме картриджа. Например, как описано выше, обойма картриджа по настоящему изобретению может быть присоединена к вентилируемому или невентилируемому соплу для адаптации способности к отводу плазмообразующего газа под определенные требования. В качестве другого примера различные завихрители (например, завихритель 150 или завихритель 1316) могут быть прикреплены к обойме картриджа для адаптации характера завихрения потока плазмообразующего газа, проходящего через картридж, под определенные требования. В качестве еще одного примера различные направляющие перегородки (например, направляющая перегородка 1112) или защитные завихрители (например, защитный завихритель 1114) могут быть присоединены к обойме картриджа для адаптации характеристик потока защитного газа, проходящего через картридж, под определенные требования. Таким образом, обойма картриджа по настоящему изобретению позволяет сделать расходный картридж конфигурируемым и адаптируемым под различные требования для выполнения различных задач резки.
[00196]
Фиг.28 представляет собой другую иллюстративную обойму 1400 картриджа, которая может быть выполнена с соответствующей конфигурацией для образования картриджа, совместимого с наконечником 102 горелки по фиг.1, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Обойма 1400 картриджа в основном такая же, как обойма 112 картриджа или обойма 1302 картриджа. Основное отличие состоит в форме проксимального конца 1402 обоймы 1400 картриджа, который имеет конфигурацию в виде цветочных лепестков. Все остальные элементы обоймы 1400 картриджа, включая входные и выходные отверстия и каналы, остаются такими же, как в обойме 112 картриджа. Так же, как обойма 112 картриджа, обойма 1400 картриджа может быть выполнена из изоляционного материала, такого как Torlon™ или полифениленсульфид. Конфигурация проксимального конца 1402 обоймы 1400 картриджа в виде цветочных лепестков позволяет изготавливать обойму 1400 картриджа посредством использования технологии литьевого прессования, которая обеспечивает более быстрый и недорогой подход к изготовлению по сравнению с традиционными процессами а также использование меньшей массы и лучшее и более равномерное охлаждение без кавитации. В альтернативных вариантах осуществления обойма 112 или 1400 картриджа может быть механически обработана.
[00197]
В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере, один из компонентов, представляющих собой обойму 111 сопла или изолятор 754 электрода, выполнен из непроводящего материала, такого как Torlon™ или полифениленсульфид. По меньшей мере, один из компонентов, представляющих собой электроды 108, 1308, вставку 1200, невентилируемое сопло 110, вентилируемое сопло 1310, вкладыш 1311 сопла или кожухи 114, 1314, может быть выполнен из проводящего материала, такого как медь или латунь. Завихрители 150, 1316 могут быть выполнены из проводящего материала, такого как цинк (например, Zamac 3). Направляющая перегородка 1112 и защитный завихритель 1114 могут быть выполнены из изоляционного материала или проводящего материала. В некоторых вариантах осуществления каждый из невентилируемого картриджа 104 и вентилируемого картриджа 1300 состоит из пластика, по меньшей мере, на приблизительно 50% по объему. В некоторых вариантах осуществления общая длина картриджа 104 или 1300 вдоль продольной оси А составляет приблизительно 2 дюйма (50,8 мм), и наибольший диаметр картриджа 104 или 1300 вдоль плоскости, перпендикулярной к продольной оси А, составляет приблизительно 1,7 дюйма (43,18 мм).
[00198]
Электроды 108, 1308 и кожухи 114, 1314 могут быть изготовлены посредством использования холодного прессования, штамповки или механической обработки. Невентилируемое сопло 110 или вентилируемое сопло 1310 могут быть изготовлены посредством использования холодного прессования, штамповки или механической обработки со сверлением элементов (например, отверстий) в них. Завихрители 150, 1316 могут быть изготовлены посредством использования литья под давлением со сверлением завихряющих отверстий, литьевого прессования со сверлением завихряющих отверстий или механической обработки. Направляющая перегородка 1112 может быть образована посредством использования штамповки, литья под давлением, механической обработки или формования. Защитный завихритель 1114 может быть образован посредством использования литья под давлением, формования или механической обработки. В общем случае для уменьшения затрат на изготовление и сложности изготовления картридж 104 или 1300 включает в себя малое количество или не включает Vespel™, включает в себя малое количество или не включает лавы, включает в себя малое количество или не включает алюминия, предусматривает минимальное использование меди и/или очень небольшого числа канавок под уплотнительные кольца. Кроме того, компоненты картриджей 104, 1300 изготавливают так, чтобы минимизировать число просверливаемых отверстий.
[00199]
В некоторых вариантах осуществления картридж 104 или картридж 1300 выполнен неплоским на проксимальном конце, так что зона взаимодействия между картриджем и наконечником 102 горелки также является неплоской. Фиг.29 представляет собой иллюстративный вентилируемый картридж 1450, который включает в себя неплоский проксимальный конец 1452, согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Вентилируемый картридж 1450 может содержать торцевую поверхность 1458 и выступающую дистальную часть 1460, расположенную на обойме 1454 картриджа. Более конкретно, выступающая дистальная часть 1460 представляет собой часть обоймы 1454 картриджа, которая образует основной центральный канал 1456. Выступающая дистальная часть 1460 может проходить в дистальном направлении вдоль продольной оси А за торцевую поверхность 1458 внутренней зоны 1462 обоймы 1454 картриджа. Все остальные элементы/функции картриджа 1450 могут оставаться по существу такими же, как у вентилируемого картриджа 1300, описанного выше.
[00200]
Фиг.30 представляет собой вид в перспективе с пространственным разделением элементов картриджа 104 по фиг.18 согласно иллюстративному варианту осуществления настоящего изобретения. Для сборки картриджа 104 эмиссионная вставка 1200 может быть сначала вставлена в электрод 108 на дистальном конце 1202 электрода 108. После этого электрод 108 может быть присоединен к изолятору 754 электрода со стороны дистального конца изолятора 754 электрода. Например, наружные фиксирующие элементы 1066 электрода 108 могут контактно сопрягаться с внутренними фиксирующими элементами 1068 электрода 754 для выравнивания компонентов в аксиальном направлении и выравнивания в радиальном направлении/центрирования их вдоль зоны 1067 взаимодействия. Полученные в результате компоненты могут быть присоединены к завихрителю 150 для образования первого подузла 1502. Например, наружный фиксирующий элемент 1056 изолятора 754 электрода может контактно сопрягаться с внутренним фиксирующим элементом 1054 завихрителя 150 для выравнивания компонентов в аксиальном направлении и выравнивания в радиальном направлении/центрирования их вдоль зоны 1055 взаимодействия. В некоторых вариантах осуществления одно или более уплотнительных колец используются для дополнительной фиксации компонентов (например, завихрителя 150, электрического изолятора 75 и электрода 108) друг относительно друга в первом подузле 1502. Второй подузел 1504 может быть образован посредством крепления сопла 110 к обойме 111 сопла, при этом сопло 110 может быть размещено в полом корпусе обоймы 111 сопла. В некоторых вариантах осуществления одно или более уплотнительных колец используются для дополнительной фиксации сопла 110 и обоймы 111 сопла друг относительно друга во втором подузле 1504.
[00201]
Первый подузел 1502, второй подузел 1504 и кожух 114 могут быть присоединены прямо к обойме 112 картриджа для формирования картриджа 104. Например, наружный фиксирующий элемент 1052 завихрителя 150 может контактно сопрягаться с внутренним фиксирующим элементом 1058 обоймы 112 картриджа для выравнивания компонентов в аксиальном направлении и выравнивания в радиальном направлении/центрирования их вдоль зоны 1053 взаимодействия. Наружный фиксирующий элемент 1070 сопла 110 может контактно сопрягаться с другим внутренним фиксирующим элементом 1072 обоймы 112 картриджа для выравнивания компонентов в аксиальном направлении и выравнивания в радиальном направлении/центрирования их вдоль зоны 1071 взаимодействия. Наружный фиксирующий элемент 1062 обоймы 112 картриджа может контактно сопрягаться с внутренним фиксирующим элементом 1064 кожуха 114 для выравнивания компонентов в аксиальном направлении и выравнивания в радиальном направлении/центрирования их вдоль зоны 1063 взаимодействия. Кроме того, дистальный конец кожуха 114 может быть обжат для вдавливания в углубление 1065 для наружной поверхности обоймы 112 картриджа для дополнительной фиксации данных двух компонентов вместе. В некоторых вариантах осуществления одно или более уплотнительных колец используются, чтобы способствовать соединению первого подузла 1502, второго подузла 1504 и/или кожуха 114 с обоймой 112 картриджа.
[00202]
Следует понимать, что различные аспекты и варианты осуществления изобретения могут быть скомбинированы различными способами. На основе идей данного описания средний специалист в данной области техники может без труда определить, каким образом объединить данные различные варианты осуществления. Модификации также могут прийти на ум специалистам в данной области техники после прочтения описания.