ЗАВИХРИТЕЛЬ И КОНТАКТНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ КАРТРИДЖА ПЛАЗМЕННО-ДУГОВОЙ ГОРЕЛКИ
SWIRLER AND CONTACT ELEMENT FOR CARTRIDGE OF PLASMA-ARC BURNER

ССЫЛКА НА РОДСТВЕННУЮ ЗАЯВКУ
[0001] По данной заявке испрашивается приоритет предварительной заявки № 62/456813 на патент США, поданной 9 февраля 2017 г. под названием ʺMoving Crown for Cartridgeʺ («Подвижная корончатая насадка для картриджа»), все содержание которой во всей его полноте включено сюда посредством ссылки.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
[0002] Изобретение относится в целом к области систем и процессов плазменно-дуговой резки. Конкретнее, изобретение относится к усовершенствованным расходным компонентам (например, завихрителям, включающим в себя контактные элементы) для эксплуатации плазменно-дуговой горелки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0003] Плазменно-дуговые горелки широко применяются при резке и маркировке материалов. Плазменно-дуговая горелка в общем случае включает в себя электрод и сопло, имеющее центральное выходное отверстие и установленное внутри корпуса горелки, электрические соединения, каналы для охлаждения и каналы дугогасящих текучих сред (например, плазмообразующего газа). Горелка создает плазменную дугу, т.е. суженную струю ионизированного газа с высокой температурой и высоким количеством движения. Газы, используемые в горелке, могут быть нереактивными (примером которых является аргон или азот) или реактивными (примером которых является кислород или воздух). Во время эксплуатации, сначала генерируют вспомогательную дугу между электродом (частью катода) и соплом (частью анода). Генерирование вспомогательной дуги возможно посредством сигнала высокого напряжения высокой частоты, подключенного к источнику питания постоянного тока и горелке, или посредством любого из многообразия способов запуска. В плазменно-дуговых горелках возможно применение картриджей, включающих в себя один или несколько расходных компонентов (например, сопло, электрод и/или завихритель), для простоты монтажа и эксплуатации.
[0004] На фиг.1 и 2 показан картридж для известной плазменно-дуговой горелки 100, имеющей сопло 104, экран 108, электрод 112, поджимной колпачок 116, завихритель 120 и неподвижную «корончатую насадку» или контактный элемент 124, расположенный вокруг завихрителя 120. Этот контактный элемент 124 не движется относительно завихрителя 120, например - является неподвижным в осевом направлении относительно завихрителя 120. Контактный элемент 124 пропускает ток резания от плунжера 132 плазменно-дуговой горелки 100 к электроду 112. Так как плазменная резка требует большого тока резания, для гарантии надлежащей эксплуатации и для ограничения либо исключения образования дуги, которое может повредить оборудование и привести к сниженному сроку службы компонентов, следует поддерживать надежное электрическое соединение между плазменно-дуговой горелкой 100 и электродом 112.
[0005] Эта конструкция «с неподвижной корончатой насадкой» имеет режим отказа, когда контактный элемент 124 не находится в полном контакте с плунжером 132 (например - потому, что картридж не полностью затянут в пределах плазменно-дуговой горелки 100). В этом режиме, между контактным элементом 124 и плунжером 132 возможно создание зазора 228, как показано на фиг.2. Этот зазор 228 приводит к неудовлетворительному электрическому соединению и может обуславливать неудовлетворительную рабочую характеристику и отказ компонентов. Кроме того, неудовлетворительное соединение может приводить к образованию дуги между катодом (например, плунжером 132) и контактным элементом 124, которое может разрушить всю горелку, а не лишь один или несколько расходных компонентов. Что необходимо, так это расходный картридж, который избегает этого режима и гарантирует надлежащий и полный контакт между плунжером 132 и контактным элементом 124, даже если картридж не полностью навинчен или неплотно закреплен по иной причине.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Данное изобретение относится к усовершенствованным расходным материалам (например, картриджам плазменно-дуговых горелок и завихрителям, включающим в себя контактные элементы) для плазменно-дуговых горелок и связанных с ними способов эксплуатации. В частности, конструкция, показанная на фиг.1-2 и описанная выше, модифицирована таким образом, что вышеупомянутая «неподвижная корончатая насадка» заменена «плавающим» контактным элементом, который представляет собой отдельную деталь внутри картриджа, выполненную с возможностью поступательного движения на некоторое заранее определенное расстояние (например, равное осевой длине) в пределах горелки во время монтажа и/или эксплуатации в горелке. Контактный элемент может быть защелкнут или опущен внутрь завихрителя или картриджа и заключен в некоторую определенную область, в пределах которой для свободного скольжения (или «люфта») контактного элемента есть достаточное пространство. В такой конфигурации, надлежащий и полный контакт с катодом горелки можно поддерживать даже если картридж не полностью навинчен на горелку (при этом катод горелки смещает контактный элемент аксиально вперед). Эта конфигурация защищает горелку и гарантирует, что внутри горелки поддерживается надлежащий электрический контакт.
[0007] Например, один вариант осуществления предусматривает конструкцию «с соединением на защелках», которая позволяет контактному элементу двигаться в осевом направлении в области неисправности во время монтажа в горелке. Таким образом, вместо жесткого крепления к завихрителю, контактный элемент располагают в пределах дорожки или набора дорожек в пределах завихрителя и обеспечивают смещение пружиной, которая толкает контактный элемент к горелке, если существует некоторый зазор (например, вследствие незатянутой резьбы). Во время надлежащей сборки, катод будет подталкивать контактный элемент немного вперед к электроду, оставляя при этом некоторый зазор для направления. В результате воздействия силы газа, в завихрителе и полости возникает зазор, пружина сжимается и зажигается дуга. Эта свобода движения контактного элемента гарантирует надлежащее сопряжение с катодом посредством нескольких стадий поворота и монтажа картриджа.
[0008] В одном аспекте изобретения предложен расходный картридж для плазменно-дуговой горелки. Расходный картридж включает в себя каркас картриджа, имеющий первый конец и второй конец, противоположный первому концу. Первый и второй концы определяют продольную ось. Второй конец включает в себя множество дискретных поджимных конструктивных элементов. Расходный картридж также включает в себя электропроводный контактный элемент, крепящийся к каркасу картриджа множеством дискретных поджимных конструктивных элементов и выполненный с возможностью поступательного движения в пределах каркаса картриджа вдоль продольной оси на втором конце. Контактный элемент имеет сердечник, проксимальную поверхность и дистальную поверхность. Проксимальной поверхности придана форма, обеспечивающая контакт с плунжером горелки, имеющимся в плазменно-дуговой горелке, при монтаже в плазменно-дуговую горелку. Дистальной поверхности придана форма, обеспечивающая контакт с электродом плазменно-дуговой горелки во время эксплуатации плазменно-дуговой горелки.
[0009] В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере однин дискретный поджимной конструктивный элемент во множестве дискретных поджимных конструктивных элементов выполнен с возможностью контактного взаимодействия с выключателем для восприятия присутствия каркаса картриджа, картриджа или поджимного колпачка, прикрепленного к корпусу горелки, принадлежащему плазменно-дуговой горелке. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере один дискретный поджимной конструктивный элемент во множестве дискретных поджимных конструктивных элементов включает в себя направляющую дорожку для согласования с контактным элементом. В некоторых вариантах осуществления, контактный элемент включает в себя по меньшей мере один направляющий канал для согласования с упомянутым по меньшей мере одним дискретным поджимным конструктивным элементом во множестве дискретных поджимных конструктивных элементов. В некоторых вариантах осуществления, множество дискретных поджимных конструктивных элементов включает в себя один или несколько осевых упоров. В некоторых вариантах осуществления каркас картриджа образует завихритель или завихрительный конструктивный элемент плазменно-дуговой горелки, при этом первый конец каркаса картриджа включает в себя набор каналов, соединяющих по текучей среде внутреннюю поверхность каркаса картриджа и наружную поверхность каркаса картриджа.
[0010] В некоторых вариантах осуществления контактный элемент включает в себя конструктивный элемент соединения на защелках для сочленения с каркасом картриджа. В некоторых вариантах осуществления электрод находится в пределах каркаса картриджа, при этом электрод взаимодействует с пружиной (например, включая ее в себя), выполненной с возможностью смещения контактного элемента к катоду плазменно-дуговой горелки. В некоторых вариантах осуществления контактный элемент выполнен с возможностью скольжения вдоль продольной оси во время монтажа в плазменно-дуговой горелке при контакте с плунжером горелки. В некоторых вариантах осуществления, множеству дискретных поджимных конструктивных элементов придана форма, обеспечивающая сопрягающее контактное взаимодействие с контактным элементом и определение траектории поступательного движения контактного элемента в пределах каркаса картриджа. В некоторых вариантах осуществления множество дискретных поджимных конструктивных элементов и контактный элемент ограничивают набор продувочных каналов. В некоторых вариантах осуществления траектории поступательного движения имеет две или более радиальных поверхностей раздела между контактным элементом и каркасом картриджа.
[0011] В некоторых вариантах осуществления, контактный элемент включает в себя волнистые края. В некоторых вариантах осуществления контактный элемент включает в себя колпачковый конструктивный элемент, выполненный как единое целое с сердечником. В некоторых вариантах осуществления, каркас картриджа выполнен из термопластичного материала. В некоторых вариантах осуществления каркас картриджа является формованным. В некоторых вариантах осуществления контактный элемент является физически отдельным от электрода в пределах расходного картриджа. В некоторых вариантах осуществления контактный элемент выведен из непосредственного физического контакта с электродом, когда плазменно-дуговую горелку не эксплуатируют. В некоторых вариантах осуществления толщина между проксимальной поверхностью и дистальной поверхностью по меньшей мере вдвое больше толщины на периметре сердечника.
[0012] В еще одном аспекте изобретения предложен завихритель для плазменно-дуговой горелки. Завихритель включает в себя корпус, которому придана форма, обеспечивающая сопрягающее контактное взаимодействие с электродом плазменно-дуговой горелки. Корпус включает в себя первый конец и второй конец. Первый и второй концы определяют продольную ось. Корпус также включает в себя набор выступов, продолжающихся от второго конца в направлении продольной оси. По меньшей мере один выступ включает в себя внутреннюю направляющую дорожку. Завихритель также включает в себя электропроводный контактный элемент, ограниченный набором выступов. Контактный элемент включает в себя, по меньшей мере, один направляющий канал, дополнительный по отношению к упомянутой по меньшей мере одной направляющей дорожке. Выравнивание контактного элемента с завихрителем облегчается за счет взаимодействия упомянутого по меньшей мере одного направляющего канала с упомянутой по меньшей мере одной направляющей дорожкой.
[0013] В некоторых вариантах осуществления упомянутый по меньшей мере один выступ определяет область, которую контактный элемент может занимать во время нормальной эксплуатации плазменно-дуговой горелки. В некоторых вариантах осуществления первый конец включает в себя набор каналов, соединяющих по текучей среде внутреннюю поверхность завихрителя и наружную поверхность завихрителя. В некоторых вариантах осуществления контактный элемент включает в себя конструктивный элемент соединения на защелках для сочленения с корпусом завихрителя. В некоторых вариантах осуществления электрод взаимодействует с пружиной, выполненной с возможностью смещения контактного элемента к катоду плазменно-дуговой горелки, или включает в себя эту пружину. В некоторых вариантах осуществления контактный элемент выполнен с возможностью скольжения вдоль продольной оси во время монтажа в плазменно-дуговой горелке при контакте с плунжером плазменно-дуговой горелки. В некоторых вариантах осуществления один или несколько выступов имеют линейную высоту приблизительно между 5 и 7 миллиметрами. В некоторых вариантах осуществления один или несколько выступов имеют линейную ширину приблизительно между 1 и 3 миллиметрами. В некоторых вариантах осуществления один или несколько выступов имеют линейную длину приблизительно между 6 и 8 миллиметрами.
[0014] В некоторых вариантах осуществления набор выступов определяет траекторию поступательного движения для контактного элемента. В некоторых вариантах осуществления завихритель и контактный элемент ограничивают набор продувочных каналов. В некоторых вариантах осуществления траектория поступательного движения имеет две или более радиальных поверхностей раздела между контактным элементом и завихрителем. В некоторых вариантах осуществления, контактный элемент включает в себя волнистые края. В некоторых вариантах осуществления, контактный элемент имеет по существу неизменную толщину поперечного сечения. В некоторых вариантах осуществления завихритель выполнен из термопластичного материала. В некоторых вариантах осуществления завихритель является формованным. В некоторых вариантах осуществления контактный элемент выведен из непосредственного физического контакта с электродом, когда плазменно-дуговую горелку не эксплуатируют.
[0015] В еще одном аспекте изобретения предложен завихритель для плазменно-дуговой горелки. Завихритель включает в себя корпус, выполненный с возможностью по меньшей мере частичного окружения электрода плазменно-дуговой горелки и контактного взаимодействия с ним при скольжении. Корпус включает в себя первый конец и второй конец, противоположный первому концу. Первый и второй концы определяют продольную ось. Корпус также включает в себя набор выступов, продолжающихся от второго конца в направлении продольной оси. По меньшей мере один из выступов выполнен с возможностью контактного взаимодействия с выключателем для восприятия присутствия завихрителя или поджимного колпачка плазменно-дуговой горелки. В некоторых вариантах осуществления в пределах корпуса завихрителя как единое целое с ним выполнен набор формованных завихрительных отверстий. В некоторых вариантах осуществления, завихритель включает в себя надетое на него обжатием унитарное сопло. В некоторых вариантах осуществления завихритель включает в себя электропроводный контактный элемент, заключенный в пределах набора выступов, причем набор выступов включает в себя набор направляющих дорожек, а контактный элемент включает в себя набор направляющих каналов, дополнительный по отношению к набору направляющих дорожек. В некоторых вариантах осуществления, набор выступов включает в себя поджимной конструктивный элемент для заключения контактного элемента.
[0016] В еще одном аспекте изобретения предложен расходный картридж для плазменно-дуговой горелки. Расходный картридж включает в себя каркас картриджа и электропроводный контактный элемент, заключенный в каркасе картриджа. Расходный картридж дополнительно включает в себя средство для запирания контактного элемента в плазменно-дуговую горелку во время эксплуатации плазменно-дуговой горелки. В еще одном аспекте изобретения предложен расходный картридж для плазменно-дуговой горелки. Расходный картридж включает в себя каркас картриджа. Расходный картридж (например, каркас) дополнительно включает в себя средство для контактного взаимодействия с расходным распознающим конструктивным элементом плазменно-дуговой горелки во время эксплуатации плазменно-дуговой горелки.
[0017] В еще одном аспекте изобретения предложен способ эксплуатации плазменно-дуговой горелки. Способ предусматривает монтаж расходного картриджа в плазменно-дуговой горелке. Расходный картридж имеет каркас картриджа с первым концом и вторым концом, которые определяют продольную ось. Расходный картридж включает в себя электропроводный контактный элемент, заключенный в каркасе картриджа. Способ также предусматривает поступательное движение контактного элемента в первом направлении вдоль продольной оси к первому концу сразу же при вступлении в контакт с плунжером горелки, имеющимся в плазменно-дуговой горелке. Способ также предусматривает поступательное движение электрода плазменно-дуговой горелки в втором направлении, противоположном первому направлению, вдоль продольной оси. Электрод контактирует с контактным элементом во время плазменного режима (например, резки или поверхностной резки) плазменно-дуговой горелки. Контактный элемент отделен от электрода, когда плазменно-дуговая горелка не находится в плазменном режиме.
[0018] В еще одном аспекте изобретения предложен способ сборки картриджа плазменно-дуговой горелки. Способ предусматривает обеспечение завихрителя, имеющего корпус, которому придана форма, обеспечивающая сопрягающее контактное взаимодействие с электродом плазменно-дуговой горелки. Корпус включает в себя первый конец и второй конец, которые определяют продольную ось. Корпус также включает в себя набор выступов, продолжающихся от второго конца вдоль направления продольной оси. Набор выступов включает в себя набор направляющих дорожек. Способ также предусматривает обеспечение электропроводного контактного элемента, имеющего набор направляющих каналов, дополнительный по отношению к набору направляющих дорожек завихрителя. Способ также предусматривает монтаж контактного элемента в завихрителе, при этом осуществляют сопрягающее взаимодействие направляющих каналов контактного элемента с набором направляющих дорожек завихрителя. Во время монтажа контактного элемента в завихритель, осуществляют поступательное движение контактного элемента на фиксированное расстояние вдоль продольной оси в пределах завихрителя до тех пор, пока сопло не прикрепится к первому концу завихрителя. После монтажа, контактный элемент надежно удерживают в пределах картриджа плазменно-дуговой горелки (например, заключенным в пределах некоторой области, но - с возможностью свободного движения в осевом направлении в пределах этой области). В некоторых вариантах осуществления, контактный элемент после монтажа способен поступательно двигаться на фиксированное расстояние в пределах картриджа плазменно-дуговой горелки вдоль продольной оси. В некоторых вариантах осуществления, по меньшей мере один поджимной конструктивный элемент, находящийся на внутренней поверхности по меньшей мере одного из выступов, ограничивает поступательное движение контактного элемента в направлении второго конца.
[0019] В еще одном аспекте изобретения предложен расходный картридж для плазменно-дуговой горелки. Расходный картридж включает в себя корпус, выполненный с возможностью по меньшей мере частичного окружения электрода плазменно-дуговой горелки и контактного взаимодействия с ним при скольжении. Корпус включает в себя дистальный первый конец и проксимальный второй конец, противоположный первому концу. При этом первый и второй концы определяют продольную ось. Расходный картридж также включает в себя промежуточный компонент, выполненный с возможностью расположения между корпусом и предохранительным выключателем плазменно-дуговой горелки, причем промежуточный компонент включает в себя по меньшей мере один дискретный выступ, прикрепленный к проксимальному концу промежуточного компонента, при этом дискретный выступ простирается от проксимального конца промежуточного компонента в направлении продольной оси. Упомянутый по меньшей мере один дискретный выступ обеспечивает эксплуатацию плазменно-дуговой горелки за счет восприятия присутствия расходного материала (например, завихрителя или поджимного колпачка) плазменно-дуговой горелки предохранительным выключателем. В еще одном аспекте изобретения предложен способ обеспечения эксплуатации горелки для плазменно-дуговой резки. Способ предусматривает обеспечение выступа на корпусе картриджа горелки. Способ также предусматривает монтаж картриджа горелки в плазменно-дуговой горелке с активацией выступа предохранительным выключателем для восприятия присутствия расходного материала (например, завихрителя или поджимного колпачка) плазменно-дуговой горелки.
[0020] В некоторых вариантах осуществления картридж включает в себя пружинный электрод, имеющий «плавающую корончатую насадку», которая динамично расположена в пределах завихрителя картриджа. В некоторых вариантах осуществления, когда ее не эксплуатируют, плавающая корончатая насадка не находится в непосредственном физическом контакте с электродом (например, контактирует лишь с соединяющей их пружиной). В некоторых вариантах осуществления завихритель и плавающая корончатая насадка включают в себя дополнительные дорожки или направляющие. В некоторых вариантах осуществления плавающая корончатая насадка имеет некруглую форму с некоторым количеством язычков и/или щелей, обработка которых на станке оказывается дорогостоящей и/или затруднена. В некоторых вариантах осуществления дополнительный набор выравнивающих поверхностей оказывает влияние на электрические контакты в пределах горелки (в некоторых предыдущих вариантах осуществления электрод, контактный элемент и плунжер снабжены такими поверхностями, тогда как в данном случае завихритель тоже обеспечивает такие поверхности). В некоторых вариантах осуществления, когда происходит монтаж, корончатая насадка поступательно движется аксиально вперед, как только вступает в контакт с плунжером горелки, а потом, при зажигании, электрод поступательно движется назад в плавающую корончатую насадку для зажигания. В некоторых вариантах осуществления одна или несколько описываемых здесь конфигураций приводят к улучшенному выравниванию расходных материалов. В некоторых вариантах осуществления одна или несколько описываемых здесь конфигураций обеспечивают более надежный контакт или соединение между плунжером и электродом даже во время незавершенного монтажа, что позволяет быстрее заменять расходные материалы и снижать затраты.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0021] Вышеизложенные рассуждения можно будет легче понять исходя из нижеследующего подробного описания изобретения, приводимого в связи с прилагаемыми чертежами.
[0022] На фиг.1 представлено сечение известной плазменно-дуговой горелки с надлежащим образом смонтированным картриджем, имеющим «неподвижную корончатую насадку».
[0023] На фиг.2 представлено сечение известной плазменно-дуговой горелки с надлежащим образом смонтированным картриджем, имеющим «неподвижную корончатую насадку.
[0024] На фиг.3 представлено сечение плазменно-дуговой горелки с картриджем, включающим в себя установленную в нем «плавающую корончатую насадку» или контактный элемент, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0025] На фиг.4A представлено сечение завихрителя, имеющего установленную в нем «плавающую корончатую насадку» или контактный элемент, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0026] На фиг.4B представлен вид сбоку завихрителя согласно фиг.4A, повернутого на 90 градусов вокруг продольной оси завихрителя, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0027] На фиг.5A представлен вид сбоку картриджа плазменно-дуговой горелки, имеющего установленные в нем электрод и контактный элемент, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0028] На фиг.5B представлен вид сверху картриджа плазменно-дуговой горелки согласно фиг.5A в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0029] На фиг.5C представлено сечение картриджа плазменно-дуговой горелки согласно фиг.5A в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0030] На фиг.5D представлен в разобранном виде картридж плазменно-дуговой горелки согласно фиг.5A в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0031] На фиг.6A представлено перспективное изображение контактного элемента для картриджа плазменно-дуговой горелки, показанного на фиг.5A-5D, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0032] На фиг.6B представлен вид сверху контактного элемента для картриджа плазменно-дуговой горелки, имеющего волнистые края, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0033] На фиг.7 представлена блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая способ эксплуатации плазменно-дуговой горелки, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
[0034] На фиг.8 представлена блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая способ сборки картриджа плазменно-дуговой горелки, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРОИЛЛЮСТРИРОВАННЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
[0035] На фиг.3 представлено сечение плазменно-дуговой горелки 300 с картриджем 304, включающим в себя установленную в нем плавающую корончатую насадку» или электропроводный контактный элемент 308, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. Плазменно-дуговая горелка 300 имеет сопло 312, экран 316, электрод 320, поджимной колпачок 324 и завихритель 328. Контактный элемент 308, установленный в плазменно-дуговой горелке 300 включает в себя пружину 332 электрода 320, выполненную с возможностью аксиального смещения контактного элемента 308 назад к плунжеру (катоду) 332. Во время надлежащей сборки, катод 332 будет подталкивать контактный элемент 308 немного вперед к электроду 320, оставляя при этом некоторый зазор между электродом 320 и контактным элементом 308 для направления и генерирования дуги во время начала эксплуатации. Во время резки и/или зажигания дуги, в результате воздействия сил газа в завихрителе 328 (и/или полости), этот зазор сократится, а пружина полностью сожмется. В отличие от известного варианта осуществления, показанного на фиг.1 и 2, эта свобода движения контактного элемента 308 гарантирует надлежащее сопряжение с катодом 332 посредством нескольких стадий поворота и монтажа картриджа.
[0036] На фиг.4A представлено сечение завихрителя 328 (например, расходного картриджа для плазменно-дуговой горелки), имеющего смонтированную в нем «плавающую корончатую насадку» или электропроводный контактный элемент 308, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения, а на фиг.4B представлен вид сбоку завихрителя согласно фиг.4A, повернутого на 90 градусов вокруг продольной оси 404 завихрителя 328. Завихритель 328 имеет корпус 404 (например, каркас картриджа), имеющий первый конец 408 и второй конец 412, противоположный первому концу 408, причем первый и второй концы определяют продольную ось 416. Второй конец 412 включает в себя множество дискретных поджимных конструктивных элементов 420A, 420B. Дискретные поджимные конструктивные элементы 420A, 420B могут быть выступами, которые принимают форму шипов, расширений или продольных удлинений на втором конце 412. В этом варианте осуществления имеются два поджимных конструктивных элемента 420A, 420B, которые диаметрально противоположны, а в других вариантах осуществления имеется иное количество дискретных поджимных конструктивных элементов, включая три, четыре или отличающееся от этих количество.
[0037] Контактный элемент 308 крепится к корпусу 404 множеством дискретных поджимных конструктивных элементов 420A, 420B. Контактный элемент 308 имеет сердечник 428, проксимальную поверхность 432 и дистальную поверхность 436. Проксимальной поверхности 432 придана форма, обеспечивающая контакт с плунжером горелки (например, катодом 332, показанным на фиг.3 и описанным применительно к ней), имеющимся в плазменно-дуговой горелке, при монтаже в плазменно-дуговой горелке. Дистальной поверхности 436 придана форма, обеспечивающая контакт с электродом (например, электродом 320, показанным на фиг.3 и описанным применительно к ней) плазменно-дуговой горелки во время эксплуатации плазменно-дуговой горелки. Контактный элемент 308 является физически отдельным от электрода 320 и выведен из непосредственного физического контакта с электродом 320, когда плазменно-дуговую горелку 300 не эксплуатируют. Контактный элемент 308 выполнен с возможностью поступательного движения на некоторое заранее определенное расстояние 424 в пределах корпуса 404 вдоль продольной оси 416 на втором конце 412. Контактный элемент 308 может быть изготовлен из латуни, меди и/или другого проводящего материала.
[0038] По меньшей мере, один дискретный поджимной конструктивный элемент (или выступ) во множестве дискретных поджимных конструктивных элементов 420A, 420B может включать в себя средство для контактного взаимодействия с распознающим расходный материал конструктивным элементом плазменно-дуговой горелки (например, выключателем 334) во время эксплуатации плазменно-дуговой горелки. Распознающий расходный материал конструктивный элемент может быть предназначен для восприятия присутствия расходного материала (например, поджимного колпачка 324), крепящегося к корпусу горелки, принадлежащему плазменно-дуговой горелке, как показано на фиг.3. Кроме того, по меньшей мере один дискретный поджимной конструктивный элемент во множестве дискретных поджимных конструктивных элементов 420A, 420B (как показано - каждый дискретный поджимной конструктивный элемент) включает в себя направляющую дорожку 440 для согласования с контактным элементом 308. Контактный элемент 308 включает в себя по меньшей мере один дополнительный направляющий канал 444 для согласования с упомянутым по меньшей мере одним дискретным поджимным конструктивным элементом во множестве дискретных поджимных конструктивных элементов 420A, 420B. В некоторых вариантах осуществления множество дискретных поджимных конструктивных элементов 420A, 420B может включать в себя один или несколько осевых упоров 448A, 448B (или «кромочных» конструктивных элементов), которые служат, например, в качестве средства для запирания контактного элемента 308 в картридже. Множеству дискретных поджимных конструктивных элементов 420A, 420B придана форма, обеспечивающая сопрягающее контактное взаимодействие с контактным элементом 308 и определение траектории поступательного движения контактного элемента 308 в пределах корпуса (например, соответствующей упомянутому заранее определенному расстоянию 424). Траектория поступательного движения имеет две или более радиальных поверхностей раздела между контактным элементом 308 и корпусом 404.
[0039] Корпус 404 может образовывать завихритель или завихрительный конструктивный элемент плазменно-дуговой горелки. Первый конец корпуса 404 включает в себя набор каналов (например, каналов 452A, 452B, 452C, и т.д.), соединяющих по текучей среде внутреннюю поверхность 456 корпуса 404 и наружную поверхность 460 корпуса 404. Контактный элемент 308 может включать в себя конструктивный элемент 464 соединения на защелках, предназначенный для сочленения с корпусом 404. Контактный элемент 308 может быть выполнен с возможностью скольжения вдоль продольной оси 416 во время монтажа в плазменно-дуговой горелке при контакте с плунжером горелки 332. Множество дискретных поджимных конструктивных элементов 420A, 420B и контактный элемент 308 определяют набор продувочных каналов 468A, 468B. В некоторых вариантах осуществления, контактный элемент включает в себя «крышечный» конструктивный элемент, выполненный как единое целое с сердечником (например, как показано на обсуждаемой ниже фиг.6A). В некоторых вариантах осуществления контактный элемент 308 включает в себя волнистые края (например, как показано на обсуждаемой ниже фиг.6B). В некоторых вариантах осуществления корпус 404 выполнен из термопластичного материала и/или является формованным.
[0040] Вариант осуществления изобретения, показанный на фиг.3 и 4A-4B протестировали в сравнении с картриджем, имеющим конструкцию «с неподвижной корончатой насадкой» согласно фиг.1 и 2. Во время тестирования резьбу картриджа при каждой наладке оставляли немного незатянутой, чтобы создать зазор примерно 1,016 мм (0,040 дюйма). Каждую систему запускали в режиме поверхностной резки, который обеспечивает меньшее давление газа и повышенный риск образования дуги. Для картриджа, имеющего конструкцию «с неподвижной корончатой насадкой» согласно фиг.1 и 2, в двух контрольных примерах из двенадцати наблюдались отказы, а в одном из этих двух контрольных примеров горелка полностью прогорала или разрушалась. По сравнению с этим, когда те же тесты проводили с вариантом осуществления, предусматривавшим «плавающую корончатую насадку», показанную на фиг.3 и 4A-4B, горелка каждый раз проходила тест без какого-либо повреждения, показывая, что вариант осуществления согласно фиг.3 и 4A-4B обеспечивает конструкцию горелки с расходными материалами, более стойкую к внешними воздействиям.
[0041] На фиг.5A-5D показаны различные виды еще одного расходного картриджа 500 для плазменно-дуговой горелки, имеющего установленный в нем контактный элемент 540, в соответствии с еще одним иллюстративным вариантом осуществления изобретения (на фиг.5A показан вид сбоку; на фиг.5B показан вид сверху; на фиг.5C показано сечение; на фиг.5D показан картридж в разобранном виде). Элементы этого расходного картриджа 500 могут быть, по существу, аналогичными тем, которые показаны на фиг.4A-4B и описаны выше. Расходный картридж 500 включает в себя завихритель 508, имеющий корпус 524. Корпус включает в себя первый конец 512 и второй конец 516, противоположный первому концу 512, причем первый и второй концы 512, 516 определяют продольную ось 520. Корпусу 524 придана форма, обеспечивающая сопрягающее контактное взаимодействие с электродом 528 плазменно-дуговой горелки. Корпус 524 включает в себя набор выступов 532A, 532B, продолжающихся от второго конца 516 в направлении продольной оси 520. По меньшей мере один выступ 532A, 532B включает в себя внутреннюю направляющую дорожку 536A, 536B. Завихритель 508 также включает в себя электропроводный контактный элемент 540, заключенный в пределах набора выступов 532A, 532B. Контактный элемент 540 включает в себя по меньшей мере один направляющий канал 544A, 544B, дополнительный по отношению к упомянутой по меньшей мере одной направляющей дорожке 536A, 536B. Выравнивание контактного элемента 540 с завихрителем 508 облегчается за счет взаимодействия упомянутого по меньшей мере одного направляющего канала 544A, 544B с упомянутой по меньшей мере одной направляющей дорожкой 536A, 536B.
[0042] По меньшей мере один выступ 532A, 532B ограничивает область 548, которую контактный элемент 540 может занимать во время нормальной эксплуатации плазменно-дуговой горелки. Первый конец 512 включает в себя набор каналов (например, 552A, 552B, 552C и аналогичных каналов) соединяющих по текучей среде внутреннюю поверхность 556 завихрителя 508 и наружную поверхность 560 завихрителя 508. Контактный элемент 540 может включать в себя конструктивный элемент соединения на защелках, предназначенный для сочленения с корпусом завихрителя 508 (например, упомянутый элемент соединения может защелкиваться в пределах выступов и поджиматься ими в пределах расходного картриджа 500). Электрод 528 включает в себя пружину 564, выполненную с возможностью смещения контактного элемента 540 к катоду плазменно-дуговой горелки. Контактный элемент 540 выполнен с возможностью скольжения вдоль продольной оси 520 во время монтажа в плазменно-дуговой горелке при вступлении в контакт с плунжером плазменно-дуговой горелки. Набор выступов 532A, 532B определяет траекторию поступательного движения (например, в пределах области 548 и с заключением в эту область) для контактного элемента 540. Набор выступов 532A, 532B и контактный элемент 540 ограничивают набор продувочных каналов 568A, 568B. Траектория поступательного движения имеет две или более радиальных поверхностей 572A, 572B раздела между контактным элементом 540 и завихрителем 508. В некоторых вариантах осуществления один или несколько выступов в наборе выступов 532A, 532B могут иметь один или несколько следующих линейных размеров: высоту (например, в направлении продольной оси) приблизительно 6,3 миллиметра, или - по выбору - приблизительно между 6,1 и 6,5 миллиметрами, или - по выбору приблизительно между 5 и 7 миллиметрами; ширину (например, в направлении радиуса расходного картриджа) приблизительно 2,0 миллиметра, или - по выбору - приблизительно между 1,8 и 2,2 миллиметра, или - по выбору - приблизительно между 1 и 3 миллиметрами; и/или длину (например, в направлении, перпендикулярном и ширине, и высоте) приблизительно 6,9 миллиметра, или - по выбору - приблизительно между 6,7 и 7,1 миллиметрами, или - по выбору - приблизительно между 6 и 8 миллиметрами.
[0043] На фиг.6A представлено перспективное изображение контактного элемента 540 для картриджа плазменно-дуговой горелки, показанного на фиг.5A-5D, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. Этот контактный элемент 540 является электропроводным. Контактный элемент 540 имеет сердечник 604 (например, сплошной сердечник или полый сердечник) и крышку 608. Крышка 608 включает в себя одну или несколько позиционирующих поверхностей 612A, 612B для выравнивания с завихрителем (например, завихрителем 508) картриджа плазменно-дуговой горелки и один или несколько каналов 616 для взаимоблокировки с дополнительными выступами завихрителя. Контактный элемент 540 имеет один или несколько дополнительных каналов 620 для ограничения набора продувочных каналов при контактном взаимодействии с одним или несколькими выступами завихрителя. Контактный элемент 540 может иметь аналогичный набор конструктивных элементов на противоположном конце (например, со сдвигом на 180 градусов от) контактного элемента 540 для упомянутого одного или каждого из нескольких каналов 616 и дополнительных каналов 620 (и те, и другие не показаны). На фиг.6B показан аналогичный контактный элемент 650 с несколькими отличиями. Одно заметное отличие заключается в том, что каналы 654A, 654B для образования продувочных каналов имеют волнистые края, а не квадратные или наклоненные под углом края. Специалист в данной области техники легко поймет, что возможны также другие формы и конфигурации.
[0044] На фиг.7 представлена блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая способ 700 эксплуатации плазменно-дуговой горелки в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. На первом этапе 705 обеспечивают расходный картридж для плазменно-дуговой горелки, причем расходный картридж имеет каркас картриджа с первым концом и вторым концом, которые определяют продольную ось, при этом расходный картридж включает в себя электропроводный контактный элемент, заключенный в каркасе картриджа. На втором этапе 710 монтируют картридж в плазменно-дуговой горелке, осуществляют поступательное движение контактного элемента в первом направлении вдоль продольной оси к первому концу сразу после вступления в контакт с плунжером горелки, имеющимся в плазменно-дуговой горелке. На третьем этапе 715 осуществляют поступательное движение электрода плазменно-дуговой горелки во втором направлении, противоположном первому направлению, вдоль продольной оси, при этом электрод контактирует с контактным элементом во время плазменного режима плазменно-дуговой горелки. Когда плазменно-дуговая горелка не находится в плазменном режиме, контактный элемент отделен от электрода.
[0045] На фиг.8 представлена блок-схема последовательности операций, иллюстрирующая способ 800 сборки картриджа плазменно-дуговой горелки, в соответствии с иллюстративным вариантом осуществления изобретения. На первом этапе 805 обеспечивают завихритель, имеющий корпус, которому придана форма, обеспечивающая сопрягающее контактное взаимодействие с электродом плазменно-дуговой горелки, причем корпус включает в себя первый конец и второй конец, которые определяют продольную ось, и набор выступов, продолжающихся от второго конца вдоль направления продольной оси, при этом набор выступов включает в себя набор направляющих дорожек. На втором этапе 810 обеспечивают электропроводный контактный элемент, который имеет набор направляющих каналов, дополнительный по отношению к набору направляющих дорожек завихрителя. На третьем этапе 815 монтируют контактный элемент в завихрителе, осуществляя при этом сопрягающее контактное взаимодействие направляющих каналов контактного элемента с набором направляющих дорожек завихрителя. Во время монтажа контактного элемента в завихрителе, контактный элемент совершает поступательное движение на фиксированное расстояние вдоль продольной оси в пределах завихрителя, и при этом после монтажа контактный элемент надежно удерживают в пределах картриджа плазменно-дуговой горелки. В некоторых вариантах осуществления, после монтажа контактный элемент способен совершать поступательное движение на фиксированное расстояние в пределах картриджа плазменно-дуговой горелки вдоль продольной оси. В некоторых вариантах осуществления поступательное движение контактного элемента в направлении второго конца ограничивают по меньшей мере один поджимной конструктивный элемент, находящийся на внутренней поверхности по меньшей мере одного из выступов.
[0046] Хотя изобретение подробно проиллюстрировано и описано со ссылками на конкретные предпочтительные варианты осуществления, специалистам в данной области техники будет ясно, что в рамках сущности и объема притязаний, охарактеризованных нижеследующей формулой изобретения, в его форму и детали могут быть внесена различные изменения.