ГОЛОВКА ПЛАЗМЕННОЙ ГОРЕЛКИ

Область техники
Техническое решение касается головки плазменной горелки, включающей сопло, держатель сопла, вкладку держателя сопла, электрод и крышку сопла.
Существующее состояние техники
Одной из проблем оказываемых плазменными горелками является охлаждение сопла, окружающего электрод. По известному состоянию техники это сделано так, что между внешним контуром электрода и внутренним контуром сопла остается пространство, которое выходит вне плазменной горелки через цилиндрическое выходное отверстие. Охлаждающий носитель попадает в пространство выше внешней поверхности сопла из отверстий, сделанных в держатели сопла, например осесимметричных. Но осесимметричное решение способствует осе-несимметричному току охлаждающего носителя, что кажется невыгодным с точки зрения охлаждения. Температура сопла достигает максимальной величины в его передней части и понижается в направлении назад. Это способствует тому, что только часть охлаждающего носителя содействует охлаждению, так как основная часть охлаждающего носителя течет вокруг задней части сопла, где низкая разность температур и эффективность охлаждения является низкой.
Другое решение охлаждения сопла включает асимметрическое расположение вводного и выводного отверстий охлаждающей среды. Данное исполнение обеспечивает лучшее отделение ввода и вывода охлаждающей среды и таким образом дает возможность лучше оптимизировать ток охлаждающей среды. Такой тип плазменной горелки известен из DE 102008018530. В случае данной плазменной горелки часть охлаждающей среды течет между вводным отверстием к отдаленному концу охлаждающего пространства и потом по части круга назад к близкому концу охлаждающего пространства и отводящим отверстием наружу из плазменной горелки. Остающаяся часть охлаждающей среды течет от подводного отверстия практически в направлении касательной линии по части круга к отводному отверстию и участвует в охлаждении только минимально. Эффективность охлаждения в максимально тепло - нагруженной части сопла таким образом понижена, что оказывает влияние на срок жизни сопла.
На основе DE 102007005316 известно решение плазменной горелки, у которого основная часть охладителя направлена током вокруг максимально тепло - нагруженной части сопла. Но позитивный эффект охлаждения ограничен с учетом относительно небольшой поверхности, на которой осуществляется тепловая смена. Сопло снабжено канавками, чтобы обеспечить движение, и требует вращательное позиционирование канавок в отношении вводного или же выводного отверстия, так как только таким образом течет охлаждающая среда по канавкам и охлаждение является более интенсивным.
Из описания DE 102009006132 известно выполнение плазменной горелки, которое характеризуется двумя типами канавок - один тип для подвода охлаждающей среды и второй тип для отвода охлаждающей среды. Недостатком данного типа плазменной горелки является сложность производства и также требование по позиционированию сопла в отношении вводного и выводного отверстия охлаждающей среды. Срок жизни сопла, так и время простоя в течение смены сопла оказывают влияние на эффективность использования плазменной горелки.
Основа технического решения
Целью технического решения является изменение конструкции плазменной горелки так, чтобы она улучшила охлаждение сопла, чтобы устранить позиционирование сопла в отношении вводного и выводного отверстия и чтобы таким образом упростить конструкцию плазменной горелки.
Это достигается тем, что в известной головкой плазменной горелки, включающей сопло, держатель сопла, вкладку держателя сопла, электрод и крышку сопла, согласно предлагаемому техническому решению, между электродом и соплом размещено вихревое кольцо для электрической изоляции электрода и сопла, которое съемно установлено на теле плазменной горелки держателем, снабженным вкладкой, которая размещена между внешней поверхностью сопла и внутренней поверхностью держателя для создания канала для охлаждающей среды, причем на сопле размещена манжета, посредством которой канал соединен с гомогенизирующей камерой.
Принимая во внимание равномерное движение охлаждающей среды и несложность исполнения, то кажется выгодным, если сопло в передней части оборудовано ребром, к которому прилегает держатель сопла, и манжета на сопле снабжена регулярно размещенными пропусками, причем на манжете находится поверхность прилегания для тела плазменной горелки и поверхность прилегания для вкладки.
Учитывая ведение защитного газа, является целесообразным, если передняя часть держателя сопла содержит дистанционное кольцо, на переднюю поверхность которого прилегает крышка и с другой стороны передней поверхности размещены по окружности дистанционного кольца проходки для защитного газа.
Принимая во внимание равномерное движение охлаждающей среды, то кажется выгодным, если вкладка в задней части снабжена фланцем, в котором регулярно размещены проходки для подогрева охлаждающей среды, причем в передней части вкладки находятся выступы.
Для простоты производства является целесообразным, если вкладка является конической в передней части и цилиндрической в задней части, причем на задней части цилиндрической формы находятся канавки, которые регулярно размещены и которые более глубокие по направлении передней части вкладки.
Пояснение чертежей
Техническое решение будет более подробно пояснено с применением чертежей, на которых схематически изображено: фиг. 1 головка плазменной горелки в сечении,
фиг. 2 продольное сечение сопла плазменной горелки,
фиг. 3 вид спереди сопла плазменной горелки,
фиг. 4 аксонометрический вид держателя сопла,
фиг. 5 продольное сечение держателя сопла по фиг. 4,
фиг. 6 аксонометрический вид вкладки держателя сопла,
фиг. 7 вид спереди вкладки держателя сопла,
фиг. 8 продольное сечение вкладки держателя сопла,
фиг.9 альтернативное выполнение вкладки держателя сопла в аксонометрическом виде, и
фиг. 10 продольное сечение вкладки держателя сопла по фиг. 9.
Примеры реализации технического решения
Как видно из фиг. 1, головка 13 плазменной горелки 3 состоит из сопла 2, в котором размещен электрод 9 снабженный эмиссионным элементом 11. Между электродом 9 и соплом 2 находится вихревое кольцо 12, снабженное уплотнительными кольцами 7 между электродом 9 и соплом 2. Вихревое кольцо 12 электрически отделяет электрод 9 от сопла 2 и способствует центровке сопла 2. Сопло 2 закреплено на теле 1 плазменной горелки 3 и при помощи держателя 4 оно произведено в разъемной форме, причем между телом 1 плазменной горелки 3 и держателем 4 сопла 2 находится уплотнительное кольцо 7. Держатель 4 сопла 2 снабжен вкладкой 5, размещенной между внешней поверхностью 17 сопла 2 и внутренней поверхностью 18 держателя 4 сопла 2, и таким образом создает канал 19 для прохода охлаждающей среды. Внешняя стена головки 13 состоит из крышки 14, как видно на фиг. 1, закрепленной на плазменной горелке 3 при помощи элемента 15 между которым и крышкой 14 находится уплотнительное кольцо 7. Взаимная позиция крышки 14 и держателя 4 сопла 2 установлена при помощи дистанционного кольца 6. Пространство между держателем 4, крышкой 14 и элементом 15 создает канал 20 для защитного газа. Плазменная камера 8 по фиг. 1, 2 находится в передней части 39 сопла 2 и выходит проходным отверстием 16 вне сопла 2. Для ясности и упрощения, все уплотнительные кольца обозначены идентичной относительной маркой 7.
Конструкционное исполнение сопла 2 видно из фиг. 2 и 3. В передней части 39 сопла 2 находится уплотнительное кольцо 7 и ребро 25, которое является поверхностей прилегания для держателя 4 сопла 2. На цилиндрической части внешней поверхности 17 сопла 2 размещена манжета 36, которая снабжена регулярно размещенными проходами 21, которые со стороны задней части 40 сопла 2 исходят из кольцевого углубления 22. На манжете 36 тоже находится поверхность прилегания 24, к которой прилегает тело 1 плазменной горелки 3, и поверхность прилегания 42 для вкладки 5. В задней части 40 сопла 2 тоже размещено уплотнительное кольцо 7 между телом 1 плазменной горелки 3 и соплом 2. После ввода сопла 2 в тело 1 плазменной горелки 3 по фиг. 1, 2 кольцевое углубление 22 закрыто и таким образом создается гомогенизирующая камера 32 для охлаждающей среды, в которую ведет канал 10 в теле 1 плазменной горелки 3, которым приводится охлаждающая среда.
На фиг. 4 изображен аксонометрический вид держателя 4 сопла 2. На передней части держателя 4 находится дистанционное кольцо 6, на передней части 30 которого предусмотрена крышка 14. Вдоль оборотной стороны передней части 30 дистанционного кольца 6 находятся в держателе 4 проходы 28 для защитного газа. Как также видно из фиг. 4, проходы 28 могут быть наклонными в отношении оси держателя 4, причем пространством 31 между дистанционным кольцом 6 и держателем 4 можно регулировать количество защитного газа подводимого в канал 20 для защитного газа. Из фиг. 5 видно, что между держателем 4 и дистанционным кольцом 6 находится также гомогенизирующая камера 29, в которой осуществляется сбалансирование давления и скорости защитного газа и таким образом даже равномерный поток защитного газа в переднюю часть 39 сопла 2. Дистанционное кольцо 6, которое определяет позицию крышки 14 и сопла 2 в взаимном отношении одновременно электрически отделяет крышку 14 от сопла 2. Пространство между вкладкой 5 и держателем 4 сопла 2 формирует часть канала 19, которым проходит подогретая охлаждающая среда в канал 23 в теле 1 плазменной горелки 3 по фиг. 1.
Фиг. 6, 7, 8 изображает выполнение вкладки 5, оснабженной в задней части 38 фланцем 35, в котором регулярно размещены проходы 27 для подогретой охлаждающей среды. Из передней части 37 вкладки 5 по окраине регулярно размещены радиальные выступы 45, между которыми тоже проходит охлаждающая среда. Вкладка 5 при соединении с держателем 4 описается выступами 45 на плоскость опирания 26 на держателе 4.
Другое выполнение вкладки 5 держателя 4 сопла 2 изображено на фиг. 9 и 10. Вкладка в передней части 5 является в передней части 37 конической и в задней части 38 цилиндрической и там сделаны регулярно распределенные канавки 41, которые суживаются в направлении передней части 37. Задняя часть 38 вкладки 5, надлежащим способом отработана на цилиндрическую форму, прилагает плоскостей опирания 26 к держателю 4.
В течение охлаждения сопла 2 в описанной конструкционной установке головки 13 фиг. 1, в течение хода плазменной горелки 3, охлаждающая среда приводится каналом 10 в гомогенизирующую камеру 32, из которой проходит аксиальными проходами 21 в канал 19 между внешней поверхностью 17 сопла 2 и внутренней поверхностью 18 вкладки 5 и в пространстве канала 19 осуществляется тепловой обмен между соплом 2 и охлаждающей средой. Канал 19 обращается в противоположное направление около передней части 37 вкладки 5, где охлаждающая среда пользуется высшей скоростью, и проходит пространством канала 19 к проходам 27 и из них в кольцевые промежутки 34 между телом 1 плазменной горелки 3 и держателем 4 сопла 2. После того продолжает из кольцевого промежутка 34 охладительной средой в выходной канал 23 в теле 1. Имея в виду поток охладительной среды не надо, чтобы поверхность прилегания 42 на манжете 36 сопла 2 плотно прилегала к вкладке 5 держателя 4. Между ними может быть зазор, разрешающий проток охладительной среды ниже 10%.
Смена сопла 2 по данному техническому решению является простой, так как не надо устанавливать его позицию, что относится также и для вкладки 5 держателя 4 сопла 2. Таким образом, сокращаются операционные простои.
Промышленная применимость
Техническое решение предназначено для использования на плазменных горелках.