RU2464745C1

RU2464745C1 - Straight plasmatron

Info

Publication number: RU2464745C1
Application number: RU2011112475/07A
Authority: RU
Inventors: Александр Иннокентьевич Лаженицын (RU); Александр Иннокентьевич Лаженицын; Александр Анатольевич Смирнов (RU); Александр Анатольевич Смирнов
Original assignee: Александр Иннокентьевич Лаженицын; Александр Анатольевич Смирнов
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2012-10-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: straight plasmatron has anode and cathode assemblies, where the anode assembly has cooling channels separated by partition walls, and the cathode assembly has an annular channel for feeding a plasma-supporting gas and a tungsten electrode mounted in the latter, separated from the cathode assembly an insulator in form of a tube, wherein the anode assembly includes a tubular housing with a cone-shaped head, a cover which coaxially encloses the tubular housing, and a bypass bushing having bypass channels; the cooling channels are formed by spiral partition walls lying in an annular cavity.

EFFECT: broader functional capabilities with increase in reliability of the device.

1 dwg

Description

Изобретение относится к плазменной технике и может быть использовано для рассечения, коагуляции, деструкции, испарения и абляции мягких тканей потоком плазмы.The invention relates to a plasma technique and can be used for dissection, coagulation, destruction, evaporation and ablation of soft tissues by a plasma stream.

Известно устройство для резки биотканей и коагуляции сосудов по кромке разреза, включающее катодный узел с каналами для подачи плазмообразующего газа в зону прохождения электрической дуги, вольфрамовый электрод, анодный узел, имеющий камеру горения дуги и канал формирования плазменной струи, при этом устройство содержит набор сменных плазмообразующих насадок с наружным диаметром 6-12 мм и длиной 50-250 мм, причем в плазмообразующей насадке каждому диапазону силы тока дуги соответствуют размеры диаметра и длины камеры горения дуги, а длина канала формирования струи равна длине камеры горения дуги, причем диаметр канала формирования составляет 0,5-0,6 диаметра камеры горения дуги (см. опубликованную заявку RU №2002120379, 20.02.2002).A device for cutting biological tissues and coagulation of vessels along the edge of the cut, including a cathode assembly with channels for supplying a plasma-forming gas to the arc passage zone, a tungsten electrode, an anode assembly having an arc burning chamber and a plasma jet forming channel, wherein the device comprises a set of replaceable plasma-forming nozzles with an outer diameter of 6-12 mm and a length of 50-250 mm, and in the plasma-forming nozzle, each range of the arc current corresponds to the diameter and length of the arc burning chamber, and the length anal jet forming equal to the length of the arc chamber, wherein the bore diameter of 0.5-0.6 diameter forming the arcing chamber (see. published application RU №2002120379, 20.02.2002).

Однако данное устройство имеет сравнительно сложную конструкцию, что сужает область его использования.However, this device has a relatively complex design, which narrows the scope of its use.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является плазмотрон прямой, содержащий анодный и катодный узлы, при этом анодный узел выполнен со снабженными перегородками каналами охлаждения, плазмообразующим каналом и каналом формирования плазменной струи, а катодный узел выполнен с кольцевым каналом для подачи плазмообразующего газа и установленном в последнем вольфрамовым электродом, зафиксированным относительно плазмообразующего канала и канала формирования плазменной струи анодного узла, соосно последним, отделенного от катодного узла выполненным в виде трубки изолятором, образующим с вольфрамовым электродом кольцевой канал для подачи плазмообразующего газа (см. патент RU №2234881, 27.08.2004).The closest to the invention in technical essence and the achieved result is a direct plasma torch containing anode and cathode nodes, while the anode node is made with cooling channels, a plasma-forming channel and a plasma jet channel provided with baffles, and the cathode node is made with an annular channel for supplying a plasma-forming gas and installed in the last tungsten electrode, fixed relative to the plasma forming channel and the channel for forming the plasma jet of the anode assembly, with clearly the latter separated from the cathode unit configured as a tube insulator forming a tungsten annular channel for supplying a plasma gas (See. Patent RU №2234881, 27.08.2004).

Данный плазматрон имеет небольшие габариты и позволяет повысить его надежность за счет устранения возможности появления течи охлаждающей жидкости через герметизирующую прокладку. Однако недостаточная в ряде случаев мощность дуги ограничивает его режущие свойства.This plasmatron is small in size and can improve its reliability by eliminating the possibility of leakage of coolant through the seal. However, in some cases, insufficient arc power limits its cutting properties.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является: создание удобного в использовании плазмотрона с высокими режущими и коагулирующими свойствами, с максимальной термической стойкостью элементов конструкции плазмотрона.The problem to which the invention is directed, is: the creation of an easy-to-use plasmatron with high cutting and coagulating properties, with maximum thermal resistance of the structural elements of the plasmatron.

Технический результат заключается в расширении функциональных возможностей при повышении надежности его работы.The technical result is to expand the functionality while increasing the reliability of its work.

Указанная задача решается, а технический результат достигается за счет того, что плазмотрон прямой содержит анодный и катодный узлы, при этом анодный узел выполнен с разделенными перегородками каналами охлаждения, плазмообразующим каналом и каналом формирования плазменной струи, а катодный узел выполнен с кольцевым каналом для подачи плазмообразующего газа и установленным в последнем вольфрамовым электродом, зафиксированным относительно плазмообразующего канала и канала формирования плазменной струи анодного узла, соосно последним, отделенного от катодного узла выполненным в виде трубки изолятором, образующим с вольфрамовым электродом кольцевой канал для подачи плазмообразующего газа, при этом анодный узел включает трубчатый корпус с конической головкой, коаксиально охватывающий трубчатый корпус кожух и перепускную втулку с выполненными в ней перепускными каналами, причем кожух герметично соединен с перепускной втулкой с образованием кольцевой полости, охватывающей трубчатый корпус, плазмообразующий канал и канал формирования плазменной струи выполнены в головке трубчатого корпуса, последняя выполнена конической с буртом в виде усеченного конуса на торце и коаксиально охватывающим головку с буртом коническим участком кожуха, герметично соединенным с буртом головки и перепускной втулкой с образованием конической полости, каналы охлаждения выполнены спиральными в охватывающей трубчатый корпус кольцевой полости и образованы выполненными спиральными и размещенными в кольцевой полости перегородками, причем каналы охлаждения сообщены с конической полостью головки трубчатого корпуса через перепускные каналы перепускной втулки.This problem is solved, and the technical result is achieved due to the fact that the direct plasma torch contains anode and cathode nodes, while the anode node is made with cooling channels, a plasma-forming channel and a plasma jet forming channel, and the cathode node is made with an annular channel for supplying a plasma-forming gas and installed in the last tungsten electrode, fixed relative to the plasma forming channel and the channel for forming the plasma jet of the anode assembly, coaxially last separated from the cathode assembly by an insulator made in the form of a tube, forming an annular channel with a tungsten electrode for supplying plasma-forming gas, the anode assembly comprising a tubular housing with a conical head, coaxially covering the tubular housing and the bypass sleeve with bypass channels made in it, and the casing hermetically connected to the bypass sleeve with the formation of an annular cavity covering the tubular body, the plasma forming channel and the plasma jet forming channel are made in trap of the tubular body, the latter is made conical with a shoulder in the form of a truncated cone at the end and coaxially covering the head with the shoulder of the conical section of the casing, hermetically connected to the shoulder of the head and the bypass sleeve with the formation of a conical cavity, the cooling channels are helical in the annular cavity enclosing the tubular body and are formed made by spiral and placed in the annular cavity partitions, and the cooling channels are in communication with the conical cavity of the head of the tubular body through h bypass channels of the bypass sleeve.

На чертеже представлен продольный разрез плазмотрона. Плазмотрон прямой содержит анодный 1 и катодный 2 узлы. Анодный узел 1 выполнен с разделенными перегородками 3 каналами 4 охлаждения, плазмообразующим каналом 5 и каналом 6 формирования плазменной струи. Катодный узел 2 выполнен с кольцевым каналом 7 для подачи плазмообразующего газа и установленном в последнем вольфрамовым электродом 8, зафиксированным относительно плазмообразующего канала 5 и канала 6 формирования плазменной струи анодного узла 1, соосно последним, отделенного от катодного узла 2 выполненным в виде трубки изолятором 9, образующим с вольфрамовым электродом 8 кольцевой канал 7 для подачи плазмообразующего газа. Анодный узел 1 включает трубчатый корпус 10 с конической головкой 11, коаксиально охватывающий трубчатый корпус 10 кожух 12 и перепускную втулку 13 с выполненными в ней перепускными каналами (не показаны), причем кожух 12 герметично соединен с перепускной втулкой 13 с образованием кольцевой полости 14, охватывающей трубчатый корпус 10. Плазмообразующий канал 5 и канал 6 формирования плазменной струи выполнены в головке 11 трубчатого корпуса 10. Последняя выполнена конической с буртом 15 в виде усеченного конуса на торце и коаксиально охватывающим головку 11 с буртом 15 коническим участком 16 кожуха 12, герметично соединенным с буртом головки 15 и перепускной втулкой 13 с образованием конической полости 17.The drawing shows a longitudinal section of a plasma torch. The direct plasma torch contains anode 1 and cathode 2 nodes. The anode assembly 1 is made with cooling channels 4 separated by partitions 3, a plasma forming channel 5 and a plasma jet forming channel 6. The cathode assembly 2 is made with an annular channel 7 for supplying a plasma-forming gas and installed in the last tungsten electrode 8, fixed relative to the plasma-forming channel 5 and the channel 6 for forming a plasma jet of the anode assembly 1, coaxially last, separated by a tube insulator 9 made from a cathode assembly 2, forming with the tungsten electrode 8 an annular channel 7 for supplying a plasma-forming gas. The anode assembly 1 includes a tubular body 10 with a conical head 11, coaxially covering the tubular body 10, the casing 12 and the bypass sleeve 13 with bypass channels (not shown) made therein, the casing 12 being hermetically connected to the bypass sleeve 13 to form an annular cavity 14, covering tubular body 10. The plasma forming channel 5 and the plasma jet forming channel 6 are made in the head 11 of the tubular body 10. The latter is made conical with a shoulder 15 in the form of a truncated cone at the end and coaxially covering the goal Patent Application 11 with collar 15 tapered portion 16 of the housing 12 sealingly connected to the collar of the head 15 and the bypass sleeve 13 to form a tapered cavity 17.

Каналы 4 охлаждения выполнены спиральными в охватывающей трубчатый корпус 10 кольцевой полости 14 и образованы выполненными спиральными и размещенными в кольцевой полости 14 перегородками 3, причем каналы 4 охлаждения сообщены с конической полостью 17 головки 15 трубчатого корпуса 10 через перепускные каналы перепускной втулки 13.The cooling channels 4 are made spiral in the annular cavity 14 enclosing the tubular body 10 and are formed by spiral partitions 3 arranged in the spiral cavity and placed in the annular cavity 14, the cooling channels 4 being communicated with the conical cavity 17 of the head 15 of the tubular body 10 through the bypass channels of the bypass sleeve 13.

Плазмотрон работает следующим образом. После подачи охлаждающей воды и плазмообразующего газа (аргон или гелий) осциллятором пробивают и ионизируют газовый промежуток между вольфрамовым электродом 8 и поверхностью головки 11 анодного узла 1. Одновременно с этим на вольфрамовый электрод 8 и головку 11 трубчатого корпуса 10 анодного узла 1 подают напряжение от силового источника питания электрической дуги. Дугу первоначально зажигают на меньшем токе и меньшем расходе газа (сила тока дуги 30 А, а давление подачи плазмообразующего газа 0,2 кг/см²). Это позволяет избежать выплеска вольфрама с конца электрода, его прогрева и образования в плазмообразующем канале 5 анода анодного пятна по всей окружности камеры горения дуги. После этого плазмотрон выводится автоматически на рабочий режим с силой тока 60 А и расходом плазмообразующего газа при давлении в газовой сети 0,2 кг/см². Затем устанавливают режим с необходимыми для определенного вида операции режущими и коагулирующими свойствами плазменной струи.The plasma torch works as follows. After supplying cooling water and a plasma-forming gas (argon or helium), the gas gap between the tungsten electrode 8 and the surface of the head 11 of the anode assembly 1 is pierced and ionized. At the same time, voltage is supplied from the power supply to the tungsten electrode 8 and the head 11 of the tubular body 10 of the anode assembly 1 electric arc power source. The arc is initially ignited at a lower current and lower gas flow rate (arc current is 30 A, and the plasma gas supply pressure is 0.2 kg / cm ² ). This allows to avoid the outburst of tungsten from the end of the electrode, its heating and the formation in the plasma-forming channel 5 of the anode of the anode spot around the entire circumference of the arc burning chamber. After that, the plasma torch is automatically displayed on the operating mode with a current strength of 60 A and a plasma-forming gas flow rate at a pressure in the gas network of 0.2 kg / cm ² . Then, a regime is established with the cutting and coagulating properties of the plasma jet necessary for a certain type of operation.

При необходимости изменяют силу тока дуги и расход плазмообразующего газа. При этом при увеличении силы тока и расхода газа увеличиваются режущие и коагулирующие свойства плазменной струи, и наоборот, при уменьшении силы тока и расхода плазмообразующего газа уменьшаются длина струи, ее температура, а следовательно, и режущие, и коагулирующие свойства.If necessary, change the arc current and the flow rate of the plasma-forming gas. In this case, with an increase in the current strength and gas flow rate, the cutting and coagulating properties of the plasma jet increase, and vice versa, with a decrease in the current strength and the flow rate of the plasma-forming gas, the jet length, its temperature, and hence the cutting and coagulating properties, decrease.

Настоящее изобретение может быть использовано при проведении различного рода режущих или рассекающих операций.The present invention can be used in various kinds of cutting or dissecting operations.

Claims

A direct plasma torch containing anode and cathode assemblies, wherein the anode assembly is made with cooling channels, a plasma-forming channel and a plasma jet forming channel separated by partitions, and the cathode assembly is made with an annular channel for supplying a plasma-forming gas and installed in the last tungsten electrode fixed relative to the plasma-forming channel and the channel for forming the plasma jet of the anode assembly coaxially with the latter, separated from the cathode assembly by an insulator made in the form of a tube, an annular channel for supplying plasma forming gas with a tungsten electrode; covering the tubular body, the plasma forming channel and the plasma jet forming channel are made in the head of the tubular body, the latter is made conical with a drill ohm in the form of a truncated cone at the end and coaxially covering the head with a collar of a conical section of the casing, hermetically connected to the collar of the head and the bypass sleeve with the formation of a conical cavity, the cooling channels are helical in the annular cavity enclosing the tubular body and formed by spiral partitions arranged in the annular cavity moreover, the cooling channels are in communication with the conical cavity of the head of the tubular body through the bypass channels of the bypass sleeve.