RU2680318C1 - Ac high-voltage electric arc plasma torch cooling system and the ac high-voltage electric arc plasma torch with cooling system (embodiments) - Google Patents
Ac high-voltage electric arc plasma torch cooling system and the ac high-voltage electric arc plasma torch with cooling system (embodiments) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2680318C1 RU2680318C1 RU2018131463A RU2018131463A RU2680318C1 RU 2680318 C1 RU2680318 C1 RU 2680318C1 RU 2018131463 A RU2018131463 A RU 2018131463A RU 2018131463 A RU2018131463 A RU 2018131463A RU 2680318 C1 RU2680318 C1 RU 2680318C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plasma
- plasma torch
- cooling
- electrode
- arc
- Prior art date
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 128
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 164
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 164
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 99
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 55
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims abstract description 22
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims description 9
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 claims description 6
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 5
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 5
- 229910052735 hafnium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N hafnium atom Chemical compound [Hf] VBJZVLUMGGDVMO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 5
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 5
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 claims description 4
- 239000002905 metal composite material Substances 0.000 claims description 4
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004157 plasmatron Methods 0.000 description 22
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 238000013021 overheating Methods 0.000 description 6
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 3
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000009272 plasma gasification Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Настоящее изобретение относиться к электродуговым плазмотронам переменного тока, а более точно - к системам охлаждения соответственно однофазного/трехфазного высоковольтного электродугового плазмотрона переменного тока, а также к однофазному высоковольтному электродуговому плазмотрону переменного тока и трехфазному высоковольтному электродуговому плазмотрону переменного тока, имеющим такие системы охлаждения.The present invention relates to AC arc plasma torches, and more specifically to cooling systems of a single-phase / three-phase high-voltage AC arc plasma torch, as well as to a single-phase high-voltage AC arc plasma torch and a three-phase high-voltage AC arc plasma torch having such cooling systems.
Изобретение может быть использовано для обеспечения непрерывной, безаварийной работы высоковольтного электродугового плазмотрона в течении длительного времени, например, при использовании плазмотрона в устройствах плазменной газификации, в том числе при воздействии на плазмотрон высоких температур от другого технологического оборудования, где температура внутри оборудования, в которое помещается рабочая часть плазмотрона, может достигать 1700оС.The invention can be used to ensure continuous, trouble-free operation of a high voltage electric arc plasma torch for a long time, for example, when using a plasma torch in plasma gasification devices, including when the plasma torch is exposed to high temperatures from other technological equipment, where the temperature inside the equipment in which it is placed the working part of the plasma torch, can reach 1700 about C.
Предшествующий уровень техникиState of the art
Известен трехфазный электродуговой плазмотрон (см., например, патент RU 2577332 C1, опубликован 20.03.2016), содержащий три дуговых камеры, каждая из которых содержит охлаждаемый электрод, конфузор, основной и дополнительный узлы ввода газа с тангенциальными соплами, при этом электроды подключены к трем различным фазам сети переменного тока. На каждом охлаждаемом электроде установлена электромагнитная катушка в виде соленоида. Дуговые камеры герметично соединены с общей смесительной камерой, имеющей выходное сопло, центральная продольная ось которого перпендикулярна центральным продольным осям дуговых камер. Основные и дополнительные узлы ввода газа выполнены металлическими. В каждой дуговой камере основной узел ввода газа соединен с охлаждаемым электродом через изолятор. На стороне основного узла ввода газа, обращенной внутрь дуговойA three-phase electric arc plasmatron is known (see, for example, patent RU 2577332 C1, published March 20, 2016), containing three arc chambers, each of which contains a cooled electrode, a confuser, a main and additional gas injection units with tangential nozzles, while the electrodes are connected to three different phases of AC power. Each cooled electrode is equipped with an electromagnetic coil in the form of a solenoid. The arc chambers are hermetically connected to a common mixing chamber having an outlet nozzle, the central longitudinal axis of which is perpendicular to the central longitudinal axes of the arc chambers. The main and additional gas injection units are made of metal. In each arc chamber, the main gas inlet assembly is connected to a cooled electrode through an insulator. On the side of the main gas inlet assembly, facing the arc
камеры, выполнен выступ, причем расстояние между выступом и торцом электрода выбрано так, что фазное напряжение питающей сети при включении плазмотрона достаточно для пробоя газа внутри дуговой камеры.a protrusion is made of the chamber, and the distance between the protrusion and the end of the electrode is selected so that the phase voltage of the supply network when the plasma torch is turned on is sufficient for gas breakdown inside the arc chamber.
Предложен также способ запуска трехфазного электродугового плазмотрона, при котором включают охлаждение, подают расход газа в дуговые камеры и подают фазное напряжение, зажигают дуговые разряды. При этом после включения охлаждения в дуговые камеры плазмотрона сначала подают газ в предварительно заданном количестве, при котором подаваемое фазное напряжение достаточно для пробоя газа между выступом основного узла ввода газа и торцом электрода. А после зажигания дуговых разрядов обеспечивают подачу номинального количества газа в дуговые камеры.A method is also proposed for starting a three-phase electric arc plasma torch, in which cooling is turned on, gas flow is supplied to the arc chambers and phase voltage is applied, arc discharges are ignited. In this case, after turning on the cooling, the gas is first supplied to the arc chambers of the plasma torch in a predetermined amount at which the supplied phase voltage is sufficient for gas breakdown between the protrusion of the main gas inlet assembly and the electrode end. And after ignition of the arc discharges, the nominal amount of gas is supplied to the arc chambers.
Конфузоры, смесительная камера и ее выходное сопло имеют общий контур охлаждения, образованный последовательно соединенными каналами охлаждения и подключенный к входному и выходному коллекторам хладагента, все элементы контура заземлены. Электроды могут быть снабжены каналами охлаждения, соединенными с коллекторами хладагента независимо с помощью электроизоляционных трубопроводов. Такой контур охлаждения не обеспечивает достаточного охлаждения элементов плазмотрона, что может привести к перегреву. Отдельные магистрали для подвода и отвода охлаждающей жидкости увеличивают габариты всего устройства, увеличивают количество разъемных соединений, что приводит к уменьшению надежности плазмотрона.The confusers, the mixing chamber and its outlet nozzle have a common cooling circuit formed by series-connected cooling channels and connected to the inlet and outlet collectors of the refrigerant, all elements of the circuit are grounded. The electrodes may be provided with cooling channels connected to the refrigerant manifolds independently using electrical insulating pipelines. Such a cooling circuit does not provide sufficient cooling of the plasma torch elements, which can lead to overheating. Separate lines for supplying and discharging coolant increase the dimensions of the entire device, increase the number of detachable connections, which reduces the reliability of the plasma torch.
Ближайшим аналогом заявленному изобретению рассматривается конструкция плазмотрона, раскрытая в патенте US 7411353 B1 (опубликован 12.08.2008). В указанном плазмотроне решается задача увеличения ресурса электродных узлов и обеспечения устойчивого запуска плазмотрона.The closest analogue of the claimed invention is considered the design of the plasmatron disclosed in patent US 7411353 B1 (published 12.08.2008). In the specified plasmatron, the problem of increasing the resource of the electrode assemblies and ensuring a steady start of the plasma torch is solved.
Плазмотрон для работы от трехфазной сети переменного тока (фиг.1, 2) содержит три цилиндрических полых электрода для генерации плазмы, соединенных с соплом, причем каждая плазмообразующая трубка имеет плазменный инициатор для формирования плазмы в полом цилиндрическом электроде. Полый цилиндрический электрод имеет по существу тангенциальные отверстия для ввода газа, которые обеспечивают вращение по спирали газа, попадающего в полый цилиндрический электрод. Каждый из полых цилиндрических электродов соединен только с одной из трех фаз источника питания переменного тока, так что, когда инициирующая плазма вводится в один из цилиндрических электродов, происходит плазменный разряд на пути от цилиндрического электрода через плазменную трубку к другому цилиндрическому электроду. Каждый цилиндрический электрод содержит газ, вводимый посредством спирального вращения, при этом эрозия поверхности цилиндрического электрода является однородной по всей поверхности и имеет минимальную эрозию в одном месте крепления дуги, поскольку пятно дуги постоянно перемещается, как предусмотрено при спиральной траектории газа, поступающего на электрод.The plasma torch for operation from a three-phase AC network (FIGS. 1, 2) contains three cylindrical hollow electrodes for generating plasma connected to the nozzle, each plasma forming tube having a plasma initiator for forming plasma in a hollow cylindrical electrode. The hollow cylindrical electrode has essentially tangential openings for introducing gas, which provide for the spiral rotation of the gas entering the hollow cylindrical electrode. Each of the hollow cylindrical electrodes is connected to only one of the three phases of the AC power source, so that when the initiating plasma is introduced into one of the cylindrical electrodes, a plasma discharge occurs on the way from the cylindrical electrode through the plasma tube to the other cylindrical electrode. Each cylindrical electrode contains gas introduced by spiral rotation, while the erosion of the surface of the cylindrical electrode is uniform over the entire surface and has minimal erosion at one arc attachment point, since the spot of the arc constantly moves, as provided for in a spiral path of gas entering the electrode.
Представленный в патенте плазмотрон имеет три цилиндрических полых электрода, оси плазменных каналов практически параллельны друг другу, образуя небольшой телесный угол. Конструкция содержит рубашки охлаждения каждого цилиндрического электрода, рубашки охлаждения каждого дугового канала и рубашку охлаждения сопла. Все рубашки охлаждения имеют отдельные входы и выходы охлаждающей жидкости.The plasmatron described in the patent has three cylindrical hollow electrodes, the axes of the plasma channels are almost parallel to each other, forming a small solid angle. The design includes cooling jackets for each cylindrical electrode, cooling jackets for each arc channel, and nozzle cooling jackets. All cooling jackets have separate inlets and outlets for the coolant.
Среднемассовая температура плазмы внутри плазменного канала 2000-5000оС. Температура плазмы в центре плазменного канала внутри электрической дуги может достигать 12000оС.The weight average temperature of the plasma inside the plasma channel about 2000-5000 C. The temperature of the plasma in the plasma channel in the center of an electrical arc may reach 12,000 ° C
Система охлаждения указанного плазмотрона имеет следующие существенные недостатки, не позволяющие указанному плазмотрону работать длительное время, и доставляющие неудобства при эксплуатации:The cooling system of the indicated plasmatron has the following significant disadvantages that do not allow the specified plasmatron to work for a long time, and which cause inconvenience during operation:
- плазмотрон содержит три цилиндрических плазменных канала, которые с одной стороны соединены с электродными узлами, а с другой стороны заканчиваются отверстиями для выхода плазмы. Отверстия для выхода плазмы всех каналов лежат в одной плоскости. Область этой плоскости, между выходными отверстиями плазменных каналов, является наиболее термически нагруженной. Система охлаждения не может обеспечить эффективного теплоотвода из этой области. Поэтому через непродолжительное время работы, элементы в области между выходными отверстиями перегреваются и разрушаются, точнее выгорают, что приводит к нарушению газодинамического режима работы плазмотрона, к разрушению элементов конструкции плазмотрона и выходу плазмотрона из строя. На фиг. 1 это место обозначено стрелкой.- the plasma torch contains three cylindrical plasma channels, which are connected on one side to the electrode assemblies and, on the other hand, end with openings for the exit of the plasma. The holes for the plasma exit of all channels lie in the same plane. The region of this plane, between the outlet openings of the plasma channels, is the most thermally loaded. The cooling system cannot provide efficient heat removal from this area. Therefore, after a short time of operation, the elements in the area between the outlet openings overheat and collapse, or rather burn out, which leads to a violation of the gas-dynamic regime of the plasma torch, to the destruction of the structural elements of the plasma torch and the failure of the plasma torch. In FIG. 1 this place is indicated by an arrow.
- все охлаждаемые элементы имеют отдельные входы и выходы для охлаждающей жидкости (показано стрелками на фиг. 2) и соединяются с внешней системой охлаждения гибкой или жесткой трубопроводной арматурой либо последовательно, либо параллельно, что осложняет, а в отдельных случаях не допускает использование указанного плазмотрона в технологическом оборудовании, где поддерживаются высокие температуры. Так же следует указать, что вокруг плазмотрона необходимо место для прокладки гибкой или жесткой трубопроводной арматуры, большое количество трубопроводной арматуры, что уменьшает надежность системы.- all cooled elements have separate inputs and outputs for the coolant (shown by arrows in Fig. 2) and are connected to the external cooling system by flexible or rigid pipe fittings either sequentially or in parallel, which complicates, and in some cases does not allow the use of the specified plasma torch in technological equipment where high temperatures are maintained. It should also be noted that around the plasma torch you need a place for laying flexible or rigid pipe fittings, a large number of pipe fittings, which reduces the reliability of the system.
Краткое изложение существа изобретения Summary of the invention
В основу настоящего изобретения поставлена задача создания системы охлаждения для однофазного или трехфазного высоковольтного электродугового плазмотрона переменного тока, которая позволит исключить разрушение элементов конструкции высоковольтного электродугового плазмотрона от перегрева или воздействия высоких температур, что в свою очередь увеличит срок работы высоковольтного электродугового плазмотрона, повысит надежность его работы, исключит нарушения газодинамического режима во время работы.The basis of the present invention is the task of creating a cooling system for a single-phase or three-phase high-voltage electric arc plasma torch of alternating current, which will eliminate the destruction of structural elements of the high-voltage electric arc plasma torch from overheating or exposure to high temperatures, which in turn will increase the life of the high-voltage electric arc plasma torch, increase its reliability , excludes violations of the gas-dynamic regime during operation.
В основу настоящего изобретения поставлена также задача создания однофазного высоковольтного электродугового плазмотрона переменного тока, в котором конструкция системы охлаждения позволит исключить разрушение элементов конструкции плазмотрона от перегрева или воздействия высоких температур, что в свою очередь увеличит срок работы высоковольтного электродугового плазмотрона, повысит надежность его работы, исключит нарушения газодинамического режима во время работы.The basis of the present invention is also the task of creating a single-phase high-voltage electric arc plasma torch of alternating current, in which the design of the cooling system eliminates the destruction of structural elements of the plasma torch from overheating or exposure to high temperatures, which in turn will increase the life of the high-voltage electric arc plasma torch, increase its reliability, eliminate violation of the gas-dynamic regime during operation.
В основу настоящего изобретения поставлена также задача создания трехфазного высоковольтного электродугового плазмотрона переменного тока, в котором конструкция системы охлаждения позволит исключить разрушение элементов конструкции плазмотрона от перегрева или воздействия высоких температур, что в свою очередь увеличит срок работы высоковольтного электродугового плазмотрона, повысит надежность его работы, исключит нарушения газодинамического режима во время работы.The basis of the present invention is also the task of creating a three-phase high-voltage electric arc plasma torch of alternating current, in which the design of the cooling system will eliminate the destruction of structural elements of the plasma torch from overheating or exposure to high temperatures, which in turn will increase the life of the high-voltage electric arc plasma torch, increase its reliability, eliminate violation of the gas-dynamic regime during operation.
Поставленная задача решена путем создания системы охлаждения трехфазного высоковольтного электродугового плазмотрона, которая содержитThe problem is solved by creating a cooling system for a three-phase high-voltage electric arc plasma torch, which contains
три электродных узла, каждый из которых содержит цилиндрический полый электрод, имеющий вход для подключения к трехфазной сети, и размещенную на цилиндрическом полом электроде катушку для формирования электромагнитного поля, причем оси полых электродов расположены под углом от 1 до 40 град. угловых по отношению к центральной оси симметрии электродных узлов,three electrode assemblies, each of which contains a cylindrical hollow electrode having an input for connection to a three-phase network, and a coil placed on a cylindrical hollow electrode to form an electromagnetic field, the axes of the hollow electrodes being located at an angle of 1 to 40 degrees. angular with respect to the central axis of symmetry of the electrode assemblies,
три составных металлических патрубка, образующих три дуговых канала, каждый из составных металлических патрубков одним концом соединен с соответствующим цилиндрическим полым электродом через изолирующую втулку, причем металлические патрубки каждого дугового канала соединены между собой посредством дополнительной изолирующей втулки, и каждая из изолирующих втулок содержит один или более каналов для подачи плазмообразующего газа в область между цилиндрическим полым электродом и металлическим патрубком и в область между смежными частями составного металлического патрубка, соответственно,three composite metal tubes forming three arc channels, each of the composite metal tubes is connected at one end to a corresponding cylindrical hollow electrode through an insulating sleeve, the metal pipes of each arc channel being connected to each other by an additional insulating sleeve, and each of the insulating sleeves contains one or more channels for supplying plasma-forming gas to the region between the cylindrical hollow electrode and the metal pipe and to the region between adjacent parts tyami composite metal pipe, respectively,
металлическую пластину, в которой выполнены три симметрично расположенных отверстия для герметичного закрепления других концов каждого из трех составных металлических патрубков,a metal plate in which three symmetrically arranged holes are made for hermetically securing the other ends of each of the three composite metal pipes,
три соединительных узла, в каждом из которых размещена одна часть составного металлического патрубка соответствующего дугового канала, предназначенная для прохода электрической дуги и плазмы от полого электрода до выхода из плазмотрона,three connecting nodes, in each of which one part of the composite metal pipe of the corresponding arc channel is located, intended for the passage of the electric arc and plasma from the hollow electrode to the exit of the plasma torch,
выходной узел, содержащий оболочку, в которой размещены другие части трех составных металлических патрубков, предназначенные для вывода плазмы из плазмотрона, причем торец оболочки герметично соединен по периметру с упомянутой металлической пластиной,an output assembly comprising a shell, in which other parts of three composite metal tubes are arranged for outputting plasma from the plasma torch, the shell end being hermetically connected around the perimeter to the said metal plate,
три шайбы, размещенные соответственно на торцах каждого полого электрода, содержащие каждая один или более каналов для подачи плазмообразующего газа в полость электрода и одно или более отверстий, служащих входами для подачи охлаждающей жидкости,three washers placed respectively on the ends of each hollow electrode, each containing one or more channels for supplying a plasma-forming gas into the cavity of the electrode and one or more holes serving as inputs for supplying a coolant,
при этом система охлаждения трехфазного высоковольтного электродугового плазмотрона содержитwherein the cooling system of a three-phase high-voltage electric arc plasma torch contains
три составные рубашки охлаждения, каждая из которых содержит часть для охлаждения полого электрода и соответствующие части для охлаждения составных металлических патрубков, причем полости каждой из составных рубашек охлаждения сообщаются по потоку охлаждающей жидкости через одно или более отверстий, выполненных в соответствующих изолирующих втулках, а между торцом каждой из рубашек охлаждения и металлической пластиной имеется зазор для прохода охлаждающей жидкости из полостей рубашек охлаждения металлических патрубков в полость оболочки выходного узла,three composite cooling jackets, each of which contains a part for cooling the hollow electrode and corresponding parts for cooling the composite metal pipes, the cavities of each of the composite cooling jackets communicating through the flow of coolant through one or more holes made in the respective insulating sleeves, and between the end each of the cooling jackets and the metal plate has a gap for the passage of coolant from the cavities of the cooling jackets of the metal pipes into the cavity about olochki output node,
при этом другой торец оболочки прикреплен к рубашкам охлаждения металлических патрубков, расположенных в выходном узле, в непосредственной близости от изолирующих втулок, иwhile the other end of the shell is attached to the cooling shirts of the metal pipes located in the output node, in the immediate vicinity of the insulating sleeves, and
узел вывода охлаждающей жидкости, размещенный на оболочке со стороны соединительных узлов.a coolant outlet assembly located on the shell from the side of the connecting nodes.
Поставленная задача решена также путем создания системы охлаждения однофазного высоковольтного электродугового плазмотрона переменного тока, которая содержитThe problem is also solved by creating a cooling system for a single-phase high-voltage electric arc plasma torch of alternating current, which contains
два электродных узла, каждый из которых содержит полый электрод, имеющий вход для подключения к однофазной сети переменного тока, и размещенную на цилиндрическом полом электроде катушку для формирования электромагнитного поля, причем оси полых электродов расположены под углом от 1 до 40 град. угловых по отношению к центральной оси симметрии электродных узлов,two electrode assemblies, each of which contains a hollow electrode having an input for connection to a single-phase alternating current network, and a coil placed on a cylindrical hollow electrode to form an electromagnetic field, the axes of the hollow electrodes being located at an angle of 1 to 40 degrees. angular with respect to the central axis of symmetry of the electrode assemblies,
два составных металлических патрубка, образующих два дуговых канала, каждый из составных металлических патрубков одним концом соединен с соответствующим цилиндрическим полым электродом через изолирующую втулку, причем металлические патрубки каждого дугового канала соединены между собой посредством дополнительной изолирующей втулки, и каждая из изолирующих втулок содержит один или более каналов для подачи плазмообразующего газа в область между цилиндрическим полым электродом и металлическим патрубком и в область между смежными частями составного металлического патрубка, соответственно,two composite metal tubes forming two arc channels, each of the composite metal tubes is connected at one end to a corresponding cylindrical hollow electrode through an insulating sleeve, the metal pipes of each arc channel being connected to each other by an additional insulating sleeve, and each of the insulating sleeves contains one or more channels for supplying plasma-forming gas to the region between the cylindrical hollow electrode and the metal pipe and to the region between adjacent parts tyami composite metal pipe, respectively,
металлическую пластину, в которой выполнены два симметрично расположенных отверстия для герметичного закрепления других концов каждого из двух составных металлических патрубков,a metal plate in which two symmetrically arranged holes are made for hermetically securing the other ends of each of the two composite metal pipes,
два соединительных узла, в каждом из которых размещена одна часть составного металлического патрубка соответствующего дугового канала, предназначенная для прохода электрической дуги и плазмы от полого электрода до выхода из плазмотрона,two connecting nodes, in each of which one part of the composite metal pipe of the corresponding arc channel is located, intended for the passage of the electric arc and plasma from the hollow electrode to the exit of the plasma torch,
выходной узел, содержащий оболочку, в которой размещены другие части двух составных металлических патрубков, предназначенные для вывода плазмы из плазмотрона, причем торец оболочки герметично соединен по периметру с металлической пластиной,an output assembly comprising a shell, in which other parts of two composite metal tubes are arranged for outputting plasma from the plasma torch, the shell end being hermetically connected around the perimeter with a metal plate,
две шайбы, размещенные соответственно на торцах каждого полого электрода, содержащие каждая один или более каналов для подачи плазмообразующего газа в полость электрода и одно или более отверстий, служащих входами для подачи охлаждающей жидкости,two washers placed respectively on the ends of each hollow electrode, each containing one or more channels for supplying a plasma-forming gas into the cavity of the electrode and one or more holes serving as inputs for supplying a coolant,
при этом система охлаждения однофазного высоковольтного электродугового плазмотрона содержитwherein the cooling system of a single-phase high-voltage arc plasma torch contains
две составные рубашки охлаждения, каждая из которых содержит часть для охлаждения полого электрода и соответствующие части для охлаждения составных металлических патрубков, причем полости каждой из составных рубашек охлаждения сообщаются по потоку охлаждающей жидкости через одно или более отверстий, выполненных в соответствующих изолирующих втулках, а между торцом каждой из рубашек охлаждения и металлической пластиной имеется зазор для прохода охлаждающей жидкости из полостей рубашек охлаждения металлических патрубков в полость оболочки выходного узла,two composite cooling jackets, each of which contains a part for cooling the hollow electrode and corresponding parts for cooling the composite metal pipes, the cavities of each of the composite cooling jackets communicating through the flow of coolant through one or more holes made in the respective insulating sleeves, and between the end face each of the cooling jackets and the metal plate has a gap for the passage of coolant from the cavities of the cooling jackets of the metal pipes into the cavity about olochki output node,
при этом другой торец оболочки прикреплен к рубашкам охлаждения металлических патрубков, расположенных в выходном узле, в непосредственной близости от изолирующих втулок, иwhile the other end of the shell is attached to the cooling shirts of the metal pipes located in the output node, in the immediate vicinity of the insulating sleeves, and
узел вывода охлаждающей жидкости, размещенный на оболочке со стороны соединительных узлов.a coolant outlet assembly located on the shell from the side of the connecting nodes.
Поставленная задача решена путем создания трехфазного высоковольтного электродугового плазмотрона с системой охлаждения по п. 1, содержащегоThe problem is solved by creating a three-phase high-voltage electric arc plasma torch with a cooling system according to
три электродных узла, каждый из которых содержитthree electrode nodes, each of which contains
снабженный рубашкой охлаждения цилиндрический полый электрод, имеющий вход для подключения к трехфазной сети, причем оси полых электродов расположены под углом от 1 до 40 град. угловых по отношению к центральной оси симметрии указанных электродных узлов,equipped with a cooling jacket, a cylindrical hollow electrode having an input for connection to a three-phase network, and the axis of the hollow electrodes are located at an angle of 1 to 40 degrees. angular with respect to the central axis of symmetry of said electrode assemblies,
размещенную на цилиндрическом полом электроде катушку для формирования электромагнитного поля, иa coil placed on a cylindrical hollow electrode to form an electromagnetic field, and
шайбу, размещенную на торце цилиндрического полого электрода и содержащую один или более каналов для подачи плазмообразующего газа в полость электрода и одно или более отверстий, служащих входами для подачи охлаждающей жидкости,a washer located at the end of the cylindrical hollow electrode and containing one or more channels for supplying a plasma-forming gas to the electrode cavity and one or more holes serving as inputs for supplying a coolant,
три составных металлических патрубка, образующих три дуговых канала, каждый из составных металлических патрубков снабжен рубашкой охлаждения и одним концом соединен с соответствующим цилиндрическим полым электродом через изолирующую втулку, причем металлические патрубки каждого дугового канала соединены между собой посредством дополнительной изолирующей втулки, и каждая из изолирующих втулок содержит один или более каналов для подачи плазмообразующего газа в область между цилиндрическим полым электродом и металлическим патрубком и в область между смежными частями составного металлического патрубка, соответственно, и один или более каналов для подачи охлаждающей жидкости,three composite metal tubes forming three arc channels, each of the composite metal tubes is provided with a cooling jacket and is connected at one end to a corresponding cylindrical hollow electrode through an insulating sleeve, the metal pipes of each arc channel being connected to each other by an additional insulating sleeve, and each of the insulating bushes contains one or more channels for supplying a plasma-forming gas to the region between the cylindrical hollow electrode and the metal pipe and in the region between the adjacent portions of the metal composite pipe, respectively, and one or more channels for supplying cooling liquid,
при этом полости каждой из составных рубашек охлаждения, включая часть для охлаждения полого электрода и соответствующие части для охлаждения составных металлических патрубков сообщаются по потоку охлаждающей жидкости через одно или более отверстий в соответствующих изолирующих втулках,wherein the cavities of each of the composite cooling jackets, including the part for cooling the hollow electrode and the corresponding parts for cooling the composite metal pipes, are communicated through the flow of coolant through one or more holes in the respective insulating sleeves,
три соединительных узла, в каждом из которых размещена одна часть составного металлического патрубка соответствующего дугового канала, предназначенная для прохода электрической дуги и плазмы от полого электрода до выхода из плазмотрона,three connecting nodes, in each of which one part of the composite metal pipe of the corresponding arc channel is located, intended for the passage of the electric arc and plasma from the hollow electrode to the exit of the plasma torch,
выходной узел, содержащийoutput node containing
оболочку, в которой размещены другие части трех составных металлических патрубков с рубашкой охлаждения, предназначенные для вывода плазмы из плазмотрона,a shell in which other parts of the three composite metal pipes with a cooling jacket are placed, designed to withdraw plasma from the plasma torch,
металлическую пластину, в которой выполнены три симметрично расположенных отверстия для герметичного закрепления других концов каждого из трех составных металлических патрубков,a metal plate in which three symmetrically arranged holes are made for hermetically securing the other ends of each of the three composite metal pipes,
причем один торец оболочки герметично соединен по периметру с упомянутой металлической пластиной, а другой торец оболочки прикреплен к рубашкам охлаждения металлических патрубков, расположенных в выходном узле, в непосредственной близости от изолирующих втулок,moreover, one end of the shell is hermetically connected around the perimeter with the said metal plate, and the other end of the shell is attached to the cooling shirts of the metal pipes located in the output node, in the immediate vicinity of the insulating sleeves,
при этом между торцом каждой из рубашек охлаждения и металлической пластиной имеется зазор для прохода охлаждающей жидкости из полостей рубашек охлаждения металлических патрубков в полость оболочки выходного узла,while between the end of each of the cooling jackets and the metal plate there is a gap for the passage of coolant from the cavities of the cooling jackets of the metal pipes into the cavity of the shell of the output node,
узел вывода охлаждающей жидкости, размещенный на оболочке со стороны соединительных узлов.a coolant outlet assembly located on the shell from the side of the connecting nodes.
Предпочтительно, чтобы полые цилиндрические электроды были выполнены из меди, сплава меди или материала из группы, состоящей из железа, вольфрама, графита, гафния.Preferably, the hollow cylindrical electrodes are made of copper, an alloy of copper or a material from the group consisting of iron, tungsten, graphite, hafnium.
Предпочтительно, чтобы трехфазный высоковольтный электродуговой плазмотрон дополнительно содержал узел регулирования расхода газа, подаваемого в плазмотрон, соединенный с каждым из каналов для подачи плазмообразующего газа в шайбе на торце цилиндрического полого электрода, и обеспечивал подачу от 10 до 30% от всего расхода газа через плазмотрон.It is preferable that the three-phase high-voltage electric arc plasmatron additionally contains a unit for controlling the flow of gas supplied to the plasma torch connected to each of the channels for supplying plasma-forming gas in the washer at the end of the cylindrical hollow electrode, and provides 10 to 30% of the total gas flow through the plasma torch.
Предпочтительно, чтобы в трехфазном высоковольтном электродуговом плазмотроне узел регулирования расхода газа, подаваемого в плазмотрон, был дополнительно соединен с каналами для подачи плазмообразующего газа изолирующих втулок, расположенных между цилиндрическим полым электродом и составным металлическим патрубком, и обеспечивал подачу от 10 до 30% от всего расхода газа через плазмотрон.In a three-phase high-voltage electric arc plasmatron, it is preferable that the unit for controlling the flow of gas supplied to the plasmatron be additionally connected to channels for supplying plasma-forming gas to insulating sleeves located between a cylindrical hollow electrode and a composite metal nozzle, and provide a supply of 10 to 30% of the total flow gas through the plasma torch.
Предпочтительно, чтобы узел регулирования расхода газа, подаваемого в плазмотрон, был дополнительно соединен с каналами для подачи плазмообразующего газа изолирующих втулок, расположенных между смежными частями составного металлического патрубка, и обеспечивал подачу от 70 до 90% от всего расхода газа через плазмотрон.It is preferable that the control unit for the flow rate of gas supplied to the plasmatron be additionally connected to channels for supplying plasma-forming gas to insulating sleeves located between adjacent parts of the composite metal pipe, and provide 70 to 90% of the total gas flow rate through the plasmatron.
Поставленная задача решена путем создания однофазного высоковольтного электродугового плазмотрона с системой охлаждения по п. 2, содержащегоThe problem is solved by creating a single-phase high-voltage electric arc plasma torch with a cooling system according to claim 2, containing
два электродных узла, каждый из которых содержитtwo electrode assemblies, each of which contains
снабженный рубашкой охлаждения цилиндрический полый электрод, имеющий вход для подключения к трехфазной сети, причем оси полых электродов расположены под углом от 1 до 40 град. угловых по отношению к центральной оси симметрии указанных электродных узлов,equipped with a cooling jacket, a cylindrical hollow electrode having an input for connection to a three-phase network, and the axis of the hollow electrodes are located at an angle of 1 to 40 degrees. angular with respect to the central axis of symmetry of said electrode assemblies,
размещенную на цилиндрическом полом электроде катушку для формирования электромагнитного поля, иa coil placed on a cylindrical hollow electrode to form an electromagnetic field, and
шайбу, размещенную на торце цилиндрического полого электрода и содержащую один или более каналов для подачи плазмообразующего газа в полость электрода и одно или более отверстий, служащих входами для подачи охлаждающей жидкости,a washer located at the end of the cylindrical hollow electrode and containing one or more channels for supplying a plasma-forming gas to the electrode cavity and one or more holes serving as inputs for supplying a coolant,
два составных металлических патрубка, образующих два дуговых канала, каждый из составных металлических патрубков снабжен рубашкой охлаждения и одним концом соединен с соответствующим цилиндрическим полым электродом через изолирующую втулку, причем металлические патрубки каждого дугового канала соединены между собой посредством дополнительной изолирующей втулки, и каждая из изолирующих втулок содержит один или более каналов для подачи плазмообразующего газа в область между цилиндрическим полым электродом и металлическим патрубком и в область между смежными частями составного металлического патрубка, соответственно, и один или более каналов для подачи охлаждающей жидкости,two composite metal tubes forming two arc channels, each of the composite metal tubes is provided with a cooling jacket and is connected to one end with a corresponding cylindrical hollow electrode through an insulating sleeve, the metal pipes of each arc channel being connected to each other by an additional insulating sleeve, and each of the insulating bushes contains one or more channels for supplying a plasma-forming gas to the region between the cylindrical hollow electrode and the metal pipe and in the region between the adjacent portions of the metal composite pipe, respectively, and one or more channels for supplying cooling liquid,
при этом полости каждой из составных рубашек охлаждения, включая часть для охлаждения полого электрода и соответствующие части для охлаждения составных металлических патрубков сообщаются по потоку охлаждающей жидкости через одно или более отверстий в соответствующих изолирующих втулках,wherein the cavities of each of the composite cooling jackets, including the part for cooling the hollow electrode and the corresponding parts for cooling the composite metal pipes, are communicated through the flow of coolant through one or more holes in the respective insulating sleeves,
два соединительных узла, в каждом из которых размещена одна часть составного металлического патрубка соответствующего дугового канала, предназначенная для прохода электрической дуги и плазмы от полого электрода до выхода из плазмотрона,two connecting nodes, in each of which one part of the composite metal pipe of the corresponding arc channel is located, intended for the passage of the electric arc and plasma from the hollow electrode to the exit of the plasma torch,
выходной узел, содержащийoutput node containing
оболочку, в которой размещены другие части двух составных металлических патрубков с рубашкой охлаждения, предназначенные для вывода плазмы из плазмотрона,a shell in which other parts of two composite metal pipes with a cooling jacket are placed, designed to remove the plasma from the plasma torch,
металлическую пластину, в которой выполнены два симметрично расположенных отверстия для герметичного закрепления других концов каждого из двух составных металлических патрубков,a metal plate in which two symmetrically arranged holes are made for hermetically securing the other ends of each of the two composite metal pipes,
причем один торец оболочки герметично соединен по периметру с упомянутой металлической пластиной, а другой торец оболочки прикреплен к рубашкам охлаждения металлических патрубков, расположенных в выходном узле, в непосредственной близости от изолирующих втулок,moreover, one end of the shell is hermetically connected around the perimeter with the said metal plate, and the other end of the shell is attached to the cooling shirts of the metal pipes located in the output node, in the immediate vicinity of the insulating sleeves,
при этом между торцом каждой из рубашек охлаждения и металлической пластиной имеется зазор для прохода охлаждающей жидкости из полостей рубашек охлаждения металлических патрубков в полость оболочки выходного узла,while between the end of each of the cooling jackets and the metal plate there is a gap for the passage of coolant from the cavities of the cooling jackets of the metal pipes into the cavity of the shell of the output node,
узел вывода охлаждающей жидкости, размещенный на оболочке со стороны соединительных узлов.a coolant outlet assembly located on the shell from the side of the connecting nodes.
Предпочтительно, чтобы полые цилиндрические электроды выполнены из меди, сплава меди или материала из группы, состоящей из железа, вольфрама, графита, гафния.Preferably, the hollow cylindrical electrodes are made of copper, an alloy of copper or a material from the group consisting of iron, tungsten, graphite, hafnium.
Предпочтительно, чтобы однофазный высоковольтный электродуговой плазмотрон дополнительно содержал узел регулирования расхода газа, подаваемого в плазмотрон, соединенный с каждым из каналов для подачи плазмообразующего газа в шайбе на торце цилиндрического полого электрода, и обеспечивал подачу от 10 до 30% от всего расхода газа через плазмотрон.Preferably, the single-phase high-voltage arc plasma torch further comprises a unit for controlling the flow of gas supplied to the plasma torch connected to each of the plasma gas supply channels in the washer at the end of the cylindrical hollow electrode, and provides 10 to 30% of the total gas flow through the plasma torch.
Предпочтительно, чтобы узел регулирования расхода газа, подаваемого в плазмотрон, был дополнительно соединен с каналами для подачи плазмообразующего газа изолирующих втулок, расположенных между цилиндрическим полым электродом и составным металлическим патрубком, и обеспечивал подачу от 10 до 30% от всего расхода газа через плазмотрон.It is preferable that the site for controlling the flow of gas supplied to the plasmatron be additionally connected to channels for supplying plasma-forming gas to insulating sleeves located between the cylindrical hollow electrode and the composite metal pipe, and provide 10 to 30% of the total gas flow through the plasmatron.
Предпочтительно, чтобы узел регулирования расхода газа, подаваемого в плазмотрон, был дополнительно соединен с каналами для подачи плазмообразующего газа изолирующих втулок, расположенных между смежными частями составного металлического патрубка, и обеспечивал подачу от 70 до 90% от всего расхода газа через плазмотрон.It is preferable that the control unit for the flow rate of gas supplied to the plasmatron be additionally connected to channels for supplying plasma-forming gas to insulating sleeves located between adjacent parts of the composite metal pipe, and provide 70 to 90% of the total gas flow rate through the plasmatron.
Технических эффект заявленного изобретения заключается в следующем.The technical effect of the claimed invention is as follows.
Предложенная конструкция заявленной системы охлаждения однофазного/трехфазного высоковольтного электродугового плазмотрона обеспечивает:The proposed design of the claimed cooling system of a single-phase / three-phase high-voltage electric arc plasma torch provides:
- намного более интенсивный теплообмен, что позволяет защитить от перегрева элементы плазмотрона, находящиеся в области, расположенной рядом и между выходами плазмы, тем самым обеспечивается необходимый температурный режим во время работы плазмотрона в условиях интенсивного теплового потока в стенки дуговых каналов, увеличивается срок службы плазмотрона;- a much more intense heat transfer, which helps to protect against overheating the plasma torch elements located in the area adjacent to and between the plasma outlets, thereby ensuring the necessary temperature regime during operation of the plasma torch under conditions of intense heat flow into the walls of the arc channels, increasing the life of the plasma torch;
- благодаря тому, что рубашки охлаждения элементов плазмотрона не имеют отдельных внешних соединительных выходов, обеспечивается компактность плазмотрона и упрощается монтаж и размещение на технологическом оборудовании, благодаря отсутствию множества подводящих и отводящих трубопроводов охлаждающей жидкости, поскольку плазмотрон имеет три узла ввода охлаждающей жидкости, один на каждом электродном блоке, и один узел вывода охлаждающей жидкости, расположенный на выходном блоке.- due to the fact that the cooling jackets of the plasma torch elements do not have separate external connecting outputs, the plasma torch is compact and installation and placement on the process equipment is simplified, due to the absence of many inlet and outlet coolant pipelines, since the plasmatron has three coolant inlet nodes, one on each an electrode block, and one coolant outlet assembly located on the output block.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов воплощения со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:The invention is further explained in the description of the preferred embodiments with reference to the accompanying drawings, in which:
Фиг. 1 изображает схематично плазмотрон (продольный разрез), согласно уровню техники;FIG. 1 schematically shows a plasmatron (longitudinal section) according to the prior art;
Фиг. 2 изображает схематично схему охлаждения плазмотрона (продольный разрез), согласно уровню техники;FIG. 2 schematically shows a cooling circuit of a plasma torch (longitudinal section) according to the prior art;
Фиг. 3 изображает общий вид трехфазного высоковольтного электродугового плазмотрона переменного тока (частичный вырыв одного из каналов), согласно изобретению;FIG. 3 depicts a general view of a three-phase high-voltage AC plasma arc torch (partial tearing of one of the channels), according to the invention;
Фиг. 4 вид по стрелке А на фиг. 3;FIG. 4 is a view along arrow A in FIG. 3;
Фиг. 5 изображает схематично трехфазный высоковольтный электродуговой плазмотрон, согласно изобретению;FIG. 5 depicts schematically a three-phase high-voltage electric arc plasmatron according to the invention;
Фиг. 6 изображает вид по стрелке В на фиг. 3,FIG. 6 is a view along arrow B in FIG. 3
Фиг. 7 изображает канал для прохода охлаждающей жидкости из полостей рубашек охлаждения металлических патрубков в полость оболочки выходного узла, согласно изобретению;FIG. 7 shows a channel for the passage of coolant from the cavities of the cooling jackets of the metal pipes into the cavity of the shell of the outlet assembly, according to the invention;
Фиг. 8 изображает узел выхода трехфазного высоковольтного электродугового плазмотрона (продольный разрез), показан путь прохода охлаждающей жидкости, согласно изобретению.FIG. 8 depicts an outlet assembly of a three-phase high-voltage electric arc plasma torch (longitudinal section), shows the path of passage of the coolant according to the invention.
Подробное описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения.Detailed description of preferred embodiments of the invention.
Согласно изобретению, трехфазный высоковольтный электродуговой плазмотрон 1 (фиг. 3) содержит три электродных узла 2,3,4. Каждый из электродных узлов 2,3,4 содержит цилиндрический полый электрод 5,6,7, соответственно, и каждый электрод 5,6,7 имеет вход 8,9,10, соответственно, для подключения к трехфазной сети переменного тока. На каждом цилиндрическом полом электроде 5,6,7 размещена катушка 11,12,13 соответственно, для формирования электромагнитного поля. На фиг. 3 показан частичный вырыв электродного узла 2, где показана катушка 11, размещенная на электроде 5.According to the invention, a three-phase high-voltage electric arc plasmatron 1 (Fig. 3) contains three
Оси а-а полых электродов 5,6,7 расположены под углом α от 1 до 40 град. угловых по отношению к центральной оси 0-0 симметрии электродных узлов 2, 3, 4. На фиг. 4 показан вид по стрелке А на фиг. 3, где показаны торцы электродных узлов 2,3,4 и показаны торцы электродов 5,6,7. На торце каждого электрода 5,6,7 установлена шайба 14,15,16, соответственно, содержащая один или более каналов 17,18,19 для подачи охлаждающей жидкости.The axis aa of the
Трехфазный высоковольтный электродуговой плазмотрон 1 (показан схематично на фиг. 5) содержит три составных металлических патрубка 20,20', 21,21', 22,22' образующих три дуговых канала 23,24,25, соответственно. На фиг. 3 показан один дуговой канал 23 и составной металлический патрубок, содержащий смежные части 20 и 20'.A three-phase high-voltage electric arc plasma torch 1 (shown schematically in Fig. 5) contains three
На фиг. 5 показан схематично трехфазный высоковольтный электродуговой плазмотрон 1. Каждый из составных металлических патрубков 20,20', 21,21', 22,22' одним концом 26,27,28 соответственно, соединен с соответствующим цилиндрическим полым электродом 5,6,7 через изолирующую втулку 29,30,31, соответственно. Смежные части металлических патрубков 20,20', 21,21', 22,22' каждого дугового канала 23,24,25 соединены между собой посредством дополнительной изолирующей втулки 32,33,34. Каждая из изолирующих втулок 29-34 содержит один или более каналов 35,36,37,38,39,40, соответственно, для подачи плазмообразующего газа в область между цилиндрическим полым электродом 5,6,7 и металлическим патрубком 20,21,22 и в область между смежными частями 20,20', 21,21', 22,22' составного металлического патрубка, соответственно.In FIG. 5 schematically shows a three-phase high-voltage electric
Трехфазный высоковольтный электродуговой плазмотрон 1 содержит три соединительных узла 41,42,43 (фиг. 3), в каждом из которых размещена одна часть 20,21,22 составного металлического патрубка соответствующего дугового канала 23,24,25, предназначенная для прохода электрической дуги и плазмы от полого электрода 5,6,7 к выходу плазмотрона.The three-phase high-voltage electric
Трехфазный высоковольтный электродуговой плазмотрон 1 содержит выходной узел 44, содержащий оболочку 45, в которой размещены другие части трех составных металлических патрубков 20',21',22', предназначенные для вывода плазмы из плазмотрона 1.A three-phase high-voltage electric arc plasmatron 1 contains an
Выходной узел 44 содержит также металлическую пластину 46, в которой выполнены три симметрично расположенных отверстия 47,48,49 (фиг.6) для герметичного закрепления других концов 50,51,52 каждого из трех составных металлических патрубков 20,20', 21,21', 22,22'.The
Один торец 53 оболочки 45 герметично соединен по периметру с упомянутой металлической пластиной 46.One
Трехфазный высоковольтный электродуговой плазмотрон 1 (фиг. 5) содержит систему охлаждения, содержащую три составные рубашки 54,55,56 охлаждения, каждая из которых содержит часть 54', 55', 56' для охлаждения полого электрода 5, 6, 7, соответственно, и соответствующие части 54'', 55'', 56'', 54''', 55''', 56''' для охлаждения составных металлических патрубков 20,20', 21,21', 22,22'.The three-phase high-voltage arc plasma torch 1 (Fig. 5) contains a cooling system containing three
Каждая из упомянутых шайб 14,15,16 содержит одно или более отверстий 57, 58, 59, соответственно, служащих входами для подачи плазмообразующего газа в полости электродов 5,6,7.Each of the said
В изолирующих втулках 29-31 и 32-34, выполнены отверстия 60,61,62 и 63, 64, 65 соответственно, для прохода охлаждающей жидкости. Полости каждой из составных рубашек 54,55,56 охлаждения сообщаются по потоку охлаждающей жидкости (фиг. 5) через указанные отверстия 60-65. Между торцом 67, 68, 69 каждой из рубашек 54,55,56 охлаждения и металлической пластиной 46 (фиг.6) имеется зазор 70, образующий канал для прохода охлаждающей жидкости из полостей рубашек 54-56 охлаждения металлических патрубков в полость 71 оболочки 45 выходного узла 44.In the insulating bushings 29-31 and 32-34, holes 60.61.62 and 63, 64, 65, respectively, are made for the passage of coolant. The cavities of each of the
Благодаря указанному зазору 71 обеспечивается интенсивное охлаждение концов 50,51,52 каждого из трех составных металлических патрубков 20,20', 21,21', 22,22', не допуская перегрева и разрушения высоковольтного электродугового плазмотрона 1.Due to the specified
Другой торец 72 оболочки 45 прикреплен к рубашкам 54''', 55''', 56''' охлаждения металлических патрубков 20',21',22', расположенных в выходном узле 44, в непосредственной близости от дополнительных изолирующих втулок 32,33,34. The
Узел 73 вывода охлаждающей жидкости из полости 71 размещен на оболочке 45 со стороны соединительных узлов 41,42,43.The
В трехфазном высоковольтном электродуговом плазмотроне, согласно изобретению, полые цилиндрические электроды 5,6,7 выполнены из меди, сплава меди или материала из группы, состоящей из железа, вольфрама, графита, гафния.In a three-phase high-voltage electric arc plasma torch according to the invention, the hollow
Трехфазный высоковольтный электродуговой плазмотрон дополнительно содержит узел 74 (фиг.3) регулирования расхода газа, подаваемого в плазмотрон, соединенный с каждым из каналов 57,58,59 для подачи плазмообразующего газа в шайбе 14,15,16 на торце цилиндрического полого электрода, и обеспечивающий подачу от 10 до 30% от всего расхода газа через плазмотрон.The three-phase high-voltage electric arc plasma torch further comprises a unit 74 (Fig. 3) for regulating the flow of gas supplied to the plasma torch connected to each of the
Узел 74 регулирования расхода газа, подаваемого в плазмотрон, дополнительно соединен с каналами 35-37 для подачи плазмообразующего газа изолирующих втулок 29-31, расположенных между цилиндрическим полым электродом 5-7 и составным металлическим патрубком 20-22, т.е. между электродным узлом 2-4 и соединительным узлом 41-43, и обеспечивает подачу от 10 до 30% от всего расхода газа через плазмотрон.The gas
Узел 74 регулирования расхода газа дополнительно соединен с каналами 38,39,40 для подачи плазмообразующего газа изолирующих втулок 32-34, расположенных между составными металлическими патрубками 20-22, т.е. между соединительными узлами 41-43 и выходным узлом 44, и обеспечивает подачу от 70 до 90% от всего расхода газа через плазмотрон.The gas
Оболочка 45 (фиг. 3) выполнена составной, части соединены посредством фланцевого соединения 75, посредством которого осуществляется установка высоковольтного электродугового плазмотрона в рабочие емкости и существенно упрощается обслуживание плазмотрона, замена, при необходимости, вышедших из строя элементов плазмотрона.The shell 45 (Fig. 3) is made integral, the parts are connected by means of a
Конструкция однофазного высоковольтного электродугового плазмотрона отличается от конструкции трехфазного высоковольтного электродугового плазмотрона тем, что содержит два электродных узла, конструкция которых аналогична конструкции электродных узлов трехфазного высоковольтного электродугового плазмотрона.The design of a single-phase high-voltage electric arc plasma torch differs from the design of a three-phase high-voltage electric arc plasma torch in that it contains two electrode assemblies, the design of which is similar to the construction of the electrode assemblies of a three-phase high-voltage electric arc plasmatron.
Система охлаждения однофазного высоковольтного электродугового плазмотрона переменного тока также аналогична системе охлаждения трехфазного высоковольтного электродугового плазмотрона, т.е. система охлаждения обеспечивает охлаждение двух электродов однофазного высоковольтного электродугового плазмотрона переменного тока (не показана).The cooling system of a single-phase high-voltage electric arc plasma torch is also similar to the cooling system of a three-phase high-voltage electric arc plasmatron, i.e. the cooling system provides cooling of two electrodes of a single-phase high-voltage electric arc plasma torch of alternating current (not shown).
Работа системы охлаждения трехфазного высоковольтного электродугового плазмотрона 1 осуществляется следующим образом.The operation of the cooling system of a three-phase high-voltage electric
Перед подачей напряжения на клеммы плазмотрона, осуществляют подачу охлаждающей жидкости в рубашки охлаждения. Before applying voltage to the terminals of the plasma torch, coolant is supplied to the cooling jackets.
На фиг. 8 показан путь прохода охлаждающей жидкости (показан стрелкой) на самом теплонагруженном участке плазмотрона.In FIG. 8 shows the path of coolant passage (shown by arrow) in the most heat-loaded section of the plasma torch.
Инициация (зажигание) электрической дуги происходит в момент подачи напряжения холостого хода от источника питания (не показан) к соответствующим входам электродов 5,6,7.Initiation (ignition) of the electric arc occurs at the moment of supplying the open circuit voltage from the power source (not shown) to the corresponding inputs of the
Как указано выше, каждый из электродов соединен с металлическим патрубком 20,21,22 посредством изолирующей втулки 29-31, т.е. между каждым цилиндрическим полым электродом 5,6,7 и соответствующим металлическим патрубком 20,21,22 имеется зазор в виде изолирующей втулки 29, 30, 31, также имеется зазор между частями составных металлических патрубков 20,21,22. Размеры зазоров определяются толщиной изолирующих втулок 29-34. Подача газа из изолирующих втулок 29-34 осуществляется в область зазоров.As indicated above, each of the electrodes is connected to a
В каждом канале происходит пробой зазоров с возникновением двух локальных внутриканальных электрических дуг. Первая дуга зажигается между кромкой электрода 5,6,7 и соответствующим концом составного металлического патрубка 20,21,22.In each channel, a breakdown of gaps occurs with the appearance of two local intra-channel electric arcs. The first arc is ignited between the edge of the
Вторая дуга зажигается между соответствующими частями составного металлического патрубка 20,21,22, разделенными изолирующей втулкой 32,33,34, т.е. между патрубком в соединительном узле 41,42,43 и патрубком в выходном узле 44.The second arc is ignited between the corresponding parts of the
Под действием газодинамических и электромагнитных сил конец первой дуги одной из фаз перемещается с кромки полого электрода в область рабочей части полого электрода 5,6,7, которая находится в геометрическом объеме катушки 11,12,13, соответственно. Второй конец первой дуги под действием газодинамических и электромагнитных сил скользит по внутренней поверхности составного металлического патрубка, расположенного в соединительном узле, в сторону выходного отверстия 47,48,49.Under the influence of gas-dynamic and electromagnetic forces, the end of the first arc of one of the phases moves from the edge of the hollow electrode to the region of the working part of the
Одновременно с этим один конец второй дуги под действием газодинамических и электромагнитных сил скользит по внутренней поверхности составного металлического патрубка, расположенного в соединительном узле 41,42,43, в сторону полого электрода 5,6,7. At the same time, one end of the second arc, under the action of gas-dynamic and electromagnetic forces, slides along the inner surface of the composite metal pipe located in the connecting
Второй конец второй дуги скользит по внутренней поверхности составного металлического патрубка в выходном узле 44 в направлении выходного отверстия 47,48,49, при этом электрически замыкается через металл составных металлических патрубков 20,21,22 выходного узла 44 с таким же концом второй дуги другой фазы на внутренней поверхности составного металлического патрубка другой фазы. Затем указанные концы дуг выходят за пределы объема плазмотрона и замыкаются в пространстве за выходными отверстиями, т.е. снаружи плазмотрона.The second end of the second arc slides along the inner surface of the composite metal pipe in the
Одновременно с этим процессом происходит встречное движение концов дуг, движущихся по внутренней поверхности составного металлического патрубка в соединительном узле с последующим замыканием дуг в объеме составного металлического патрубка соединительного узла. После окончания процесса инициации концы дуг двигаются только по рабочей поверхности полого цилиндрического электрода 5,6,7. Других мест замыканий электрических дуг к внутренним и внешним частям плазмотрона нет.Simultaneously with this process, there occurs an oncoming movement of the ends of the arcs moving along the inner surface of the composite metal pipe in the connecting unit, followed by the closure of the arcs in the volume of the composite metal pipe of the connecting unit. After the initiation process is completed, the ends of the arcs move only along the working surface of the hollow
Питание каждого электрода 5,6,7 осуществляется от фазы высоковольтной электрической сети напряжением не менее 10 кВ последовательно через катушку 11,12,13 для формирования магнитного поля. Для управления рабочим током в каждую фазу цепи питания плазмотрона включены токоограничивающие индуктивности.Each
Охлаждающая жидкость проходит через рубашки 54',55', 56' охлаждения электродов 5,6,7, а затем в рубашки 54'', 54''', 55'',55''', 56'', 56''' охлаждения составных металлических патрубков. Осуществляется охлаждение электродов и составных металлических патрубков дуговых каналов, расположенных в соединительных узлах 41,42,43 и выходном узле 44.Coolant flows through the shirts 54 ', 55', 56 'of the
Рубашки охлаждения дуговых каналов сконструированы таким образом, что поток охлаждающей жидкости поступает к наиболее теплонагруженным областям металлических патрубков 20,21,22 и металлической пластине 46, на которой расположены выходы плазмы.The cooling channels of the arc channels are designed in such a way that the flow of coolant flows to the most heat-loaded areas of the
Далее охлаждающая жидкость попадает в полость 71 (фиг. 8) оболочки 45 выходного блока 44, обеспечивая охлаждение наружной поверхности металлических патрубков выходного блока, и внутренней поверхности оболочки выходного блока 44, и выходит из плазмотрона через узел 73 вывода охлаждающей жидкости.Next, the coolant enters the cavity 71 (Fig. 8) of the
Claims (58)
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018131463A RU2680318C1 (en) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | Ac high-voltage electric arc plasma torch cooling system and the ac high-voltage electric arc plasma torch with cooling system (embodiments) |
| PCT/RU2019/000593 WO2020046174A1 (en) | 2018-08-31 | 2019-08-26 | Alternating current high-voltage arc plasma generator with cooling system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018131463A RU2680318C1 (en) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | Ac high-voltage electric arc plasma torch cooling system and the ac high-voltage electric arc plasma torch with cooling system (embodiments) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2680318C1 true RU2680318C1 (en) | 2019-02-19 |
Family
ID=65442679
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018131463A RU2680318C1 (en) | 2018-08-31 | 2018-08-31 | Ac high-voltage electric arc plasma torch cooling system and the ac high-voltage electric arc plasma torch with cooling system (embodiments) |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2680318C1 (en) |
| WO (1) | WO2020046174A1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113993264A (en) * | 2021-11-05 | 2022-01-28 | 北京环境特性研究所 | Plasma torch and cooling method thereof |
| CN114143950A (en) * | 2021-11-16 | 2022-03-04 | 领航国创等离子技术研究院(北京)有限公司 | Oxygen flame composite plasma torch |
| RU2775363C1 (en) * | 2021-10-06 | 2022-06-30 | Общество с ограниченной ответственностью «Трипл-СП» | Ac electric arc plasma torch |
| CN116582993A (en) * | 2023-04-10 | 2023-08-11 | 盐城工学院 | DC atmospheric pressure plasma generator |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4037043A (en) * | 1975-04-16 | 1977-07-19 | Tibur Metals, Ltd. | Extended arc furnace and process for melting particulate charge therein |
| RU2225686C1 (en) * | 2002-09-10 | 2004-03-10 | Рутберг Филипп Григорьевич | Three-phase plasma generator |
| RU2231936C1 (en) * | 2002-11-29 | 2004-06-27 | Рутберг Филипп Григорьевич | Three-phase ac plasma generator |
| US7411353B1 (en) * | 2007-05-11 | 2008-08-12 | Rutberg Alexander P | Alternating current multi-phase plasma gas generator with annular electrodes |
| RU2577332C1 (en) * | 2014-12-16 | 2016-03-20 | Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" | Three-phase electric arc plasma generator and method for start-up thereof |
| WO2017019413A1 (en) * | 2015-07-24 | 2017-02-02 | Tibbar Plasma Technologies, Inc. | Electrical transformer |
| WO2017087233A1 (en) * | 2015-11-16 | 2017-05-26 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma device driven by multiple-phase alternating or pulsed electrical current and method of producing a plasma |
-
2018
- 2018-08-31 RU RU2018131463A patent/RU2680318C1/en active
-
2019
- 2019-08-26 WO PCT/RU2019/000593 patent/WO2020046174A1/en active Application Filing
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4037043A (en) * | 1975-04-16 | 1977-07-19 | Tibur Metals, Ltd. | Extended arc furnace and process for melting particulate charge therein |
| RU2225686C1 (en) * | 2002-09-10 | 2004-03-10 | Рутберг Филипп Григорьевич | Three-phase plasma generator |
| RU2231936C1 (en) * | 2002-11-29 | 2004-06-27 | Рутберг Филипп Григорьевич | Three-phase ac plasma generator |
| US7411353B1 (en) * | 2007-05-11 | 2008-08-12 | Rutberg Alexander P | Alternating current multi-phase plasma gas generator with annular electrodes |
| RU2577332C1 (en) * | 2014-12-16 | 2016-03-20 | Государственный научный центр Российской Федерации - федеральное государственное унитарное предприятие "Исследовательский Центр имени М.В. Келдыша" | Three-phase electric arc plasma generator and method for start-up thereof |
| WO2017019413A1 (en) * | 2015-07-24 | 2017-02-02 | Tibbar Plasma Technologies, Inc. | Electrical transformer |
| WO2017087233A1 (en) * | 2015-11-16 | 2017-05-26 | Agc Flat Glass North America, Inc. | Plasma device driven by multiple-phase alternating or pulsed electrical current and method of producing a plasma |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2775363C1 (en) * | 2021-10-06 | 2022-06-30 | Общество с ограниченной ответственностью «Трипл-СП» | Ac electric arc plasma torch |
| CN113993264A (en) * | 2021-11-05 | 2022-01-28 | 北京环境特性研究所 | Plasma torch and cooling method thereof |
| CN113993264B (en) * | 2021-11-05 | 2023-11-14 | 北京环境特性研究所 | Plasma torch and cooling method thereof |
| CN114143950A (en) * | 2021-11-16 | 2022-03-04 | 领航国创等离子技术研究院(北京)有限公司 | Oxygen flame composite plasma torch |
| CN116582993A (en) * | 2023-04-10 | 2023-08-11 | 盐城工学院 | DC atmospheric pressure plasma generator |
| CN116582993B (en) * | 2023-04-10 | 2023-12-15 | 盐城工学院 | DC atmospheric pressure plasma generator |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2020046174A1 (en) | 2020-03-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2680318C1 (en) | Ac high-voltage electric arc plasma torch cooling system and the ac high-voltage electric arc plasma torch with cooling system (embodiments) | |
| US5026484A (en) | Continuous flow method for processing liquids using high-energy discharge | |
| US4549065A (en) | Plasma generator and method | |
| US7411353B1 (en) | Alternating current multi-phase plasma gas generator with annular electrodes | |
| EP0427194B1 (en) | Multiple torch type plasma generation device and method of generating plasma using the same | |
| US4917785A (en) | Liquid processing system involving high-energy discharge | |
| US5801489A (en) | Three-phase alternating current plasma generator | |
| US3248513A (en) | Equipment for forming high temperature plasmas | |
| US11116069B2 (en) | High power DC non transferred steam plasma torch system | |
| US3153133A (en) | Apparatus and method for heating and cutting an electrically-conductive workpiece | |
| EP2369902B1 (en) | Plasma generation apparatus | |
| US5037524A (en) | Apparatus for treating liquids with high-intensity pressure waves | |
| US2945119A (en) | Stabilized magnetic nozzle for plasma jets | |
| EP2819802A2 (en) | Extended cascade plasma gun | |
| US3832519A (en) | Arc heater with integral fluid and electrical ducting and quick disconnect facility | |
| US20160216002A1 (en) | Heating system having plasma heat exchanger | |
| US3205338A (en) | Equipment for forming high temperature plasmas | |
| EP0436576A1 (en) | Electric arc generating device. | |
| GB1298680A (en) | Improvements in or relating to apparatus and a process for producing plasma | |
| RU2577332C1 (en) | Three-phase electric arc plasma generator and method for start-up thereof | |
| RU2714668C1 (en) | Direct current electrical commutation system | |
| US3286012A (en) | Apparatus for treating materials at high temperatures | |
| US3862393A (en) | Low frequency induction plasma system | |
| AU2004302434B2 (en) | Device for controlling an electric arc installation | |
| US3956605A (en) | Fluid blast circuit interrupter with a compact nozzle structure and versatile operating mechanism |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HE4A | Change of address of a patent owner |
Effective date: 20211012 |