Плазматрон
Полезная модель может быть использована в процессах плазменной обработки материалов в быту или в качестве запального устройства установок для сжигания высоковязких видов жидкого топлива. Задача: уменьшение размеров и веса плазматрона и обеспечение его работоспособности при питании двухфазным электрическим током напряжением 220 в. Сущность: плазматрон, содержащий вращатель дуги и, подключенные к источнику тока, анод, снабженный плазмовыводящим каналом, и катод, полость которого связана с источником газа, соосный аноду и размещенный в его полости, отличается тем, что анод выполнен в виде стакана, в днище которого выполнен плазмовыводящий канал, при этом внутренняя полость анода на участке примыкающем к днищу выполнена в виде конфузорного струеформирующего сопла а внешняя поверхность анода снабжена оребрением, причем в полости анода зафиксирован изолятор, трубчатой формы, в полости которого зафиксирован, катод, выполненный в виде трубы, конец которой, обращенный к плазмовыводящему каналу перекрыт перемычкой и ему придана форма конгруэнтная внутренней поверхности конфузорного струеформирующего сопла, при этом, вращатель дуги выполнен в виде сквозных газовыпускных каналов в стенках катода, продольные оси которых тангенциальны продольной оси катода и направлены в сторону плазмовыводящего канала, кроме того, выпускные отверстия сквозных газовыпускных каналов, размещены в кольцевом зазоре между анодом и катодом. Кроме того, конец катода перекрытый перемычкой из металла, соответствующего металлу катода, и снабжен вставкой из металла с высокой электронной эмиссией, например, циркония, размещенной соосно с продольной остью катода. Кроме того, выпускная часть плазмовыводящего канала, выполнена увеличенным диаметром. 2 з.п. ф-лы. 1 илл.
Полезная модель относится к конструкциям плазмотронов и может быть использована в процессах плазменной обработки материалов в бытовых условиях или в качестве запального устройства установок предназначенных для сжигания высоковязких видов жидкого топлива, при использовании электрического тока напряжением 220 в.
Известен плазматрон, выполненный по схеме линейного плазматрона, с комбинированной стабилизацией дуги газовым вихрем и магнитным полем, содержащий последовательно установленные трубчатые электроды и охватывающие их катушки, подключенные к источникам переменного тока одинаковой частоты, при этом катушки включены встречно, а фаза питающего напряжения сдвинута, с обеспечением вращения дуги в одну сторону (см. пат. США №4219726, МКИ Н 05 В 7/18, 1979).
Недостаток этого решения невозможность его использования в бытовых условиях, при питании двухфазным электрическим током напряжением 220 в (оно рассчитано на мощности до 2500 квт). Достаточно большие массогабаритные характеристики.
Известен также плазматрон содержащий подключенные к источнику тока анод, снабженный плазмовыводящим каналом, и катод, полость которого связана с источником газа, соосный аноду и размещенный в его полости, (см. пат. ФРГ №2913464, МКИ Н 05 Н 1/26, 1980).
Недостаток этого решения невозможность его использования в бытовых условиях, при питании двухфазным электрическим током напряжением 220 в (оно рассчитано на получение плазменной струи с температурой до 20000 К и давлением до 20 кг/см2). Достаточно большие массогабаритные характеристики.
Задачей на решение которой направлена полезная модель является уменьшение размеров и веса плазматрона и обеспечение его работоспособности при питании двухфазным электрическим током напряжением 220 в.
Технический результат, получаемый при решении поставленной задачи выражается в обеспечении возможности миниатюризации плазматрона, отказе от специализированных водоподводящих систем охлаждения, при сохранении работоспособности плазматрона. Кроме того, минимизируется энергопотребление плазматрона, обеспечивается возможность упрощения и облегчения конструкции инструмента и возможность его реализации, как ручного инструмента, который можно эффективно использовать в быту или условиях малого бизнеса.
Поставленная задача решается тем, что плазматрон, содержащий вращатель дуги и, подключенные к источнику тока, анод, снабженный плазмовыводящим каналом, и катод, полость которого связана с источником газа, соосный аноду и размещенный в его полости, отличается тем, что анод выполнен в виде стакана, в днище которого выполнен плазмовыводящий канал, при этом внутренняя полость анода на участке примыкающем к днищу выполнена в виде конфузорного струеформирующего сопла а внешняя поверхность анода снабжена оребрением, причем в полости анода зафиксирован изолятор, трубчатой формы, в полости которого зафиксирован, катод, выполненный в виде трубы, конец которой, обращенный к плазмовыводящему каналу перекрыт перемычкой и ему придана форма конгруэнтная внутренней поверхности конфузорного струеформирующего сопла, при этом, вращатель дуги выполнен в виде сквозных газовыпускных каналов в стенках катода, продольные оси которых тангенциальны продольной оси катода и направлены в сторону плазмовыводящего канала, кроме того, выпускные отверстия сквозных газовыпускных каналов, размещены в кольцевом зазоре между анодом и катодом. Кроме того, конец катода перекрытый перемычкой из металла, соответствующего металлу катода, и снабжен вставкой из металла с высокой электронной эмиссией, например, циркония, размещенной соосно с продольной остью катода. Кроме того, выпускная часть плазмовыводящего канала, выполнена увеличенным диаметром.
Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию "новизна".
Совокупность признаков, формулы полезной модели обеспечивают уменьшение размеров и веса плазмотрона и обеспечивают его работоспособность при питании двухфазным электрическим током напряжением 220 в.
На фиг.1 показан разрез по продольной оси устройства.
На чертежах показаны анод 1 и катод 2, подключенные к источнику тока 3, источник газа 4, плазмовыводящий канал 5 анода 1, полость 6 катода 2, струеформирующее сопло 7, изолятор 8, выступ 9 на внутренней поверхности анода 1, буртик 10, выполненный на внешней стороне свободного конца катода 2, и противоположный конец катода 2, перекрытый перемычкой 11 и имеющий коническую форму. Показаны также вращатель дуги, выполненный в виде размещенных на равных расстояниях друг от друга, по окружности сечения катода, сквозных газовыпускных каналов 12 в стенках катода, продольные оси 13 которых размещены тангенциально продольной оси 14 катода и направлены в сторону плазмовыводящего канала 5, причем выпускная часть 15 плазмовыводящего канала 5 выполнена диаметром большим, чем остальная его часть. Кроме того, показаны выпускные отверстия 16 сквозных газовыпускных каналов 12, которые размещены в зазоре 17 между цилиндрическими участками внутренней поверхности анода и внешней поверхности катода. Кроме того, показано, что катод подпружинен относительно анода (например, пружиной, сжатия 18, один конец которой закреплен на корпусе 19, выполненном из диэлектрика, например керамики, углепласта или другой термостойкой пластмассы, а другой подпирает катод). Целесообразно чтобы катод был составным по длине, с креплением токоподводящей шины к задней части катода, тогда, процесс замены катода заключался бы только в замене передней его части и не потребуется отключение-подключение токоподводящей шины. Кроме того, показаны вставка 20 из металла с высокой электронной эмиссией, например, циркония,
размещенной соосно с продольной остью катода и ребра 21 на внешней поверхности анода, плазменный шнур 22, вихревой поток воздуха 23.
Анод 1 и катод 2 выполнены из металла с высокой теплопроводностью (меди). Изолятор 8, выполнен из диэлектрика (керамики) и имеет трубчатую форму. Он вставлен в полость анода до упора в выступ 9 на внутренней стороне анода 1. Толщина изолятора 8 обеспечивает наличие зазора 17 между цилиндрическими участками внутренней поверхности анода 1 и внешней поверхности катода 2. Катод вставлен в полость изолятора до упора буртиком 10, в свободный торец изолятора 8. Зазоры между анодом и изолятором, изолятором и катодом минимизированы, для обеспечения соосности названных деталей. В качестве источника тока 3 целесообразно использовать стабилизатор тока известной конструкции, подключаемый в бытовую сеть на 220 в. В качестве источника газа 4, используют вентилятор, производительности которого достаточно для создания напора порядка 100 мм водяного столба или выше, в зависимости от рабочих параметров установки в который работает плазмотрон.
Заявленное устройство работает следующим образом. Включают в работу источник газа 4, после чего включают в работу источник тока 3. Струя воздуха проходит по полости 6 катода 2 и проходя через сквозные газовыпускные каналы 12, попадает в зазор 17 между цилиндрическими участками внутренней поверхности анода и внешней поверхности катода (тангенциально продольной оси 14 катода 2 и, соответственно, этого зазора). В результате этого происходит закручивание подаваемого в полость анода воздуха из которого формируется спирально закрученный вихревой слой движущийся в сторону плазмовыводящего канала 5. В результате включения источника тока формируется плазменный шнур 22 (дуговой разряд) между вставкой 20 и выпускной частью 15 плазмовыводящего канала 5. Этот плазменный шнур увлекаемый спирально закрученным воздушным потоком движется вместе с ним в сторону плазмовыводящего канала 5, как газоплазменный поток со стабильной структурой (в виде плазменного шнура
окруженного вихревой воздушной рубашкой). Проходя через струеформирующее (конфузорное) сопло 7 газоплазменный поток плавное обжимается из-за действия поверхности сопла и, одновременно, «работы» вихревой воздушной рубашки. После прохода плазмовыводящего канала 5, при попадании на выпускную его часть 15, из-за резкого увеличения сечения потока, часть объема плазменного шнура «прорывает» воздушную рубашку и замыкается на поверхность выпускной части 15 плазмовыводящего канала 5. Однако, поскольку вихревая составляющая воздушной рубашки продолжает «работать», контактное пятно плазменного шнура и анода все время перемещается по окружности выпускной части 15 плазмовыводящего канала. Оставшаяся часть плазменного шнура вырывается за торец анода в виде плазменного факела 24, длина и плотность которого регулируются изменением силы тока на источнике тока 3. Этот плазменный факел используется для решения технико-технологических задач, для которых предназначена установка, в составе которой смонтирован плазмотрон.
1. Плазматрон, содержащий вращатель дуги и, подключенные к источнику тока, анод, снабженный плазмовыводящим каналом, и катод, полость которого связана с источником газа, соосный аноду и размещенный в его полости, отличающийся тем, что анод выполнен в виде стакана, в днище которого выполнен плазмовыводящий канал, при этом внутренняя полость анода на участке, примыкающем к днищу, выполнена в виде конфузорного струе-формирующего сопла, а внешняя поверхность анода снабжена оребрением, причем в полости анода зафиксирован изолятор трубчатой формы, в полости которого зафиксирован катод, выполненный в виде трубы, конец которой, обращенный к плазмовыводящему каналу, перекрыт перемычкой и ему придана форма, конгруэнтная внутренней поверхности конфузорного струе-формирующего сопла, при этом вращатель дуги выполнен в виде сквозных газовыпускных каналов в стенках катода, продольные оси которых тангенциальны продольной оси катода и направлены в сторону плазмовыводящего канала, кроме того, выпускные отверстия сквозных газовыпускных каналов размещены в кольцевом зазоре между анодом и катодом.
2. Плазматрон по п.1, отличающийся тем, что конец катода перекрыт перемычкой из металла, соответствующего металлу катода, и снабжен вставкой из металла с высокой электронной эмиссией, например, циркония, размещенной соосно с продольной остью катода.
3. Плазматрон по п.1, отличающийся тем, что выпускная часть плазмовыводящего канала выполнена увеличенным диаметром.
