способ генерации плазменного потока

Формула изобретения

1. Способ генерации плазменного потока путем сжатия в разрядной камере электродугового столба плазмообразующей средой в виде паров охлаждающей жидкости, вырабатываемых в периодически пополняемом резервуаре-испарителе за счет энергии нагревательного элемента, имеющего тепловой контакт с соплом-анодом горелки и соприкасающегося с впитывающим влагу материалом, заполняющим упомянутый резервуар, отличающийся тем, что стабилизацию температуры плазмообразующего пара, поступающего в разрядную камеру из резервуара-испарителя, осуществляют путем регулирования количества охлаждающей жидкости, подаваемой в резервуар-испаритель извне, с учетом информации датчика температуры, установленного на корпусе упомянутого резервуара.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что значение поддерживаемой температуры плазмообразующего пара изменяют в зависимости от режима работы плазменного генератора.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество охлаждающей жидкости регулируют путем изменения длительности впрысков дозирующего насоса и (или) их количества в единицу времени.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к способам получения плазменного потока и может быть использовано в различных отраслях промышленности, связанных с производством и эксплуатацией плазменных аппаратов.

Более точно изобретение относится к генераторам низкотемпературной плазмы (плазмотронам), рабочим телом которых является водяной пар или пар смеси воды с кислородосодержащими углеводородами.

Пар может или подводиться к генератору от специального источника, или вырабатываться непосредственно в генераторе за счет высоких температур. При этом процесс парообразования может совмещаться с отводом тепла от электродов горелки.

Известен способ сварки металлов (патент РФ № 2103129).

Известна плазменная горелка, использующая в качестве рабочего тела пары охлаждающей жидкости, поступающие в разрядную камеру из резервуара-испарителя (патенты US № 5,609,777 и ЕР № 0640426 по заявке PCT/RU93/00053). Парообразование в такой горелке происходит в резервуаре-испарителе, заполненном впитывающим влагу материалом, за счет нагревательного элемента, имеющего тепловой контакт с соплом-анодом горелки.

Такая горелка работает ограниченное время, в течение которого происходит почти полное испарение жидкости, заполняющей упомянутый резервуар.

Впитывающий влагу материал обеспечивает равномерное по времени испарение жидкости за счет своих гигроскопических свойств в течение одного рабочего цикла, длительность которого зависит от объема заливаемой в резервуар-испаритель жидкости и мощности, рассеиваемой на сопле-аноде горелки.

С первых минут после включения горелки в заполненном жидкостью резервуаре-испарителе образуется насыщенный пар, который под избыточным давлением поступает в разрядную камеру. По мере испарения жидкости из резервуара-испарителя пар становится ненасыщенным, а в конце цикла - сильно ненасыщенным. В связи с этим растет температура пара (См., «Справочник по физике», X.Кухлинг, перевод с немецкого, издательство «МИР», М., 1982, стр.170).

Подведенная энергия к горелке расходуется с одной стороны для испарения охлаждающей жидкости и нагрева полученного пара до температуры ионизации, а оставшаяся часть энергии расходуется непосредственно на ионизацию.

Изменение температуры пара за время одного рабочего цикла приводит к изменению степени ионизации плазменного потока, поскольку для насыщенного пара необходимо затратить большее количество тепловой энергии на нагрев до температуры ионизации по сравнению с нагревом до этой же температуры сильно ненасыщенного пара.

Изменение степени ионизации плазменного потока приводит к изменению его энергетических параметров. Это отрицательно сказывается на потребительских свойствах плазменного аппарата в целом. Особо остро этот недостаток ощущается при проведении сварочных работ с использованием генерируемого плазменного потока.

Настоящее изобретение направлено на устранение указанного недостатка. Основная задача, решаемая изобретением, - это стабилизация температуры плазмообразующего пара путем регулируемого пополнения резервуара-испарителя охлаждающей жидкостью по мере ее испарения.

Сущность изобретения заключается в том, что в известном способе генерации плазменного потока путем сжатия в разрядной камере электродугового столба плазмообразующей средой в виде паров охлаждающей жидкости, вырабатываемых в периодически пополняемом резервуаре-испарителе за счет энергии нагревательного элемента, имеющего тепловой контакт с соплом-анодом горелки и соприкасающегося с впитывающим влагу материалом, заполняющим упомянутый резервуар, стабилизацию температуры плазмообразующего пара, поступающего в разрядную камеру из резервуара-испарителя, осуществляют путем регулирования количества охлаждающей жидкости, подаваемой в резервуар-испаритель извне, с учетом информации датчика температуры, установленного на корпусе упомянутого резервуара.

На чертеже изображен аппарат, реализующий предлагаемый способ генерации плазменного потока, с горелкой, выполненной в виде цилиндра. Плазменная горелка 1 генерирует плазменный поток путем сжатия плазмообразующей средой в разрядной камере 2 электродугового столба, возникающего за счет энергии источника питания 3. Плазмообразующая среда в виде паров, вырабатываемых в резервуаре-испарителе 4, образуется из жидкости, поступающей через обратный клапан 5 под внешним давлением, создаваемым дозирующим насосом 6. Испарение происходит за счет высокой температуры нагревательного элемента 7, имеющего тепловой контакт с соплом - анодом 8. Из резервуара-испарителя 4 образовавшийся пар через отверстия 9 нагревательного элемента 7 поступает в разрядную камеру 2. Для поддержания постоянной температуры плазмообразующей среды охлаждающая электроды жидкость по мере испарения подается извне с помощью насоса 6, например из внешнего резервуара 10 через трубопровод 11 в резервуар-испаритель 4.

Количество охлаждающей жидкости, проходящей через трубопровод 7, определяется устройством регулирования расхода охлаждающей жидкости 12 на основании информации, поступающей к нему от датчика температуры 13, установленного на корпусе резервуара-испарителя 4. Функции устройства регулирования расхода охлаждающей жидкости заключаются в том, чтобы обеспечить пропорциональное увеличение расхода жидкости в трубопроводе 11 тогда, когда показания датчика температуры 13 превысят заранее оговоренное для данного режима работы горелки значение температуры и соответственно уменьшить расход охлаждающей жидкости, когда показания датчика температуры станут ниже заранее определенного ее значения.

Таким способом осуществляется автоматическая стабилизация температурного режима плазмообразующего пара.

Наиболее простой вариант конструкции устройства регулирования расхода предусматривает использование дозирующего насоса, длительность и (или) количество впрысков которого в единицу времени изменяется по информации датчика температуры 13.

Примером реализации предложенного способа является плазменный аппарат для резки и сварки с максимальной потребляемой мощностью 3,0 кВт. Датчик температуры установлен на корпусе резервуара-испарителя, расход в трубопроводе регулируется с помощью дозирующего насоса, смонтированного вместе с источником питания.

Аппарат в течение рабочего дня обеспечивал качественную сварку стальных листов толщиной 1-12 мм, при этом во время работы температура корпуса резервуара (в точке установки датчика температуры) поддерживалась с точностью 5-8 градусов в пределах 110-150 градусов Цельсия в зависимости от мощности, потребляемой горелкой.