Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
Патент на изобретение №2464748

(19)

RU

(11)

2464748

(13)

C2

(51) МПК H05H1/34 (2006.01)

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ Статус: по данным на 17.10.2012 - нет данных Пошлина:

(21), (22) Заявка: 2010152144/07, 20.12.2010

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:

20.12.2010

Приоритет(ы):

(22) Дата подачи заявки: 20.12.2010

(43) Дата публикации заявки: 27.06.2012

(45) Опубликовано: 20.10.2012

(56) Список документов, цитированных в отчете о

поиске: SU 792614, 30.12.2008. SU 927440, 15.05.1982. ЕР 0001575343 А1, 14.09.2005. CN 101207965 A, 25.06.2008.

Адрес для переписки:

630090, г.Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 1, Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе, Н.А. Шариной

(72) Автор(ы):

Аньшаков Анатолий Степанович (RU),

Урбах Эрих Кондратьевич (RU),

Урбах Андрей Эрихович (RU),

Кузьмин Михаил Георгиевич (RU),

Чередниченко Владимир Семенович (RU)

(73) Патентообладатель(и):

Учреждение Российской академии наук Институт теплофизики им. С.С. Кутателадзе Сибирского отделения РАН (ИТ СО РАН) (RU),

ОАО "Сибэлектротерм" (RU)

(54) ПЛАЗМОТРОН СТРУЙНО-ПЛАВИЛЬНЫЙ

(57) Реферат:

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для нагрева газов до высоких температур с помощью электрической дуги, и может использоваться в плазмохимических, металлургических процессах, в частности, для выплавки ферросплавов, уничтожения бытовых и техногенных отходов, а также в исследовательских целях. Электродуговой плазмотрон содержит установленные вдоль продольной оси изолированные друг от друга медные стаканообразный анод и катод переменного сечения, причем анод выполнен в виде ступенчато сужающегося цилиндра в направлении потока газа с соотношениями геометрических размеров: d 3 /d 2 ,=1,5-1,8, d 2 /d 1 =1,13-1,17; 4,8
Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для нагрева газов до высоких температур с помощью электрической дуги, и может использоваться в плазмохимических, металлургических процессах, в частности, для выплавки ферросплавов, уничтожения бытовых и техногенных отходов, а также в исследовательских целях.

Известны плазмотроны для резки металлов [Ю.Я.Киселев. Плазменно-воздушная резка металлов с использованием медных электродов, Издат. «ШТИИНЦА», Кишинев, 1977, стр.12-16], в которых в качестве преобразователя электрической энергии в тепловую используют электрическую дугу. Несмотря на конструктивное разнообразие режущих плазмотронов, они имеют несколько характерных конструктивных узлов: полый внутренний электрод, узел формирования и подачи воздуха в разрядную камеру, удлиненный сопловой электрод-анод, узел охлаждения, изоляционную систему и корпус.

Указанные плазмотроны при работе в плавильном режиме имеют небольшую мощность 10-50 кВт. Сопловой электрод имеет большую длину и, следовательно, обладает большой металлоемкостью. Ресурс работы электрода-анода зависит от случайных колебаний длины дуги и расхода газа.

Известен плавильный плазмотрон [патент США 4549065, 22.10.1985, МПК H05H 1/28; H05H 1/34; H05H 1/26; B23K 9/00], содержащий торцевой стаканообразный электрод-анод, формирующее сопло-катод и одну вихревую камеру для закрутки подаваемого в плазмотрон газа. Сопло служит для поджига дугового разряда с последующим переходом катодного участка дуги на электропроводный расплав (подовый электрод-катод).

Длительная работа плазмотрона достигается за счет быстрого перемещения анодного пятна по внутренней поверхности электрода как в окружном направлении, так и в осевом. Движение осуществляется за счет воздействия вращающегося потока на радиальный участок дуги.

Существенным недостатком плазмотрона является следующее. С ростом величины расхода газа или уменьшением тока зона привязки дуги смещается глубоко внутрь анода. При этом дуговое анодное пятно привязывается к донышку электрода, что приводит к его очень быстрому прогоранию с попаданием большого количества воды в плазмотрон и на расплав, что недопустимо. Поэтому аноды имеют большую длину, обладают большой металлоемкостью и ресурс работы электрода зависит от случайных колебаний длины дуги.

Задачей заявляемого изобретения является существенное повышение ресурса работы плазмотрона, в 2-3 раза, за счет увеличения ресурса работы анода и снижение металлоемкости анода путем изменения его геометрии.

Для решения указанной задачи стаканообразный анод выполняют в виде ступенчато сужающегося цилиндра в направлении потока газа с соотношениями геометрических размеров: d 3 /d 2 ,=1,5-1,8, d 2 /d 1 =1,13-1,17; 4,8
На фиг.1 схематично представлен общий вид плазмотрона. Плазмотрон состоит из ступенчато сужающегося стаканообразного электрода-анода 1, завихрительного аппарата 2 и катода 3 переменного сечения. А, В - зоны выработки электродов.

Работа плазмотрона начинается с подачи плазмообразующего газа через завихрительный аппарат 2 и поджига электрической дуги. Так как диаметр d 1 цилиндрического канала катода меньше диаметра d 2 зауженной части анода, то основная часть вихревого потока газа поступает сначала в анод. За уступом происходит срыв вращающегося потока и примыкание горячего газа к стенке выступа анода диаметром d 3 . Дуга горит на анод в ограниченной, но достаточно протяженной зоне А, фиг.1, что обеспечивает его высокий ресурс и исключает привязку дуги к внутреннему торцу (донышку) электрода практически при любом расходе плазмообразующего газа.

Во время проплавления шихты или другого вида сырья плазмотрон работает в струйном режиме. Радиальный участок дуги замыкается на диффузорную часть вспомогательного катода (показано пунктиром в зоне В). После достижения токопроводящей зоны на расплав (подовый электрод-катод) дуговой разряд с помощью коммутации электрической цепи переходит на основной электрод-катод (расплав, точка С), и плазмотрон работает в плавильном режиме.

Оптимальные соотношения геометрических размеров стаканообразного электрода, при которых обеспечивается надежная работа плазмотрона: d 3 /d 2 =1,5-1,8; d 2 /d 1 =1,13-1,17; 4,8
Пример

На опытно-промышленной плазменной электропечи по выплавке ферросплавов работают три струйно-плавильных плазмотрона с единичной мощностью 400-520 кВт. Плазмообразующий газ - азот, ток дуги - 650-700 А. Применение стаканообразного ступенчатого анода позволило исключить горение дуги на задний торец электрода и значительно увеличить ресурс его работы (до 1000 часов и более).

Профилированная конструкция выходного электрода-катода обеспечивает, во-первых, расширенную зону горения дуги на конусной поверхности электрода (в струйном режиме работы плазмотрона) и, во-вторых, исключает каскадное горение дуги на катод-вставку в плавильном режиме работы плазмотрона.

Формула изобретения

1. Электродуговой плазмотрон для нагрева воздуха, азота, гелия и других газов, содержащий установленные вдоль продольной оси изолированные друг от друга медные стаканообразный анод и катод переменного сечения, отличающийся тем, что анод выполнен в виде ступенчато сужающегося цилиндра в направлении потока газа с соотношениями геометрических размеров: d 3 /d 2 =1,5-1,8, d 2 /d 1 =1,13-1,17; 4,8
2. Электродуговой плазмотрон по п.1, отличающийся тем, что катод переменного сечения с углом конфузора =5-15°, имеет отношение длины к диаметру L 1 /d 1 =1,5-2 в плавильном режиме и L 1 /d 1 =2,5-4 в струйном режиме работы плазмотрона.

РИСУНКИ