Электродуговой линейный плазмотрон со сменными электродами

опислн ЕТЕЛЬСТВУ ТОРС КОМУ СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР(46) 15.10.93 Бюп. Йд 37 - 38 (71) Специальное конструкторское бюро по энергохимической аппаратуре и машинам "ЭнергохимМдш (72) Горбунов Г.Сфокин В.НЖуков М.ф.; Старков АМАньшаков АС. (54) ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ЛИНЕЙНЫЙ ПЛАЗМОТРОН СО СМЕННЫМИ ЭЛЕКТРОДАМИ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в плазмотронах большоймощности для проведения плазмохимических процессов. Цепью изобетения является повышениенадежности работы плазмотронов и упрощение его конструкции Плазмотрон содержит анодный узел 1, катодный узел 2 и межэлектродную вставку 3. Анодные и катодные узлы имеют аналогичнуюконструкцию. Они выполнены в виде плоского поворотного диска-обоймы 15 со сменными электродными втулками 7. Обойма снабжена приводом 16.позиционного перемещения в плоскост перпендикулярной оси плазмотрона, и установлена вместе с ним внутригерметичного водозаполненного корпуса 11, Внутри корпуса 11 размещен также узелгерметизации электродных втулок состоящий изторцовых кольцевых уплотнителей 20 и 24 и элемента 22 для создания осевого усилия герметиза(19) 80 (И) 1419490 А 1(51)Я НО В 7 22 ции с патрубком 23 подвода среды под давлением Приводом 16 обойма 15 поворачивается до совпадения оси втулок 7 с осью плазмотрона. Через патрубок 23 в элемент 22 подается среда под требуемым давлением В результате создания осевого усилия герметизации происходит уплотнение торцов втулок 7 и 21 путем врезания в них остальных зубьев 20, находящихся на фланцах 18 и 19, При этом герметично отделяется электродуговой канал от полости 29 корпуса 11 электродного узла. Одновременно за счет утугого уплотнителя 24 герметизируется напорный тракт системы охлаждения втулок и происходит сжатие пружины 17, Через патрубки 12 подается охлаждающая вода При выработке ресурса рабочих втулок катода и анода производится остановка ппазмотрона примерно на 200 - 300 с, прекращается подача воды и производится ее слив из корпуса 11, после чего сливные магистрали лерекрываютса Из элемента 22 сбрасывается давление и стальные зубья 20 выводятся из контакта с торцами втулок 7 и 21, а уплотнитель 24 выводится из контакта с торцом стакана 26 Приводом 16 обойма 15 поворачивается на заданный угол до совмещения запасной втугпа с осью у ллазмотрона,те. с осью электродугового канала. В случае выработки всех втулок открывается крышка 13 и производится установка новой парчи втулок Устройство обеспечивает суммарный ресурс работы около 1000 ч 2 аИзобретение относится к электротехнике и может быть наиболее эффективно использовано в плазмотронах большоймощнпсти,Целью изобретения является повышение надежности работы плазмотрона и упрощение его конструкции.На фиг,1 изображена схема электродугового линейного плазмотрона с электродными узлами; на фиг,2 - электродный узелна примере анода в разрезе.Плазмотрон содержит анодный узел 1,катодный узел 2 и межэлектродную вставку3. Между электродными узлами и межэлектродной вставкой имеются диэлектрические прокладки 4. Анодный и катодные узлыидентичной конструкции, в них используются составные электроды, Составной анодФсостоит из входной секции 5, выходной 6 и. сменной электродной 7 втулок.Составной катод состоит из выйднойсекции 8 и сменной втулки 9 с радиальнымиэлектродными активными вставками 10.Анодный узел состоит из корпуса 11 с патрубками,12 для подвода и отвода охлаждающей воды, крышки 13 для заменыотработавших ресурс электродных втулок.На стенке корпуса имеется полуось 14, вкоторой установлена с возможностью вращения обойма 15. обойма приводится вовращение приводом 16 циклического перемещения. Обойма имеет возможность некоторого осевого перемещения поддействием пружины 17. На неподвижномвнутреннем фланце 18 корпуса установленавходная секция 5 составного электрода, наподвижной диафрагме 19 - выходная секция 6.Оба фланца снабжены токопроводящими герметизирующими элементами 20, выполненными например, в виде стальногозуба треугольного профиля.Оба эти элемента могут взаимодействовать с торцами сменных электродных втулок21, установленных в обойме 15.Усилие герметизации создается элеменом 22, выполненным из двух тонкостенных О-образных гибких токопроводящихэлементов 22 при помощи двух колец, герметично сопряженных с диафрагмой 19, инаружным фланцем корпуса 11, Водном изэтих колец имеется патрубок 23 для подачисреды под давлением. В наружном фланцекорпуса 11 имеется дополнительный упругий герметизирующий элемент 24,концентрично расположенный по отношению косновному герметизирующему элементу -стальному зубу 20 с образованием междуними кольцевого канала 25 подачи воды врубашку охлаждения сменной электродной втулки. Сменная втулка состоит из цилиндрического стакана 26, упирающегося в буртик 27 электродной втулки и имеющегоканалы 28 для слива воды в полость 29 кор 5 пуса.Устройство работает следующим образом,Открывается крышка 13 корпуса 11электродного узла и в гнезда обоймы 1510 устанавливаются запасные электродныевтулки 9, 21, собранные совместно с цилиндрическими стаканами 26. Крышка 13 герметично закрывается, приводом 16 обоймаповорачивается до совпадения оси втулок 9,15 21 с осью злектродугового канала плазмотрона. Через патрубок 23 в элемент 22 подается сжатый воздух или вода поддавлением,и фланец 19 зубом 20 соприкасается с торцом втулки, самоустанавливаясь при этом20 за счет малой жесткости на изгиб 0-образ ных элементов. При возрастании усилиявтулки 9, 21 вместе со стаканом 26 и обоймой 15 совершают осевое перемещение досоприкосновения другого торца втулок 9, 21со стальным зубом фланца 18 и торца стакана 26 с кольцевым упругим уплотнением 24,деформируя при этом пружину 17, Дальнейшее возрастание усилия приводит к врезанию стальных зубьев в торцы втулок 21 и 9.30 При этом герметично отделяется электродуговой канал от полости 29 корпуса электродного узла. За счет разрушения окисныхпленок на сопряженных поверхностях создается хороший тепловой и электрический35 контакт, Одновременно за счет деформацииупругого герметизирующего элемента 24уплотняется напорный тракт системы охлаждения. Плазмотрон готов к запуску,Через патрубки 12 анодного и катодного40 узлов подается охлаждающая вода, котораяпоступает в рубашку охлаждения электродной втулки и сбрасывается через каналы 28в полость 29 и на слив. Между катодом 9 ианодом 7 зажигается дуга, В процессе рабо 45 ты происходит эрозионное изнашиваниеэлектродных втулок 7, 9 в зоне привязкидуги. Подбором геометрии материалов электродных втулок, режима работы плазмотрона можно добиться примерно одинакового50 ресурса анодных и катодных втулок. Приодновременной выработке ресурса производится остановка плаэмотрона, прекращается подача охлаждающей воды вэлектродные узлы, из полости 29 сливаетсявода и сливные магистрали перекрываются.Из элемента 22 для создания усилия герметизации сбрасывается давление, под действием сил упругости 0-образных элементов стальной зуб диафрагмы 19 выводится из контакта с торцом втулки 21. а эа счетусилия1419490 пружины 17 обойма 15 совершает осевоеперемещение и выводится из контакта сторцом втулки 21 стальной зуб 20 фланца 18корпуса, Упругий герметизирующий элемент 24 также выводится из контакта с торцом стакана 26. Таким образом, полость 29корпуса электрода сообщается с электродуговым каналом и объемом технологическогоаппарата, Только этими объемами и ограничивается распространение газовой среды 10технологического аппарата во время замены электродов плазмотрона. Приводом 18циклического перемещения обойма 15 поворачивается до совмещения запаснойвтулки с осью злектродугового канала, При 15этом отработавшая ресурс втулка выводится из рабочей позиции,Дальнейшая работа узла аналогичнаописанной ранее, При выработке ресурсавсех запасных электродных втулок открывается крышка 13 и производится установкановой партии втулок.Эксплуатация данного устройства в составе плазмохимического реактора требуетналичия резервного плазмотрона, включаелого в момент замены электродных втулокосновного плазмотрона.Положительный эффект при осуществлении изобретения обеспечивается твм, чтокорпус электродного узла в рабочем состо-,30янии заполнен охлаждающей водой, циркулирующей в нем, а в момент заменыэлектродных втулок, выработавших ресурс,вода смывается из корпуса, полость корпусасообщается с электродуговым каналом и в 35ней устанавливается газовая среда технологического аппарата. Такое решение позволяет исключить попадание технологическойсреды аппарата (токсичной, взрывопожароопасной и т,д.) в атмосферу, избежать установки дополнительного устройства длягерметичной отсечки электродугового кана;ла во время замены электродных втулок, чтоупрощает конструкцию плазмотрона и повышает его надежность. 45В отличие от прототипа, в котором всеэлектродные втулки герметично установлены в обойме, в данном устройстве только работающая электродная втулка герметизируется между входной и выходной секциями электрода, герметично установленными на стенках корпуса электрода. Это позволяет, во-первых, увеличить надел, ость узла за счет уменьшения количества герметичных соединений и, соответственно, упростить его: во-вторых, сквозной прогар электродной втулки не приводит к аварии системы охлаждения, как в прототипе. Кроме того, упрощение конструкции узла достигается эа счет замены только средней секции электродной втулки, подвергающейся интенсивной эрозии, а малоизнашиваемые входные и выходные секции можно менять режв - во время полной разборки узла при регламентных работах,Сменные электродные втулки имеют простую геометрическую форму в отличие от профилированных входной и выходной секций и могут изготавливаться иэ трубы с высоким коэффициентом использования материала. Надежность работы электродной втулки зависит от эффективности охлаждения. В предлагаемом устройстве достаточная зффективнЬсть обеспечивается путем создания высокоскоростного потока воды в руба ш ке охлаждения,Поскольку эта систвма находится в водозаполненнсм корпусе, требования к герметичному подводу и отводу воды к рубашке охлаждения резко ослабляются: из рубашки охлаждения вода прямосбрасывается в корпус узла, а подача воды в рубашку может допускать некоторую утечку, которая также не препятствует нормальному функционированию узла. Это упрощает конструкцию системы охлаждения электродов и повышает их надежность.(56) Авторское свидетельство СССРМ 528832, кл. Н 05 Н 1/00, 1976.Авторское свидетельство СССРМ 1072771, кл. Н 05 В 7/22, 1983. Формула изобретения тизации втулок, состоящего иэ элемента для Электродуговой линейный плазмотрон 50 создания осевого усилия герметизации и со сменными электродами, содержащий торцового упругого кольцевого уплотнитеэлектроизолирооанные друг от друга анод- ля, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью ный узел, межэлектродную вставку и катод- повышения надежности работы плазмотроный узел, выполненный в виде обоймы, на и упрощения его конструкции, обойма включающей установленную по оси плаз выполнена в виде плоского соосного катодмотрона рабочую электродную втулку и, по ному узлу диска со сквозными периферий- меньшей мере, две параллельные ей эа-,ныряли отверстиямидля установки втулок и пасные втулки и привод позиционного вместе с приводом установлена в цилиндриперемещения втулок в плоскости, пврпен- ческом водоохлаждаемом корпусе с торцодикулярной оси плазмотрона,иузлагерме- выми наружным и внутренним фланцали,1419490 Составитель В,Граче Техред М.Моргентал ектор В,Пе Редактор С,Хейфиц Тираж Подписн НПО "Поиск" Роспатента035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб., 4/5 аказ 3185 ательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 1 О Производствен между наружным фланцем и обоймой размещены прилегающий к фланцу элемент для создания осевого усилия и жестко соединенная с ним подвижная в осевом направлении диафрагма, во внутреннем и наружном фланцах и в диафрагме выполнены соосные катодному узлу сквозные отверстия, а в отверстиях диафрагмы и внутреннего фланца установлены дополнительные профилированные электродные секции, узел герметизации втулок снабжен расположенными на обращенных к рабочей втулке поверхностях внутреннего фланца и диафрагмы дополнительными кольцевыми уплотнителями из токопроводящего ма 1 ериала, а упомянутый упругий уплотнитель расположен между рабочей втулкой и внутренним фланцем с внешним кольцевым зазором относительно уплотнителя из токопроводящего материала, втулки выполнены с рубашкой охлаждения, образующей кольцевую полость, сообщающуюся с полостью корпуса с одной стороны через зазор 10между плотнителями, а с другой - через отверстия в рубашке охлаждения, причем элемент для создания осевого усилия выполнен сильфонного типа и снабжен патрубком ввода текучей среды.