Плазменная горелка с магнитной привязкой электродугового столба

(51) 05 1/26 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Целью изобретения является разработка магнитной привязки дуги для паровых малогабаритных плазматронов,работающей параллельно с паровой стабилизации дуги. Такая обобщенная система дает возможность увеличения ресурса работы электродов и повышения кпд плазмотрона. Достигаемым техническим результатом является увеличение ресурса работы электродов и кпд плазмотронов. Плазменная горелка с магнитной привязкой электродугового столба,содержащая цилиндрический торцевой катод и расположенное соосно выходное сопло-анод, магнитную цепь, в котором расположен полнотелый ферромагнитный стержень отличающаяся тем, что на конце полнотелого магнитного стержня закреплен катод,ферромагнитный цилиндр-экран, охватывающий постоянный магнит и сопло-анод снаружи.(72) Курманбаев Галимжан Бекзулдаевич Мукажанов Владимир Николаевич Арыстанов Нури Нигметуллаевич(54) ПЛАЗМЕННАЯ ГОРЕЛКА С МАГНИТНОЙ ПРИВЯЗКОЙ ЭЛЕКТРОДУГОВОГО СТОЛБА(57) Изобретение относится к электротехнике,конкретно, к устройству плазмотронов (генераторов низкотемпературной плазмы ГНП) и предназначено для продления срока службы электродов. Может быть применено в теплоэнергетике, машиностроении, металлургии,стройиндустрии и других отраслях промышленности, где используются ГНП. Изобретение относится к электротехнике,конкретно, к устройству плазмотронов (генераторов низкотемпературной плазмы ГНП) и предназначено для продления срока службы электродов. Может быть применено в теплоэнергетике, машиностроении, металлургии,стройиндустрии и других отраслях промышленности, где используются ГНП. Известны конструкция ГНП с полыми торцевыми,трубчатыми или кольцевыми электродами,где для усиления вращение радиального участка привязки дуги используется магнитное поле,образуемое соленоидом,выполненным внешней намоткой катушки индуктивности на узел в целом (Жуков М.Ф.,Смоляков В.Я., Урюков Б.А. Электродуговые нагреватели газа (плазмотроны). М, Наука, 1973,с. 12-26, 204-208). Известны конструкции плазмотронов, где с целью увеличения срока службы торцевого электрода на его наружной поверхности установлен электромагнит, по обеим сторонам которого установлены соленоиды, соосные с электродом и замкнутые снаружи ферромагнитным кольцом(Патент РК 10245, 05 В 7/22, публ. 2004). Подобная конструкция позволяет увеличить размер зоны, по которой движется дуговая привязка, и в результате распределения эрозионного эффекта на большую площадь, скорость эрозии электрода значительно снижается. Недостатком известных конструкций предусматривающих помещение электродного узла в магнитное поле соленоида является низкая скорость перемещения привязки пятна-дуги, в силу равномерной невысокой индукции и напряженности магнитного поля, что приводит к сокращению ресурса работы электрода вследствие его эрозионного разрушения под действием высоких тепловых потоков через контрагированную привязку дуги. Попытки увеличения магнитной индукции с применением вышеназванных способов приводят к неоправданной громоздкости конструкции и увеличения токов при незначительном увеличении величины магнитной индукции. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой конструкции плазмотрона является электродуговая горелка, включая в себя генератор магнитной индукции, состоящий из соленоида и магнитной цепи из ферромагнитного материала(Патент РК 10245, Н 05 В 7/22, публ. 2004). Магнитная цепь представляет собой ферромагнитный сердечник, расположенный соосно с цилиндрическим электродом и введенный одним концом в его тело, и внешнюю ферромагнитную оболочку. Соленоид расположен между ферромагнитным сердечником и оболочкой, при этом электрод не располагается внутри соленоида, а как бы содержит в себе полнотелый стержень магнитопровода,и снаружи охватывается ферромагнитной оболочкой, заканчивающейся на входе во внутренний канал катода. 2 Главным недостатком этих магнитных систем является трудо и энергоемкость при использовании их в малогабаритных паровых плазматронах(Плазар, Алплаз, Мультиплаз). Поэтому на сегодняшний день в паровых плазматронах вместо магнитной привязки используется только паровая стабилизация дуги. Целью изобретения является разработка магнитной привязки дуги для паровых малогабаритных плазматронов,работающей параллельно с паровой стабилизации дуги. Такая обобщенная система дает возможность увеличения ресурса работы электродов и повышения кпд плазмотрона. Указанная цель достигается за счет создание магнитной индукции с помощью постоянного магнита 1, один - полюс которого присоединен к ферромагнитному сердечнику 2, а другой к ферромагнитному цилиндру-экрану 3 и управления расположением магнитных силовых линий 7 относительно радиального участка привязки дуги. Такая конструкция позволяет отказаться от соленоида и устранить потребление дополнительной мощности для работы соленоида, а также уменьшить массогабаритные показатели конструкции. При этом увеличение магнитного потока во внутренней полости ГНП, осуществляется за счет удлинения внутреннего железного стержня и использования в качестве внешнего магнитопровода наружной оболочки в виде ферромагнитного цилиндра-экрана. Полнотелый железный стержень и ферромагнитная оболочка позволили подучить концентрированный электромагнитный поток с напряженностью 0,18-0,25 Тл,значительно превышающий магнитный поток, имеющий месте в громоздком трубчатом магнитопроводе 0,01 - 0,03 Тл. При этом воздействие осуществляется одновременно на катодную 4 и анодную 6 область. Создание магнитного потока на электродах производится без внешнего энергопотребления, с помощью постоянного магнита. При этом, изменяя длинуферромагнитной оболочки относительно полнотелого железного стержня со стороны электродов можно обеспечить нужную направленность воздействия магнитного потока на привязки столба дуги 5 на поверхностях электродов,за счет изменения крутизны радиального направления магнитного поля, воздействующего на привязку дуги, и формирования самого радиального участка дуги, перпендикулярного магнитному потоку. Это обеспечивает высокоскоростное вращение радиального участка привязки дуги,заставляя радиальный участок привязки дуги выстилаться по окружной поверхности, создавая распределенную привязку дуги, сущность которой состоит в том, дуга привязывается на электроды не через одно пятно, а через несколько, количество которых в различные моменты времени меняется. В результате этого равномерно-распределенная тепловая нагрузка по поверхности электродов устраняет местное локальное разрушение, и улучшаются эксплуатационные характеристики электродов. Достижение равномерности эрозии рабочей поверхности электродов решает проблему их долговечности в пределах теплотехнических возможностей материала, из которого они изготовлены. Применение магнитной цепи из ферромагнитных материалов и постоянного магнита в ГНП позволило на порядок увеличить ресурс работы электродов, с десятков часов до сотен, что положительно влияет на работу ГНП, особенно в тех случаях, когда требуется безостановочная длительная работа плазмотрона, например, при резке больших поверхностей. Экспериментальные данные показывают, что ресурс работы электродов по сравнению существующими типами плазматронов,увеличился на 25-30. Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что ГНП в предложенном варианте содержит полнотелый ферромагнитный стержень внутри постоянного магнита, который снаружи охватывается ферромагнитной оболочкой,заканчивающейся на входе во внутренний канал электрода. Заявляемая конструкция отличается от известной тем, что магнитная цепь создаваемая с помощью постоянного магнита и ферромагнитных материалов обеспечивает интенсивное перемещение опорного пятна на катоде и аноде с целью предохранения электродов от локальной эрозии и разрушения. Таким образом,заявляемая конструкция магнитного воздействия не применялась в других подобных изобретениях. Особенно в паровых малогабаритных плазматронах. Совместное использование перечисленных признаков дает заявляемому решению свойства, не совпадающими с подобными конструкциями. Заявляемое решение,по сравнению с прототипом, позволяет повысить ресурс работы катода и сопла-анода, увеличить КПД плазмотронов и расширить область их применения. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Плазменная горелка с магнитной привязкой электродугового столба,содержащая цилиндрический торцевой катод и расположенное соосно выходное сопло-анод, магнитную цепь, в котором расположен полнотелый ферромагнитный стержень отличающийся тем, что на конце полнотелого магнитного стержня закреплен катод,ферромагнитный цилиндр-экран охватывающий постоянный магнит и сопло-анод снаружи. Фиг. 1 Конструкция электродного узла плазмотрона