плазменно-дуговая горелка

Формула изобретения

1. Плазменная горелка, содержащая трубчатое сопло, имеющее ось, аксиально противоположные концы, торцевую стенку на одном из концов, электрод, расположенный в сопле и имеющий передний конец со стороны торцевой стенки, причем передний конец и торцевая стенка образуют камеру для плазмообразующего газа, а в торцевой стенке выполнено выходное отверстие, причем камера имеет вход радиально снаружи от выходного отверстия, средство для создания дуги между соплом и электродом для течения плазменной струи через выходное отверстие, отличающаяся тем, что она снабжена средством для протекания плазмообразующего газа через камеру в направлении от входа к выходному отверстию, ребрами на торцевой стенке сопла для направления потока плазмообразующего газа от входа к выходному отверстию, ребра расположены по окружности вокруг выходного отверстия и образуют на торцевой стенке направляющие газ каналы, а электрод и сопло выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга.

2. Горелка по п.1, отличающаяся тем, что каналы имеют радиально наружные и внутренние концы, каждый из которых имеет размер по окружности на наружном конце больше, чем размер на внутреннем конце.

3. Горелка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что каналы выполнены дугообразными между радиально внешними и внутренними концами.

4. Горелка по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что ребра, образующие каналы, распределены на торцевой стенке по окружности вокруг выходного отверстия, причем канал образован смежными по окружности ребрами.

5. Горелка по п.4, отличающаяся тем, что ребра имеют радиально наружные и внутренние концы и выполнены с одинаковыми размерами по окружности.

6. Горелка по пп.4, 5, отличающаяся тем, что ребра имеют радиально наружные и радиально внутренние концы, причем расстояние между радиально внутренними концами смежных ребер меньше по окружности, чем расстояние между внешними концами смежных ребер.

7. Горелка по любому из пп.4-6, отличающаяся тем, что каждое из ребер имеет радиально наружные и внутренние концы, противоположные по окружности стороны, и верхнюю стенку между сторонами, обращенную к переднему концу электрода, причем верхняя стенка сужается к торцевой стенке в направлении от наружного к внутреннему краю ребра.

8. Горелка по п.7, отличающаяся тем, что каждый канал имеет нижнюю поверхность, проходящую в осевом направлении цилиндрическую внутреннюю поверхность между противоположными по окружности сторонами соседних ребер и дугообразную поверхность, соединяющую нижнюю поверхность и цилиндрическую внутреннюю поверхность.

9. Горелка по п.8, отличающаяся тем, что нижняя поверхность канала сужается в осевом направлении в сторону от переднего конца электрода в направлении от наружного к внутреннему концам смежных ребер.

10. Горелка по любому из пп.7-9, отличающаяся тем, что верхняя стенка ребра имеет дугообразную часть между радиально наружным и внутренним концами, причем верхняя поверхность выполнена выпуклой по отношению к переднему концу электрода.

11. Горелка по любому из пп.7-10, отличающаяся тем, что камера имеет внутреннюю стенку, причем наружные концы ребер сливаются с внутренней стенкой, а части внутренней стенки между смежными по окружности ребрами образуют проходящие в осевом направлении наружные торцевые поверхности каналов, причем первые дугообразные поверхности соединяются с нижними поверхностями и идущими радиально наружными торцевыми поверхностями, и вторые дугообразные поверхности соединяют верхние стенки ребер и внутреннюю стенку камеры.

12. Горелка по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что ребра для направления указанного плазмообразующего газа, расположенные на торцевой стенке сопла, отделены друг от друга по окружности вокруг выходного отверстия и имеют радиально наружные и внутренние концы по отношению к нему, причем ребра выполнены дугообразными между наружными и внутренними концами.

13. Горелка по п.12, отличающаяся тем, что выходное отверстие имеет ось, и каждый радиальный наружный и внутренний конец каждого из ребер выполнен дугообразным с радиусом кривизны относительно отверстия.

14. Горелка по п.13, отличающаяся тем, что камера имеет цилиндрическую внутреннюю стенку, коаксиальную с осью указанного отверстия и имеющую радиус кривизны, соответствующий радиусу кривизны радиально внешнего края ребра.

15. Горелка по пп.13, 14, отличающаяся тем, что выходное отверстие имеет круглую периферическую кромку и радиально внутренние края ребер отделены радиально наружу от кромки.

16. Горелка по любому из пп.12-15, отличающаяся тем, что выходное отверстие имеет ось, и каждое ребро имеет противоположные по окружности стороны, причем каждая из указанных противоположных сторон выполнена дугообразной с радиусом кривизны по отношению к опорной оси, расположенной сбоку и параллельной оси отверстия.

17. Горелка по любому из пп.12-16, отличающаяся тем, что камера имеет внутреннюю стенку, коаксиальную с осью отверстия, и отверстие имеет периферийную кромку, причем внутренняя поверхность имеет радиус кривизны, соответствующий радиусу кривизны радиально наружного торца ребра, и радиально внутренний торец ребра отделен по радиусу от указанного отверстия.

18. Горелка по п.17, отличающаяся тем, что каждое ребро имеет верхнюю стенку со стороны переднего конца электрода, сужающуюся к торцевой стенке сопла в направлении от радиально наружного к радиально внутреннему торцу ребра.

19. Плазменная горелка, содержащая трубчатое сопло, имеющее ось и торцевую стенку, поперечную оси, электрод, расположенный в сопле коаксиально с ним и имеющий конец, сопло и электрод образуют камеру для плазмообразующего газа с кольцевым входом вокруг конца электрода, выходное отверстие из камеры через торцевую стенку, коаксиальное с указанной осью, средство для создания дуги между соплом и электродом для плазменной струи, протекающей через выходное отверстие, причем торцевая стенка сопла имеет аксиально внутреннюю поверхность, выходящую к концу электрода, отличающаяся тем, что она снабжена средством для прохождения плазмообразующего газа в камеру через вход для потока внутрь от входа к выходному отверстию, ребрами на внутренней поверхности торцевой стенки, расположенными по окружности, а пространство между смежными ребрами образует каналы для направления потока газа внутрь камеры от входа к выходному отверстию, кроме того, электрод и сопло выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга.

20. Горелка по п.19, отличающаяся тем, что каждый канал для газа включает в себя средство для сжатия по окружности потока газа от входа к выходному отверстию.

21. Горелка по пп.19, 20, отличающаяся тем, что каждый канал для газа имеет выходной конец для направления газа, в основном, тангенциально к выходному отверстию.

22. Горелка по любому из пп.19-21, отличающаяся тем, что выходное отверстие имеет периферийную кромку, и каналы для газа имеют выходные концы для выхода из них газа, протекающего вдоль кольцевого пути по отношению к кромке.

23. Горелка по любому из пп.19-22, отличающаяся тем, что каждый канал для газа направляет поток газа вдоль дугообразного пути от входа к выходному отверстию.

24. Горелка по п.23, отличающаяся тем, что дугообразный путь является последовательно уменьшающимся в направлении от входа к выходному отверстию.

25. Горелка по любому из пп.19-24, отличающаяся тем, что нижняя поверхность торцевой стенки имеет внешнюю периферию, аксиально выровненную со входом, и включает в себя распределенные по окружности ребра, проходящие внутрь от периферии, причем пространство между смежными ребрами образуют каналы для газа.

26. Горелка по п.25, отличающаяся тем, что каждое из ребер имеет радиально наружный и внутренний концы, противоположные по окружности стороны, и верхнюю стенку между этими сторонами, выходящую к концу электрода, противоположные по окружности стороны смежных ребер, сходящиеся друг к другу в направлении от радиально наружных к радиально внутренним концам ребер.

27. Горелка по п. 26, отличающаяся тем, что каждый канал имеет нижнюю поверхность и аксиально проходящую наружную торцевую поверхность между противоположными по окружности сторонами соседних ребер, причем нижняя поверхность сужается аксиально в сторону от конца электрода в направлении от наружных к внутренним концам электродов.

28. Горелка по любому из пп.25-27, отличающаяся тем, что камера имеет внутреннюю стенку, причем наружные концы ребер сливаются с внутренней стенкой, части внутренней стенки между смежными ребрами обеспечивают аксиально проходящие радиально наружные торцевые поверхности каналов, первые дугообразные поверхности соединяются с нижними поверхностями и радиально наружными торцевыми поверхностями каналов, и вторые дугообразные поверхности соединяются с верхними стенками ребер и внутренней стенкой камеры.

29. Горелка по п.28, отличающаяся тем, что верхняя стенка ребра имеет выпуклый контур между радиально наружным и внутренним его концами и по отношению к концу электрода.

30. Горелка по пп.26-29, отличающаяся тем, что противоположные по окружности стороны каждого ребра выполнены дугообразными по отношению к оси в направлении от наружного к указанному внутреннему его концу.

31. Горелка по п.30, отличающаяся тем, что верхняя стенка каждого ребра сужается аксиально к торцевой стенке в направлении от внешнего к внутреннему концу ребра.

32. Плазменная горелка, содержащая корпус, трубчатое сопло, смонтированное в корпусе и имеющее ось, аксиально проходящую внутреннюю поверхность, аксиально противоположные концы и торцевую стенку на одном из противоположных концов, электрод, расположенный в корпусе горелки и включающий в себя переднюю часть, размещенную коаксиально с соплом, причем передняя часть электрода имеет передний конец, смежный с торцевой стенкой и образующий с ней камеру для плазмообразующего газа, причем торцевая стенка имеет выходное отверстие, проходящее аксиально через нее из указанной камеры, причем передняя часть электрода имеет радиально наружную периферийную поверхность, проходящую аксиально от переднего конца и образующую с внутренней поверхностью сопла кольцеобразный первый газовый канал, сообщенный с камерой и имеющий входной конец на другом из противоположных концов сопла, причем сопло имеет наружную сторону, проходящую между противоположными концами, средство для прохождения газа к входному концу первого газового канала и к камере для плазмообразующего газа, а также к наружной стороне сопла, средство для создания дуги между соплом и электродом для течения плазменной струи через выходное отверстие, отличающаяся тем, что она снабжена монтажным фланцем, а наружная сторона сопла включает в себя соосную, смежную в осевом направлении первую цилиндрическую, коническую и вторую цилиндрическую части поверхности, проходящие последовательно от первой стороны монтажного фланца к одному из противоположных концов сопла, причем первая и вторая цилиндрические части поверхности соответственно имеют первый и второй диаметры, причем второй диаметр больше, чем первый диаметр, причем коническая часть поверхности отходит от первой ко второй части поверхности, средство для прохождения газа к наружной стороне сопла обеспечивает течение газа вдоль первой цилиндрической части поверхности к конической части поверхности, причем течение газа по первой цилиндрической части поверхности направлено радиально наружу и по оси к одному концу сопла по конической части поверхности для образования конического газового экрана для плазменной струи.

33. Горелка по п.32, отличающаяся тем, что сопло снабжено монтажным фланцем, проходящим радиально наружу от внешней стороны, в промежутке между противоположными концами, причем фланец имеет аксиально противоположную первую и вторую сторону, соответственно выходящую к одному и другому из противоположных концов сопла, и средство, создающее второй газовый канал аксиально вдоль внешней стороны сопла от одного из указанных противоположных концов к другому концу и включающее в себя часть, проходящую аксиально через монтажный фланец, причем второй газовый канал имеет входной и выходной концы соответственно у одного из концов сопла и одной стороны монтажного фланца и средство для пропускания газа к наружной стороне сопла, включающее средство для пропускания газа во входной конец второго газового канала.

34. Горелка по п.33, отличающаяся тем, что она снабжена средством для монтажа сопла, соединенным с правой стороной средства для монтажа фланца для отклонения газа, текущего через выходной конец газового канала радиально внутрь к первой цилиндрической части поверхности.

35. Горелка по п.33, отличающаяся тем, что она дополнительно включает в себя средство для монтажа сопла, содержащее коаксиальные первый и второй элементы втулки, смонтированные на корпусе горелки и соответственно включающие в себя первую и вторую поверхности, аксиально отделенные друг от друга и соединяющие средства для монтажа фланца между собой, причем первая втулка включает в себя внешнюю поверхность, вторая втулка окружает первую втулку и включает в себя внутреннюю поверхность, отделенную радиально наружу от внешней поверхности внутренней втулки, и образует между ними полость, причем второй газовый канал включает в себя каналы в средстве для монтажа фланца, связанные с полостью для части газа, текущего через второй газовый канал.

36. Горелка по п.35, отличающаяся тем, что внешняя поверхность первой втулки заключает в себя периферийную часть, имеющую аксиально проходящие смежные друг с другом охлаждающие ребра в полости.

37. Горелка по любому из пп. 32-36, отличающаяся тем, что электрод включает в себя передний конец, проходящий аксиально внутрь передней части, причем передний конец включает в себя средство для создания завихряющегося вокруг оси потока газа и аксиально в направлении к выходному концу первого газового канала.

38. Горелка по любому из пп.32-37, отличающаяся тем, что торцевая стенка сопла включает в себя средство для придания завихряющегося движения потоку газа из кольцевого первого газового канала к выходному отверстию.

39. Горелка по любому из пп.35-38, отличающаяся тем, что средство для монтажа включает в себя поверхность, отклоняющую газ, на втором элементе втулки, проходящую аксиально от второй ее поверхности к одному концу сопла и радиально внутрь от оси для отклонения газа, текущего через выходной конец второго газового канала радиально внутрь к первой цилиндрической части поверхности.

40. Горелка по любому из пп.33-39, отличающаяся тем, что сопло включает в себя средство для монтажа фланца, которое проходит вокруг внешней стороны сопла и имеет внешнюю периферию и часть второго газового канала, проходящего аксиально через средства для монтажа фланца, включающую радиально наружу открытые углубления, отделенные друг от друга вокруг внешней периферии.

41. Горелка по п.40, отличающаяся тем, что углубления имеют радиально внутренние концы, отделенные радиально наружу от первой цилиндрической части поверхности.

42. Горелка по п.41, отличающаяся тем, что средство, образующее второй газовый канал, дополнительно включает в себя множество канавок на наружной стороне сопла, проходящих аксиально от второй стороны средства для монтажа фланца к другому из противоположных концов сопла.

43. Горелка по п.42, отличающаяся тем, что число канавок соответствует числу углублений, причем каждая канавка имеет радиально внутренний конец, по окружности и радиально выровненный с радиально внутренним концом других углублений.

44. Горелка по любому из пп. 33-43, отличающаяся тем, что электрод включает в себя передний конец, проходящий аксиально внутрь передней части, причем передний конец включает в себя средство для создания завихряющегося потока газа вокруг оси и аксиально в направлении к входному концу первого газового канала и входному концу второго газового канала.

45. Горелка по любому из пп.40-44, отличающаяся тем, что она дополнительно включает в себя средство для монтажа сопла, включающее коаксиальные первый и второй элементы втулки, смонтированные на корпусе горелки и соответственно включающие в себя первую и вторую поверхности, аксиально отделенные друг от друга и соединяющие средство для монтажа фланца между собой, причем вторая втулка окружает первую втулку и отделена радиально наружу с образованием кольцевой полости между ними, причем углубления в средстве для монтажа фланца связаны с этой полостью для того, чтобы часть газа текла через средство для монтажа фланца в указанную полость.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области плазменно-дуговых горелоки, в частности к усовершенствованиям горелки, относящимся к прохождению газа для охлаждения и работы горелки.

Известно, что плазменно-дуговая горелка содержит электрод и сопло, в котором свободный конец электрода поддерживается таким образом, чтобы он выходил к крайней стенке сопла, которая имеет выходное отверстие для плазмы. Электрод и сопло могут перемещаться друг относительно друга между положением, в котором электрод контактирует с крайней стенкой сопла, и положением, в котором электрод отделен на рабочее расстояние от торцевой стенки, посредством чего может быть образована стартовая дуга, когда электрод движется от торцевой стенки к своему рабочему положению. В альтернативном случае электрод и сопло могут быть зафиксированы относительно друг друга, посредством чего горелка запускается благодаря использованию высокочастотной или другой известной стартовой процедуры. В любом случае торцевая стенка сопла и концевая сторона электрода образуют газовую камеру, в которую подается плазма или дугообразующий газ и откуда струя плазмы выбрасывается через выходное отверстие, когда ток дуги протекает между электродом и соплом. После запуска горелки последняя работает в режиме непереносимой стартовой дуги и при перемещении сопла вблизи обрабатываемого изделия дуга переносится на него и тогда горелка работает в режиме переносимой дуги. Такие горелки хорошо известны при использовании для нагрева, сварки, резки, плавки, отжига и так далее.

Также известно, что в вышеупомянутых плазменно-дуговых горелках плазмообразующий газ можно подавать с завихрением вверх по течению от газовой камеры с целью охлаждения и с целью поддержания выбрасываемой плазменной струи, сфокусированной по линии оси электрода. Такое завихрение является полезным для получения плазменной дуги хорошего качества, улучшающей скорость резки и для повышения экономии и КПД с учетом производимых работ и эксплуатации горелки. Также известна подача завихряющегося газа внутрь через торцевую поверхность электрода в фиксированном электроде к соплу для удаления продуктов эрозии из сопла и увеличения срока его службы. Другие предложения по регулированию потока газа содержат завихрение газа вокруг плазменной струи при ее выходе из выходного отверстия через сопла для стабилизации плазменной струи при боковом отклонении, и снижение величины завихрения и скорости плазмообразующего газа, входящего в газовую камеру, и перед возбуждением плазменной струи для получения спокойного потока плазмообразующего газа и поддержания стабильности дуги в горелке. Завихрение газа перед входом его в газовую камеру между электродом и выходом плазменной струи включает направление внутрь радиально завихряющегося вокруг свободного конца электрода газа для стабилизации плазменной струи при боковом отклонении.

В то время, как упомянутые меры являются действенными, по крайней мере, частично, для регулирования направления плазменной струи, и создания вокруг нее экрана, все же завихрение газа между точкой его образования и выходом плазменной струи падает, в силу чего желательное сжатие струи для подачи по прямой линии между соплом и обрабатываемым изделием, полностью не достигается. Кроме того, известные устройства регулирования плазменной струи, а также потока экранирующего газа вокруг нее являются конструктивно сложными и, значит, слишком дорогими при изготовлении и эксплуатации. Что касается уменьшения завихрения при выходе газа из канала или каналов, придающих ему завихрение, то газ идет к и через газовую камеру к отверстию для выхода плазменной струи вдоль внутренних поверхностей сопла, которые являются гладкими и поэтому неэффективными для поддержания первоначального завихряющегося движения. Более того, завихряющийся газ весьма часто испытывает падение давления на выходе из создающего завихрения канала или каналов, и такое падение давления также способствует уменьшению завихряющегося потока.

Известна также плазменная горелка, содержащая трубчатое сопло, имеющее ось, аксиально противоположные концы, торцевую стенку на одном из концов, электрод, расположенный в сопле и имеющий передний конец со стороны торцевой стенки, причем передний конец и торцевая стенка образуют камеру для плазмообразующего газа, а в торцевой стенке выполнено выходное отверстие, причем камера имеет вход радиально снаружи от выходного отверстия, средство для создания дуги между соплом и электродом для течения плазменной струи через выходное отверстие (EP 0444346, H 05 H 1/34, 1991).

Технический эффект, создаваемый изобретением, заключается в устранении вышеупомянутых недостатков известных плазменных горелок, связанные с регулированием газового потока в них.

При этом первоочередной целью изобретения является такое усовершенствование, благодаря которому оказывается воздействие на поток плазмообразующего газа относительно электрода и сопла плазменно-дуговой горелки.

Другой целью является снабжение плазменно-дуговой горелки устройством для завихрения плазмообразующего газа, протекающего к и через выходное отверстие из газовой камеры между электродом и соплом.

Еще одной целью изобретения является выполнение плазменно-дуговой горелки с усовершенствованным узлом сопла и электрода, в котором плазменный газовый поток регулируется для того, чтобы оптимизировать охлаждение, сохранение прямолинейности плазменной струи, выбрасываемой из него, и газоплазменного экранирования струи.

Еще одной целью является создание такой плазменной горелки, которая имеет сопло и электрод, имеющие возможность перемещаться относительно друг друга для контакта и отделения при образовании стартовой дуги с улучшенным регулированием газового потока, благодаря которым оптимизируется газовое смещение компонентов как при замыкании, так и в выводе из замыкания одного с другим.

Еще одной целью является создание плазменной горелки, имеющей узел сопла и электрода, который дает улучшенные характеристики регулирования потока в отношении плазмообразующего газа и в которой оптимизируется качество дугового плазменного столба или струи, качество производимой работы, а также КПД и стоимость эксплуатации.

Вышеупомянутая задача решается в плазменной горелке согласно упомянутому выше уровню техники, содержащей трубчатое сопло, имеющее ось, аксиально противоположные концы, торцевую стенку на одном из концов, электрод, расположенный в сопле и имеющий передний конец со стороны торцевой стенки, причем передний конец и торцевая стенка образуют камеру для плазмообразующего газа, а в торцевой стенке выполнено выходное отверстие, причем камера имеет вход радиально снаружи от выходного отверстия, средство для создания дуги между соплом и электродом для течения плазменной струи через выходное отверстие за счет того, что она снабжена средством для протекания плазмообразующего газа через камеру в направлении от входа к выходному отверстию, ребрами на торцевой стенке сопла для направления потока плазмообразующего газа от входа к выходному отверстию, ребра расположены по окружности вокруг выходного отверстия и образуют на торцевой стенке направляющие газ каналы, а электрод и сопло выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга.

Кроме того, является предпочтительным, если каналы имеют радиально наружные и внутренние концы, каждый из которых имеет размер по окружности на наружном конце больше, чем размер на внутреннем конце; каналы выполнены дугообразными между радиально внешними и внутренними концами; ребра, образующие каналы, распределены на торцевой стенке по окружности вокруг выходного отверстия, причем канал образован смежными по окружности ребрами; ребра имеют радиально наружные и внутренние концы и выполнены с одинаковыми размерами по окружности; ребра имеют радиально наружные и радиально внутренние концы, причем расстояние между радиально внутренними концами смежных ребер меньше по окружности, чем расстояние между внешними концами смежных ребер; каждое из ребер имеет радиально наружные и внутренние концы, противоположные по окружности стороны и верхнюю стенку между сторонами, обращенную к переднему концу электрода, причем верхняя стенка сужается к торцевой стенке в направлении от наружного к внутреннему краю ребра.

Кроме того, каждый канал имеет нижнюю поверхность и проходящую в осевом направлении цилиндрическую внутреннюю поверхность между противоположными по окружности сторонами соседних ребер и дугообразную поверхность, соединяющую нижнюю поверхность и цилиндрическую внутреннюю поверхность; нижняя поверхность канала сужается в осевом направлении в сторону от переднего конца электрода в направлении от наружного к внутреннему концам смежных ребер; верхняя стенка ребра имеет дугообразную часть между радиально наружным и внутренним концами, причем верхняя поверхность выполнена выпуклой по отношению к переднему концу электрода; камера имеет внутреннюю стенку, причем наружные концы ребер сливаются с внутренней стенкой, причем части внутренней стенки между смежными по окружности ребрами образуют проходящие в осевом направлении наружные торцевые поверхности каналов, причем первые дугообразные поверхности соединяются с нижними поверхностями и идущими радиально наружными торцевыми поверхностями, и вторые дугообразные поверхности соединяют верхние стенки ребер и внутреннюю стенку камеры.

При этом ребра для направления указанного плазмообразующего газа, расположенные на торцевой стенке сопла, могут быть отделены друг от друга по окружности вокруг выходного отверстия и имеют радиально наружные и внутренние концы по отношению к нему и причем ребра выполнены дугообразными между наружными и внутренними концами; выходное отверстие может иметь ось и каждый радиальный наружный и внутренний конец каждого из ребер выполнен дугообразным с радиусом кривизны относительно отверстия.

Является предпочтительным, если камера имеет цилиндрическую внутреннюю стенку, коаксиальную с осью указанного отверстия и имеющую радиус кривизны, соответствующий радиусу кривизны радиально внешнего края ребра; выходное отверстие имеет круглую периферическую кромку и радиально внутренние края ребер отделены радиально наружу от кромки; выходное отверстие имеет ось, и каждое ребро имеет противоположные по окружности стороны, причем каждая из указанных противоположных сторон выполнена дугообразной с радиусом кривизны по отношению к опорной оси, расположенной сбоку и параллельной оси отверстия; камера имеет внутреннюю стенку, коаксиальную с осью отверстия, и отверстие имеет периферийную кромку, причем внутренняя поверхность имеет радиус кривизны, соответствующий радиусу кривизны радиально наружного торца ребра, и радиально внутренний торец ребра отделен по радиусу от указанного отверстия; каждое ребро имеет верхнюю стенку со стороны переднего конца электрода и сужающуюся к торцевой стенке сопла в направлении от радиально наружного к радиально внутреннему торцу ребра.

Кроме того, поставленная задача решается в плазменной горелке, содержащей трубчатое сопло, имеющее ось и торцевую стенку, поперечную оси, электрод, расположенный в сопле коаксиально с ним и имеющий конец, сопло и электрод образуют камеру для плазмообразующего газа с кольцевым входом вокруг конца электрода, выходное отверстие из камеры через торцевую стенку, коаксиальное с указанной осью, средство для создания дуги между соплом и электродом для плазменной струи, протекающей через выходное отверстие, причем торцевая стенка сопла имеет аксиально внутреннюю поверхность, выходящую к концу электрода, за счет того, что она снабжена средством для прохождения плазмообразующего газа в камеру через вход для потока внутрь от входа к выходному отверстию, ребрами на внутренней поверхности торцевой стенки, расположенными по окружности, а пространство между смежными ребрами образуют каналы для направления потока газа внутрь камеры от входа к выходному отверстию, кроме того, электрод и сопло выполнены с возможностью перемещения относительно друг друга.

При этом каждый канал для газа включает в себя средство для сжатия по окружности потока газа от входа к выходному отверстию; каждый канал для газа имеет выходной конец для направления газа, в основном, тангенциально к выходному отверстию; выходное отверстие имеет периферийную кромку, и каналы для газа имеют выходные концы для выхода из них газа, протекающего вдоль кольцевого пути по отношению к кромке; каждый канал для газа направляет поток газа вдоль дугообразного пути от входа к выходному отверстию; дугообразный путь является последовательно уменьшающимся в направлении от входа к выходному отверстию; нижняя поверхность торцевой стенки имеет внешнюю периферию, аксиально выровненную со входом, и включает в себя распределенные по окружности ребра, проходящие внутрь от периферии, причем пространство между смежными ребрами образуют каналы для газа; каждое из ребер имеет радиально наружный и внутренний концы, противоположные по окружности стороны и верхнюю стенку между этими сторонами и выходящую к концу электрода, противоположные по окружности стороны смежных ребер, сходящиеся друг к другу в направлении от радиально наружных к радиально внутренним концам ребер; каждый канал имеет нижнюю поверхность и аксиально проходящую наружную торцевую поверхность между противоположными по окружности сторонами соседних ребер, причем нижняя поверхность сужается аксиально в сторону от конца электрода в направлении от наружных к внутренним концам электродов; камера имеет внутреннюю стенку, причем наружные концы ребер сливаются с внутренней стенкой, части внутренней стенки между смежными ребрами обеспечивают аксиально проходящие радиально наружные торцевые поверхности каналов, первые дугообразные поверхности соединяются с нижними поверхностями и радиально наружными торцевыми поверхностями каналов, и вторые дугообразные поверхности соединяются с верхними стенками ребер и внутренней стенкой камеры; верхняя стенка ребра имеет выпуклый контур между радиально наружным и внутренним его концами и по отношению к концу электрода; противоположные по окружности стороны каждого ребра выполнены дугообразными по отношению к оси в направлении от наружного к указанному внутреннему его концу; верхняя стенка каждого ребра сужается аксиально к торцевой стенке в направлении от внешнего к внутреннему концу ребра.

В такой плазменно-дуговой горелке, в которой электрод и сопло имеют возможность перемещения относительно друг друга между позицией замыкания и позицией, в которой электрод отделен на некоторое расстояние от сопла, плазмообразующий газ может двигаться под передним концом электрода, когда последний замыкается на ребрах, чтобы увеличить имеющуюся в наличии силу по отношению к электроду для движения последнего в направлении от контакта с соплом. Подобным образом, когда газ используется в поршневой камере для того, чтобы переместить электрод в контакт с соплом с помощью подачи питания на клапан газового соленоида, сила замыкания конца электрода на сопло оптимизируется вследствие меньшей площади контакта между электродом и соплом, соответственно, давление газа, требующегося для того, чтобы обеспечить хороший электрический контакт между электродом и соплом, может быть снижено к тому, которое требуется, когда электрод замыкается на гладкую внутреннюю поверхность сопла.

Согласно еще одному варианту выполнения изобретения, относящемуся к плазменной горелке, содержащей корпус, трубчатое сопло, смонтированное в корпусе и имеющее ось, аксиально проходящую внутреннюю поверхность, аксиально противоположные концы и торцевую стенку на одном из противоположных концов, электрод, расположенный в корпусе горелки, и включающий в себя переднюю часть, размещенную коаксиально с соплом, причем передняя часть электрода имеет передний конец, смежный с торцевой стенкой и образующий с ней камеру для плазмообразующего газа, причем торцевая стенка имеет выходное отверстие, проходящее аксиально через нее из указанной камеры, причем передняя часть электрода имеет радиально наружную периферийную поверхность, проходящую аксиально от переднего конца и образующую с внутренней поверхностью сопла кольцеобразный первый газовый канал, сообщенный с камерой и имеющий входной конец на другом из противоположных концов сопла, причем сопло имеет наружную сторону, проходящую между противоположными концами, средство для прохождения газа к входному концу первого газового канала и к камере для плазмообразуюшего газа, а также к наружной стороне сопла, средство для создания дуги между соплом и электродом для течения плазменной струи, через выходное отверстие, за счет того, что горелка снабжена монтажным фланцем, а наружная сторона сопла включает в себя соосную, смежную в осевом направлении первую цилиндрическую, коническую и вторую цилиндрическую части поверхности, проходящие последовательно от первой стороны монтажного фланца к одному из противоположных концов сопла, причем первая и вторая цилиндрические части поверхности соответственно имеют первый и второй диаметры, причем второй диаметр больше, чем первый диаметр, причем коническая часть поверхности отходит от первой ко второй части поверхности, средство для прохождения газа к наружной стороне сопла обеспечивает течение газа вдоль первой цилиндрической части поверхности к конический части поверхности, причем течение газа по первой цилиндрической части поверхности направлено радиально наружу и по оси к одному концу сопла по конической части поверхности для образования конического газового экрана для плазменной струи.

Кроме того, является целесообразным, что сопло имеет монтажный фланец, проходящий радиально наружу от внешней стороны, в промежутке между противоположными концами, причем фланец имеет аксиально противоположную первую и вторую сторону соответственно, выходящую к одному и другому из противоположных концов сопла, и средство, создающее второй газовый канал аксиально вдоль внешней стороны сопла от одного из указанных противоположных концов к другому концу, и включающее в себя часть, проходящую аксиально через монтажный фланец, причем второй газовый канал имеет входной и выходной концы соответственно у одного из концов сопла и одной стороны монтажного фланца, и средство для пропускания газа к наружной стороне сопла, включающее средство для пропускания газа во входной конец второго газового канала.

Горелка может быть снабжена средством для монтажа сопла, соединенным с правой стороной средства для монтажа фланца для отклонения газа, текущего через выходной конец газового канала радиально внутрь к первой цилиндрической части поверхности; дополнительно включает в себя средство для монтажа сопла, содержащее коаксиальные первый и второй элементы втулки, смонтированные на корпусе горелки и, соответственно, включающие в себя первую и вторую поверхности, аксиально отделенные друг от друга и соединяющие средства для монтажа фланца между собой, причем первая втулка включает в себя внешнюю поверхность, вторая втулка окружает первую втулку и включает в себя внутреннюю поверхность, отделенную радиально наружу от внешней поверхности внутренней втулки, и образует между ними полость, причем второй газовый канал включает в себя каналы в средстве для монтажа фланца, связанные с полостью для части газа, текущего через второй газовый канал.

При этом внешняя поверхность первой втулки заключает в себя периферийную часть, имеющую аксиально проходящие смежные друг с другом охлаждающие ребра в полости; электрод включает в себя передний конец, проходящий аксиально внутрь передней части, причем передний конец включает в себя средство для создания завихряющегося вокруг оси потока газа и аксиально в направлении к выходному концу первого газового канала; торцевая стенка сопла включает в себя средство для придания завихряющегося движения потоку газа из кольцевого первого газового канала к выходному отверстию; средство для монтажа включает в себя поверхность, отклоняющую газ, на втором элементе втулки, проходящую аксиально от второй ее поверхности к одному концу сопла и радиально внутрь от оси для отклонения газа, текущего через выходной конец второго газового канала радиально внутрь к первой цилиндрической части поверхности; сопло включает в себя средство для монтажа фланца, которое проходит вокруг внешней стороны сопла и имеет внешнюю периферию и часть второго газового канала, проходящего аксиально через средство для монтажа фланца, включающую радиально наружу открытые углубления, отделенные друг от друга вокруг внешней периферии; углубления имеют радиально внутренние концы, отделенные радиально наружу от первой цилиндрической части поверхности; средство, образующее второй газовый канал, дополнительно включает в себя множество канавок на наружной стороне сопла, проходящих аксиально от второй стороны средства для монтажа фланца к другому из противоположных концов сопла; число канавок соответствует числу углублений, причем каждая канавка имеет радиально внутренний конец, по окружности и радиально выровненный с радиально внутренним концом других углублений; электрод включает в себя передний конец, проходящий аксиально внутрь передней части, причем передний конец включает в себя средство для создания завихряющегося потока газа вокруг оси и аксиально в направлении к входному концу первого газового канала и входному концу второго газового канала; горелка дополнительно включает в себя средство для монтажа сопла, включающее коаксиальные первый и второй элементы втулки, смонтированные на корпусе горелки и, соответственно, включающие в себя первую и вторую поверхности, аксиально отделенные друг от друга и соединяющие средство для монтажа фланца между собой, причем вторая втулка окружает первую втулку и отделена радиально наружу с образованием кольцевой полости между ними, причем углубления в средстве для монтажа фланца связаны с этой полостью для того, чтобы часть газа текла через средство для монтажа фланца в указанную полость.

Благодаря тому, что сопло выполнено и смонтировано на корпусе горелки с помощью коаксиальной втулки, между ними создается кольцевая охлаждающая полость для прохождения части плазмообразующего газа с образованием конусного экрана из газа вокруг плазменной струи, выходящей из газовой камеры внутри сопла. Так как элементы коаксиальной втулки захватывают фланец на внешней периферии элемента сопла, примыкающей к одному его концу, и на фланец и соответствующий конец сопла поступает завихряющийся газ, текущий через корпус горелки, часть газа течет наружу и через устройство фланца, в то время как другая часть течет внутрь сопла и вокруг электрода по направлению к газовой камере. По аксиальному углублению, проходящему по внешней периферии сопла и вниз от фланца, газ текущий по фланцу, отклоняется радиально наружу и аксиально к передней части сопла так, чтобы образовать экранирующий газовый конус вокруг плазменной струи, выходящей из газовой камеры. Так как фланец связан с кольцевой охлаждающей полостью и вместе с углублением книзу от нее обеспечивает простую конструкцию сопла, с помощью которого поток части плазмообразующего газа регулируется для создания охлаждения и образования конусного газового экрана в то время, как поток другой части газа направляется между соплом и электродом к газовой камере для создания плазменной струи внутри него. Является предпочтительным, чтобы поток плазмообразующего газа между электродом и соплом и по направлению к газовой камере создавался завихряющим устройством вверху сопла и, хотя конструкция сопла для получения внешнего потока в полость для охлаждения и вдоль внешней стороны сопла для того, чтобы создать конусный газовый экран, обеспечивает значительное преимущество, независимое от завихрения плазмообразующего газа от периферии газовой камеры к выходному отверстию из нее, получается оптимальное преимущество, когда завихряющее движение объединяется с созданием плазменной струи.

Ниже изобретение поясняется более подробно с помощью чертежей, на которых показано устройство согласно изобретению, и относящимся к нему описанием, в котором дополнительно указываются его преимущества.

На фиг. 1 представлена в разобранном виде в перспективе плазменно-дуговая горелка согласно изобретению,

фиг. 2 - горелка в вертикальном разрезе;

фиг. 3 - вид в плане на сопло горелки;

фиг. 4 - вид сбоку с частичным разрезом сопла;

фиг. 5 - подробный вид в плане, показывающий размерные и геометрические параметры завихряющих ребер и каналов на сопле;

фиг. 6 - подробный вид в вертикальном разрезе части торцевой стенки, по линии 6-6 на фиг. 5 и в проекции показан профиль завихряющих ребер в соответствии с предпочтительным выполнением.

Ниже со ссылкой на чертежи, на которых представленное предпочтительное выполнение предназначено лишь для иллюстрации предпочтительных вариантов изобретения, не ограничивающих изобретение, на фиг. 1 и 2 показана плазменно-дуговая горелка 10, имеющая ось A и корпус 12, коаксиальный с осью A и несущий коаксиально выполненное сопло, электрод и элементы перемещения электрода, как это описано более подробно далее. С учетом вертикальной ориентации горелки 10, показанной на фиг. 2, корпус 12 имеет нижний конец с наружной и внутренней резьбой 14 и 16 соответственно и кольцевой завихряющий узел, содержащий втулку 18 из изолирующего материала, и монтажную втулку 20, входящую в нижний конец корпуса 12 и закрепленную на ней с помощью наружной резьбы 22 на втулке 18, взаимодействующей внутренней резьбой 16 на корпусе 12. Для целей, которые будут описаны и которые станут очевидными далее, внутренний конец изолирующей втулки 18 снабжен радиальными отверстиями 24 и О-образным кольцевым уплотнением 26 в углублении, проходящем по его периферии, и нижний конец монтажной втулки 20 снабжен торцевой фаской 28, поперечной к оси A, конической стенкой 30, отходящей от торцевой фаски 28, и внешней поверхностью, проходящей аксиально вверх от конической стенки 30, и V-образными ребрами 32, проходящими по периферии монтажной втулки. Заплечик, не обозначенный цифрой, проходит радиально внутрь от верхних краев ребер 32 и входит в зацепление с нижней торцевой фаской корпуса 12 для расположения в нем кольцевого завихряющего узла.

Сопло 34 монтируется на нижнем конце корпуса 12 с помощью конической втулки или экранирующей насадки 36, имеющей внутреннюю резьбу 38 на ее верхнем конце, входящем в зацепление с наружной резьбой 14 на корпусе 12. Сопло 34, которое будет описано подробнее дальше, включает в себя монтажный фланец 40, проходящий по окружности в промежутке между осевыми противоположными его краями и который по оси захвачен между торцевой фаской 28 монтажной втулки 20 и проходит радиально внутрь заплечиком 41, снабженным фланцем 42 на нижнем конце экранирующей насадки 36. Как это лучше видно на фиг. 2, внутренняя сторона экранирующей насадки 36 включает в себя коническую поверхность 44, отходящую от заплечика 41 к внутренней резьбе 38 и радиально отделенную от конической стенки 30 и ребер 32 монтажной втулки 20 для образования полости 46, назначение которой описывается ниже.

Горелка 10 включает в себя электрод 48, коаксиальный с ней и поддерживаемый внутри нее для аксиального перемещения относительно сопла 34. Электрод 48 включает в себя передний конец 50, вставленный в сопло 34 и имеющий цилиндрическую наружную поверхность, заканчивающуюся у его нижнего торца в поверхности 52 переднего конца. Нижний конец 50 включает в себя средство для создания дуги между соплами и электродом 54 из гафния, циркония, вольфрама, и тому подобного, и которая, как это хорошо известно, функционирует в контакте с соплом для образования плазменной дуги при работе горелки. Электрод 48 имеет направленный по оси внутрь передний конец 50 со средством для создания завихряющегося потока газа в виде винтовых завихряющих канавок 56, которое вставляется во втулку 18 кольцевого завихряющего узла для образования каналов завихрения. Внутренний дальний конец электрода 48 снабжен головкой 58, и винтовые каналы между завихряющими канавками 56 и втулкой 18 имеют входные концы, отстоящие по оси внутрь от головки 58 и смежные с отверстиями 24 во втулке 18 и выходные концы, отстоящие по оси внутрь от переднего конца 50 и смежные к аксиально отстоящим друг от друга концам сопла 34 и втулке 18.

Кроме того, горелка 10 включает в себя узел из поршня и цилиндра, с помощью которого электрод 48 перемещается аксиально относительно корпуса 12 горелки и, значит, сопла 34. При этом в верхний конец корпуса 12 горелки входит и удерживается в нем узлом цилиндра 60, включающим в себя головную часть 62, прилегающую к верхнему концу корпуса 12, и часть в виде втулки 64, проходящей аксиально вниз от него и имеющей нижний конец, аксиально перекрывающий наружную сторону втулки 18 кольцевого завихряющего узла. Головная часть 62 упирается в корпусе горелки в заплечик 66, и узел цилиндра 60 аксиально удерживается в корпусе 12 горелки с помощью стопорного пружинного кольца 68. Для целей, которые станут очевидными дальше, наружная сторона втулки 64 узла цилиндра 60 снабжена аксиально проходящими углублениями 70, расположенными на расстоянии друг от друга по ее периферии, и отверстиями 72, проходящими радиально через втулку 64 от дна углублений, чередуясь через одно углубление, однако отверстия могут проходить через каждое углубление. Кроме того, для целей, которые станут очевидными дальше, головная часть 62 узла цилиндра снабжена радиально проходящими каналами 74, входящими в кольцевой канал 76, который сообщается с атмосферой через отверстие 78 в корпусе 12 горелки, и эти вентиляционные каналы проходят аксиально между парой О-образных колец 80 в соответствующих углублениях, следовательно, во внешнюю окружность головной части 62 для уплотняющего взаимосцепления с внутренней поверхностью корпуса 12 горелки при сборке с цилиндром.

Узел горелки, состоящий из поршня и цилиндра, далее включает поршневой элемент 82, имеющий головку 84, несущую круглое уплотнительное кольцо 86, с аксиальным внутренним концом 88 и аксиально наружным концом в форме штока 90. Поршень 82 входит в цилиндр 60 и имеет возможность возвратно-поступательного движения относительно цилиндра 60, и при этом головка 84 поршня входит во втулку 64 цилиндра таким образом, что ее внутренний конец 88 взаимодействует с внутренним концом 58 электрода 48. Пружина сжатия 92 смещает поршень 82 вниз от его положения, показанного на фиг. 2, и устанавливает поршень 82 в положение, показанное на фиг. 2, под давлением плазмообразующего газа, поступающего через входной канал 94 и текущего аксиально вдоль углублений 70 и оттуда радиально внутрь через части 24 во втулке 18 и по нижней стороне головки 58 электрода. Часть газа, входящего во входной канал 94, течет радиально внутрь через отверстия 72 к отверстиям 96, проходящим радиально в штоке 90 и затем вверх через аксиальный канал 98 в штоке. Поток газа во входном отверстии 94 регулируется соленоидным клапаном, не показанным на чертеже, и который может, например, открыться в ответ на нажатие оператором кнопки выключателя горелки для того, чтобы запустить горелку. В процессе перемещения поршня 82 в положение, показанное на фиг. 2, воздух над головкой поршня 84 выходит в атмосферу через вентиляционные каналы 74, 76 и 78. Когда оператор отпускает кнопку выключателя горелки, соленоидный клапан закрывается, давление газа во входном канале 94 падает, пружина 92 перемещает поршень 82 вниз из положения, показанного на фиг. 2, таким образом перемещая электрод 48 вниз. Воздух под головкой поршня 84 всегда выходит через радиальные отверстия 96 и осевой канал 98, благодаря чему поршень охлаждается. В процессе работы горелки, как будет далее ясно, плазмообразующий газ непрерывно пропускается через корпус горелки и между компонентами сопла и электрода для целей охлаждения и для установления плазменно-дуговой струи. Такой охлаждающий рабочий газ вводится в корпус 12 горелки через канал 94, который открывается радиально через корпус горелки рядом с верхними концами углублений 70 в части втулки 64 узла цилиндра 60.

На фиг. 3-6 показано, что сопло 34 выполнено в виде трубчатого элемента, имеющего цилиндрическую стенку 100, коаксиальную с линией A, верхний торец 101 которого открыт, чтобы принять передний конец 50 электрода 48, и нижний торец которого закрыт торцевой стенкой 102, перпендикулярной оси A и имеющей сквозное выходное отверстие 104 для плазменной дуги, коаксиальное с осью A. Монтажный фланец 40 имеет аксиальные первую и вторую стороны 106 и 108 соответственно и внешнюю периферию, которая снабжена радиально направленными наружу открытыми V-образными углублениями 110, равномерно отделенными друг от друга по окружности. Наружная сторона сопла 34 между второй стороной 108 фланца 40 и самого нижнего конца края торцевой стенки 102 содержит коаксиальные примыкающие по оси, первую цилиндрическую коническую и вторую цилиндрическую части поверхности 112, 114 и 116 соответственно, которые проходят последовательно от стороны 108 фланца 40 к самому нижнему концу сопла. Часть с поверхностью 116 имеет диаметр больше, чем диаметр по поверхности 112, и коническая часть поверхности 114, соответственно, отходит от нижнего конца части поверхности 112 к верхней части поверхности 116. Для цели, которая будет описана подробно дальше, каждое из углублений 110 фланца имеет радиальный внутренний край 118, выступающий по радиусу наружу из первой цилиндрической части поверхности 112, и верхний торец сопла 34 между первой стороной 106 фланца 40 и верхним торцом 101 стенки 100 снабжается аксиально проходящими канавками 120. Число канавок 120 соответствует числу углублений 110 и радиально и по окружности выровнены с каждым из углублений 110 и соответственно имеют радиальные внутренние концы 122, которые являются компланарными с внутренними краями 118 углублений 110.

Стенка 100 сопла 34 имеет цилиндрическую внутреннюю поверхность 124, проходящую от верхнего конца 101 стенки 100 к торцевой стенке 102 сопла. Торцевая стенка 102 имеет нижнюю поверхность 126, которая в показанном на чертеже выполнении слегка отклоняется по отношению к поверхности 124 при прохождении радиально внутрь ее к выходному отверстию 104. Для цели, представленной дальше, соединение 128 между поверхностями 124 и 126 является преимущественно дугообразным. Нижняя поверхность 126 торцевой стенки 102 снабжена средством для создания завихряющегося потока газа в виде завихряющих ребер 130, равноотстоящих по окружности вокруг оси A и проходящих по окружности и радиально внутрь от внутренней поверхности 124 стенки 100 к выходному отверстию 104. В показанном на чертеже выполнении предусматривается шесть таких завихряющих ребер 130 и, как это лучше видно на фиг. 5, каждое из ребер содержит расположенные с интервалами по окружности дугообразные противоположные стороны 132 и 134 соответственно, имеющие радиусы кривизны R1 и R2 от опорного центра 136, расположенного сбоку от оси A на опорной линии 137, которая смещена от оси A на опорной линии 139, перпендикулярной линии 137. Каждое ребро 130 далее включает в себя дугообразные радиальные внутренние и наружные концы 138 и 140 соответственно, имеющие радиусы кривизны R3 и R4 от оси A. Опорные линии 137 и опорные центры 136 для радиусов кривизны R1 и R2 смежных по окружности некоторых из ребер 130 смещены на угол, равный 360^o, разделенные на число ребер. Соответственно в показанном на чертеже выполнении, опорная линия 137 и опорный центр 136 для ребра 130, показанного пунктиром на фиг. 5, составил бы 60^o по часовой стрелке от позиций, показанных на последней фиг. Как следует из фиг. 5, радиус кривизны для внешних краев ребер 130 соответствует радиусу внутренней поверхности 124 стенки сопла 100. Как следует из фиг. 6, каждое завихряющее ребро 130 имеет верхнюю стенку 142, имеющую радиально внешний край, аксиально отделенный от нижней поверхности 126 торцевой стенки 102 и включающий в себя дугообразную часть 144, которая сливается с внутренней поверхностью 124 стенки сопла 100. Верхняя стенка 142 сужается по оси внутрь от ее наружного края к внутреннему краю, который включает в себя дугообразную поверхность 146, которая сливается с нижней поверхностью 126 стенки 102. Предпочтительно, чтобы верхняя стенка 142 была слегка выпуклой между радиальными внутренним и наружным ее краями, чтобы увеличить площадь соприкосновения с ней электрода в процессе запуска горелки.

На фиг. 3-6 видно, что часть смежных завихряющих ребер 130 образует каналы для газового потока 148 между ними, каждый из которых имеет наружный конец у внутренней поверхности 124 стенки сопла 100 и внутренний конец между радиальными внутренними сторонами стенки 132 одного из соседних ребер и стороной 134 другого. Как видно, в частности, из фиг. 3 и 5, расстояние по окружности между последними стенками наружного конца каждого канала больше, чем расстояние между стенками у внутреннего конца канала, благодаря чему канал 148 может направлять газ, текущий от наружного его конца вдоль дугообразного пути, который сужен в направлении от наружного до внутреннего конца канала. Более того, каналы выполнены таким образом, чтобы выпускать газ из их внутренних концов в направлении, которое, в основном, является тангенциальным по отношению к выходному отверстию 104, благодаря чему каналы совместно завихряют и сжимают по радиусу газ при его входе в выходное отверстие 104, чтобы оптимизировать поддержание линейности плазменной струи, выходящей из горелки.

Описанное и показанное на чертеже сопло, в котором внутренний диаметр поверхности 124 составляет примерно 0,340 дюйма и нижняя поверхность 126 стенки 102 составляет угол примерно 15^o относительно плоскости, перпендикулярной оси A, выходное отверстие 104 имеет диаметр примерно 0,042 дюйма и размеры R1, R2, R3 и R4 для ребер 130 составляют соответственно 0,125 дюйма, 0,100 дюйма, 0,070 дюйма и 0,170 дюйма. Смещение опорного центра 136 от оси A составляет 0,076 дюйма на линии, отстоящей на 0,004 дюйма от оси A, и радиус кривизны каждой из дугообразных частей 128, 144 и 146 между поверхностями сопла 124 и 126 и между последними поверхностями и внешним и внутренним краями ребер 130 составляет 0,050 дюйма. Наконец, выпуклая кривизна верхней стенки 142 каждого из ребер имеет радиус 0,125 дюйма от опорной точки, отстоящей сбоку на 0,207 дюйма от оси A и аксиально отстоящей на 0,643 дюйма от верхней стороны 106 фланца 40.

Показанная на фиг. 2, а также на фиг. 3-6 передняя часть 50 электрода 48 показана в ее рабочем положении вверх от торцевой стенки 102 сопла 34. Как хорошо известно, электрод и сопло выполнены таким образом, чтобы они замыкались через источник при перемещении электрода 48 вниз из положения, показанного на фиг. 2, для входа в контакт с соплом 34, в этом примере с замыканием на завихряющие ребра 130, и затем при обратном перемещении к положению, показанному на фиг. 2, между ними генерируется стартовая дуга. При таком запуске и работе горелки в показанном на чертеже выполнении область между нижним торцом 52 переднего конца 50 сопла 48 и аксиально нижней поверхностью 126 торцевой стенки 102 сопла 34 создается камера 150, имеющая кольцевой вход 152 вокруг ее наружной периферии, образованный кольцевым пространством между нижней поверхностью 124 сопла и кольцевой переднего конца 50 электрода 48. Перед образованием стартовой дуги нижний конец 52 переднего конца 50 электрода замыкается на ребра 130 под воздействием пружины 92 сжатия, и плазмообразующий газ вводится через входной канал 94 в корпусе 12 горелки, поступает в кольцевое пространство между корпусом горелки и цилиндрической втулкой 64 и аксиально вдоль углублений 70 в ней к завихряющим отверстиям 24 в компоненте втулки кольцевого завихряющего узла. Затем плазмообразующий газ течет радиально внутрь через отверстия 24 и оказывает воздействие на нижнюю сторону головки 58 электрода 48, перемещая электрод вверх в положение, показанное на фиг. 2, навстречу смещению пружины 92. Газ также течет вниз вокруг верхнего конца электрода 48 вдоль завихряющих канавок 56 к нижнему концу втулки 18, у которой часть газа течет по вихревой схеме в кольцевой канал между внутренней поверхностью 124 сопла 34 и наружной поверхностью переднего конца 50 электрода и оттуда в камеру для плазмообразующего газа 150 из периферийного выхода 152. Плазмообразующий газ в этой точке течет по окружности и радиально внутрь вдоль каналов между соседними ребрами 130 и выходит через выходные концы каналов, в основном, тангенциально по отношению к периферийному краю выходного отверстия 104. Таким образом, газ течет по круговому пути вокруг и поступательно к отверстию 104 и затем через отверстие 104 по вихревой схеме. Как упомянуто выше, когда электрод выходит из контакта с соплом, создается стартовая дуга между электродом и соплом, после чего плазменная струя P выходит из камеры 150 по вихревой схеме, генерированной ребрами 130 и каналами 148 между ними. Когда плазмообразующий газ продолжает течь через камеру 150, на внутренний конец 52 электрода действует давление, благодаря чему уменьшается давление, необходимое для поддержания электрода 48 в его рабочем положении.

Далее, в связи с плазменным газовым потоком внутрь и радиально через камеру 150 к выходному отверстию 104, как это следует из фиг. 4 и 6, газовый поток через вход 152 на верхних стенках 142 ребер 130 и внутри входов каналов 148 между ними благоприятным образом успокаивается благодаря дугообразным поверхностям 144 и 128, примыкающим ко входу 152, тем самым сводя до минимума или устраняя турбулентность в газовом потоке и оптимизируя благодаря этому переход потока от аксиального и кругового потока вдоль переднего конца 50 электрода к круговому и радиальному потоку вдоль ребер 130 в канале 148 по направлению к выходному отверстию. В соответствии с таким изменением потока направление завихряющего потока относительно переднего конца 50 электрода кверху от камеры 150 соответствует круговому направлению потока через каналы 148 между ребрами 130, которое также содействует достижению переходного потока с минимальной или отсутствующей турбулентностью. Когда стартовая дуга образована, горелка работает в режиме с непереносимой стартовой дугой и, как это хорошо известно, сопло может быть подведено близко к обрабатываемому изделию, так как дуга должна быть перенесена на него и для него, чтобы горелка затем могла работать в режиме с переносимой дугой.

Далее, при работе горелки конструкция сопла 34 обеспечивает дополнительное преимущество в связи с направленным регулированием потока части плазмообразующего газа для целей охлаждения. В этом отношении, как это будет понятно из фиг. 2-4, часть плазмообразующего газа, текущая через завихряющие отверстия 24 и оттуда вдоль винтовых завихряющих каналов 56 к выходным концам, вследствие этого течет сбоку наружу через верхний конец 101 сопла 34 и оттуда аксиально через канавки 120 в наружной поверхности сопла к и через углубления 110 в монтажном фланце 40 сопла. Далее, часть плазмообразующего газа, протекающая через канавки 120, поступает наружу из углублений 110 в кольцевое пространство между поверхностями 30 и 44 монтажных втулок 20 и 36 и в полость 46 через охлаждающие ребра 32, таким образом, чтобы содействовать охлаждению деталей горелки в этой области. Еще одна часть плазмообразующего газа, текущая через канавки 120, течет аксиально через углубления 110 во фланце 40 и отклоняется радиально внутрь у первой цилиндрической поверхности 112 сопла 34, поступая вдоль него к конической части поверхности 114. В частности, заплечик 41 на монтажной втулке 36 радиально перекрывает часть углублений 110, примыкающих к нижней стороне 108 фланца 40, и часть конической стенки 43 проходит вниз от заплечика 41, сходясь с частью поверхности сопла 112 и, таким образом, отклоняет газ, текущий вдоль дна 118 углублений 110 радиально внутрь к части поверхности сопла 112. Когда газ течет аксиально вдоль последней части поверхности, он наталкивается на коническую часть поверхности 114 и отклоняется радиально наружу, образуя конический газовый экран, проходящий вокруг плазменной струи P.

Хотя значительное внимание здесь уделено конструкции и взаимному расположению деталей в предпочтительном выполнении, должно быть понятным, что изобретение можно реализовать во многих вариантах выполнения в рамках заявленного изобретения. В частности, конструкция сопла может быть использована в горелке, в которой сопло и электрод смонтированы в аксиально зафиксированном положении друг к другу, в которой запуск горелки достигается иначе, чем за счет перемещения электрода относительно сопла. Более того, завихряющие ребра могут иметь другие контуры на внутренней стороне торцевой стенки сопла и что может быть использовано больше или меньше, чем шесть ребер. Кроме того, подача газового потока через торцевую стенку сопла может осуществляться без завихрения газа сверху от торцевой стенки, причем завихрение газа сверху от торцевой стенки может быть достигнуто иначе, чем при использовании вихревых каналов на электроде в предпочтительном выполнении. Эти и другие изменения в предпочтительном выполнении, а также другие выполнения изобретения являются очевидными для специалистов в данной области, поэтому описанный здесь способ является лишь иллюстрацией изобретения и не ограничивает его.