Spôsob kontroly opotrebovania najmenej jednej z elektród plazmového horáka

Číslo patentu: E 14029

Dátum: 17.12.2009

Autori: Michon Ulysse, Hacala Amélie

Je ešte 6 strán.

Pozerať všetko strany alebo stiahnuť PDF súbor.

Text

Pozerať všetko

Tento vynález sa vzťahuje na oblast plazmových horákov. Presnejšie sa týka spôsobu kontroly opotrebovania najmenej jednej z elektród plazmového horáka s nepreneseným oblúkom.Týka sa aj samotného plazmového horáka s nepreneseným oblúkom pri uskutočňovaní tohto spôsobu kontroly opotrebovania.Plazmový horák je systém umožňujúci premenu elektrickej energie na tepelnú energiu vysokej hustoty. Elektrický oblúk vzniknutý medzi dvoma elektródami sa typicky používa na dodávaníe potrebnej energie na ionizáciu plazmotvomého plynu.Plazmové horáky sa používajú napríklad v priemysle na vytvorenie kovových povlakov alebo na zváranie, alebo aj na zneškodňovanie určitých produktov, ako sú nebezpečne odpady.Plazmové horáky s nepreneseným oblúkom, ktoré sa nazývajú aj horáky s oblúkom horiacim medzi elektródou a dýzou, obsahujú dve elektródy, medzi ktorými vzniká stály elektrický oblúk. Keďže sa tieto elektródy nachádzajú v plazmovom horáka, elektrický oblúk je v ňom uzavretý. Tok plynu privádzaného do horáka sa pri kontakte s týmto elektrickým oblúkom zahrieva na veľmi vysokú teplotu a ionizuje sa.Plyn zohriaty týmto spôsobom prechádza cez otvorený koniec jednej zelektród nazývanej homá elektróda. Zvonka je pri pohľade na horák potom viditeľný iba tryskajúcí plyn zahriaty na veľmi vysokú teplotu, tzv. plazmový lúč.Kým teplota plazmového lúča je približne 5 000 °C, teplota elektrického oblúka a osobitne päty elektrického oblúka je približne 20 000 °C.Keďže, táto teplota je vyššia ako teplota tavenia elektród, a to nezávisle od materiálu použitého na výrobu týchto elektród, je vyparovanie elektród v mieste jednej idruhej päty oblúka nevyhnutné.Napriek tomu, že sa elektródy bežne ochladzujú, sú to prvky, ktoré sa spotrebúvajú a ktore sa skôr či neskôr musia vymeniť.Životnosť ochladzovaných elektród môže byť rôzna, vprípade horákov srelatívne malou výkonnosťou približne sto hodín a v prípade vysoko výkonných plazmových horákov asi tisic hodin.S cieľom vyhovieť priemyselným požiadavkám, sa preto už veľa rokov pracuje na výskume smerujúcom k predĺženiu životnosti elektród plazmových horákov.Predovšetkým sa prišlo na to, že životnosť elektród závisí od niekoľkých parametrov.Na základe zistení je možné sústrediť sa na tvar elektród ana výber materiálu,z ktorého sú elektródy vyhotovené. Keďže však plazmový lúč obsahuje kovové čiastočky vznikajúce následkom opotrebenia elektród, vybraný materiál alebo materiály musia byť kompatibilné so zamýšľanými použitiami plazmového horáka.Aby sa znížila priemerná teplota povrchov elektród, tieto sa môžu ochladzovať napríklad aj vytvorením obehu chladiacej, vo všeobecnosti demineralízovanej vody.Okrem toho, je možné obmedziť prúd oblúka so zreteľom na daný prevádzkový výkon horáka. V skutočnosti sa voblasti päty oblúka zvyšuje tok kalórií, ktoré treba odviest,v dôsledku ustáleného prúdu na svorkách elektród.Pokiaľ teda ide o daný výkon horáka, možnosť dosiahnuť tento výkon pomocou dvojice veličín napätie/prúd, pričom napätie je uprednostňované pred prúdom, je teda dôležitým aspektom, pretože opotrebenie elektród sa pri ňom redukuje.Súbor týchto parametrov však závisí od samotného návrhu plazmového horáka. Pretože po uvedení tohto horáka do prevádzky, nebude možné tieto parametre ďalej upravovať.Návrh tiež zahŕňa rozložiť eróziu vznikajúcu na päte elektrického oblúka na čo najväčšiu plochu elektródy. Takýmto spôsobom kontroly polohy päty elektrického oblúka sa snažíme zabrániť tomu, aby päta oblúka zostala spojená iba s jedným bodom na ploche elektródy, následkom čoho by došlo k veľmi rýchlej erózii elektródy.Kontrolu polohy päty elektrického oblúka na ploche elektródy možno uskutočniť pomocou privádzania meniaceho sa prietokového množstva plazmotvomého plynu.Výhodne sa táto kontrola potom realizuje jednoducho manipuláciou regulačným ventilom na prívod plazmotvomého plynu. Uvedenou manipuláciou sa nevyvolajú zmeny vlastností plazmového horáka.Tento spôsob však nie je dostatočne pružný, pretože je pri ňom bezpodmienečne nutné obmedziť rozsah kolísania prietokového množstva, aby sa zabránilo prípadnému vychýleniu päty elektrického oblúka z pracovnej oblasti nachádzajúcej sa na ploche príslušnej elektródy,Príliš veľké kolísanie prietokového množstva navyše bráni dosiahnuť dobrú stabilitu elektrického oblúka vo vnútri plazmového horáka.Kontrola polohy päty elektrického oblúka na ploche elektródy sa môže uskutočňovať aj pomocou stáleho magnetického poľa a súčasne zabezpečením mechanického pohybu perrnanentného magnetu vytvárajúceho toto magnetické pole.Takáto kontrola umožňuje rozložiť opotrebovávanie na ploche elektródy v dĺžkovomrozsahu, ktorý súvisí s amplitúdou posúvania pennanentného magnetu.Posúvanie tohto permanentného magnetu je však úplne nezávislé od pracovných bodov plazmového horáka akeď magnet dospeje do koncovej polohy zdvihu, vmieste ustálenia päty elektrického oblúka sa opotrebovanie výrazne zrýchľuje, pretože táto päta potom opisuje jednoduchý rotačný pohyb. Okrem toho, rýchlosť posúvania tohto magnetu je v určenom časovom intervale všeobecne konštantná.Kontrola polohy päty elektrického oblúka na ploche elektródy sa môže uskutočňovať aj pomocou premenlivého magnetického poľa.V dokumente FR 2 609 358 je opisaný plazmový horák snepreneseným oblúkom,ktorý obsahuje budíacu cievku obklopujúcu hornú elektródu horáka aelektrický obvod umožňujúci napájať túto cievku časovo premenlivým jednosmemým prúdom tak, aby v mieste päty oblúka dotýkajúcej sa tejto homej elektródy opisovala pozdĺžny pohyb, ktorý sa pripája ku lcmitavému pohybu päty oblúka počas tohto pozdĺžneho pohybu.Tento spôsob umožňuje zvýšiť počet stupňov voľnosti na účely kontroly polohy jednej i druhej päty elektrického oblúka.Kmitanie päty oblúka je však obmedzované zdvihom plochy elektródy. Obmedzenie päty oblúka v pohybe plochou bráni dosiahnuť optimálnu úroveň erózie elektródy.Takéto riešenie je navyše fmančne náročné a k spotrebe elektrickej energie plazmového horáka treba prirátať ďalšiu spotrebu elektrickej energie. V prípade plazmových horákov s výkonom nižším ako 1 MW sa záujem o túto technológiu stráca.Okrem toho je táto technológia plochej budiacej cievky priestorovo náročná (pre hmotnosť a rozmery), čo sťažuje zhotovenie tohto typu horáka V obmedzujúcich podmienkach.Hoci tieto systémy kontroly posúvania päty elektrického oblúka umožnili predĺžiť dobu prevádzky elektród, možno ich ešte vylepšiť s cieľom čo najlepšie rozložiť opotrebovávania elektródy.Krátka životnosť elektród totiž predstavuje pre určité priemyselne aplikácie značnú nevýhodu.Cieľom tohto vynálezu je preto ponúknuť spôsob kontroly opotrebovania najmenej jednej z elektród plazmového horáka, ktorý je jednoduchý z hľadiska návrhu, ako aj z hľadiska pracovného postupu, a zaisťuje optimálnu polohu päty elektrického oblúka na ploche tejto elektródy a zároveň zvyšuje životnosť týchto elektród.V súlade s týmto cieľom sa vynález týka spôsobu kontroly opotrebovania najmenej jednej z elektród plazmového horáka, tento horák obsahuje dve elektródy s rovnakou hlavnou osou, medzi ktorými sa vytvorí elektrický oblúk, pričom tieto elektródy sú oddelené komorouurčenou na napustenie plazmotvomého plynu, a najmenej jeden prostriedok na vytvorenie magnetického poľa lokálne umiestneného na tejto najmenej jednej elektróde, ktorej opotrebovanie sa má kontrolovať, V ktorom sa vyvoláva kmítavý pohyb päty oblúka na časti plochy tejto elektródy v pozdĺžnom smere, z počiatočnej polohy do určenej koncovej polohy uvedenej časti plochy elektródy, čím sa vyvoláva zmena tejto elektródy, pričom pozdĺžny postup tejto päty oblúka je dané funkciou, ktorá závisí aspoň od času f(t), ktorá je stanovená.Podľa vynálezu sa meria aspoň elektrická energia spotrebované týmto plazmovým horákom ako funkcia času, ktorý uplynul od uvedenia príslušnej elektródy do prevádzky,pričom tieto merania sa zaznamenávajú vparnäťovej jednotke podľa časového vývoja minimálne tejto spotrebovanej elektrickej energie, zistenej na základe aspoň časti meraní, sa zistí adjustačná premenná š(t) (variable ďajustement §(t funkcie i(t) vzhľadom na časový interval 1 určená stavom opotrebenia tejto elektródy.Slovné spojenie od uvedenia elektródy do prevádzky znamená, že sa tieto merania uskutočňujú V reálnom čase alebo v pravidelných intervaloch, nezávisle od toho, či je elektróda nová, alebo nie. Ak nie je nová, v takom prípade je však možné určiť počiatočnú a stredovú polohu, aby bolo možné nadviazať na kontrolu opotrebovania elektródy od polohy,v ktorej sa kontrola prerušila, napr. v prípade údržby plazmového horáka.Elektródy s rovnakou hlavnou osou znamenajú koaxiálne elektródy alebo prípad,ked homá elektróda, ktorej poloha voči smeru pohybu plazmy je určená, má rovnakú hlavnú os ako dolná elektróda.Lokálne znamená, že prostriedok na vytvorenie magnetického poľa vytvára magnetické pole v mieste elektródy, ktorej opotrebenie sa má znížiť, aby vyvolal posúvanie päty elektrického oblúka po ploche príslušnej elektródy.Len pre objasnenie, plazmový horák obsahuje budiacu cievku obklopujúcu hornú elektródu na vytvorenie lokálneho magnetického poľa v mieste tejto elektródy, pričom táto cievka je pevná zhľadiska polohy, ale napájaná premenlivým jednosmemým prúdom i(t)Vie sa, že daná poloha päty oblúka na homej elektróde zodpovedá nastavenej hodnote prúdu, ktorý napája budiacu cievku. Okrem toho, keďže tento horák má danú konfigiráciu(geometriu hornej elektródy, elektromagnetické vlastnosti budiacej cievky,), je možné experimentálne určiť spôsobmi, ktoré sú známe odbomíkom v danej oblasti, krivku vyjadrujúcu polohu päty oblúka na hornej elektróde podľa intenzity prúdu napájajúceho budiacu cievku. Takto na základe určenia rovnice tejto krivky a so znalosťou zákonitosti i(t)

MPK / Značky

MPK: H05H 1/40, H05H 1/34

Značky: najmenej, horáka, plazmového, elektrod, jednej, kontroly, opotrebovania, spôsob

Odkaz

<a href="http://skpatents.com/14-e14029-sposob-kontroly-opotrebovania-najmenej-jednej-z-elektrod-plazmoveho-horaka.html" rel="bookmark" title="Databáza patentov Slovenska">Spôsob kontroly opotrebovania najmenej jednej z elektród plazmového horáka</a>

Podobne patenty