專利名稱：傳遞電弧的等離子燃燒器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種傳遞電弧的等離子燃燒器，它包括一個中央電極，一個同軸心噴嘴接頭，在電極和噴嘴接頭之間設有一個可由一個環形通道供給等離子氣體的環形通道，一個具有外壁，中間壁和內壁的同軸心的燃燒器殼體，在噴嘴和該殼體之間位于前端處設置了一環形通道，該通道的內壁部分地由一個將噴嘴接頭和燃燒器殼體兩者電隔離的管狀絕緣結構構成。
等離子燃燒器在工作中的一個基本問題是出現平行于主電弧燃燒的寄生電弧(附加電弧)，這種寄生電弧尤其將下部的噴嘴殼或燃燒器殼的下緣邊以及噴嘴或燃燒器前端的外部區域封閉在電流通路中。寄生電弧不僅影響電弧柱的穩定性，從而在很大程度上影響等離子燃燒器的或用等離子燃燒器工作的設備的效率和經濟性，而且一般來說甚至會完全破壞等離子燃燒器。
由DE-PS3328777可知，為了防止寄生電弧，在電極和噴嘴之間位于噴嘴內側處的環形通道上設置了一電絕緣內襯。但這種措施只能起到部分的保護作用，因為寄生電弧可以在絕緣內襯的外面找到電流通路。
DE-PS3435680公開了另一個克服寄生電弧的措施，即水冷卻的噴嘴的內壁部分與前端壁部分相鄰接的區段通過兩個分開的分別穿過相關壁件的整個橫截面的絕緣件而與前端壁部分的與外壁部分相鄰接的區段絕緣開來，其中一個絕緣件裝在噴嘴的前端壁部分中。然而當爐氣氛溫度很高時，找到一個適用于噴嘴前端壁的絕緣材料是很難和很昂貴的。
上述構思的進一步發展是將設置在噴嘴前端面中的絕緣件裝入一個前端處的槽中，這種等離子燃燒器也得到實施。前端處的槽一方面由噴嘴接管或噴嘴接頭的外壁，另一方面由燃燒器殼體構成，其中燃燒器殼體在其前端上有一個指向燃燒器軸線的凸緣，它對位于后面的絕緣件起到了一定的防熱保護作用。然而，當該燃燒器在一個具有導電粒子，例如金屬塵粒或冶金渣粒的氣氛中工作時，導電粒子可能會沉積在被冷卻的絕緣件上，從而在噴嘴接頭和燃燒器殼體之間形成一個電橋，寄生電弧就又可以經過燃燒器殼體的外側的前端緣邊流動。
本發明的任務是，進一步地，也就是說，卓有成效地限制和減小形成寄生電弧的危險，尤其是在使用交流電工作時。
本發明的任務是這樣解決的，即在等離子氣體的環形通道和前端的環形通道之間設置了在圓周上均勻分布的通道或通孔。這些通道使一部分等離子氣體分流，而導入前端的環形通道中。流過這些通道的氣體冷卻了前端的環形通道的出口區域。可能出現的導電蒸汽或塵粒將被阻止而不會進入通道中。此外，防止了向后沖擊的等離子電弧或卷曲電弧，并且將要擠入環形通道的熔體或熔渣塵粒飛濺物擠出并使之冷卻。再者，由于流過環形通道的氣體的冷卻作用，位于出口區域的涂層的壽命大大增加。總體上是提高了等離子燃燒器的使用壽命。
由于這些通道穿過管狀的絕緣結構，正好防止了導電蒸汽或塵粒沉積在關鍵的位置上。
如果管狀絕緣結構由兩個環件構成則是具有優點的，其中的一個環件(第一個)對著一個冷卻循環回路并包括在該冷卻循環回路中，另一個環件(第二個)由耐高溫絕緣材料(例如陶瓷)制成，它保護著由耐壓絕緣材料制做的第一個環件不受溫度突變、高溫度梯度和污物的破壞。
由耐高溫材料制做的環件最好以一定的徑向間隙和軸向間隙進行支承。由于工作條件決定的擺動激發作用，該環可以轉動，這樣也附加地防止了由于導電塵粒的沉積而形成電橋。
前端的環形通道最好有一朝著燃燒器軸線方向錐形地逐漸變窄的(可收縮的)出口部分，在此部分構成前端通道的噴嘴外部件的內徑在前端處要小于在環形通道前的錐形分布之前的管狀絕緣結構的外徑。這種優選的環形結構對絕緣結構抵抗熱輻射提供了一個特殊的保護。
構成前端環形通道的噴嘴外部件的內壁有一個滑動地導在噴嘴內部件上的凸緣。當噴嘴外部件縱向膨脹時，在該凸緣和噴嘴內部件之間產生的相對運動同樣也防止了污物形成電橋。
前端的環形通道的整個內表面和外表面可以由絕緣材料構成或者具有一層絕緣材料涂層。
在附圖
中示出了本發明的一個實施例的縱剖視圖，下面對該實施例進行較詳細的描述。
等離子燃燒器包括一個具有截錐體形的外表面或端表面2的中央電極1，圍繞該電極同軸心地裝有一個噴嘴接管或接頭3(即端部噴嘴)，該接頭3包括內壁部分4，端壁部分5和外壁部分6。內壁部分4具有一個小錐度的壁段7，其表面線基本上平行于電極1的截錐體形端表面2的表面線。在端壁部分5和外壁部分6之間有一個較大錐度的過渡段8。在燃燒器口的區域中，一個由鎢材料制做的抗磨環9裝在噴嘴接頭3中。沿電弧方向看，端壁部分5的端面超過電極1的平的端面10。
噴嘴接頭3的內壁部分4經一外螺紋與一個由強化高效合成材料制成的絕緣環體11固定在一起，但相互可以重新拆開。環體11經一個螺紋對與一個噴嘴內部件12相連，該部件12又經一個螺紋與一個燃燒器殼內管13相連。這樣，噴嘴3的軸向位置由環體11，噴嘴內部件12和內管13來確定。
燃燒器殼內管13的上端與一個未示出的管連接件相連，同時該管連接件也將燃燒器殼16的中間管14和外管15保持住。
內管13和電極1之間構成等離子氣體的環形通道17，該通道要通到電極1和噴嘴接頭3之間的環形通道段19中。為此絕緣環體11上設置了平行于燃燒器軸線20的通孔21。
在噴嘴內部件12的下端部上有一個開口向外的凹槽，其中裝有個由抗溫度突變和耐高溫材料(陶瓷)制成的絕緣環22和一個由不透水(壓力水)的耐壓材料(陶瓷)制成的下部絕緣環24。耐高溫的絕緣環在朝通道17方向上有一個環槽23，絕緣環22在軸向和徑向上都有一定的安裝間隙，因此它不是固定地保持著的，而是可以轉動的，絕緣環22和噴嘴內部件12的一部分以及噴嘴接頭3的外壁6構成一個共同的外表面。不透壓力水的絕緣環24從噴嘴內部件12一直伸到噴嘴接頭3的外壁6的內側。
圍繞噴嘴內部件12裝有一個金屬環體25，它有一個圓柱形外表面，該表面約大于絕緣環22和噴嘴3的公共外表面。
中管14的下端密封地與噴嘴內部件12相連，并且具有部分圓柱形外表面，其直徑大于環體25的外表面的直徑。
在外管15上裝有一個噴嘴外部件26，該外部件26由一個噴嘴外殼27和一個內壁28組成。內壁28經凸緣29密封地且滑動地裝在環體25上。凸緣29有一個朝著燃燒器軸線20指向的環形突起30，該突起30可以在噴嘴內部件12和絕緣環22的公共外表面上滑動。此外在凸緣29上還設有一個間距支撐件31，它將噴嘴外部件26的中間壁或導向壁32保持住。中部壁32密封地且可滑動地導在燃燒器殼體14的下部圓柱形表面上。
噴嘴接頭3的外壁6，耐高溫的絕緣環22，凸緣29和噴嘴外部件26的內壁28構成一個后端封閉，前端打開的環形通道33，通過噴嘴接頭3的傾斜的壁段8和內壁28的一個錐形段34，使得環形通道33在朝著前端的方向上形成一個錐形的指向等離子燃燒器軸線20的分布結構。
此外在噴嘴內部件12上還固定著一個用于冷卻介質循環的導向件35。
冷卻介質經由燃燒器殼內管13和中管14構成的環形通道36流到在周向上均勻分布的通道段37，38，這兩個通道段37，38穿過中管14的下部和噴嘴內部件12。然后冷卻介質流過由噴嘴接頭3的內壁4和導向件35構成的環形通道，并且被導向件35偏轉，使之向上到達導向件35和噴嘴內部件12之間，然后經穿過噴嘴內部件12和環體25的通道段30，40進入噴嘴外部件26。在噴嘴外部件26中，冷卻介質首先在內壁28和中壁32之間流動，并被中壁32偏轉方向，然后流過由中壁32和外壁27構成的環形通道，再流過由中管14和外管15構成的環形通道41，直到出口。燃燒器殼16和噴嘴外部件26以及噴嘴接頭3具有一個公共的冷卻介質循環回路。
通道段37至40在整個圓周上分別地布置在均勻分布的徑向截面上。另外各有一通道段或孔43分別穿過另一些與上述截面不同的徑向截面，并穿過噴嘴內部件12。這些通道段或孔43從主環形通道17通到絕緣環22的環槽23中。此外，耐高溫的絕緣環22中還設置了孔或通道段44，這些孔44從其環槽23通向其外表面并由此通向前端的環形通道33。從總體上來說，由此形成一個從主環形通道17到前端的環形通道33之間的通道(或通孔)或氣體管路連接。
權利要求
1.傳遞電弧的等離子燃燒器，包括一個中央電極，一個同軸心的噴嘴接頭，在中央電極和噴嘴接頭之間有一個可經一個環形通道供給等離子氣體的環形間隙，一個同軸心的燃燒器殼體，該殼體有外壁，中間壁和內壁，在噴嘴接頭和燃燒器殼體之間一個設置在前端的環形通道，該通道的內壁部分地由一個將噴嘴接頭和燃燒器殼體電隔離的管狀絕緣結構構成，其特征在于，在等離子氣體的環形通道(17)和前端的環形通道(33)之間設有一些在圓周上均勻分布的通道(43，44)。
2.按照權利要求1的等離子燃燒器，其特征在于，通道(43，44)穿過管狀絕緣結構(22，24)進入前端的通道(33)中。
3.按照權利要求2的等離子燃燒器，其特征在于，管狀絕緣結構(22，24)包括一個處于一個冷卻循環回路中的由耐壓絕緣材料制成的環(24)以及一個構成前端環形通道(33)的一部分壁的、由耐高溫材料制成的環(22)，通道(43，44)穿過耐高溫的環(22)進入前端的通道(33)。
4.按照權利要求3的等離子燃燒器，其特征在于，構成前端環形通道(33)的一部分壁的、由耐高溫材料制做的環(22)是以一定的軸向間隙和徑向間隙進行支承的。
5.按照權利要求2至4中之一所述的等離子燃燒器，其特征在于，前端的環形通道(21)有一個朝著燃燒器軸線(20)方向可收縮的出口部分，構成前端通道(33)的噴嘴外部件(26，28，34)的內徑在前端處小于管狀絕緣結構(22，24)的外徑。
6.按照前述權利要求中之一的等離子燃燒器，其特征在于，構成前端通道(33)的噴嘴外部件(26)的內壁(28)有一個滑動地裝在噴嘴內部件(12，25)上的凸緣(29)。
7.按照前述權利要求中之一的等離子燃燒器，其特征在于，前端的環形通道(33)的整個內表面和/或外表面由絕緣材料構成或者具有一絕緣材料涂層。
全文摘要
一種等離子燃燒器，其中在等離子氣體的環形通道(17)和位于噴嘴接頭(3)與燃燒器殼體(16)之間的一個環形通道(33)之間設置了在圓周上均勻分布的通道(43，44)，該通道分流了一部分等離子氣體，用于冷卻噴嘴的端部區域和擠走沉積的導電塵粒以及向后沖擊的等離子電弧。一個滑動地裝在環形通道(33)上的凸緣(29)通過取決于溫度所進行的相對運動同樣也防止了塵粒或污物形成電橋。從而消除了等離子燃燒器工作時出現的寄生電弧的影響。
文檔編號B23K10/00GK1058126SQ9110448
公開日1992年1月22日 申請日期1991年7月2日 優先權日1990年7月11日
發明者約瑟夫·貝貝, 海恩里奇-奧托·羅斯內, 吉巴爾德·托馬拉 申請人:曼內斯曼股份公司