EP1169889B1 - Cartouche pour torche a plasma et torche a plasma - Google Patents

Cartouche pour torche a plasma et torche a plasma Download PDF

Info

Publication number
EP1169889B1
EP1169889B1 EP00918936A EP00918936A EP1169889B1 EP 1169889 B1 EP1169889 B1 EP 1169889B1 EP 00918936 A EP00918936 A EP 00918936A EP 00918936 A EP00918936 A EP 00918936A EP 1169889 B1 EP1169889 B1 EP 1169889B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
anode
cartridge
annular
assembler
groove
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
EP00918936A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP1169889A1 (fr
Inventor
Christophe Girold
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP1169889A1 publication Critical patent/EP1169889A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP1169889B1 publication Critical patent/EP1169889B1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/28—Cooling arrangements
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/26—Plasma torches
    • H05H1/32—Plasma torches using an arc
    • H05H1/34—Details, e.g. electrodes, nozzles
    • H05H1/3478—Geometrical details

Definitions

  • the invention lies in the field of plasma torches.
  • Arc plasmas are part of the family of thermal plasmas. These are partially ionized gaseous media, electrically conductive but generally electrically neutral, at pressures of the order of atmospheric pressure. They are generated by means of a plasma torch, by passing one or more plasmagenous gas (s) through an electric arc that is maintained between two electrodes.
  • blown arc torches are used. That is, the arc is confined inside the torch that contains the two electrodes and it is the high-speed gas jet at high temperature (plasma) that is used in the process.
  • plasma gas jet at high temperature
  • the document EP 0 002 623 illustrates in detail an example of plasma blast arc torch according to the state of the art.
  • the figure 1 illustrates very schematically the principle of such a torch.
  • Such a torch comprises two electrodes, an anode 1 and a cathode 3, concentric with each other and forming between them a channel 7 of gas circulation.
  • the two electrodes 1,3 are connected to a high voltage, high frequency generator (HT-HF) and to a DC generator. They must imperatively to be energetically cooled (by circulation of water) to avoid their fusion.
  • HT-HF high voltage, high frequency generator
  • an electric arc 8 gushes between the two electrodes (cathode and anode) ionizing the introduced gas and making the interelectrode space conductive.
  • the DC generator can then flow into this space and maintain the arc.
  • the power supplied to the torch is equal to the product of the intensity delivered (which can be regulated) by the voltage that is established between the anode and the cathode. This voltage depends on several parameters such as the nature and the flow rate of gas used, but also the wear of the electrodes for a not insignificant part.
  • the power of the plasma 9 is equal to the power supplied to the torch minus the losses in the cooling water. The wear of the electrodes is therefore highly penalizing. It depends on their geometry, the efficiency of their cooling, their coaxiality, the nature and the purity of the gases.
  • Equipment for generating an arc plasma 8 is used for thermal spraying (surface treatment), gas heating or chemical synthesis.
  • the energy supplied to the gas (s) by the electric arc makes it possible to heat them at temperatures above 10,000 K.
  • the choice of plasma gas or gases is almost unlimited. It is a function of the requirements of the process (oxidation, nitriding, high temperature in reducing medium, .).
  • the power range is very wide, ranging from a few kilowatts to several megawatts. Very often, the choice of nature and flow Plasma gases dictate the range of possible operation.
  • a torch is therefore often designed for a given application because its technology must be compatible with the choice of plasma gas and the desired power of work.
  • the replacement of one or both electrodes is an operation that must take place regularly (in most cases after a few dozen hours of operation). This operation always requires the dismantling / reassembly of subassemblies and the change of the seals.
  • a first known torch operates with a mixture of air / argon or oxygen / argon, its power is about 100 kW. It consists of 15 machined parts, 21 seals, 22 screws and 6 fluid connections. The regular wear parts are the cathode and the anode, an insulating ring and an injection nozzle. A minimum of maintenance (change of the anode) is required within 100 hours of operation under the best conditions of use.
  • a second known torch has been developed for hydropyrolysis of heavy hydrocarbons.
  • the plasma gases are argon and hydrogen which are mixed with methane at the torch outlet.
  • This torch is similar to a thermal projection torch. There are, except for fluid supply fittings and hardware, 10 machined parts and 7 O-rings.
  • the Japanese patent application JP 04-249,096 describes a plasma torch in which, in order to reduce the probability of creating an arc between the anode and the cathode, the plasmagenic gases follow a path that allows them to swirl.
  • a centralizer 10a which is a part placed between the anode and the cathode has an opening 106 which goes from the top face of the centraliser to a side face.
  • Another conduit 102 located between the anode and the centering piece 10 guides the gases from the conduit 106 down the anode.
  • Conduits 107 join the outside of the centralizer 10 to a central cavity 105 thereof. This feature makes it possible to create a jet swirling plasma gas. This gives a more regular wear of the cathode.
  • the document EP-0 002 623 A discloses a torch in which the cathode 13 is mounted on a support 23, rotatable by a nut 26 in an axial direction. It is thus possible to finely adjust the value of the hell between the cathode 13 and the anode 14.
  • the invention described in this document essentially relates to means for electrically arc flashing between anode and cathode a regular rotation so as to avoid rapid wear of the electrode by hanging up too long arc at given points .
  • figure 1 or 11 it is a magnet 19 ( Fig. 1-11 ) generating a magnetic field B ( figure 4 parallel to the axial direction of the torch.
  • the means is constituted by a helical flap 40 placed on the passage of the gases between the chamber 15 and the nozzle 38.
  • Cooling is provided by water circulating in conduits 20-21 ( figures 1 , 8 , 11 ).
  • the torch aims to simplify as much as possible the mounting of the torch itself and, on the other hand, the periodic replacement of the wear parts. It has been developed especially for a gas heating application in a post-combustion reactor of pyrolysis gas of chlorinated radioactive waste, strongly contaminated with ⁇ emitters. This reactor is intended to operate in a glove box.
  • the plasma torch according to the invention is designed in two parts, a disposable interchangeable cartridge constituting a plasma generator for insertion into a connection structure and maintenance of the cartridge.
  • This connection structure and maintenance of the cartridge is intended to connect the cartridge to its plasma gas supplies, cooling fluid and electrical currents.
  • This structure comprises for this purpose first connection means of the cartridge.
  • These first means serve as intermediates for power supplies in electrical currents, water and gas. These power supplies are completely disassociated from the plasma cartridge.
  • the structure comprises second means cooperating or not with means for fixing the cartridge to hold the cartridge mechanically connected to the first power supply means in water and gas electrical currents.
  • the invention relates to a plasma-generating cartridge for a plasma torch having the features set forth in claim 1 and to a plasma torch having the features of claim 19.
  • the projecting parts comprise a first and / or a second annular ring, this first and / or second annular ring, coming into a first and / or a second annular groove. Due to this shape provides a rotationally symmetrical mounting is simplified since it suffices to coaxially position the parts to be assembled with the assembly, the anode and / or cathode support to realize the fitting without that it is necessary to index them angularly.
  • an annular cooling volume provided between the assembler and the anode receives a cooling fluid through a conduit leading the fluid from an outer surface of the cartridge but preferably from the anode at this annular volume.
  • the sealing of the annular volume is obtained by the fact that the outer diameter of the projecting ring has a value slightly greater than that of the groove in which it is fitted.
  • the assembler is a piece of electrically insulating material comprising a lower crown and a coaxial upper ring.
  • the lower crown is fitted into a groove of the support, the upper crown is fitted into a groove of the anode.
  • This throat of the anode is peripheral to a crown of the anode.
  • This crown of the anode houses the central cavity of the anode.
  • the inner radial dimensions of the assembler are greater on at least one portion axially central to that of the crown of the anode housing the central cavity.
  • An annular volume for the circulation of an anode cooling fluid is thus formed between this ring of the anode and the assembler. This volume is in communication with conduits for supplying and discharging the cooling fluid, via ducts pierced in the anode, the assembler, or the support.
  • the assembled cartridge according to the invention comprises an annular gas distribution volume receiving plasma gas ducts and distributing the gas received, around the cathode, through holes opening either to lights or a throat terminal gas distribution.
  • the gas tightness is obtained by the fact that the inter-electrode space comprises a piece of revolution made of insulating material fitted tightly around the cathode, on the one hand and inside the cavity of the anode 'somewhere else.
  • the annular distribution volume is constituted by a radial groove which can be located either on the anode or on the insulating piece of revolution or on both the anode and the insulating piece of revolution.
  • the cartridge according to the invention requires for the gas supply no seal or conduit, other than those made by drilling or machining or molding, in the parts necessary for the operation of the torch.
  • the cartridge 100 and the parts that compose it have shapes having a symmetry of revolution about an axis AA 'constituting the axis of the cartridge.
  • the parts 1 to 6 When assembled, the parts 1 to 6 provide for each other in a known manner and represented figure 1 , a gas circulation channel 7, an inter-electrode space where an arc 8 can be created.
  • the plasma 9 (not shown in FIG. figure 2 ) is ejected by a nozzle 13 of the anode 1.
  • the cathode support 2 described below, in connection with the Figures 3 and 4 is a cylindrical piece having a symmetry of revolution about the axis AA '. It comprises a base or lower surface 21 of circular shape located in a plane perpendicular to the axis AA '.
  • the side opposite the base 21 comprises, from the center towards the periphery, a central bore 23, with a lateral surface 34 and a bottom 35, a circular groove 24 of revolution around AA ', having two lateral edges 25, 26, a inner edge 25 and an outer edge 26, and a bottom 27.
  • One or more through hole (s) 28 seal (join) the bottom 27 of the groove 24 to the base 21.
  • the support 2 comprises a ring 29, having an upper surface 30 lying in a plane parallel to the base 21.
  • the lateral edges of this ring consist of the inner lateral edge 25 of the groove 24 and the lateral face 34 of the bore 23.
  • the support comprises one or more through-passages 75, joining through the annular ring 29 adjacent to the central bore 23, the lower surface 21 to the upper surface 30 of this ring 29.
  • Such a conduit 75 is shown in dotted lines figure 3 .
  • the support 2 comprises a peripheral ring 22 having an outer lateral face 36 of diameter equal to that of the base 21 and an upper face 37.
  • the lateral edges of the ring 22 are constituted by the outer lateral face 36 of the support 2 and by the outer lateral face 26 of the groove 24.
  • the diameter of the bore 23 is sufficient to receive in tightening fitting the cathode 3 which will be described later.
  • the adjustment is sufficiently tight to ensure a good electrical contact between the cathode support 2 and the cathode 3.
  • the contact surface between the cathode and the anode must be as large as possible to ensure the passage of a current of several hundreds of amperes virtually without losses.
  • the width of the groove 24, i.e., the difference between the radii of the outer and inner edges 26, is greater than the width (i.e., the difference between the outer radius and the inner radius of the crown) of a first ring 51 of the assembler 5.
  • the diameter of the outer wall 26 of the groove 24 is smaller than the external diameter of this ring 51 of the assembler 5 so that this ring 51 of the assembler 5 can be pressed tightly in the groove 24.
  • the assembler 5, the crown 51 of assembly is shown figure 3 are described later.
  • the cathode 3 has a cylindrical shape with a flat circular base 31 and a conical head 32. It is included in a cathode centering device 4, represented by FIG. Figures 5 and 6 in position around the cathode 3.
  • the centraliser 4 also has a circular shape of revolution around AA '. It comprises a basic cylindrical portion 41, extended by a cylindrical portion 42 of smaller outer diameter.
  • the inside diameter of the centralizer 4 is constant over the entire height of the centraliser except, in a first embodiment, the diameter of an upper end portion 43 located on the opposite side to the base 41, whose diameter is slightly greater. the inner diameter of the base 41 and the cylindrical extension 42.
  • the centralizer 4 has through holes. In the preferred embodiment these holes join the outer face 50 to the upper surface 49 of the centralizer 4, on which they open at the level of lights 95 represented. figure 7 .
  • the axes of the holes are inclined on the axis AA ', but not included in a plane containing the axis AA', so as to cause a tangential injection of the gases, inducing a vortex called vortex which will force the arch foot to turn in the anode so as not to remain hung in a preferential point.
  • these through holes 44 are drilled in the portion 43 of the centralizer 4, at an axial height preferably located at the junction with the portion 42. It will be seen later that these holes 44 are intended to provide a passage of plasma gas to the inter-electrode space.
  • gas passages leading from the lower surface of the centralizer 4 to the plasma gas distribution means are as will be seen more either an axial groove 45 or the slots 95.
  • These passages may be constituted either by axial ducts 74 or by external 64 or internal axial grooves 68, or by combinations of ducts 74, internal grooves 68 or outer grooves 64.
  • the lower surface 46 of the base 41 is delimited by two concentric circles, the diameter the inner circle being equal to the inner diameter of the centralizer 4, the outer diameter of this lower surface 46 being equal to the outer diameter of the basic part 41.
  • the lower surface 46 of the centralizer 4 may include a groove in which the passages 64, 68 or 74 open. In the assembled position, this groove is in communication with the conduits 75 of the support 2.
  • the upper surface 47 of the basic portion 41 of the centralizer 4 is delimited by two circles concentric, the diameter of the outer circle is equal to the outside diameter of the basic portion 41 and the diameter of the inner circle is equal to the outside diameter of the extension 42 of the centralizer 4.
  • the groove bottom 45 is delimited by an outer circle whose diameter is equal to the internal diameter of the end portion 43 and whose inner diameter is equal to the outer diameter of the cathode 3.
  • the axial inner surface of the centralizer 4 is formed by two cylindrical surfaces, a lower surface 39 corresponding to the portions 41 and 42 whose diameter is slightly smaller than the diameter of the cathode 3, and in the variant with groove 45, by a surface upper 40, corresponding to the portion 43 whose diameter is greater than the diameter of the cathode 3.
  • the outer lateral surfaces of the centralizer 4 are 2 in number, a lower side surface 38 corresponding to the base 41 and a corresponding upper lateral surface 50 in Parts 42, 43.
  • the inside diameter of the centering device 4 is, as indicated above, slightly smaller than the outside diameter of the cathode 3, so that this cathode 3 can be clamped into the centralizer 4.
  • the diameter of the lower side surface 38 is equal to the diameters of the surface 25 of the support 2 and a lateral surface 125 of a portion of the anode 1, which will be discussed more far. These three surfaces 25, 38 and 125 are thus in the same alignment once the assembly is made.
  • the inner diameter of the end portion 43 is greater than the diameter of the cathode 3, so that the cathode 3 and the end portion 43 together form the groove 45. It will be seen later, that this groove 45 receives through the through holes 44, a plasma gas.
  • the centralizer 4 serves to center and electrically isolate the cathode 3 relative to the anode 1. This function is provided by the outer lateral surface 50 of the upper part 42, which will be seen later in the Description of the cartridge assembly 100, comes in support in tight assembly on a bore of the anode.
  • the variants which will be described hereinafter relate to another function of the centraliser which is a distribution function of the plasmagene gas well distributed in the annular volume between the anode 1 and the cathode 3.
  • the plasmagenic gas is fed to the holes 44 by one or more ducts (127) of the anode 1 opening towards the holes (44) or preferentially in a radial groove (135) of the anode (1) situated opposite the holes (44).
  • the introduction of the plasma gas can be carried out differently.
  • the inside diameter of the centralizer 4 is constant, from the lower surface 46 to the surface 49.
  • the distribution of the plasma gas from ducts 127 of the anode 1 is provided by a radial annular groove 148 of the centralizer 4 shown in dashed lines figure 5 .
  • a groove is said to be radial when it is hollowed out from a surface parallel to the axis AA '.
  • the groove is called axial if it is hollowed from a surface perpendicular to the axis.
  • the centralizer 4 has several holes 144 that are not necessarily through. These holes are pierced from the groove 148. They each open on an axial slot 95 ', joining in this variant the upper surface 49 of the centralizer 4 to the holes 144.
  • the grooves 148 and 45 are present, the lights 95 are not necessary.
  • the holes 144 are through and join the grooves 148 and 45.
  • the holes 144 are pierced directly from the lateral surface 50 of the upper part 42 of the centralizer 4. It will be seen further that the holes 144 open out at a radial annular groove 135 of the anode. 1 receiving one or more plasma gas ducts. At the other end, the holes 144 open on either the slots 95 as in the first variant or on the axial groove 45.
  • the grooves 135 of the anode and 148 of the centralizer 4 can be present simultaneously.
  • the junction with the gas distribution means 45, 95 is effected by axial ducts 74 or by external 64 or internal 68 axial grooves. is obtained by the fact that the centering device is fitted sufficiently tight in the annular cavity 10 of the anode 1, or that the cathode 3 is fitted sufficiently tight in the centering device.
  • the anode 1 is also a piece of revolution around the axis AA '. It comprises a central cavity 10 of axis AA '. This cavity is through and extends axially from an upper face 11 of the anode to a portion 134 of a lower face 12 of the anode 1.
  • the lower face 12 of the anode 1 is located opposite of the upper face 11 and consists of several parts located axially at different levels. From the upper face 11 to the portion 134 of the lower face 12, the cavity 10 has an upper cylindrical portion 13 whose diameter is represented on the Figures 8 and 9 substantially equal to the diameter of the cathode 3. This provision is not mandatory.
  • the diameter and the length of the portion 13 must, in known manner, be adapted to the nature and flow rate of the plasma gas used, to the working power, and to the desired gas velocities at the nozzle outlet.
  • a frustoconical portion 14 the diameter of the upper portion of the portion 14 is equal to the diameter of the portion 13.
  • the diameter of the lower portion of the frustoconical portion 14 is greater than that of the portion 13.
  • there is a cylindrical lower portion extending axially from the lower base 16 of the frustoconical portion 14 to the portion 134 of the lower face 12 of the anode 1.
  • the diameter of this portion 15 of the cavity 10 is greater than the largest diameter of the the frustoconical portion 14.
  • the frustoconical portions 14 and cylindrical 15 are connected by a flat 17.
  • the ceramic insert 6 is housed in the cavity 10 at the top of the part 15. This simple piece will now be described before continuing the description of the anode 1.
  • the insert 6 is a torus-shaped ring generated by a rectangle rotating about the axis AA '.
  • the width of the rectangle is equal to the width of the flat part 17. This width of the flat part 17 itself results from the difference between the radius of the lower part 15 and the radius of the lower base 16 of the frustoconical part 14.
  • This insert 6 is inserted in tight fitting so that its upper surface 61 bears on the flat part 17 of the anode 1.
  • the outer lateral surface 62 of the insert bears on the lateral surface 18 of the part 15 of the cavity 10 of the anode 1.
  • the outside of the anode 1 comprises the upper face 11 delimited by two circles.
  • the diameter of the outer circle is preferably equal to the outer diameter of the support 2
  • the diameter of the inner circle of the upper surface 11 is equal to the diameter of the upper portion 13 of the cavity 10.
  • the outside of the anode 1 also comprises a cylindrical outer face 19.
  • the lower face 12 comprises several parts located axially at different levels. From outside to the axis AA ', there is successively a first ring 121.
  • the outer diameter of this ring 121 is equal to the diameter of the peripheral cylinder 19.
  • the inner diameter of this ring 121 is preferably equal to the outer diameter of the outer wall 26 of the groove 24 of the support 2.
  • the lower surface 133 of this crown is a flat surface perpendicular to the axis AA '.
  • the lower surface 133 is a part of the lower surface 12 of the anode 1.
  • This groove has a groove bottom surface 124, perpendicular to the axis AA '.
  • This surface 124 is a part of the lower surface 12 of the anode 1.
  • This groove 122 has an outer cylindrical wall 126 whose diameter is equal to the inside diameter of the first ring 121. This diameter is preferably equal to the diameter of the outer wall 26 of the groove 24 of the support 2.
  • the inner diameter of the axial groove 122 is preferably equal to the diameter of the inner cylindrical wall 25 of the groove 24 of the support 2.
  • This ring 123 has a lower surface 134, perpendicular to the axis AA '. This lower surface 134 is a part of the lower surface 12 of the anode 1.
  • the ring 123 has an outer cylindrical wall 125, part of which constitutes the inner cylindrical wall of the groove 122.
  • the cylindrical wall 125 has a diameter preferably equal to the inside diameter of the wall 25 of the groove 24 of the support 2.
  • One or more first ducts 127 each having two ends 128, 129 pierced in the anode 1 allows (tent) a fluid passage of one of the outer walls 11, 19 of the anode 1, towards the inner wall 18 of the cavity 10.
  • the duct 127 leads from its first end 128, at the upper surface 11 to its second end 129 located at the wall 18 of the lower part 15 of the cavity 10. It opens into this cavity 10 at an axial level located under the insert 6.
  • This or these first conduits 127 are provided for the distribution of plasma gas.
  • this or these conduits may alternatively lead into an annular radial groove 135 excavated from the lateral surface 18 of the cavity 10 of the anode 1, instead of directly leading to this surface 18.
  • the conduit (s) 127 are parallel to the axis AA ', they are located in the ring 123 concealing the central cavity 10, and they open into the groove 135.
  • first conduits 127 may be located on an outer wall of the cartridge 100 without this wall being a wall of the anode 1.
  • This could be for example a conduit (not shown) parallel to the axis AA 'rising from the base of the support 2 through the support and the centralizer 4.
  • part of or ducts 127 could be constituted by axial grooves of the centralizer 4 parallel to the axis AA '.
  • One or more second ducts 130 each having two ends 131, 132 leads from one of the outer walls 11, 19 of the anode 1 to the groove 122.
  • the duct 130 has its first end 131 at the peripheral cylinder 19 and its second end 132 opens into the groove 122 at the bottom 124 of this groove.
  • outer end 131 of the second ducts or at least a portion of them may be located on an outer wall of the cartridge 100 without this wall being a wall of the anode 1 This could be for example an outer wall of the assembler 5 or the support 2.
  • the assembler 5 is shown in axial section figure 10 .
  • the assembler 5 comprises a lower cylindrical crown 51.
  • the diameter of the outer cylindrical surface 52 of this ring 51 is slightly greater than the diameter of the wall 26 of the groove 24 of the support 2, so that the ring 51 can be fitted with assembly tight in this groove 24.
  • the diameter of the inner wall 53 of the ring 51 is greater, at least for the portion which, in the assembled position, is fitted in this groove 24, to the diameter of the inner wall 25 of the groove 24 of the support 2. In this way an axial annular volume 77 is formed between these two walls 25, 53.
  • the ring 51 has a lower surface 59 perpendicular to the axis AA '. In the assembled position this surface 59 is not in contact with the surface 27 of the bottom of the groove 24. In this way an annular volume 73 is formed between these two surfaces.
  • This ring 51 is extended by a central portion 54 also in the form of a ring.
  • the diameter of the inner wall 55 of this ring 54 is greater than the diameter of the cylindrical wall 125 of the anode 1.
  • an axial annular volume 72 is formed between these two walls 55, 125.
  • the wall 125 extends axially from the bottom 124 of the groove 122 of the anode 1 to the lower surface 134 of the second ring 123 of the anode 1.
  • This lower surface 134 constitutes the lower surface of the anode 1.
  • the upper part of the assembler 5 represented in assembled position, figure 8 is also in the form of a ring 56.
  • the diameter of the outer wall 57 of this ring is greater than the outer diameter of the outer wall 126 of the groove 122, the anode 1.
  • the difference in size between the diameter of the outer wall 57 of the ring 56 and the diameter of the wall 126 is such that this ring 56 can be fitted tightly in the groove 122.
  • the diameter of the inner wall 58 of the ring 56 is greater than the diameter of the wall 125 of the anode 1. In this way an axial annular volume 76 is provided between these two walls 58, 125. It is recalled that this wall 125 of the anode 1 extends axially from the bottom 124 of the groove 122 to the portion 134 of the lower surface 12 of the anode 1, which is at the lowest level of the anode.
  • the crown 56 has a upper surface 60. In the assembled position this surface 60 is not in contact with the surface 124 of the bottom of the groove 122. In this way an annular volume 71 is formed between these two surfaces.
  • the central portion of the assembler 5 has an upper surface 65, a lower surface 66 both perpendicular to the axis AA ', and an outer lateral surface 67.
  • the upper surface 65 of the central portion 54 of the assembler 5 is delimited by a circle whose diameter is the outer diameter of the ring 56 and a circle whose diameter is the diameter of the outer lateral surface 67 of the central portion 54.
  • the lower surface 66 of the central portion 54 of the assembler 5 is delimited by a circle whose diameter is the outer diameter of the lower ring 51 and a circle having the diameter of the outer lateral surface 67 as a diameter.
  • the delimiting circles of the upper 65 and lower 66 surfaces are concentric.
  • the inner diameter of the central axial cavity 69 is constant so that the axial inner surfaces 58, 55, 53 of this cavity form a single surface. This feature simplifies manufacturing but is not mandatory.
  • the assembler 5 is a piece of revolution having a central axial through cavity 69. It comprises a central part 54 from which upwards and downwards cylindrical parts 56, 51 respectively of outside diameter smaller than the outside diameter of the central portion 54. It will be seen later that in a first embodiment of the holding structure, the shoulder forming the central portion 54 is used to accommodate through holes and tapped holes. In this embodiment, these holes form part of the means for fixing the cartridge 100 to the holding and connecting structure. The other part of these means is constituted by tapped holes or not of the holding structure and connection and screws or bolts or nuts. In this embodiment the central portion 54 provides another function. One of the upper 65 or lower 66 surfaces serves as an assembly stop.
  • the lower surface 133 of the ring 121 of the anode 1 abuts on the upper surface 65 of the central portion 54.
  • a functional clearance is provided between the upper surface 37 of the ring 22 of the support 2 of the cathode 3 and the lower surface 66 of the central portion 54. Thanks to this stop 65 and to a suitable dimensioning of the grooves 122 and 24 and the axial lengths of the rings 56, 51 it is safe to spare the annular spaces 71 and 73.
  • the same Stop function could be achieved by giving the throat bottoms 122 or 24 a rounded or conical shape, the width at the bottom of the throat decreasing with the depth of penetration.
  • the functional clearance also makes it possible to ensure contact between the surfaces 30 of the support 2 and 46 of the centralizer 4, as well as between the surfaces 134 of the anode 1 and 47 of the centralizer 4.
  • the assembler 5 can be constituted by a right cylinder having an axial central cavity, the inner diameters and exterior of the assembler being constant from the lower surface 59 to the upper surface 60.
  • the insert 6 is placed in position as described above in the anode 1.
  • the cathode 3 is inserted into the bore 23 of the support 2, the lower face 31 of the cathode coming into contact with the bottom 35 of the bore 23 , the lateral face of the cathode being in contact thanks to a tight assembly of the lateral surface 34 of the bore 23. In this way, an electrical contact between the cathode 3 and the support 2 is ensured on all the surfaces facing the support 2 and the cathode 3.
  • the centralizer 4 is placed around the cathode 3 as described above. The lower face 46 of the centralizer 4 is in contact with the upper face 30 of the ring 29.
  • the assembler 5 is then placed in the press position, the groove 122 of the anode 1 receiving the crown 56 of the assembler 5
  • the upper part of the crown 56 and / or the edges of the groove 122 may be bevelled or chamfered to facilitate insertion.
  • the lower surface 133 of the ring 121 of the anode 1 is in abutment against the upper surface 65 of the central portion 54 of the assembler 5.
  • the upper surface 60 of the assembler 5 is not at the bottom of the groove 122 so that an annular volume 71 is, as already indicated above, provided between the lower surface 124 of the groove 122 of the anode 1 and the upper surface 60 of the ring 56
  • the anode 1 and its insert 6 thus assembled with the assembler 5 is then assembled with the support assembly 2, cathode 3 and centralizer 4, the ring 51 being pressed into the groove 24 of the support 2.
  • the bottom of the ring 51 and the top of the groove 24 can bevelled or chamfered.
  • this annular volume is formed of the annular volumes 76, 72 and 77 and possible annular connection volumes between these different parts of volume.
  • the water is fed through the opening 131, and through the conduit 130 on the outer surface of the anode 1, the inner end 132 of the conduit 130 opens into the annular volume 71 formed between the surfaces 124 and 60 of the groove 122 and crown 56 respectively.
  • This water can flow along the inner wall 125 of the anode 1 through the annular volume or volumes 72 to the annular volume 73 formed between the bottom of the annular ring 51 and the bottom 27 of the groove 24.
  • This water flows through the duct (s) 28 formed (s) in the bottom of the annular groove 24.
  • the arrival of plasmagenic gas through the opening 128 of the anode 1 is without a seal, the gas opening through the conduits 44 or 144 in the openings 95 disposed around the cathode 3 on the centralizer 4 , or in the groove 45, according to the variant embodiments.
  • the assembled torch according to the invention thus comprises only six parts, the anode 1, the support 2, the cathode 3, the centralizer 4, the assembler 5 and the insert 6.
  • the assembly of this torch can be performed with fewer press operations if we have specialized tools for lateral support of the parts to be assembled.
  • the cathode 3 is sufficiently tight in the bore 23 of the support 2, the support 2 the cathode 3 the centralizer 4, the part 42 of which is clamped in the cavity 10 of the anode 1, and the anode 1 form an assembled assembly. Under these conditions the assembler 5 in cooperation with the grooves 24 of the support 2 and 122 of the anode can be considered as part of the water circuit. It will also be seen later that the assembly of the cartridge 100 can be consolidated by mounting the cartridge 100 in position in the holding structure and connection.
  • the plasma gas circuit is entirely in a central portion of the assembled cartridge 100. It may be a central portion of the anode 1, ring-shaped 123, this crown immediately adjacent the central cavity 10 of the anode. It may also be conduits 75 through the support 2 to be in communication with the passages 64, 68, 74 of the centering device.
  • the water circuit is located on the periphery of this same ring 123 adjacent the central cavity 10 so that there is no crossing of the water and gas circuits.
  • the assembler was presented as a separate part of the bracket. This is due to the fact that the assembler which joins the support made of a conductive material in contact with the cathode is in contact with the anode. It is therefore made of an electrically insulating material to avoid a short circuit between the anode and the cathode. It is obviously possible to make the support in an insulating material having conductive vias for connecting the cathode. In this case we can consider that the assembler is constituted by the parts of insulating material and the support by the parts of conductive material.
  • the anode 1 and the cathode support 2 which in the embodiment are made of electrolytic copper could be made of any material, for example metallic, electrically conductive and allowing the evacuation of very high heat fluxes.
  • the doped tungsten of the cathode 3 could be machined in any metallic material having a low potential for electron extraction.
  • the centering diffuser 4 can be machined in any plastic material for assembly purposes, and having a good resistance to swelling with water, a strong dielectric character and a good mechanical resistance to radiation and temperature.
  • the assembler body 5 can be machined in a plastic material for the assembly needs by simple plastic pressure.
  • the insulating insert 6 can be machined in a ceramic material having good impact resistance thermal, radiation and having a strong dielectric character, for example boron nitride.
  • the assemblies are of the tight press-fit type, which implies a pair of suitable material:
  • the assemblies consist of pairs of plastics-copper alloy or alloy of tungsten - copper alloy.
  • a first connection and holding structure 80 shown figure 11 in axial section has two parts both of revolution about the axis AA '.
  • a lower portion 81 contains a bore 83 whose inner diameter is equal to the outer diameter of the support 2, so that the support 2 can easily be introduced into this portion 81.
  • the example shown figure 11 corresponds to one of the variants of embodiment of the cartridge 100 in which the cooling fluid is discharged through the duct or ducts 28 of the support 2. This is why in this example the lower portion 81 comprises a discharge of water and a current inlet shown at 84.
  • One or more o-rings (s) allow in a known manner to ensure tightness.
  • An upper portion 82 of the holding and connecting structure contains a bore 85 whose inner diameter is equal to the outer diameter of the anode 1, so that this anode 1 can easily be introduced into this part 82.
  • This structure 82 comprises an axial central hole 91 with flared edges allowing the passage of the plasma.
  • the example shown figure 11 corresponds to one of the variants of embodiment of the cartridge 100 in which the arrival of the cooling fluid and the plasmagenic gas are through the conduit (s) 130 and 127 of the anode 1 for the arrival of water and gas respectively.
  • the upper portion 82 comprises a water inlet 86 and a gas inlet 87.
  • One or more O-rings (s) allow in known manner to ensure tightness.
  • the water inlet 86 opens out towards the duct 130 of the anode 1.
  • a radial groove 88 receiving the water inlet 86 allows the distribution to the various ducts.
  • an unrepresented axial groove receiving the inlet of gas 87 allows the distribution to the various ducts 127.
  • the main advantage of this structure 80 is to quickly proceed to the exchange of the cartridge 100.
  • For mounting the upper part of the cartridge that is to say that corresponding to the anode 1 is introduced in the upper part 82 of the structure 80.
  • 131 of the anode can be provided on the top portion 82 and the anode on the anode 1
  • the cartridge 100 is screwed on the upper part 82 to the screw means 89 passing through holes in the assembler 5 and screwing into threaded holes in the upper part 82.
  • the lower part 81 is then put in place by introducing the support 2 in the bore 83.
  • Means may also be provided to facilitate correct radial positioning. Screws 90 make it possible to fix the lower part 81 to the assembler. These screws pass through holes of the assembler 5 and are screwed into tapped holes in the lower part 81.
  • FIG. 13 is a front view of the structure 80 assembled with the cartridge 100, with a partial axial section in the upper right corner.
  • the figure 12 is an axial section along a plane perpendicular to the plane of the figure 13 .
  • the lower flanges 81 and upper 82 and the cartridge 100 are held together by means of a stirrup 92.
  • This stirrup 92 has a U shape. Two parallel arms of the U are rotatively fixed by means of perpendicular screws 96. to the axis AA 'to the upper flange 82. Insulating sleeves and washers are provided in a known manner to avoid electrical contact between the stirrup and the flange 82.
  • the lower flange 81 is provided on its underside with a central recess 93.
  • a screw 94 mounted in the horizontal part of the U of the stirrup 92 blocks the rotation of the stirrup 92 around the screws 96 and exerts a pressure at the level of the recess 93. impeding the movement of the flanges 82 and 81 in the axial direction.
  • insulation Electrical flange 81 and the stirrup is obtained by means of an insulating sleeve 95 and insulating washers.
  • the distance between the horizontal arm of the bracket 92 and the lower face of the flange 81 is sufficient to allow the disengagement of the cartridge 100 of the bores 83 and 85 of the flanges 81 and 82 respectively .
  • the locknut 97 is released and the screw 94 unscrewed until the cartridge 100 can be extracted from one of the flanges 81 or 82.
  • the flange 82 is always secured to the stirrup 92 and the flange 81 is held, the screw 94 still inside the cavity 93.
  • the cartridge 100 can be extracted from the other flange by a slight rotation of the stirrup 92 around the axis formed by the screws 96. This rotation frees the passage of the cartridge 100.
  • This method of assembly is interesting from the mechanical point of view because it allows to exert an assembly pressure of the flanges 81, 82 and the cartridge 100 which is automatically axial. There is no risk of asymmetric pressures creating a strain of lateral deformation. It is also interesting because it allows the assembly and disassembly of the cartridge 100 by means of a single screw without the need to maintain the flanges 81, 82, which is particularly interesting when working in a glove box.
  • seals are provided by seals and the fact that the cartridge 100 is fitted into the bores 83, 85.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Arc Welding In General (AREA)

Description

    Domaine de l'invention
  • L'invention se situe dans le domaine des torches à plasma.
    • Etat de la technique antérieure
  • Les plasmas d'arc font partie de la famille des plasmas thermiques. Ce sont des milieux gazeux partiellement ionisés, conducteurs de l'électricité mais globalement électriquement neutres, à des pressions de l'ordre de la pression atmosphérique. On les génère au moyen d'une torche à plasma, en faisant passer un ou plusieurs gaz plasmagène(s) au travers d'un arc électrique que l'on entretient entre deux électrodes.
  • Pour porter des gaz à haute température et enthalpie massique élevée, on utilise des torches à arc soufflé. C'est-à-dire que l'arc est confiné à l'intérieur de la torche qui contient les deux électrodes et c'est le jet à grande vitesse de gaz à haute température (le plasma) que l'on utilise dans le procédé.
  • Le document EP 0 002 623 illustre de manière détaillée un exemple de torche plasma à arc soufflé selon l'état de la technique. La figure 1, illustre de façon très schématique le principe d'une telle torche. Une telle torche comprend deux électrodes, une anode 1 et une cathode 3, concentriques l'une de l'autre et ménageant entre elles un canal 7 de circulation de gaz.
  • Les deux électrodes 1,3 sont reliées à un générateur haute tension, haute fréquence, (HT-HF) et à un générateur de courant continu. Elles doivent impérativement être énergétiquement refroidies (par circulation d'eau) pour éviter leur fusion.
  • Initialement et grâce au générateur HT-HF, un arc 8 électrique jaillit entre les deux électrodes (cathode et anode) ionisant le gaz introduit et rendant l'espace inter électrode conducteur. Le générateur de courant continu peut alors débiter dans cet espace et entretenir l'arc.
  • La puissance fournie à la torche est égale au produit de l'intensité débitée (qui peut être régulée) par la tension qui s'établit entre l'anode et la cathode. Cette tension dépend de plusieurs paramètres tels que la nature et le débit de gaz utilisé, mais aussi de l'usure des électrodes pour une part non négligeable. La puissance du plasma 9 est égale à la puissance fournie à la torche diminuée des pertes dans l'eau de refroidissement. L'usure des électrodes est donc fortement pénalisante. Elle dépend de leur géométrie, de l'efficacité de leur refroidissement, de leur coaxialité, de la nature et de la pureté des gaz.
  • Des équipements permettant de générer un plasma 9 d'arc 8 sont utilisés pour la projection thermique (traitement de surface), le chauffage de gaz ou la synthèse chimique. L'énergie fournie au(x) gaz par l'arc électrique permet de les échauffer à des températures supérieures à 10.000 K.
  • Le choix du ou des gaz plasmagènes est quasi illimité. Il est fonction des exigences du procédé (oxydation, nitruration, haute température en milieu réducteur, ....). L'éventail de puissance est très étendu, il va de quelques kilowatt à plusieurs méga-watt. Très souvent, le choix de la nature et du débit des gaz plasmagènes dicte la gamme de fonctionnement possible.
  • Une torche est donc souvent conçue pour une application donnée car sa technologie doit être compatible avec le choix du gaz plasmagène et la puissance de travail souhaitée.
  • Sa taille, sa forme et sa simplicité peuvent également prendre de l'importance s'il s'agit de travailler en milieu exigu ou hostile.
  • Les torches actuellement existantes, telles que décrites dans le document EP 0 002 623 , sont des ensembles complexes, comprenant au moins une dizaine de pièces (joints d'étanchéité, visserie et raccords en fluides exceptés). La coaxialité des électrodes dépend de l'empilement de pièces usinées avec des tolérances acceptables pour les joints d'étanchéité.
  • Le remplacement d'une ou des deux électrodes est une opération qui doit intervenir régulièrement (dans la plupart des cas après quelques dizaines d'heures de fonctionnement). Cette opération nécessite toujours le démontage/remontage de sous-ensembles et le changement des joints d'étanchéité.
  • A titre d'illustration trois exemples de torches à plasma connues sont ci-après commentés brièvement.
  • Une première torche connue fonctionne avec un mélange d'air/argon ou oxygène/argon, sa puissance est d'environ 100 kW. Elle est constituée de 15 pièces usinées, 21 joints, 22 vis et 6 raccords fluides. Les pièces d'usure régulière sont la cathode et l'anode, une bague isolante et une buse d'injection. Un minimum de maintenance (changement de l'anode) est nécessaire à moins de 100 heures de fonctionnement dans les meilleures conditions d'utilisation.
  • Une seconde torche connue a été développée pour l'hydropyrolyse d'hydrocarbures lourds. Les gaz plasmagènes sont de l'argon et de l'hydrogène qui sont mélangés à du méthane en sortie de torche. Cette torche s'apparente à une torche de projection thermique. On y trouve, excepté les raccords d'alimentation en fluide et la visserie, 10 pièces usinées et 7 joints toriques.
  • Comme troisième exemple, il est cité l'une des torches les plus simples commercialisée par la société SULZER METCO. C'est la torche de projection thermique F4-MB. Ce type de torche fonctionne classiquement avec de l'argon, de l'hélium et de l'azote seul ou en mélange. L'ajout d'hydrogéne est souvent utilisé pour gagner de la puissance (augmentation de la tension d'arc). On dénombre tout de même 8 pièces usinées, 14 joints toriques, 12 éléments de visserie et 3 raccords fluides.
  • La demande de brevet japonais JP 04-249 096 décrit une torche à plasma dans laquelle, afin de réduire la probabilité de création d'un arc entre l'anode et la cathode, les gaz plasmagènes suivent une voie qui leur permet de tourbillonner. A cette fin, un centreur 10a qui est une pièce placée entre l'anode et la cathode a une ouverture 106 qui va de la face sommet du centreur à une face latérale. Un autre conduit 102 situé entre l'anode et la pièce de centrage 10 permet de guider les gaz en provenance du conduit 106 vers le bas de l'anode.
  • Des conduits 107 joignent l'extérieur du centreur 10 à une cavité centrale 105 de celui-ci. Cette particularité permet de créer un jet tourbillonnant de gaz plasmagène. On obtient ainsi une usure plus régulière de la cathode.
  • Le document EP-0 002 623 A décrit une torche dans laquelle la cathode 13 est monté sur un support 23, mobile par rotation d'un écrou 26 dans une direction axiale. Il est ainsi possible de régler finement la valeur de l'enfer entre la cathode 13 et l'anode 14.
  • L'invention décrite dans ce document porte essentiellement sur des moyens pour imprimer à l'arc électriques entre anode et cathode une rotation régulière de façon à éviter l'usure rapide de l'électrode par raccrochage trop long de l'arc en des points donnés. Dans l'exemple représenté figure 1 ou 11, il s'agit d'un aimant 19 (fig. 1-11) générant un champ magnétique B (figure 4) parallèle à la direction axiale de la torche.
  • Selon une configuration (figure 8), il s'agit d'une arrivée tangentielle de gaz 32' dans une chambre de régulation d'écoulement 15.
  • Selon une configuration représentée (figure 11), le moyen est constitué par un volet hélicoïdal 40 placé sur le passage des gaz entre la chambre 15 et la tuyère 38.
  • Le refroidissement est assuré par de l'eau circulant dans des conduits 20-21 (figures 1, 8, 11).
    • Brève description de l'invention
  • La torche, selon l'invention, vise à simplifier au maximum le montage de la torche elle-même et, d'autre part, le remplacement périodique des pièces d'usure. Elle a été développée en particulier pour une application de chauffage de gaz dans un réacteur de postcombustion de gaz de pyrolyse de déchets radioactifs chlorés, fortement contaminés en émetteurs α. Ce réacteur est destiné à fonctionner dans une boîte à gant.
  • En milieu hostile (radioactif, avec obligation de travailler en boîte à gants ou au télémanipulateur), le travail doit être simplifié au maximum. L'échange standard de sous-ensembles est souvent préférable au démontage et au remontage de pièces isolées dans un ensemble complexe. Le temps d'intervention est plus court, la fiabilité d'un sous-ensemble neuf et contrôlé est bien meilleure que celle d'un ensemble complexe démonté et remonté
  • A cette fin, la torche à plasma selon l'invention est conçue en deux parties, une cartouche interchangeable jetable constituant un générateur de plasma destiné à s'insérer dans une structure de raccordement et maintien de la cartouche. Cette structure de raccordement et maintien de la cartouche a pour but de raccorder la cartouche à ses alimentations en gaz plasmagène, en fluide de refroidissement et en courants électriques. Cette structure comporte à cette fin des premiers moyens de raccordement de la cartouche.
  • Ces premiers moyens servent d'intermédiaires pour les alimentations en courants électriques, en eau et en gaz. Ces alimentations sont donc complètement désolidarisées de la cartouche plasma.
  • La structure comporte des second moyens coopérant ou non avec des moyens de fixation de la cartouche pour maintenir la cartouche mécaniquement raccordée aux premiers moyens d'alimentation en courants électriques eau et gaz.
  • L'invention est relative à une cartouche génératrice de plasma pour une torche à plasma, ayant les caractéristiques figurant dans la revendication 1, ainsi qu'une torche à plasma, ayant les carctéristiques figurant dans la revendication 19.
  • De la sorte le montage mécanique est réalisé avec une seule pièce d'assemblage auxiliaire, l'assembleur, par de simples opérations effectuées à la presse pour pousser selon une direction axiale les parties saillantes dans les parties creuses. Il sera vu plus loin qu'avec un outillage adapté une seule opération à la presse est nécessaires.
  • Dans le mode préféré de réalisation, les parties saillantes comporte une première et/ou une seconde couronne annulaire, cette première et/ou seconde couronne annulaire, venant s'emmancher dans une première et/ou une seconde gorge annulaire. Du fait de cette forme offrant une symétrie de révolution le montage se trouve simplifié puisqu'il suffit de positionner coaxialement les pièces à assembler avec l'assembleur, l'anode et/ou le support de cathode, pour réaliser l'emmanchement sans qu'il soit nécessaire de les indexer angulairement.
  • Selon une caractéristique avantageuse de ce mode préféré, un volume annulaire de refroidissement ménagé entre l'assembleur et l'anode reçoit un fluide de refroidissement au travers d'un conduit menant le fluide d'une surface extérieure de la cartouche mais préférentiellement de l'anode à ce volume annulaire. L'étanchéité du volume annulaire est obtenu par le fait que le diamètre extérieur de la couronne saillante a une valeur légèrement supérieure à celle de la gorge dans laquelle elle est emmanchée. De la sorte la cartouche selon l'invention ne nécessite pour l'alimentation en eau aucun joint ou conduit autre que ceux réalisés par perçage ou usinage ou moulage dans les pièces nécessaires au fonctionnement de la torche.
  • Dans le mode préféré de réalisation qui sera décrit ci-après l'assembleur est une pièce en matériau électriquement isolant comportant une couronne inférieure et une couronne supérieure coaxiales. La couronne inférieure est emmanchée dans une gorge du support, la couronne supérieure est emmanchée dans une gorge de l'anode. Cette gorge de l'anode est périphérique d'une couronne de l'anode. Cette couronne de l'anode loge la cavité centrale de l'anode. Dans ce mode de réalisation les dimensions radiales intérieures de l'assembleur sont supérieures sur au moins une partie axialement centrale à celle de la couronne de l'anode logeant la cavité centrale. Un volume annulaire pour la circulation d'un fluide de refroidissement de l'anode est ainsi ménagé entre cette couronne de l'anode et l'assembleur. Ce volume est en communication avec des conduits d'amenée et d'évacuation du fluide de refroidissement, par l'intermédiaire de conduits percés dans l'anode, l'assembleur, ou encore le support.
  • De façon préférentielle également la cartouche assemblée selon l'invention comporte un volume annulaire de distribution de gaz recevant des conduits de gaz plasmagènes et distribuant le gaz reçu, autour de la cathode, par l'intermédiaire de trous débouchant soit sur des lumières ou une gorge terminale de distribution de gaz. L'étanchéité au gaz est obtenue par le fait que l'espace inter électrode comporte une pièce de révolution en matériau isolant emmanchée en assemblage serré autour de la cathode, d'une part et à l'intérieur de la cavité de l'anode d'autre part. Le volume annulaire de distribution est constituée par une gorge radiale qui peut être située soit sur l'anode, soit sur la pièce isolante de révolution soit encore à la fois sur l'anode et sur la pièce isolante de révolution. De la sorte la cartouche selon l'invention ne nécessite pour l'alimentation en gaz aucun joint ou conduit, autre que ceux réalisés par perçage ou usinage ou moulage, dans les pièces nécessaires au fonctionnement de la torche.
  • D'autres avantages et intérêts de l'invention apparaîtront lors de la description d'un mode préféré et de variantes de réalisation qui vont être fait ci-après en regard des dessins annexés.
    • Brève description des dessins
    • la figure 1, déjà commentée illustre le principe d'une torche à plasma ;
    • la figure 2 représente une coupe axiale d'une cartouche assemblée selon l'invention ;
    • la figure 3 représente une coupe axiale d'un support de cathode et d'une partie inférieure d'un assembleur assemblé avec ce support ;
    • la figure 4 représente une vue de dessus du support représenté figure 3 ;
    • la figure 5 représente une coupe axiale d'un centreur de cathode et une cathode assemblée avec ce centreur ;
    • la figure 6 représente une vue de dessus du centreur et de la cathode représentés figure 5 ;
    • la figure 7 représente une vue de dessus d'une variante du centreur et de la cathode représentés figure 5 ;
    • la figure 8 représente une coupe axiale d'une anode, d'un insert assemblé sur cette anode et d'une partie supérieure d'un assembleur assemblé avec cette anode ;
    • la figure 9 représente une vue de dessus de l'anode et de l'insert représentés figure 8 ;
    • la figure 10 représente une coupe axiale d'un assembleur ;
    • la figure 11 représente une coupe axiale d'une structure de raccordement et maintien d'une cartouche selon l'invention assemblé avec une dite cartouche représentée schématiquement ;
    • la figure 12 est une coupe axiale selon un plan perpendiculaire au plan de la figure 13 ; et
    • la figure 13 est une vue de face de la structure 80 assemblée avec la cartouche 100, avec une coupe axiale partielle dans le coin supérieur droit.
    Description d'un mode préféré de réalisation
  • Un exemple de cartouche 100 selon l'invention, sera maintenant décrit en liaison avec la figure 2. Dans cet exemple de réalisation, la cartouche 100 et les pièces qui la composent, présentent des formes ayant une symétrie de révolution autour d'un axe AA' constituant l'axe de la cartouche.
  • Les pièces, qui assemblées, constituent ensemble une cartouche 100 selon l'invention, sont au nombre de 6. Il s'agit :
    • d'une tuyère anode en cuivre électrolytique 1
    • d'un support cathode en cuivre électrolytique 2
    • d'une cathode en tungstène dopé 3
    • d'un diffuseur centreur cathode en matière plastique 4
    • d'un assembleur en matière plastique 5
    • d'un insert céramique 6.
  • Lorsqu'elles sont assemblées, les pièces 1 à 6 ménagent entre elles de façon connue et représentée figure 1, un canal de circulation de gaz 7, un espace inter électrode où peut se créer un arc 8. Le plasma 9 (non représenté sur la figure 2) est éjecté par une tuyère 13 de l'anode 1.
  • Chacune de ces pièces ainsi que leur mode d'assemblage seront maintenant décrits.
  • Le support de cathode 2 décrit ci-après, en liaison avec les figures 3 et 4, est une pièce de forme cylindrique ayant une symétrie de révolution autour de l'axe AA'. Il comporte une base ou surface inférieure 21 de forme circulaire située dans un plan perpendiculaire à l'axe AA'. Le côté opposé à la base 21 comporte, du centre vers la périphérie, un alésage central 23, avec une surface latérale 34 et un fond 35, une gorge 24 circulaire de révolution autour de AA', ayant deux bords latéraux 25, 26, un bord interne 25 et un bord externe 26, ainsi qu'un fond 27. Un ou plusieurs trou(s) traversant(s) 28 joint (joignent) le fond 27 de la gorge 24 à la base 21. Entre la gorge 24 et l'alésage 23, le support 2 comporte une couronne 29, ayant une surface supérieure 30 située dans un plan parallèle à la base 21. Les bords latéraux de cette couronne sont constitués par le bord latéral interne 25 de la gorge 24 et la face latérale 34 de l'alésage 23. Dans une variante de réalisation où le gaz plasmagène est introduit au travers du support 2, le support comporte un ou plusieurs conduits traversants 75, joignant au travers de la couronne annulaire 29 jouxtant l'alésage central 23, la surface inférieure 21 à la surface supérieure 30 de cette couronne 29. Un tel conduit 75 est représenté en pointillés figure 3. Enfin, le support 2 comporte une couronne périphérique 22 ayant une face latérale externe 36 de diamètre égal à celui de la base 21 et une face supérieure 37. Les bords latéraux de la couronne 22 sont constitués par la face latérale externe 36 du support 2 et par la face latérale externe 26 de la gorge 24.
  • Du point de vue des dimensions, le diamètre de l'alésage 23 est suffisant pour recevoir en ajustage serrant la cathode 3 qui sera décrite plus loin. L'ajustage est suffisamment serrant pour assurer un bon contact électrique entre le support de cathode 2 et la cathode 3. La surface de contact entre la cathode et l'anode doit être aussi grande que possible pour assurer le passage d'un courant de plusieurs centaines d'ampères pratiquement sans pertes. La largeur de la gorge 24, c'est-à-dire la différence entre les rayons des bords externe 26 et interne 25 est supérieure à la largeur (c'est-à-dire la différence entre le rayon externe et le rayon interne de la couronne) d'une première couronne 51 de l'assembleur 5. Par contre, le diamètre de la paroi externe 26 de la gorge 24 est inférieur au diamètre externe de cette couronne 51 de l'assembleur 5 en sorte que cette couronne 51 de l'assembleur 5 puisse être emmanchée serrée dans la gorge 24. L'assembleur 5 dont la couronne 51 d'assemblage est représentée figure 3 sont décrits plus loin.
  • La cathode 3 et le centreur 4 seront maintenant décrits en référence aux figures 5 et 6 dans lesquelles ces pièces apparaissent en position assemblée.
  • La cathode 3 est de forme cylindrique à base circulaire plate 31 et à tête conique 32. Elle est incluse dans un centreur 4 de cathode, représenté figures 5 et 6 en position autour de la cathode 3.
  • Le centreur 4 a aussi une forme circulaire de révolution autour de AA'. Il comporte une partie cylindrique basique 41, prolongée par une partie cylindrique 42 de diamètre extérieur plus faible. Le diamètre intérieur du centreur 4 est constant sur toute la hauteur du centreur à l'exception, dans une première variante de réalisation, du diamètre d'une partie terminale supérieure 43 situé du côté opposé à la base 41, dont le diamètre est légèrement supérieur au diamètre intérieur de la base 41 et de la prolongation cylindrique 42. Le centreur 4 comporte des trous traversants. Dans le mode préféré de réalisation ces trous joignent la face extérieure 50 à la surface supérieure 49 du centreur 4, sur laquelle ils débouchent au niveau de lumières 95 représentées figure 7. Dans ce mode de réalisation préféré les axes des trous sont inclinés sur l'axe AA', mais non compris dans un plan contenant l'axe AA', de manière à provoquer une injection tangentielle des gaz, induisant un tourbillon appelé vortex qui va forcer le pied d'arc à tourner dans l'anode de façon à ne pas rester accroché en un point préférentiel. Dans la variante avec gorge annulaire axiale 45, ces trous traversant 44 sont percés dans la partie 43 du centreur 4, à une hauteur axiale se situant de préférence à la jonction avec la partie 42. Il sera vu plus loin que ces trous 44 sont destinés à ménager un passage de gaz plasmagène vers l'espace inter électrode. Lorsque le ou les points d'arrivée de gaz se situent sur le support 2, il est avantageux de prévoir des passages de gaz menant de la surface inférieure du centreur 4 aux moyens de répartition du gaz plasmagène, ces moyens étant comme il sera vu plus tard soit une gorge axiale 45 soit les lumières 95. Ces passages peuvent être constitués soit par des conduits axiaux 74 soit par des gorges axiales extérieures 64 ou intérieures 68, ou encore par des combinaisons de conduits 74, gorges intérieures 68 ou gorges extérieures 64.
  • Les surfaces planes du centreur 4 perpendiculaires à l'axe AA', sont constituées par les surfaces inférieure 46 et supérieure 47 de la partie basique 41 du centreur 4. La surface inférieure 46 de la base 41 est délimitée par deux cercles concentriques, le diamètre du cercle interne étant égal au diamètre interne du centreur 4, le diamètre externe de cette surface inférieure 46 étant égal au diamètre externe de la partie basique 41. Lorsque le gaz plasmagène est introduit au travers du support 2, la surface inférieure 46 du centreur 4 peut comporter une gorge dans laquelle débouchent les passages 64, 68 ou 74. En position assemblé, cette gorge est en communication avec les conduits 75 du support 2. La surface supérieure 47 de la partie basique 41 du centreur 4 est délimitée par deux cercles concentriques, le diamètre du cercle externe est égal au diamètre extérieur de la partie basique 41 et le diamètre du cercle intérieur est égal au diamètre extérieur de la prolongation 42 du centreur 4. Les surfaces planes du centreur 4 perpendiculaires à l'axe AA' sont également constituées, dans l'une des variantes du centreur 4 par le fond 48 d'une gorge 45 et enfin par la surface supérieure 49 du centreur 4.
  • Le fond de gorge 45 est délimité par un cercle extérieur dont le diamètre est égal au diamètre intérieur de la partie terminale 43 et dont le diamètre intérieur est égal au diamètre externe de la cathode 3.
  • Enfin, la surface intérieure axiale du centreur 4 est constituée par deux surfaces cylindriques, une surface inférieure 39 correspondant aux parties 41 et 42 dont le diamètre est légèrement inférieur au diamètre de la cathode 3, et dans la variante avec gorge 45, par une surface supérieure 40, correspondant à la partie 43 dont le diamètre est supérieur au diamètre de la cathode 3. Les surfaces latérales extérieures du centreur 4 sont au nombre de 2, une surface latérale inférieure 38 correspondant à la base 41 et une surface latérale supérieure 50 correspondant aux parties 42, 43.
  • Du point de vue des dimensions, le diamètre intérieur du centreur 4 est, comme indiqué ci-dessus légèrement inférieur au diamètre extérieur de la cathode 3, en sorte que cette cathode 3 puisse être emmanchée en serrage dans le centreur 4. Dans le mode de réalisation préféré, le diamètre de la surface latérale inférieure 38 est égal aux diamètres de la surface 25 du support 2 et d'une surface latérale 125 d'une partie de l'anode 1, dont il sera parlé plus loin. Ces trois surface 25, 38 et 125 sont ainsi dans le même alignement une fois l'assemblage réalisé. Dans la variante comportant une gorge supérieure 45, le diamètre intérieur de la partie terminale 43 est supérieur au diamètre de la cathode 3, en sorte que la cathode 3 et la partie terminale 43 forment ensemble la gorge 45. Il sera vu plus loin, que cette gorge 45 reçoit par l'intermédiaire des trous traversants 44, un gaz plasmagène.
  • Des variantes de ce centreur 4 seront maintenant décrites en liaison avec les figures 5 et 7. Le centreur 4 a pour fonction de centrer et d'isoler électriquement la cathode 3 par rapport à l'anode 1. Cette fonction est assurée par la surface latérale extérieure 50 de la partie supérieure 42, qui comme cela sera vu plus tard lors de la description de la cartouche 100 assemblée, vient en appui en assemblage serré sur un alésage de l'anode. Les variantes qui vont être décrites ci-après sont relatives à une autre fonction du centreur qui est une fonction de distribution du gaz plasmagène de façon bien répartie dans le volume annulaire entre l'anode 1 et la cathode 3. Dans le mode décrit ci-dessus le gaz plasmagène est amené aux trous 44 par un ou plusieurs conduit(s) 127 de l'anode 1 débouchant face aux trous 44 ou préférentiellement dans une gorge radiale 135 de l'anode 1 située face aux trous 44.
  • Selon une première variante de réalisation, l'introduction du gaz plasmagène peut être réalisée différemment.
  • Dans cette première variante représentée en vue de dessus figure 7, le diamètre intérieur du centreur 4 est constant, de la surface inférieure 46 à la surface supérieure 49. La répartition du gaz plasmagène en provenance de conduits 127 de l'anode 1 est assurée par une gorge annulaire radiale 148 du centreur 4 représentée en pointillés figure 5. Une gorge est dite radiale lorsqu'elle est creusée à partir d'une surface parallèle à l'axe AA'. La gorge est dite axiale si elle est creusée à partir d'une surface perpendiculaire à l'axe. Selon cette variante, le centreur 4 a plusieurs trous 144 non nécessairement traversants. Ces trous sont percés à partir de la gorge 148. Ils débouchent chacun sur une lumière axiale 95', joignant dans cette variante la surface supérieure 49 du centreur 4 aux trous 144.
  • Selon une seconde variante les gorges 148 et 45 sont présentes, les lumières 95 ne sont pas nécessaires. Les trous 144 sont traversants et joignent les gorges 148 et 45.
  • Enfin selon une troisième variante les trous 144 sont percés directement à partir de la surface latérale 50 de la partie supérieure 42 du centreur 4.Il sera vu plus loin que les trous 144 débouchent au niveau d'une gorge 135 annulaire radiale de l'anode 1 recevant un ou plusieurs conduits de gaz plasmagène. A l'autre extrémité les trous 144 débouchent soit sur des lumières 95 comme dans la première variante ou sur la gorge axiale 45. Les gorges 135 de l'anode et 148 du centreur 4 peuvent être présentes simultanément.
  • Si comme vu plus haut le gaz plasmagène est introduit au travers du centreur la jonction avec les moyens de répartition du gaz, 45, 95,se fait par des conduits axiaux 74 ou encore par des gorges axiales extérieures 64 ou intérieures 68. L'étanchéité est obtenue par le fait que le centreur est emmanché suffisamment serré dans la cavité annulaire 10 de l'anode 1, ou que la cathode 3 est emmanchée suffisamment serrée dans le centreur.
  • L'anode 1 et son insert céramique 6 seront maintenant décrits en liaison avec les figures 8 et 9.
  • L'anode 1 est également une pièce de révolution autour de l'axe AA'. Elle comporte une cavité centrale 10 d'axe AA'. Cette cavité est traversante et s'étend axialement d'une face supérieure 11 de l'anode à une partie 134 d'une face inférieure 12 de l'anode 1. La face inférieure 12 de l'anode 1 se situe à l'opposé de la face supérieure 11 et se compose de plusieurs parties situées axialement à différents niveaux. De la face supérieure 11 à la partie 134 de la face inférieure 12, la cavité 10 comporte une partie cylindrique supérieure 13 dont le diamètre est représenté sur les figures 8 et 9 sensiblement égal au diamètre de la cathode 3. Cette disposition n'est nullement obligatoire. Le diamètre et la longueur de la partie 13 doivent, de façon connue, être adaptés à la nature et au débit du gaz plasmagène utilisé, à la puissance de travail, et aux vitesses de gaz souhaitées en sortie de tuyère. Vient ensuite une partie tronconique 14. le diamètre de la partie supérieure de la partie 14 est égal au diamètre de la partie 13. Le diamètre de la partie inférieure de la partie tronconique 14 est supérieur à celui de la partie 13. Enfin, vient une partie inférieure 15 cylindrique s'étendant axialement de la base inférieure 16 de la partie tronconique 14 à la partie 134 de la face inférieure 12 de l'anode 1. Le diamètre de cette partie 15 de la cavité 10 est supérieur au plus grand diamètre de la partie tronconique 14. Les parties tronconique 14 et cylindrique 15 sont reliées par un méplat 17. L'insert céramique 6 est logé dans la cavité 10, dans le haut de la partie 15. Cette pièce simple sera maintenant décrite avant de continuer la description de l'anode 1. L'insert 6 est une bague en forme de tore, engendré par un rectangle en rotation autour de l'axe AA'. La largeur du rectangle est égale à la largeur du méplat 17. Cette largeur du méplat 17 résulte elle-même de la différence entre le rayon de la partie inférieure 15 et le rayon de la base inférieure 16 de la partie tronconique 14.
  • Cet insert 6 est inséré en ajustage serré de telle sorte que sa surface supérieure 61 vienne en appui sur le méplat 17, de l'anode 1. La surface latérale extérieure 62 de l'insert est en appui sur la surface latérale 18 de la partie 15 de la cavité 10 de l'anode 1.
  • L'extérieur de l'anode 1, comprend la face supérieure 11 délimitée par deux cercles. Le diamètre du cercle extérieur est de préférence égal au diamètre extérieur du support 2, le diamètre du cercle intérieur de la surface supérieure 11 est égal au diamètre de la partie supérieure 13 de la cavité 10. L'extérieur de l'anode 1 comprend également une face extérieure cylindrique 19. La face inférieure 12 comprend plusieurs parties situées axialement à des niveaux différents. De l'extérieur vers l'axe AA', on trouve successivement une première couronne 121. Le diamètre extérieur de cette couronne 121 est égal au diamètre du cylindre périphérique 19. Le diamètre intérieur de cette couronne 121 est de préférence égal au diamètre extérieur de la paroi extérieure 26 de la gorge 24 du support 2. la surface inférieure 133 de cette couronne est une surface plane perpendiculaire à l'axe AA'. La surface inférieure 133 est une partie de la surface inférieure 12 de l'anode 1.
  • On trouve ensuite une gorge 122. Cette gorge a une surface de fond de gorge 124, perpendiculaire à l'axe AA'. Cette surface 124 est une partie de la surface inférieure 12 de l'anode 1. Cette gorge 122 a une paroi cylindrique extérieure 126 dont le diamètre est égal au diamètre intérieur de la première couronne 121. Ce diamètre est de préférence égal au diamètre de la paroi extérieure 26 de la gorge 24 du support 2. Le diamètre intérieur de la gorge axiale 122 est de préférence égal au diamètre de la paroi cylindrique intérieure 25 de la gorge 24 du support 2.
  • On trouve enfin une seconde couronne 123. Cette couronne 123 a une surface inférieure 134, perpendiculaire à l'axe AA'. Cette surface inférieure 134 est une partie de la surface inférieure 12 de l'anode 1. La couronne 123 a une paroi cylindrique extérieure 125 dont une partie constitue la paroi cylindrique intérieure de la gorge 122.
  • La paroi cylindrique 125 a un diamètre de préférence égal au diamètre intérieur de la paroi 25 de la gorge 24 du support 2.
  • Un ou plusieurs premier(s) conduit(s) 127 ayant chacun deux extrémités 128, 129 percé(s) dans l'anode 1 permet(tent) un passage de fluide de l'une des parois extérieures 11, 19 de l'anode 1, vers la paroi intérieure 18 de la cavité 10. Dans l'exemple représenté en liaison avec les figures 8 et 9, le conduit 127 mène de sa première extrémité 128, au niveau de la surface supérieure 11 à sa seconde extrémité 129 située au niveau de la paroi 18 de la partie inférieure 15 de la cavité 10. Il débouche dans cette cavité 10 à un niveau axial situé sous l'insert 6. Ce ou ces premiers conduits 127 sont prévus pour la distribution du gaz plasmagène. Selon une variante évoquée plus haut en liaison avec la description du centreur 4 et de ses variantes, ce ou ces conduits peuvent alternativement déboucher dans une gorge radiale annulaire 135 creusée à partir de la surface latérale 18 de la cavité 10 de l'anode 1, au lieu de déboucher directement sur cette surface 18. Dans le mode de réalisation préféré représenté figures 8 et 9 le ou les conduit(s) 127 sont parallèles à l'axe AA', ils se situent dans la couronne 123 recelant la cavité centrale 10, et ils débouchent dans la gorge 135.
  • Il convient de noter que selon des variantes l'extrémité extérieure 128, des premiers conduits 127 ou au moins d'une partie d'entre elles peut se situer sur une paroi extérieure de la cartouche 100 sans que cette paroi soit une paroi de l'anode 1. Ce pourrait être par exemple un conduit (non représenté) parallèle à l'axe AA' remontant de la base du support 2 au travers de ce support et du centreur 4. Selon une variante de ce mode de réalisation une partie du ou des conduits 127, pourraient être constitués par des gorges axiales du centreur 4 parallèles à l'axe AA'.
  • Un ou plusieurs second conduit(s) 130 ayant chacun deux extrémités 131, 132, mène(nt) de l'une des parois extérieures 11, 19 de l'anode 1, vers la gorge 122. Dans l'exemple représenté en liaison avec les figures 8 et 9, le conduit 130 a sa première extrémité 131 au niveau du cylindre périphérique 19 et sa seconde extrémité 132 débouche dans la gorge 122 au niveau du fond 124 de cette gorge.
  • Il convient de noter que selon des variantes l'extrémité extérieure 131 des seconds conduits ou au moins d'une partie d'entre elles peut se situer sur une paroi extérieure de la cartouche 100 sans que cette paroi soit une paroi de l'anode 1. Ce pourrait être par exemple une paroi extérieure de l'assembleur 5 ou du support 2.
  • Le mode d'assemblage et l'assemblage des pièces 1-6, constituant ensemble une cartouche 100 pour torche plasma selon l'invention, seront maintenant décrits en liaison avec les figures 2, 3, 5 et 8.
  • Tout d'abord, l'assembleur 5 sera décrit en liaison avec les figures 3, 8 et 10.
  • Sur les figures 3 et 8 les parties inférieure et supérieure de l'assembleur 5 ont été représentées afin de montrer cet assembleur 5 en position par rapport au support 2 (figure 3) et à l'anode 1 (figure 8) respectivement.
  • L'assembleur 5 est représenté en coupe axiale figure 10.
  • L'assembleur 5 comporte une couronne cylindrique inférieure 51. Le diamètre de la surface cylindrique extérieure 52 de cette couronne 51 est légèrement supérieur au diamètre de la paroi 26 de la gorge 24 du support 2, de façon que cette couronne 51 puisse être emmanchée en assemblage serré dans cette gorge 24. Le diamètre de la paroi intérieure 53 de cette couronne 51 est supérieur, au moins pour la partie qui, en position assemblée, est emmanchée dans cette gorge 24, au diamètre de la paroi intérieure 25 de la gorge 24 du support 2. De la sorte un volume 77 annulaire axial est ménagé entre ces deux parois 25, 53. La couronne 51 a une surface inférieure 59 perpendiculaire à l'axe AA'. En position assemblée cette surface 59 n'est pas au contact de la surface 27 du fond de la gorge 24. De la sorte un volume annulaire 73 est ménagé entre ces deux surfaces.
  • Cette couronne 51 est prolongée par une partie centrale 54 également en forme de couronne. Le diamètre de la paroi intérieure 55 de cette couronne 54 est supérieur au diamètre de la paroi cylindrique 125 de l'anode 1. De la sorte un volume annulaire axial 72 est ménagé entre ces deux parois 55, 125. Il est rappelé que la paroi 125 s'étend axialement du fond 124 de la gorge 122 de l'anode 1 à la surface inférieure 134 de la seconde couronne 123 de l'anode 1. Cette surface inférieure 134 constitue la surface la plus inférieure de l'anode 1.
  • La partie supérieure de l'assembleur 5 représentée en position assemblée, figure 8, est également en forme d'une couronne 56. Le diamètre de la paroi extérieure 57 de cette couronne est supérieur au diamètre extérieur de la paroi extérieure 126 de la gorge 122, de l'anode 1. La différence de dimension entre le diamètre de la paroi extérieure 57 de la couronne 56 et le diamètre de la paroi 126 est telle que cette couronne 56 peut être emmanchée en assemblage serré dans la gorge 122.
  • Le diamètre de la paroi intérieure 58 de la couronne 56 est supérieur au diamètre de la paroi 125 de l'anode 1. De la sorte un volume 76 annulaire axial est ménagé entre ces deux parois 58, 125. Il est rappelé que cette paroi 125 de l'anode 1 s'étend axialement du fond 124 de la gorge 122 à la partie 134 de la surface inférieure 12 de l'anode 1, qui se trouve au plus bas niveau de l'anode. La couronne 56 a une surface supérieure 60. En position assemblée cette surface 60 n'est pas au contact de la surface 124 du fond de la gorge 122. De la sorte un volume annulaire 71 est ménagé entre ces deux surfaces.
  • La partie centrale de l'assembleur 5 a une surface supérieure 65, une surface inférieure 66 toutes deux perpendiculaires à l'axe AA', et une surface latérale extérieure 67.
  • La surface supérieure 65 de la partie centrale 54 de l'assembleur 5 est délimitée par un cercle ayant pour diamètre le diamètre extérieur de la couronne 56 et un cercle ayant pour diamètre le diamètre de la surface latérale extérieure 67 de la partie centrale 54.
  • De même, la surface inférieure 66 de la partie centrale 54 de l'assembleur 5 est délimitée par un cercle ayant pour diamètre le diamètre extérieur de la couronne inférieure 51 et un cercle ayant pour diamètre le diamètre de la surface latérale extérieure 67.
  • Les cercles de délimitation des surfaces supérieure 65 et inférieure 66 sont concentriques. Dans l'exemple représenté sur les figures le diamètre intérieur de la cavité centrale axiale 69 est constant en sorte que les surfaces intérieures axiales 58, 55, 53 de cette cavité ne forment qu'une seule et même surface. Cette caractéristique simplifie la fabrication mais elle n'est nullement obligatoire.
  • En résumé l'assembleur 5 se présente comme une pièce de révolution ayant une cavité centrale axiale 69 traversante. Il comporte une partie centrale 54 d'où jaillissent vers le haut et vers le bas des parties cylindriques 56, 51 respectivement de diamètre extérieur plus petit que le diamètre extérieur de la partie centrale 54. Il sera vu plus tard que, dans un premier exemple de réalisation de la structure de maintien, l'épaulement formant la partie centrale 54 est utilisé pour loger des trous traversants et des trous taraudés. Dans ce mode de réalisation ces trous forment une partie des moyens de fixation de la cartouche 100 à la structure de maintien et raccordement. L'autre partie de ces moyens est constituée par des trous taraudés ou non de la structure de maintien et raccordement et de vis ou boulons ou écrous. Dans ce mode de réalisation la partie centrale 54 assure une autre fonction. L'une des surfaces supérieure 65 ou inférieure 66 sert de butée d'assemblage. Dans l'exemple représenté figure 2, la surface inférieure 133 de la couronne 121 de l'anode 1 vient en butée sur la surface supérieure 65 de la partie centrale 54. Par contre un jeu fonctionnel est ménagé entre la surface supérieure 37 de la couronne 22 du support 2 de la cathode 3 et la surface inférieure 66 de la partie centrale 54. Grâces à cette butée 65 et à un dimensionnement adapté des gorges 122 et 24 et des longueurs axiales des couronnes 56, 51 on est sûr de ménager les espaces annulaires 71 et 73. La même fonction de butée pourrait être obtenu en donnant aux fonds de gorge 122 ou 24 une forme arrondie ou conique, la largeur au fond de la gorge diminuant avec la profondeur de pénétration. Le jeu fonctionnel permet également d'assurer le contact entre les surfaces 30 du support 2 et 46 du centreur 4, de même qu'entre les surfaces 134 de l'anode 1 et 47 du centreur 4.
  • Selon une variante de réalisation, l'assembleur 5 peut être constitué par un cylindre droit ayant une cavité centrale axiale les diamètres intérieur et extérieur de l'assembleur étant constants de la surface inférieure 59 à la surface supérieure 60.
  • L'assemblage de la torche sera maintenant décrit.
  • L'insert 6 est placé en position comme décrit plus haut dans l'anode 1. La cathode 3 est insérée dans l'alésage 23 du support 2, la face inférieure 31 de la cathode venant au contact du fond 35 de l'alésage 23, la face latérale de la cathode étant au contact grâce à un assemblage serré de la surface latérale 34 de l'alésage 23. De la sorte un contact électrique entre la cathode 3 et le support 2 est assuré sur toutes les surfaces en regard du support 2 et de la cathode 3. Le centreur 4 est placé autour de la cathode 3 comme décrit plus haut. La face inférieure 46 du centreur 4 se trouve au contact de la face supérieure 30 de la couronne 29. L'assembleur 5 est alors mis en position sous presse, la gorge 122 de l'anode 1 recevant la couronne 56 de l'assembleur 5. La partie supérieure de la couronne 56 et/ou les bords de la gorge 122 peuvent être biseautés ou chanfreinés pour faciliter l'introduction. Lorsque l'assembleur 5 est en place la surface inférieure 133 de la couronne 121 de l'anode 1 est en butée contre la surface supérieure 65 de la partie centrale 54 de l'assembleur 5. La surface supérieure 60 de l'assembleur 5 n'est pas au fond de la gorge 122 ce qui fait qu'un volume annulaire 71 est, comme déjà signalé plus haut, ménagé entre la surface inférieure 124 de la gorge 122 de l'anode 1 et la surface supérieure 60 de la couronne 56. L'anode 1 et son insert 6 ainsi assemblé avec l'assembleur 5 est alors assemblé avec l'ensemble support 2, cathode 3 et centreur 4, la couronne 51 venant s'insérer à la presse dans la gorge 24 du support 2. Pour faciliter l'insertion, le bas de la couronne 51 et le haut de la gorge 24 peuvent être biseautés ou chanfreinés. Lorsque l'opération d'emmanchement est terminée, un jeu fonctionnel subsiste comme représenté de façon exagérée figure 2, entre la surface inférieure 66 de la partie centrale 54 de l'assembleur 5 et la face supérieure 37 de la couronne 22 du support 2. La surface inférieure 59 de la couronne 51 de l'assembleur 5 n'est pas au contact du fond de gorge 27 de la gorge 24, un volume annulaire 73 se trouve donc, comme déjà signalé plus haut, ménagé entre les surfaces inférieures 59 de la couronne 51 et 27 du support 2. Il sera vu ultérieurement que ce volume annulaire 73 ménagé entre ces deux surfaces est destiné à recueillir l'eau de refroidissement.
  • Le fonctionnement de la torche sera maintenant explicité.
  • En tant que torche, le fonctionnement est le fonctionnement habituel d'une torche, par contre le circuit d'arrivée d'eau de refroidissement et le circuit de gaz plasmagène seront maintenant commentés. Il est tout d'abord rappelé, que dans l'exemple représenté les parois intérieures 53 de la couronne inférieure 51, 55 de la partie centrale 54 et 58 de la couronne supérieure 56 de l'assembleur 5 sont alignées. Il est rappelé également que le diamètre intérieur de l'assembleur 5 est supérieur au diamètre extérieur de la couronne 123 de l'anode 1, au diamètre de la surface latérale extérieure 38 du centreur 4 et au diamètre de la paroi intérieure de la gorge 24 du support 2 en sorte qu'un volume annulaire 72 est ménagé. Ce volume annulaire 72 s'étend axialement de la partie supérieure 60 de la couronne 56 à la partie inférieure 59 de la couronne 51 de l'assembleur 5. Dans le cas le plus général ce volume annulaire est formé des volumes annulaires 76, 72 et 77 et d'éventuels volumes annulaires de raccordement entre ces différentes parties de volume. L'eau est amenée par l'ouverture 131, et au travers du conduit 130 sur la surface extérieure de l'anode 1, l'extrémité intérieure 132 du conduit 130 débouche dans le volume annulaire 71 ménagé entre les surfaces 124 et 60 de la gorge 122 et de la couronne 56 respectivement. Cette eau peut s'écouler le long de la paroi intérieure 125 de l'anode 1 au travers du ou des volumes annulaires 72 jusqu'au volume annulaire 73 ménagé entre le bas de la couronne annulaire 51 et le fond 27 de la gorge 24. Cette eau s'écoule par le ou les conduit(s) 28 ménagé(s) dans le bas de la gorge annulaire 24. On voit ainsi, que le circuit d'eau est assuré sans joint d'étanchéité interne à la torche, grâce à l'assemblage serré des couronnes 51 et 56 dans les gorges 24 et 122 respectivement. Naturellement les arrivées et départs d'eau pourraient être placés différemment l'essentiel étant qu'une circulation d'eau refroidisse une couronne de l'anode 1.
  • De même, l'arrivée de gaz plasmagène par l'ouverture 128 de l'anode 1 se fait sans joint d'étanchéité, le gaz débouchant par les conduits 44 ou 144 dans les ouvertures 95 disposées autour de la cathode 3 sur le centreur 4, ou dans la gorge 45, selon les variantes de réalisation. La torche assemblée selon l'invention ne comprend donc que six pièces, l'anode 1, le support 2, la cathode 3, le centreur 4, l'assembleur 5 et l'insert 6. L'assemblage de cette torche peut être effectué avec moins d'opérations à la presse si l'on dispose d'outillage spécialisé de maintien latéral des pièces à assembler.
  • Du point de vue des fonctions des différentes pièces composant la cartouche 100 assemblée on observera que si la cathode 3 est suffisamment serrée dans l'alésage 23 du support 2, le support 2 la cathode 3 le centreur 4 dont la partie 42 est serrée dans la cavité 10 de l'anode 1, et l'anode 1 forment un ensemble assemblé. Dans ces conditions l'assembleur 5 en coopération avec les gorges 24 du support 2 et 122 de l'anode peut n'être considéré que comme une partie du circuit d'eau. Il sera vu aussi plus tard que l'assemblage de la cartouche 100 peut être consolidé par le montage de la cartouche 100 en position dans la structure de maintien et raccordement.
  • On observera aussi que si la cartouche 100 est aussi simple, cela tient à l'architecture globale de la cartouche. Ainsi le circuit de gaz plasmagène se trouve entièrement dans une partie centrale de la cartouche 100 assemblée. Il peut s'agir d'une partie centrale de l'anode 1, en forme de couronne 123, cette couronne jouxtant immédiatement la cavité centrale 10 de l'anode. Il peut s'agir aussi de conduits 75 traversants le support 2 pour être en communication avec les passages 64, 68, 74 du centreur. Le circuit d'eau se trouve lui à la périphérie de cette même couronne 123 jouxtant la cavité centrale 10 en sorte qu'il n'y a pas de croisement des circuits d'eau et de gaz.
  • Il convient de remarquer que l'assembleur a été présenté comme une pièce distincte du support. Ceci est dû au fait que l'assembleur qui joint le support réalisé dans un matériau conducteur au contact de la cathode est au contact de l'anode. Il est donc réalisé dans un matériau isolant électriquement pour éviter un court circuit entre l'anode et la cathode. Il est évidemment possible de réaliser le support dans un matériau isolant comportant des traversées conductrices pour connecter la cathode. Dans ce cas on peut considérer que l'assembleur est constitué par les parties en matériau isolant et le support par les parties en matériau conducteur.
  • Quelques indications relative aux matériaux des composants de la cartouche 100 seront maintenant apportées.
  • L'anode 1, et le support de cathode 2 qui dans l'exemple de réalisation sont en cuivre électrolytique pourraient être réalisés dans tout matériau, par exemple métallique, conducteur de l'électricité et permettant l'évacuation de flux thermiques très élevés.
  • Le tungstène dopé de la cathode 3 pourrait être usiné dans tout matériau métallique présentant un faible potentiel d'extraction des électrons.
  • Le diffuseur centreur 4 peut être usiné dans tout matériau plastique pour les besoins d'assemblage, et présentant une bonne tenue au gonflement à l'eau, un fort caractère diélectrique et une bonne tenue mécanique au rayonnement et à la température.
  • Le corps assembleur 5 peut-être usiné dans un matériau plastique pour les besoins d'assemblage par simple pression plastique.
  • L'insert isolant 6 peut être usiné dans un matériau céramique présentant une bonne tenue aux chocs thermiques, au rayonnement et doté d'un fort caractère diélectrique, par exemple du nitrure de bore.
  • Il a été vu que les assemblages sont du type emmanchement serré réalisé sous presse, ce qui sous-entend un couple de matériau adapté : Dans le cas de la torche présenté, les assemblages sont constitués par des couples plastique - alliage de cuivre ou alliage de tungstène - alliage de cuivre.
  • D'autres couples de matériaux peuvent être envisagés, en particulier des matériaux céramiques pourrait remplacer les matériaux plastiques, si l'on interposait, de façon en elle-même connue, entre la poupée de pression et le vérin de presse d'assemblage un vibreur.
  • Deux exemples de structure de raccordement et de maintien de la cartouche 100 seront maintenant succinctement décrites en liaison avec les figures 11, 12, et 13. Une première structure de raccordement et de maintien 80 représentée figure 11 selon une coupe axiale, comporte deux parties toutes deux de révolution autour de l'axe AA'. Une partie inférieure 81 recèle un alésage 83 dont le diamètre intérieur est égal au diamètre extérieure du support 2, en sorte que ce support 2 puisse facilement être introduit dans cette partie 81. L'exemple représenté figure 11 correspond à l'une des variantes de réalisation de la cartouche 100 dans laquelle l'évacuation du fluide de refroidissement se fait par le ou les conduits 28 du support 2. C'est pourquoi dans cet exemple la partie inférieure 81 comporte une évacuation d'eau et une arrivée de courant représentés en 84. Un ou plusieurs joint(s) torique(s) permettent de façon connue d'assurer l'étanchéité.
  • Une partie supérieure 82 de la structure de maintien et de raccordement recèle un alésage 85 dont le diamètre intérieur est égal au diamètre extérieur de l'anode 1, en sorte que cette anode 1 puisse facilement être introduit dans cette partie 82. Cette structure 82 comporte un trou central axial 91 à bords évasées permettant le passage du plasma. L'exemple représenté figure 11 correspond à l'une des variantes de réalisation de la cartouche 100 dans laquelle l'arrivée du fluide de refroidissement et du gaz plasmagène se font par le ou les conduits 130 et 127 de l'anode 1 pour l'arrivée d'eau et de gaz respectivement. C'est pourquoi dans cet exemple la partie supérieure 82 comporte une arrivée d'eau 86 et une arrivée de gaz 87. Un ou plusieurs joint(s) torique(s) permettent de façon connue d'assurer l'étanchéité. L'arrivée d'eau 86 débouche face au conduit 130 de l'anode 1. Lorsqu'il y a plusieurs conduits 130 une gorge radiale 88 recevant l'arrivée d'eau 86 permet la distribution aux divers conduits. De même pour l'arrivée de gaz, lorsqu'il y a plusieurs conduits 127 une gorge axiale non représentée recevant l'arrivée de gaz 87 permet la distribution aux divers conduits 127.
  • L'intérêt principal de cette structure 80 est de pouvoir procéder rapidement à l'échange de la cartouche 100. Pour le montage la partie supérieure de la cartouche, c'est à dire celle correspondant à l'anode 1 est introduite dans la partie supérieure 82 de la structure 80. Pour faciliter un positionnement radial permettant de bien faire correspondre les arrivées d'eau et de gaz avec les orifices 128, 131 de l'anode on peut prévoir des détrompeurs sur la partie supérieure 82 et sur l'anode 1.Lorsqu'elle est en place la cartouche 100 est vissée sur la partie supérieure 82 au moyens de vis 89 passant au travers de trous de l'assembleur 5 et se vissant dans des trous taraudés de la partie supérieure 82. On met ensuite en place la partie inférieure 81 en introduisant le support 2 dans l'alésage 83. On peut également prévoir des moyens pour faciliter un positionnement radial correct. Des vis 90 permettent de fixer la partie inférieure 81 à l'assembleur. Ces vis passent au travers de trous de l'assembleur 5 et se vissent dans des trous taraudés de la partie inférieure 81.
  • Un mode actuellement préféré de réalisation de la structure 80 sera maintenant effectué en liaison avec les figures 12 et 13. La figure 13 est une vue de face de la structure 80 assemblée avec la cartouche 100, avec une coupe axiale partielle dans le coin supérieur droit. La figure 12 est une coupe axiale selon un plan perpendiculaire au plan de la figure 13.
  • Selon ce mode de réalisation les flasques inférieur 81 et supérieur 82 et la cartouche 100 sont maintenus assemblés au moyen d'un étrier 92. Cet étrier 92 a une forme en U. Deux bras parallèles du U sont rotativement fixées au moyen de vis 96 perpendiculaires à l'axe AA' au flasque supérieur 82. Des manchons et rondelles isolantes sont prévus de façon connue pour éviter les contacts électriques entre l'étrier et le flasque 82. Le flasque inférieure 81 est muni sur sa face inférieure d'une empreinte centrale 93. En position assemblée une vis 94 montée dans la partie horizontale du U de l'étrier 92 bloque la rotation de l'étrier 92 autour des vis 96 et exerce une pression au niveau de l'empreinte 93.empéchant le mouvement des flasques 82 et 81 dans la direction axiale. L'isolation électrique du flasque 81 et de l'étrier est obtenue au moyen d'un manchon isolant 95 et de rondelles isolantes. Il est prévu un contre-écrou de blocage 97. La distance entre le bras horizontal de l'étrier 92 et la face inférieure du flasque 81 est suffisante pour permettre le désengagement de la cartouche 100 des alésages 83 et 85 des flasques 81 et 82 respectivement.
  • Le fonctionnement est le suivant :
  • Pour le démontage de la cartouche 100 le contre-écrou 97 est débloqué et la vis 94 dévissée jusqu'à ce que la cartouche 100 puisse être extraite de l'un des flasques 81 ou 82. Dans cette position le flasque 82 est toujours solidaire de l'étrier 92 et le flasque 81 est maintenu, la vis 94 toujours à l'intérieur de l'empreinte 93. Dans cette position des flasques la cartouche 100 peut être extraite de l'autre flasque par une légère rotation de l'étrier 92 autour de l'axe formé par les vis 96. Cette rotation libère le passage de la cartouche 100. Pour le remontage on procède inversement.
  • Ce mode d'assemblage est intéressant du point de vue mécanique car il permet d'exercer une pression d'assemblage des flasques 81, 82 et de la cartouche 100 qui est automatiquement axiale. Il n'y a pas de risque de pressions dissymétriques créant une contrainte de déformation latérale. Il est également intéressant car il permet le montage et le démontage de la cartouche 100 au moyen d'une seule vis sans nécessité de maintien des flasques 81, 82, ce qui est particulièrement intéressant lorsqu'on travaille en boîte à gants.
  • Naturellement d'autres moyens mécaniques de fixation de la cartouche 100 à la structure 80 sont à la portée de l'homme du métier.
  • Les étanchéités sont assurées par des joints et par le fait que la cartouche 100 est ajustée dans les alésages 83, 85.
  • Les adaptations nécessaires de la structure 80 pour la rendre compatible avec les variantes décrites en rapport avec la cartouche 100 relativement aux lieux d'arrivée ou départ d'eau ou de gaz sont à la portée de l'homme du métier et ne seront pas commentées.

Claims (20)

  1. Cartouche (100) génératrice de plasma pour une torche à plasma, ayant centrés sur un axe AA', une anode (1) annulaire comportant une cavité centrale (10) formée à l'intérieur d'une couronne centrale (123) de l'anode (1), cette cavité centrale (10) recevant une cathode (3) centrée sur AA', l'anode (1) et la cathode (3) ménageant entre elles un espace annulaire pour la production d'un arc, des moyens de distribution d'un gaz plasmagène, le gaz distribué circulant dans l'espace annulaire entre la cathode (3) et l'anode (1), des moyens de refroidissement de l'anode (1), comportant notamment des conduits (130) pour un fluide de refroidissement de l'anode (1), ces conduits ayant une entrée et une sortie, des moyens d'assemblage comportant un support (2) de cathode ayant une partie conductrice pour amener les courants électriques nécessaires au fonctionnement de la torche d'une entrée de courant à la cathode (3), des moyens (2, 23, 4) pour positionner la cathode (3), caractérisée en ce que la cartouche comprend un assembleur (5) interposé axialement entre l'anode annulaire et le support (2) de cathode (3) pour assembler ladite anode avec ledit support, le support (2) de cathode (3) , l'assembleur (5) et l'anode (1) annulaire comportant des parties creuses (24, 122) et des parties saillantes (51, 56) toutes axées parallèlement à l'axe AA', les parties saillantes (51, 56) étant emmanchées serrées dans les parties creuses (24, 122).
  2. Cartouche (100) selon la revendication 1 caractérisée en ce que une ou des parties creuses (24, 122) sont constituées par des gorges annulaires (24, 122) et en ce que, une ou des parties saillantes (51, 56) sont constituées par des couronnes annulaires (51, 56), le diamètre extérieure des couronnes (51, 56) étant supérieur au diamètre extérieur des gorges (24, 122) en sorte que une ou des couronnes annulaires (51, 56) sont emmanchées serrées dans une ou des gorges annulaires (24, 122).
  3. Cartouche (100) selon la revendication 2, caractérisée en ce que une partie saillante (51) de l'assembleur (5) est constituée par une couronne annulaire (51) inférieure d'axe AA' ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une surface inférieure, en ce que une partie creuse (24) du support (2) de cathode (3) est constituée par une gorge annulaire (24) centrée sur l'axe AA', la gorge (24) ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une surface (27) de fond de gorge (24), et en ce que le diamètre extérieur de la couronne annulaire (51) inférieure de l'assembleur (5) est légèrement supérieur au diamètre extérieur de la gorge annulaire (24) du support (2) de cathode (3) en sorte que la couronne annulaire (51) inférieure de l'assembleur (5) est emmanchée serrée dans la gorge annulaire (24) du support (2) de cathode (3).
  4. Cartouche (100) selon la revendication 3, caractérisée en ce que une partie saillante (56) de l'assembleur (5) est constituée par une couronne annulaire (56) supérieure d'axe AA' ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une surface supérieure, en ce que une partie creuse (122) de l'anode (1) annulaire est constituée par une gorge annulaire (122) centrée sur l'axe AA', la gorge (122) ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une surface de fond de gorge (124), et en ce que le diamètre extérieur de la couronne annulaire (56) supérieure de l'assembleur (5) est légèrement supérieur au diamètre extérieur de la gorge annulaire (122) de l'anode (1) en sorte que la couronne annulaire (56) supérieure de l'assembleur (5) est emmanchée serrée dans la gorge annulaire (122) de l'anode (1).
  5. Cartouche (100) selon la revendication 2, caractérisée en ce que une première partie saillante (51) de l'assembleur (5) est constituée par une couronne annulaire (51) inférieure d'axe AA' ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une surface inférieure (59), en ce que une partie creuse (24) du support (2) de cathode (3) est constituée par une gorge annulaire (24) centrée sur l'axe AA', la gorge (24) ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une surface (27) de fond de gorge, et en ce que le diamètre extérieur de la première couronne annulaire (51) de l'assembleur (5) est légèrement supérieur au diamètre extérieur de la gorge annulaire (24) du support (2) de cathode (3) en sorte que la couronne annulaire (51) inférieure de l'assembleur (5) est emmanchée serrée dans la gorge annulaire (24) du support (2) de cathode (3) et en ce que une seconde partie saillante (56) de l'assembleur (5) est constituée par une couronne annulaire (56) supérieure d'axe AA' ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une surface supérieure (60), en ce que une partie creuse (122) de l'anode (1) annulaire est constituée par une gorge annulaire (122) centrée sur l'axe AA', la gorge ayant un diamètre extérieur, un diamètre intérieur et une surface de fond de gorge (124), et en ce que le diamètre extérieur de la seconde couronne annulaire (56) de l'assembleur (5) est légèrement supérieur au diamètre extérieur de la gorge annulaire (122) de l'anode (1) en sorte que la couronne annulaire (56) supérieure de l'assembleur (5) est emmanchée serrée dans la gorge annulaire (122) de l'anode (1).
  6. Cartouche (100) selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'assembleur (5) comporte une partie centrale creuse (69) joignant les couronnes (51, 56) inférieures et supérieures, cette partie centrale (69) ayant un diamètre intérieur, en ce que la gorge (122) de l'anode (1) recevant la couronne (56) supérieure de l'assembleur (5) est périphérique de la couronne centrale (123) de l'anode (1) formant la cavité centrale (10) de l'anode (1), le diamètre intérieur d'une partie au moins de l'assembleur (5) étant supérieur au diamètre extérieur de la couronne centrale (123) de l'anode (1) en sorte qu'un premier volume annulaire (72) se trouve ménagé entre l'assembleur (5) et la couronne centrale (123) de l'anode (1), ce volume (72) étant en communication avec l'extérieur de la cartouche (100) au travers d'au moins deux conduits (130, 28), un conduit (130) d'amené d'un fluide de refroidissement et un conduit (28) d'évacuation d'un fluide de refroidissement.
  7. Cartouche (100) selon la revendication 6, caractérisée en ce que en position assemblé la surface (60) supérieure de la couronne supérieure de l'assembleur (5) n'abute pas le fond de la gorge (124) de l'anode (1), en sorte qu'un second volume annulaire (71) se trouve ménagé entre cette surface supérieure (60) et le fond de gorge (124), l'un (130) des conduits de communication avec l'extérieur débouchant dans ce volume (71).
  8. Cartouche (100) selon l'une des revendications 6 ou 7, caractérisée en ce que en position assemblé la surface (59) inférieure de la couronne inférieure (51) de l'assembleur (5) n'abute pas le fond (27) de la gorge (24) du support (2), en sorte qu'un troisième volume annulaire (73) se trouve ménagé entre cette surface inférieure (59) et le fond (27) de gorge (24) l'un des conduits (28) de communication avec l'extérieur débouchant dans ce volume (73).
  9. Cartouche (100) selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce qu'elle comporte un centreur (4) ayant une cavité axiale centrée sur la cathode (3), une surface inférieure (46), une surface (38, 50) extérieure latérale, une surface (39) latérale intérieure, une surface supérieure (48, 49) au moins une partie (42) supérieure du centreur (4) étant ajustée à l'intérieur de la cavité centrale (10) de l'anode (1), un ou plusieurs passage(s) (44, 144, 95, 45, 64, 68, 74) mettant en communication la surface (50, 46) extérieure latérale ou inférieure avec la surface supérieure (48, 49) de la partie (42) supérieure du centreur (4).
  10. Cartouche (100) selon la revendication 9, caractérisée en ce que des passages (44, 144) sont constitués par des conduits (44, 144) joignant la surface extérieure latérale (50) du centreur (4) soit à une gorge (45) annulaire axiale du centreur (4) formée entre le centreur (4) et la cathode (3) par un décrochement de la surface (39) latérale intérieure du centreur (4), soit à des lumières (95) formées à la surface supérieure (49)du centreur (4).
  11. Cartouche (100) selon la revendication 10, caractérisée en ce que des conduits (44, 144) ont une ligne axiale non contenue dans un plan axial du centreur (4) .
  12. Cartouche (100) selon l'une des revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que des conduits (44, 144) ont une extrémité débouchant dans une gorge (148) radiale formée sur la surface (50) latérale extérieure du centreur (4).
  13. Cartouche (100) selon l'une des revendication 10 ou 11, caractérisée en ce que les conduits (44, 144) ont une extrémité débouchant dans une gorge (135) intérieure radiale de la cavité intérieure (10) de l'anode (1).
  14. Cartouche (100) selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisée en ce que l'anode (1) est muni de un ou plusieurs conduits (127) passant axialement au travers d'une couronne centrale (123) de l'anode (1) entourant la cavité centrale (10) de l'anode (1) et débouchant face à une extrémité des passages (44, 144) du centreur (4).
  15. Cartouche (100) selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisée en ce que le support (2) est muni de un ou plusieurs conduits (75) passant au travers du support (2) et communiquant avec des passages (64,68, 74) du centreur (4).
  16. Cartouche (100) selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisée en ce que le support (2) est muni d'un alésage (23) central, cet alésage (23) logeant une partie inférieure de la cathode (3).
  17. Cartouche (100) selon la revendication 16, caractérisée en ce que le support (2) est muni d'une couronne (29) centrale formée autour de l'alésage (23) logeant la partie inférieure de la cathode (3), une surface (30) supérieure de cette couronne (29) étant au contact de la surface inférieure (46) du centreur (4).
  18. Cartouche (100) selon la revendication 17, caractérisée en ce que le centreur (4) est muni d'un épaulement (41) inférieur ayant une surface (46) inférieure et une surface (47) supérieure, la surface inférieure de cet épaulement constituant la surface (46) inférieure du centreur (4), et la surface (47) supérieure de cet épaulement (41) étant au contact d'une surface (134) inférieure de la couronne centrale (123) de l'anode (1).
  19. Torche à plasma caractérisée en ce qu'elle comporte une structure (80) de raccordement et de maintien d'une cartouche (100) pour torche à plasma selon l'une des revendications 1 à 18, cette structure ayant une partie supérieure (82) comportant un alésage (85) de réception de l'anode annulaire (1) de la cartouche, ladite partie supérieure (82) comportant des trous taraudés pour permettre le vissage de vis (89) passant au travers de trous de l'assembleur (5) de ladite cartouche pour fixer ladite cartouche sur ladite partie supérieure (82), un trou (91) axial central à bords évasés permettant le passage du plasma, et une partie inférieure (81) comportant un alésage (83) de réception du support (2) de cathode de la cartouche, ladite partie inférieure (81) comportant des trous taraudés pour permettre le vissage de vis (90) passant au travers de trous de l'assembleur (5) de ladite cartouche pour fixer ladite cartouche sur ladite partie inférieure (81), la structure portant des arrivées (86, 87) d'un fluide de refroidissement, de gaz plasmagène, et des moyens (84) d'évacuation du fluide de refroidissement; ces moyens étant adaptés de se positionner , au montage de la cartouche (100) dans la structure (80), face aux conduits (127, 130, 75) correspondants de la cartouche (100).
  20. Torche à plasma selon la revendication 19, caractérisée en ce que les moyens de fixation à la cartouche (100) de la structure de fixation et de maintien (80) comporte un étrier (92) rotativement fixé à la partie supérieure (82) de la structure (80) comportant l'alésage (85) de réception de l'anode (1) de la cartouche, une vis (94) montée dans l'étrier (92) venant en appui sur la partie inférieure (81) de la structure (80) comportant l'alésage (83) de réception du support (2) de la cartouche (100).
EP00918936A 1999-04-14 2000-04-11 Cartouche pour torche a plasma et torche a plasma Expired - Lifetime EP1169889B1 (fr)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR9904647A FR2792493B1 (fr) 1999-04-14 1999-04-14 Cartouche pour torche a plasma et torche a plasma equipee
FR9904647 1999-04-14
PCT/FR2000/000919 WO2000064224A1 (fr) 1999-04-14 2000-04-11 Cartouche pour torche a plasma et torche a plasma equipee

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EP1169889A1 EP1169889A1 (fr) 2002-01-09
EP1169889B1 true EP1169889B1 (fr) 2012-10-31

Family

ID=9544368

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP00918936A Expired - Lifetime EP1169889B1 (fr) 1999-04-14 2000-04-11 Cartouche pour torche a plasma et torche a plasma

Country Status (7)

Country Link
US (1) US6525292B1 (fr)
EP (1) EP1169889B1 (fr)
JP (1) JP4925510B2 (fr)
KR (1) KR100791562B1 (fr)
CA (1) CA2370462C (fr)
FR (1) FR2792493B1 (fr)
WO (1) WO2000064224A1 (fr)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008071611A (ja) * 2006-09-14 2008-03-27 Sekisui Chem Co Ltd プラズマ表面処理装置の電極構造
US10582605B2 (en) 2014-08-12 2020-03-03 Hypertherm, Inc. Cost effective cartridge for a plasma arc torch
US11278983B2 (en) 2013-11-13 2022-03-22 Hypertherm, Inc. Consumable cartridge for a plasma arc cutting system
US9981335B2 (en) 2013-11-13 2018-05-29 Hypertherm, Inc. Consumable cartridge for a plasma arc cutting system
US11432393B2 (en) 2013-11-13 2022-08-30 Hypertherm, Inc. Cost effective cartridge for a plasma arc torch
US10456855B2 (en) 2013-11-13 2019-10-29 Hypertherm, Inc. Consumable cartridge for a plasma arc cutting system
US11684995B2 (en) 2013-11-13 2023-06-27 Hypertherm, Inc. Cost effective cartridge for a plasma arc torch
CA2948681A1 (fr) * 2014-05-16 2015-11-19 Pyrogenesis Canada Inc. Torche a plasma haute puissance ecoenergetique
US9588004B2 (en) * 2014-11-07 2017-03-07 Mks Instruments, Inc. Long lifetime cold cathode ionization vacuum gauge design
TWI739300B (zh) 2015-01-15 2021-09-11 美商Ｍｋｓ儀器公司 離子化計及其製造方法
WO2017024155A1 (fr) 2015-08-04 2017-02-09 Hypertherm, Inc. Cartouche pour chalumeau à arc au plasma refroidi par liquide
RU2626010C2 (ru) * 2015-09-11 2017-07-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технологический университет" (ФГБОУ ВО "КНИТУ") Способ получения электрического разряда (варианты)
US10413991B2 (en) 2015-12-29 2019-09-17 Hypertherm, Inc. Supplying pressurized gas to plasma arc torch consumables and related systems and methods
JP7478733B2 (ja) * 2018-11-30 2024-05-07 エリコン メテコ（ユーエス）インコーポレイテッド プラズマ・ガン用電極

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4332209Y1 (fr) * 1965-02-26 1968-12-27
US4355262A (en) * 1977-12-20 1982-10-19 Chan Anthony K F Electric arc apparatus
FR2578137B1 (fr) * 1985-02-22 1987-03-27 Soudure Autogene Francaise Torche de soudage ou de coupage plasma munie d'une cartouche tuyere
JPS6221462A (ja) * 1985-07-18 1987-01-29 Haibetsuku:Kk Ｘ軸、ｙ軸方向の連続加工装置
JPH01135174A (ja) * 1987-11-20 1989-05-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 留守番電話装置
JPH0522386Y2 (fr) * 1988-03-03 1993-06-08
US4973816A (en) * 1989-03-28 1990-11-27 Delaware Capital Formation, Inc. Plasma torch with safety switch
US5074802A (en) * 1989-09-12 1991-12-24 Hypertherm, Inc. Pneumatic-electric quick disconnect connector for a plasma arc torch
DE4034731A1 (de) * 1990-10-30 1992-05-07 Mannesmann Ag Plasmabrenner zum schmelzen und warmhalten von in gefaessen zu behandelnden materialien
JP2804378B2 (ja) * 1991-02-05 1998-09-24 日鐵溶接工業株式会社 プラズマト−チのセンタリングスト−ン
FR2674161B1 (fr) * 1991-03-22 1993-06-11 Soudure Autogene Francaise Pistolet de decoupage de tole.
US5444208A (en) * 1993-03-29 1995-08-22 Fmc Corporation Multiple source plasma generation and injection device

Also Published As

Publication number Publication date
FR2792493A1 (fr) 2000-10-20
EP1169889A1 (fr) 2002-01-09
JP4925510B2 (ja) 2012-04-25
CA2370462C (fr) 2010-02-02
CA2370462A1 (fr) 2000-10-26
KR20020013848A (ko) 2002-02-21
FR2792493B1 (fr) 2001-05-25
US6525292B1 (en) 2003-02-25
KR100791562B1 (ko) 2008-01-03
JP2002542602A (ja) 2002-12-10
WO2000064224A1 (fr) 2000-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1169890B1 (fr) Cartouche pour torche a plasma et torche a plasma
EP1169889B1 (fr) Cartouche pour torche a plasma et torche a plasma
EP1332511B1 (fr) Dispositif de traitement de gaz par plasma
JP3315104B2 (ja) プラズマアークトーチ用の水噴射ノズル組立体
EP0576869A2 (fr) Procédé et dispositif pour l'injection de charbon pulvérisé dans un creuset de haut-fourneau
EP1776224B1 (fr) Machine tournante a colonne tournante d'alimentation electrique et fluidique
EP0743811B1 (fr) Torche à plasma d'arc à courant continu, particulièrement destinée à l'obtention d'un corps chimique par décomposition d'un gaz plasmagène
FR2807611A1 (fr) Torche plasma comportant des electrodes separees par un entrefer et allumeur incorporant une telle torche
EP0750449A1 (fr) Tête de torche à plasma et torche à plasma la comportant
WO2023143814A1 (fr) Torche de coupage plasma munie d'un système de verrouillage amelioré
FR2774549A1 (fr) Electrode pour torche a plasma
US6080955A (en) Plasma producer with a holder
RU2276840C2 (ru) Электродуговой плазмотрон саунина
EP0161991A2 (fr) Enceinte étanche blindée équipée pour être utilisable en spectrométrie d'émission
EP0427591B1 (fr) Torche à plasma à injection non refroidie de gaz plasmogène
FR2649850A1 (fr) Torche a plasma
WO2023143812A1 (fr) Torche de coupage plasma avec refroidissement indirect des consommables
FR2750286A1 (fr) Tete de torche a plasma
RU2003133037A (ru) Электродуговой плазмотрон для обработки материалов
WO2023143815A1 (fr) Tuyère améliorée pour une torche de coupage plasma
WO2023143816A1 (fr) Tuyère aval pour une torche de coupage plasma
WO2023143817A1 (fr) Électrode ameliorée pour une torche de coupage plasma
FR2721790A3 (fr) Torche à plasma modulaire.
JPH05263211A (ja) 減圧用インダクションプラズマトーチ
CH420409A (fr) Chalumeau à plasma et procédé pour sa mise en action

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20010924

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LI LU MC NL PT SE

AX Request for extension of the european patent

Free format text: AL;LT;LV;MK;RO;SI

RBV Designated contracting states (corrected)

Designated state(s): BE CH DE GB IT LI

17Q First examination report despatched

Effective date: 20060710

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES

RTI1 Title (correction)

Free format text: CARTRIDGE FOR A PLASMA TORCH AND PLASMA TORCH ADAPTED TO BE FITTED THEREWITH

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

GRAS Grant fee paid

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3

GRAA (expected) grant

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: B1

Designated state(s): BE CH DE GB IT LI

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: FG4D

Free format text: NOT ENGLISH

Ref country code: CH

Ref legal event code: EP

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R096

Ref document number: 60047605

Country of ref document: DE

Effective date: 20121227

PLBE No opposition filed within time limit

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT

26N No opposition filed

Effective date: 20130801

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R097

Ref document number: 60047605

Country of ref document: DE

Effective date: 20130801

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: IT

Payment date: 20190410

Year of fee payment: 20

Ref country code: DE

Payment date: 20190415

Year of fee payment: 20

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: BE

Payment date: 20190426

Year of fee payment: 20

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: CH

Payment date: 20190424

Year of fee payment: 20

PGFP Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Payment date: 20190424

Year of fee payment: 20

REG Reference to a national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R071

Ref document number: 60047605

Country of ref document: DE

REG Reference to a national code

Ref country code: CH

Ref legal event code: PL

REG Reference to a national code

Ref country code: GB

Ref legal event code: PE20

Expiry date: 20200410

REG Reference to a national code

Ref country code: BE

Ref legal event code: MK

Effective date: 20200411

PG25 Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo]

Ref country code: GB

Free format text: LAPSE BECAUSE OF EXPIRATION OF PROTECTION

Effective date: 20200410