플라즈마 아크 절단을 위한 토치 냉각 시스템

플라즈마 커터기의 수냉 시스템은 자동차 엔진에 사용되는 것과 매우 유사합니다: 모두 열원으로부터 에너지를 제거하기 위해 물 및 냉각제, 펌프, 냉각 호스, 및 열 교환기를 사용합니다. 자동차에서 열원은 엔진 내부의 연소실이고, 화씨2000°를 초과하는 온도에서 작동됩니다. 플라즈마 토치에서 열원은 토치 내부의 플라즈마실이고 아크의 온도는 화씨 20,000°를 초과합니다.

플라즈마 토치는 엔진처럼 방사선, 대류 및 전도의 조합에 의해 냉각됩니다. 에너지는 강한 자외선의 형태로 아크에서 방출됩니다. 가스 및 공기의 이동을 통해 토치 및 토치 부품에서 열을 멀리 보내야 합니다. 최종적으로 수냉 시스템은 토치 부품으로부터 열을 냉각제로 멀리 보냅니다.

냉각 시스템의 구성 요소의 문제 때문에 전도 냉각이 감소하면 어떻게 됩니까? 시스템이 급속히 과열됩니다. 자동차가 과열되어 김이 나는 차량을 도로 측면에 세우는 불편함에 접해본 사람이라면 그에 따르는 새로운 라디에이터, 호스, 헤드 가스켓, 엔진 블록과 같은 연쇄 수리 비용도 알고 있을 것입니다. 플라즈마 시스템이 과열되면 그것은 곧 귀하의 시간과 비용을 의미하는 것입니다. 과열된 플라즈마 시스템은 토치 부품을 빨리 닳게 만들 것이며 결국에는 토치와 리드가 과열되어 고장나게 만들 것입니다. 문제점이 해결되지 않으면 모토와 펌프를 교환해야 합니다. 그러나, 다운 타임과 과열의 비용은 피할 수 있습니다. 시스템과 구성 요소를 이해하는 것은 문제가 발생할 때 문제를 해결하고 예방 정비를 통해 미래의 오류를 방지하는 데 도움이 될 것입니다.

냉각 시스템

일반적인 PAC 냉각 시스템은 토치, 모터, 펌프, 냉각 라인, 토치, 흐름 스위치, 필터, 열 교환기, 탱크로 구성됩니다. 이 조항에서는 이러한 각각의 구성 요소를 검토하고 일반적인 문제, 문제 해결 및 유지 보수 절차를 설명합니다.

플라즈마 토치

15 kVA100–150A 및 더 높은 암페어(15KVA)에서 작동하는 플라즈마 토치는 과열로부터 토치 및 부품을 유지하기 위해 물냉각이 필요합니다. 그림 1는 물을 냉각하기 위한 내부 통로를 도시하는 플라즈마 토치의 단면도입니다. 구리 전극은 플라즈마 아크를 생성하고 열원에 가장 가깝기 때문에 직접 냉각을 필요로 합니다. 대부분의 고성능 전극은 팁에서 냉각을 향상시킬 수 있도록 중공 가공되어 있습니다: 수관은 근접하고, 정밀하게 전극(보통 면당 간극 0.015인치–0.020인치)에 정열 되어 있는 가공된 영역으로 연장되어 있고, 전극의 내부 후방 영역 위에 냉각제의 높은 유속을 제공합니다. 이 토치 설계에서 노즐 또한 물로 냉각됩니다.

토치의 일반적인 문제:

• 막힌 토치: 토치는 미립자와 시간이 지남에 따라 막힐 수 있습니다. 실패 전극으로부터 용융 구리의 입자는 작은 구멍을 막히게 하고 물의 흐름을 줄이거나 차단할 수 있습니다.
• 손상된 워터 튜브: 수관이 휘었거나 단부가 파손 되었거나 토치에 적절히 분사하지 못하면 냉각수 유량을 감소시킬 수 있습니다.
• 새는 토치: 손상된 O링 또는 O링의 밀봉 표면이 냉각 유체의 누출 원인이 될 수 있습니다. 토치의 뒷면에 튜브 및 피팅은 냉각제를 새게 만들어 탱크 수준이 낮아지는 원인이 될 수 있습니다.

그림 1 – 플라즈마 토치 냉각수 통로

냉각제

그림 2 – 토치 냉각제

토치 냉각제는 탈이온수와 어는점을 낮추는 에틸렌 또는 프로필렌 글리콜의 혼합물입니다. 얼 위험이 없는 경우 많은 작업장에서 순수 탈이온수를 사용합니다. 탈이온수를 사용하는 이유는 시스템에 문제를 일으키는 전도성 이온이 없기 때문입니다. 에틸렌 또는 프로필렌 글리콜은 자동차 냉각 시스템에 사용되는 것과 동일한 물질입니다. 그러나 플라즈마 시스템에 자동차 부동액을 절대 사용하면 안됩니다! 대부분의 상업용 부동액에는 작은 누출을 막아주는 성분이 있다는 차이가 있습니다. 이것은 플라즈마 토치에 사용하기에는 적당하지 않습니다.

냉각제의 일반적인 문제:

• 오염 : 시간이 지남에 냉각제가 고장난 부품으로 인한 호스, 와이어, 구리, 먼지, 녹, 조류 또는 다른 오염 물질로 오염될 수 있습니다. 이 오염 물질들은 냉각 효율을 줄이고 유량을 저하시킵니다. 시스템, 새로운 필터, 새로운 냉각제의 플러싱이 요구될 수 있습니다.
• 너무 높은 전도도 : 저항율이 너무 낮으면 냉각제의 전도도가 너무 높거나 또는 반대로 토치에 냉각제를 통해 전기가 수행될 수 있습니다. 토치가 전극과 노즐 사이의 아크를 타격할 때 플라즈마 아크의 시작 하드가 발생할 수 있습니다. 제조사의 사양대로 만들어지지 않은 새로운 냉각제는 시스템의 도전 요건을 충족하지 않을 수도 있습니다. OEM 냉각제를 사용하거나 주기적으로 특별한 테스터를 사용하여 냉각제의 전도도를 테스트하는 것이 가장 좋습니다. 권장 수준은 0.5와 18micro Siemens/cm 사이입니다. (그림 3 참조)

그림 3 – 냉각제의 전도도를 측정

펌프 모터

일반적으로 플라즈마 시스템에 모터와 펌프는 직접 연결됩니다. 모터와 펌프가 더 세게 작동를 일으키게 하는 시스템에 제한되지 않으면 모터의 수명은 일반적으로 매우 깁(몇 년)니다.

로터리 베인 펌프는 비교적 간단하고 튼튼하기 때문에 대부분 플라즈마 시스템에서 사용됩니다. 펌프의 이동 베인은 탄소 재료로 구성되어 있기 때문에, 이들은 종종 카본 베인 펌프로 불려집니다. 이러한 펌프는 통상적으로 우회 나사를 통해 조정 가능하기 때문에 펌프의 작동 압력과 유량을 증가시키거나 감소시킵니다.

펌프의 일반적인 문제:

• 일반 펌프 착용 여부: 지속적인 사용으로 인한 마찰과 열로 인한 탄소 베인의 일부 마모는 정상입니다. 펌프를 조정하므로 이러한 상황을 보정할 수 있습니다.
• 과도한 펌프 마모: 펌프의 베어링은 결국 마모되어 과도한 소음과 열을 일으키는 원인이 되어, 궁극적으로 펌프가 작동되지 않을 수 있습니다. 펌프 베인의 물질은 펌프가 압력을 생성할 수 없을 때까지 마모될 수 있습니다. 펌프가 공장 수리가 필요해서 보내지거나 펌프를 교체해야 할 경우 이러한 부품은 일반적으로 교체할 수 있습니다.
• 펌프 필터 막힘: 대부분의 로터리 베인 펌프에는 작은 스크린 필터가 있습니다. 이 필터는 흐름의 제한을 일으키는 입자로 인해 막힐 수 있습니다.

그림 4 – 펌프 압력 조정

그림 5 – 펌프의 탄소 베인

그림 6 – 펌프 화면 제거

냉각 라인

냉각 라인은 플라즈마 토치에서 냉각제를 운반하는 호스입니다. 냉각 라인에는 보통 메인 DC 전원 케이블도 포함됩니다. 수냉 전력 케이블은 다중 가닥 구리 또는 주석 도금 구리선이 가열되는 것을 방지합니다. 자동화 작업 환경에서 냉각 라인은 보통 유연한 전원 트랙을 통해 연결되거나 절단 장비 위에 설치됩니다.

냉각 라인의 일반적인 문제:

• 누출: 금이 갔거나, 절단된 또는 용융된 호스는 볼 수 없는 영역에서 냉각 유체를 유출할 수 있습니다. 누수의 일반적인 장소는 장착 튜브 내부의 토치 바로 위에 있습니다.
• 제한 사항: 흐름 제한은 일반적으로 플라즈마 토치에서 재순환 장치의 복귀선으로 형성됩니다. 파편이 흐름을 방해하는 복귀 리드에 축적됩니다. 구리 전원 케이블도 자주 사용하면 파손되어, 구리의 필라멘트 호스 끝을 막을 수 있습니다. 리드의 제한은 펌프와 모터의 마모를 증가시키고 흐름을 약화시킵니다.

그림 7 – 전원 케이블을 보여주기 위한 호스 단면

흐름 스위치

흐름 스위치는 냉각제 흐름이 느릴 때 토치와 부품의 중대한 결함을 방지하도록 설계되었습니다. 황동 블럭 플런저와 같은 장치는 일반적으로 시스템 실행을 위해 충족되어야 하는 마이크로 스위치와 함께 사용됩니다.

흐름 스위치의 일반적인 문제:

• 기계 고장: 냉각제 흐름은 기계적 플런저를 작동시킵니다. 플런저가 열리거나 닫힌 위치에 부착하여 저유량 조건에서 고장을 일으킬 수도 또는 고장을 일으키지 않을 수도 있습니다. 기계적인 부분을 때때로 제거하고 청소해야 하지만 교체하는 것이 가장 좋습니다.
• 전기 고장: 전기 스위치의 실패는 훨씬 덜 일반적이지만, 스위치 접점이 마모되는 경우에 발생할 수 있습니다.
• “점프” 아웃: 이전의 문제로부터 시스템에서 플로우 스위치를 점프하는 것은 드문 일이 아닙니다. 흐름 스위치가 과열로 인해 주요 토치 실패를 방지하는 안전 기능이기 때문에 이것은 위험한 방법입니다.

그림 8 – 흐름 스위치

그림 9 – 냉각제 필터

필터

대부분의 시스템은 토치 냉각제의 오염을 제거하기 위해 특정 필터를 사용합니다. 이러한 필터는 대부분 시중에서 구매할 수 있는 수처리 필터와 유사합니다—5미크론 종이 필터 또는 탈이온 필터가 주로 사용됩니다. 이러한 필터는 몇 개월 주기로 또는 시스템의 흐름이 떨어질 때마다 교환해야 합니다.

흐름 필터의 일반적인 문제:

• 오염된 필터
• 잘못된 필터 또는 필터 없음

 

열 교환기

그림 10 – 열교환기의 전면 및 후면 보기

플라즈마 냉각 시스템에 대한 열교환기는 일반적으로 라디에이터와 팬의 조합으로 구성되어 있습니다. 팬이 직접 라디에이터를 통해 공기를 흐르게 하여 토치 냉각제의 열을 제거합니다. 일부 시스템은 토치 냉각제를 냉각하기 위하여 냉장 냉각 장치를 사용합니다.

열교환기의 일반적인 문제:

• 팬 모터 소진: 모든 팬들이 제대로 작동되는지를 확인하기 위해 정기적으로 점검해야 합니다.
• 효율성 감소: 냉각 핀에 먼지가 쌓이면 냉각 효율을 감소시킵니다. 라디에이터는 주기적으로 압축 공기를 사용하여 청소해야 합니다.

 

냉각제 저수조

그림 11 – 레벨 및 온도 스위치와 냉각제 저수조

냉각제 저장은 토치 냉각제를 저장하기 위한 플라스틱 또는 금속 탱크입니다. 레벨 표시기, 플로트 스위치, 온도 스위치는 일반적으로 과열을 방지하기 위해 탱크에 설치됩니다. 냉각제 탱크는 매일 점검하여 냉각제의 적당한 공급이 항상 유지되도록 필요한 경우 채워 넣어야 합니다. 냉각제가 낮으면 냉각제 흐름에 공기가 침투하여, 냉각 성능이 떨어질 수 있습니다. 시스템이 걸렸을 때 냉각제가 부족하면 시스템이 단속적으로 작동하거나 완전히 작동을 멈출 수 있습니다. 시스템이 연동되지 않는 경우, 공기가 펌프의 과열 및 실패의 원인이 될 수 있습니다.

냉각제 저수조의 일반적인 문제:

• 미립자 오염: 탱크 바닥에 미립자가 축적될 수 있습니다. 이러한 미립자는 씻어 내거나 제거해야 합니다. 탱크를 제거하고 정기적으로 스팀 청소를 해야 합니다.
• 부적절한 냉각제 수준.

 

시스템 문제 해결

그림 12 – 액체 유량계

플라즈마 냉각 시스템의 개별 구성 요소들은 모두 한가지를 보장하도록 설계되어 있습니다: 냉각을 위한 토치에 적절한 체적 유량. 흐름은 일반적으로 분당 갤런(GPM) 또는 분당 리터(LPM)단위로 측정됩니다. 각 토치는 특정 흐름 요구 사항이 있으며 사용 설명서의 사양 섹션에서 확인할 수 있습니다 전형적인 유량은 분당 1~1.5 갤런입니다. 적절한 냉각제 흐름을 확인하고 흐름 문제를 해결하기 위한 단계별 접근 방식은 다음과 같습니다.

주의! 항상 사용 설명서를 읽고 플라즈마 시스템에 대한 유지 보수 및 문제 해결을 수행하기 전에 모든 안전주의 사항을 이해하여야 합니다.

1. 토치 부품 제거: 문제를 해결할 때, 토치에서 시작합니다. 소모품을 제거하고 과열, 오염 또는 손상의 징후를 검사합니다.
2. 냉각제 펌프를 켜십시오. (유량을 측정하는 동안 펌프 실행을 유지하기 위해 또는 냉각제의 수준이 낮아질 때 냉각제를 채워 넣을 수 있는 조력자가 필요합니다.) 냉각제는 토치의 냉각 튜브의 중심에서 직접 흐릅니다.
3. 토치에 냉각제 공급 유량을 측정: 냉각관에서 배출되는 냉각제를 담기 위해 양동이를 사용합니다. 30초의 시간 간격에 걸쳐 냉각제를 담고 나서 펌프를 차단합니다. 갤런 또는 리터로 냉각제의 부피를 측정합니다. 이 측정된 부피를 분당 갤런(GPM) 또는 분당 리터(LPM)를 계산하기 위해 시간 간격(0.5 분)에 의해 수집되는 갤런을 나누어 유량으로 전환하여 운영자 설명서에 지정된 유량과 비교합니다. 제한이 없는 토치(부품 제외)의 흐름은 제조업체의 사양을 훨씬 초과해야 합니다. 그렇지 않은 경우 다음을 수행하십시오.
   • 펌프 압력이 너무 낮은 경우—펌프 설정을 조절합니다.
   • 펌프에 스크린 필터 제한—깨끗해야 합니다.
   • 토치 또는 토치 제한의 공급 라인—압축 공기로 먼지를 불어내거나 교체해야 합니다.
4. 토치 재조립: 깨끗한 새로운 부품을 사용하여 토치를 재조립합니다. 부품은 적절한 흐름을 체크하기 위해 제자리에 있어야 합니다.
5. 토치에서 냉각제 리턴 유량을 측정하십시오. 냉각제 흐름 속도는 냉각제 저수조로 복귀할 때 측정되어야 합니다. 냉각제 탱크에서 플라스틱 호스를 분리합니다. 또, 다음 30초 간격으로 물을 수집하기 위해 양동이와 조력자를 사용하고 펌프를 차단합니다. 측정한 것을 gpm으로 변환합니다. 제조업체의 사양에 이 측정된 유량을 비교합니다. 다음 사항은 gpm이 제조업체의 사양 검사를 초과하지 않는 경우입니다:
   • 펌프 압력이 너무 낮은 경우—펌프 설정을 조절합니다.
   • 냉각제 라인 또는 토치 제한을 원래로 복구합니다.—압축 공기로 먼지를 불어내거나 교체해야 합니다.
   • 라디에이터를 연결—고압 세척기로 청소하거나 교체합니다.
   • 종이 필터 제한--교체하거나 문제 해결을 위해 일시적으로 제거합니다.

필요한 경우, 제한을 발견할 때까지 흐름은 각 의심되는 성분의 하류 측에서 점검할 수 있습니다. 버킷 테스트에 대한 대안은 0-2gpm 범위의 액체 유량 측정을 위해 설계된 저가 유량계를 구입하는 것입니다. 이 간단한 장치는 영구적으로 저수조의 시스템에서 복귀 면에 설치됩니다. 이것은 비용이 많이 드는 고장에 대해 플라즈마 시스템과 저렴한 보험을 유지하기 위한 훌륭한 시각적 도구입니다.