Студопедия — Дуговые плазмотроны
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Дуговые плазмотроны






Дуговые плазмотроны (ДП) могут работать как в режиме постоянного, так и переменного тока. ДП второго типа используются достаточно редко. Основными элементами ДП постоянного тока являются разрядные электроды (один – катод или два – катод и анод), разрядная камера (может быть совмещена с разрядными электродами), узел подачи рабочего вещества, система электропитания и система охлаждения.

Различают две группы дуговых плазмотронов – плазмотроны с внешней дугой и струйные плазмотроны. В плазмотронах первой группы дуговой разряд горит между катодом плазмотрона и обрабатываемым телом, служащим анодом. Эти плазмотроны могут иметь как только катод, так и второй электрод – вспомогательный анод, маломощный разряд на который с катода (кратковременный или постоянно горящий) «поджигает» основную дугу. При дуге прямого действия передача тепла от дуги к изделию значительно выше, чем при плазменной струе, что обусловлено большим тепловыделением в активном пятне (аноде) на изделии. Для резки, сварки, наплавки предпочтение отдают дугам прямого действия.

В плазмотронах второй группы дуга горит внутри плазмотрона, между катодом и анодом (формирующим соплом), а плазмообразующий газ подается через эту дугу и выдувает через сопло уже узкую и длинную плазменную струю. Схемы плазмотронов для создания плазменной дуги и плазменной струи показаны на рис. 2.2.

Существуют множество конструкций дуговых плазмотронов: с осевым и коаксиальным расположением электродов, с тороидальными электродами, с двусторонним истечением плазмы, с расходуемыми электродами и т.д. Отверстие разрядной камеры, через которое истекает плазма, называется соплом плазмотрона (в некоторых типах дуговых плазмотронов границей сопла является кольцевой или тороидальный анод)

 

 

 
 

Рисунок 2.2 – Схемы дуговых плазмотронов:

а - дуга, горящая в атмосфере нейтрального газа:

б - плазменная дуга прямого действия: в - плазменная струя;

1 - катод: 2 - дуга; 3 - инертный газ (аргон); 4 - анод

 

Стабилизация разряда в дуговых плазмотронах осуществляется магнитным полем, потоками газа и стенками разрядной камеры и сопла.

Один из распространённых способов магнитной стабилизации плазменноструйных плазмотронов с анодом в форме кольца или тора, коаксиального катоду, а также с осевым расположением электродов, состоит в создании (с помощью соленоида) перпендикулярного плоскости анода и катода сильного магнитного поля, которое вынуждает токовый канал дуги непрерывно вращаться, обегая электрод. Анодные и катодные пятна дуги в этом случае перемещаются по кругу, что предотвращает расплавление электродов (или их интенсивную эрозию, если они выполнены из тугоплавких материалов).

К числу способов газовой стабилизации, теплоизоляции и сжатия дуги относится так называемая «закрутка» – газ подаётся в разрядную камеру по спиральным каналам, в результате чего образуется газовый вихрь, обдувающий столб дуги и генерируемую плазменную струю: слой более холодного газа под действием центробежных сил располагается у стенок камеры, предохраняя их от контакта с дугой. Температура плазменной дуги регулируется диаметром сопла и количеством подаваемого через него газа. Чем меньше диаметр сопла и больше расход газа, тем больше температура плазменной дуги (диаметр сопел обычно колеблется от 0,6 до 10 мм). В случаях, когда не требуется сильного сжатия потока плазмы (например, в некоторых плазмотронах с плазменной дугой, используемых для плавки металла), стабилизирующий газовый поток не закручивают, направляя параллельно столбу дуги, и не обжимают соплом (катод располагают на самом срезе сопла). Плазмотроны с вихревой стабилизацией дуги получили более широкое распространение, они надежнее в работе и позволяют получать бóльшие температуры при использовании малых диаметров сопел. Соосная подача газа требует высокой точности сборки плазмотрона и применяется, как правило, для сопел больших диаметров (более 4 мм).

В большинстве конструкций плазмотронов стабилизирующий газ одновременно является и плазмообразующим веществом. Применяют также стабилизацию и сжатие дуги потоком воды (с «закруткой» или без неё).

На рис. 2.3 представлен один из широко используемых типов дугового плазмотрона постоянного тока с осевым расположением электродов. Он состоит из разрядной камеры и узла подачи плазмообразующего вещества. В плазмотроне, изображённом на рис. 2.3, электроды, выполненные в виде отрезков труб круглого сечения, расположены вдоль оси; вокруг них устанавливаются обмотки соленоидов, создающие магнитное поле, перпендикулярное плоскости электродов. В результате взаимодействия тока дуги с магнитным полем место привязки дуги к электродной стенке перемещается по окружности, что предохраняет электроды от перегрева и расплавления, а также стабилизирует положение места привязки в осевом направлении (магнитная стабилизация и теплоизоляция). Межэлектродная вставка из изоляционного материала ограничивает диаметр дуги и тем самым позволяет повысить её температуру по сравнению с температурой электрической дуги в свободном пространстве.

Схемы дуговых плазмотронов различных типов представлены на рис. 2.4.

 
 

Рис. 2.3 – Схема дугового плазмотрона постоянного тока с осевым

расположением электродов: 1 – электроды; 2 – межэлектродная вставка; 3 – соленоиды;

4 – зона электрической дуги; 5 – подача рабочего тела; 6 – истечение плазмы.

 

Плазма дуговых плазмотронов неизбежно содержит частицы вещества электродов вследствие их эрозии. Когда этот процесс по технологическим соображениям полезен (например, для плазменного нанесения защитного покрытия), его интенсифицируют, устанавливая один из электродов плазмотрона в торце камеры. При этом предусматривается его осевая подача по мере выгорания (плазмотрон с расходуемыми электродами). В других случаях, напротив, эрозию электродов минимизируют, изготовляя их из тугоплавких материалов (вольфрам, молибден, спец. сплавы) и (или) охлаждая их водой, что, кроме того, увеличивает срок службы электродов.

 
 

 

Рисунок 2.4 – Схемы дуговых плазмотронов: а – осевой; б – коаксиальный;

в – с тороидальными электродами; г – двустороннего истечения; д – с внешней плазменной дугой; е – с расходуемыми электродами (эрозионный);

1 – источник электропитания; 2 – разряд; 3 – плазменная струя; 4 – электрод;

5 – разрядная камера; 6 – соленоид; 7 – обрабатываемое тело.

 

Наибольшая мощность получена в плазмотронах с коаксиальными электродами. В них ток дуги протекает в радиальном направлении по относительно малому (по поперечному сечению) токовому каналу. Дуга движется по окружности электродов под влиянием взаимодействия тока с создаваемым соленоидами магнитным полем. Этому полю придаётся такая форма, чтобы стабилизировать положение дуги в осевом направлении.

Плазмотроны с плазменной струёй обычно используют при термической обработке металлов, для нанесения покрытий, получения порошков с частицами сферической формы, в плазмохимической технологии и пр.; плазмотроны с внешней дугой служат для обработки электропроводных материалов (резки, сварки, наплавки); плазмотроны с расходуемыми электродами применяют при работе на агрессивных плазмообразующих средах (воздухе, воде и др.) и при необходимости генерации металлической, углеродной и т.д. плазмы из материала электродов.

Мощности дуговых плазмотронов 102 – 107 Вт; температура струи на срезе сопла 3000 – 25000 К; скорость истечения струи 1 – 104 м/сек; промышленное КПД 50 – 90%; ресурс работы (определяется эрозией электродов) достигает несколько сотен ч, в качестве плазмообразующих веществ используют воздух, Ar, N2, H2, NH4, O2, H2O, жидкие и твёрдые углеводороды, металлы, пластмассы и пр.

 
 

На рис 2.5 представлен один из распространенных типов дуговых ручных плазмотронов – плазменная горелка «Мультиплаз 2500» и стационарный электродуговой нагреватель газа (разработка ИТПМ СО РАН)

а б

Рисунок 2.5 – Дуговые плазматроны: а – плазменная горелка «Мультиплаз 2500»;

б – стационарный электродуговой нагреватель газа (разработка ИТПМ СО РАН)

 







Дата добавления: 2015-08-31; просмотров: 2363. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Практические расчеты на срез и смятие При изучении темы обратите внимание на основные расчетные предпосылки и условности расчета...

Функция спроса населения на данный товар Функция спроса населения на данный товар: Qd=7-Р. Функция предложения: Qs= -5+2Р,где...

Аальтернативная стоимость. Кривая производственных возможностей В экономике Буридании есть 100 ед. труда с производительностью 4 м ткани или 2 кг мяса...

Вычисление основной дактилоскопической формулы Вычислением основной дактоформулы обычно занимается следователь. Для этого все десять пальцев разбиваются на пять пар...

Факторы, влияющие на степень электролитической диссоциации Степень диссоциации зависит от природы электролита и растворителя, концентрации раствора, температуры, присутствия одноименного иона и других факторов...

Йодометрия. Характеристика метода Метод йодометрии основан на ОВ-реакциях, связанных с превращением I2 в ионы I- и обратно...

Броматометрия и бромометрия Броматометрический метод основан на окислении вос­становителей броматом калия в кислой среде...

КОНСТРУКЦИЯ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ ВАГОНА Тип колёсной пары определяется типом оси и диаметром колес. Согласно ГОСТ 4835-2006* устанавливаются типы колесных пар для грузовых вагонов с осями РУ1Ш и РВ2Ш и колесами диаметром по кругу катания 957 мм. Номинальный диаметр колеса – 950 мм...

Философские школы эпохи эллинизма (неоплатонизм, эпикуреизм, стоицизм, скептицизм). Эпоха эллинизма со времени походов Александра Македонского, в результате которых была образована гигантская империя от Индии на востоке до Греции и Македонии на западе...

Демографияда "Демографиялық жарылыс" дегеніміз не? Демография (грекше демос — халық) — халықтың құрылымын...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.013 сек.) русская версия | украинская версия