ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Электродуговые плазмотроны из "Плазма в химической технологии" Плазмотроны, предназначенные для осуществления технологических процессов, имеют специфические конструктивные особенности. [c.12] По методу получения низкотемпературной плазмы существующие типы генераторов можно разделить на две группы генераторы с электродами, так называемые элек-тродуговые плазмотроны и безэлектродные генераторы (высокочастотные и сверхвысокочастотные плазмотроны). [c.13] В настоящее время наиболее широко распространены электродуговые плазмотроны, работающие на постоянном и переменном токе. [c.13] Известно несколько десятков схем электродуговых плазмотронов, условная классификация которых представлена на рис. 1. В этой классификации не учтена степень обжатия дуги, способ охлаждения электродов и фазовое состояние рабочего тела. [c.13] Конструктивные особенности современных плазмотронов более подробно рассмотрены ниже. [c.13] Вольтамперные характеристики плазмотронов определяют параметры источников питания генераторов плазмы. Существует несколько зависимостей напряжения от силы тока. Возможные вольтамперные характеристики плазмотронов показаны на рис. 2. [c.13] Возрастающая вольтамперная характеристика плазмотрона имеет существенные преимущества по сравнению с другими. В этом случае можно использовать простые источники напряжения вместо источников тока. Однако, получение такой характеристики сопряжено с необходимостью ограничения размеров дуги. [c.15] В настоящее время большинство плазмотронов имеют падающие вольтамперные характеристики. Для обеспечения работы таких плазмотронов небольшой мощности применяются источники питания с крутопадающей (кривая 2) вольтамперной характеристикой. В мощных установках такие характеристики получаются путем применения активных или индуктивных балластных сопротивлений, или же специальных схем автоматической стабилизации тока. Но при этом напряжение на дуге получается ниже напряжения источника питания, и установленная мощность источника полностью не используется. Кроме того, снижаются к. п. д. установки и коэффициент мощности. Поэтому электроснабжение таких плазмотронов связано со значительным увеличением капитальных вложений и эксплуатационных расходов. [c.15] Возрастающие вольтамперные характеристики дают возможность работать от источника питания с жесткой характеристикой на номинальном напряжении без применения какого-либо балластного реостата. Безреостатное включение необходимо осуществлять на возрастающем участке вольтамперной характеристики до точки перегиба кривой. [c.16] Механизм шунтирования. Под шунтированием подразумевается осевое перемещение приэлектродного пятна дуги. Шунтирование дуги происходит в том случае, если силы, противодействующие напору газа, не могут удержать радиальный участок дуги на месте и он сдувается вниз по потоку. Дуга при этом удлиняется, а напряжение в приэлектродном слое газа возрастает. Между дугой и электродом происходит пробой, разряд проходит по более короткому пути, что приводит к снижению напряжения на дуге. [c.16] Поскольку скорость газа в центре потока выше скорости газа у стенок, то дуга приобретает форму петли. При этом может произойти пробой или между выдвинутым вперед концом петли и электродом, или между частями петли (микрошунтирование). [c.16] Методы стабилизации дуги. В плазмотронах применяют различные способы стабилизации электрической дуги стенками электродуговой камеры, газовым слоем, вихревым, магнитно-вихревым и магнитным газовыми потоками. [c.17] Схема плазмотрона со стабилизацией электрической дуги стенками камеры изображена на рис. 3, а. В этом случае диаметр анода 4 делается соизмеримым с диаметром дуги 3. Газовый поток 7 подается в плазмотрон в осевом направлении, омывая катод 2. Газ поступает в электрическую дугу плазмотрона, где за счет джоулева тепла дуги нагревается до плазменных температур. [c.17] Способы стабилизации электрической дуги стенками электродуговой камеры или же газовым слоем эффективны лишь в плазмотронах малой мощности (до 200 кет) с рабочим током 300—500 а. [c.18] В плазмотронах средней мощности (до 1000—1500 кет) применяется вихревой метод стабилизации дуги. Принципиальная схема простейшего плазмотрона малой мощности с вихревой стабилизацией дуги, представлена на рис. 3, в. Катодом 1 служит вольфрамовый стержень, анодом 4 — медное сопло с интенсивным водянадм охлаждением. Дуга 3 обдувается потоком газа 2 при быстром вращении ее в межэлектродном зазоре. [c.18] Рабочая среда подается в камеру 2 плазмотрона тангенциально. За счет тангенциального ввода рабочей среды в электродуговую камеру столб электрической дуги локализуется по оси плазмотрона, а прианодпая область электрической дуги с большой скоростью перемещается по круговой траектории на рабочей внутренней поверхности анода. Поток рабочей среды равномерно нагревается и выходит из плазмотрона. [c.18] В плазмотронах вихревой системы большой мощности оба электрода выполняются трубчатыми. Рабочее напряжение на дуге может достигать 2500 в. [c.18] Известны конструкции плазмотронов с истечением плазмы через одно или два трубчатых электрода. В свою очередь, плазмотроны с односторонним истечением низкотемпературной плазмы могут быть одно- и двухкамерного исполнения. В однокамерном исполнении, как было показано выше, тангенциальная подача рабочей среды осуществляется через одну вихревую камеру, в двухкамерных — через две. Изменяя соотношение потоков газа через вихревые камеры, можно регулировать длину дуги, рабочее напряжение, а следовательно, и мощность плазмотронов. [c.18] Плазмотроны большой мощности (до 2000—10 ООО кет) выполняются-с магнитной или магнитно-вихревой стабилизацией дуги, схема которой показана на рисунке 3, г. Дуга 5 горит между катодом 1 и анодом 4. В этих случаях газ 2 подается в плазмотрон в осевом или тангенциальном направлениях. Для уменьшения износа электродов на приэлектродные области электрической дуги накладывается магнитное поле, создаваемое соленоидом 3. [c.18] Воздействие магнитного поля на дугу было обнаружено Г. Дэви в 1821 г., а затем исследовано многими учеными [10, И, 91]. В результате исследований установлено, что при наложении на электрическую дугу внешнего магнитного поля последняя приходит во вращательное движение. При таком движении дуга устойчива к воздействиям, стремящимся переместить ее в пространстве, а тепловая энергия дуги рассеивается в гораздо большем объеме газа, чем занимает сам столб дуги. Скорость вращения электрической дуги в магнитном ноле пропорциональна магнитной индукции поля. [c.19] Вернуться к основной статье